文档介绍：GPS,让我轻轻地靠近你
《越狱》中,在GPS的帮助下,Scofield和哥哥以及监狱中室友在同一坐标下成功会合,准备乘坐私人飞机飞离美利坚。这只是电视剧,而现实中,你是否拨打一个电话,出租车调度中心马上以最快的速度响应你的请求?你是否看过一种电子公交车站牌,可以预报下一辆车的到来时间?你是否通过城市交通广播,得知实时的城市交通信息,避开拥堵路段?你乘坐的飞机着陆时,驾驶员对准跑道是那样地精确……这些,都是GPS技术的功劳。那么,什么是GPS呢?
GPS的故事
GPS全称为Global Positioning System,也就是全球卫星定位系统。
1957年,人类发射了第一颗卫星,之后美国海军为了解决“北极星”潜艇执行长期任务的定位导航问题,着手子午仪卫星导航系统(Transit)的研究工作。尽管它得到了广泛的应用,但在时间和精度方面仍存在缺陷。
20世纪60年代,美国国防部制定了一项庞大的宇宙及航天工程,也就是现在的GPS方案。它耗资120亿美元,历经
20多年,由24颗卫星组成,目的是给美国海陆空三军的飞机、舰船、坦克、步兵、导弹及低轨卫星提供全天候、精确、连续、实时的三维位置和速度导航定位服务。
随着GPS系统技术的不断成熟和经济的发展,GPS被免费开放为民用。我们能完全享受军方技术吗?非也。
GPS卫星提供了P码(精码)和C/A码(粗码)两种定位服务。P码为军方服务,定位精度达到3米;C/A码对社会开放,出于自身安全的考虑,美国先后实施了SA和AS政策。SA政策在C/A码中人为引入了误差,使定位精度下降到100米;AS政策则对P码实行加密。目前,GPS的开发和应用已形成前景十分广阔的技术产业。
探秘GPS
GPS是如何实现准确的导航和定位呢?我们先来看看构造。
GPS系统有三大组成部分:空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。空间星座部分由24颗均匀分布在6个轨道平面内的卫星组成。21颗实用卫星和3颗备用卫星在离地面1万2千公里的高空上,以12小时的周期环绕地球运行。
OK,现在我们在《电脑爱好者》杂志社前的空地上,用GPS接收设备定位,同时接收了4颗以上的卫星信号,来计算出自己在地球上的位置(经、纬度和高度),如果发动汽车,行驶速度和方向也能精确地测出来。
这其实就相当于在解一个方程组,我们可得到卫星到接收机的距离,利用三维坐标中的距离公式,利用3颗卫星,就可以组成3个方程式,解出观测点的位置(X,Y,Z)。很简单嘛!但是,实际上有4个未知数―卫星的时钟与接收机时钟之间有误差,因而引入第4颗卫星,形成4个方程式进行求解,得到观测点的经纬度和高程。
不是说SA保护政策下的民用模式不够精确吗?事实上,我们的接收机可以锁住4颗以上的卫星,分成若干组,然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位,精度就提高了!
此外,大气对流层、电离层也会对信号产生影响。有一种叫做DGPS发送机的设备,采用差分技术,定位精度可从100米提高到5米。
为什么有时在建筑物中、高楼林立的街道、峡谷、森林中定位不太准确呢?因为不能与足够的卫星联系,无法定位或者只能得到二维坐标。把GPS接收器天线贴在挡风玻璃上,或者加一个外置天线在车顶上,有助于得到更多的卫星信号。
令人惊叹的广