模拟卫星导航GPS—

模拟卫星导航GPS这次演示实验课，我们观看了模拟卫星导航GPS，该装置在室内模拟了4颗GPS卫星，以及相应的4个基站。通过这四颗卫星对地面上的小车进行导航和定位，可以用键盘对小车进行操作，控制小车的前进、后退、转向等，同时还通过上位机将3D图形和各种实时位置数据显示到电脑上。非常直观形象，给我留下了深刻的影响，对卫星导航有了更大的兴趣，于是查阅了相关资料进行更多的了解。目前，全球共有四大卫星导航系统：最著名的当属美国全球定位系统（GPS），它由24颗卫星组成，分布在6条交点互隔60度的轨道面上，精度约为10米，军民两用，具有全能性(陆地、海洋、航空、航天)、全球性、全天候、连续性、实时性的导航、定位和定时等多种功能，能为各类静止或高速运动的用户迅速提供精密的瞬间三维空间坐标、速度矢量和精确授时等多种服务；俄罗斯“格洛纳斯”系统，由24颗卫星组成，精度在10米左右，军民两用，2009年底其服务范围已经拓展到全球该系统主要服务内容包括确定陆地、海上及空中目标的坐标及运动速度信息等；欧洲“伽利略”系统，由30颗卫星组成，定位误差不超过1米，主要为民用，但由于政治经济等原因，计划一再推迟，建设缓慢。2005年首颗试验卫星已成功发射，2014年8月，伽利略全球卫星导航系统第二批一颗卫星发射升空，太空中已有的6颗正式的伽利略系统卫星，可以组成网络，初步发挥地面精确定位的功能。中国北斗卫星导航系统，它是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统，北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。GPS的空间部分由24颗卫星组成，这24颗卫星分布在6个轨道平面上。地面系统部分，有5个卫星监测跟踪站，主要负责监测卫星的轨道数据、大气数据以及卫星工作状态；1个主控站，负责协调和管理地面监控系统，推算预报各卫星的星历、钟差和大气修正参数编制导航电文;对监测站的钟差、偏轨或失效卫星实行调控和调配。并将导航电文、指令传送到注入站；3个信息注入站，主要任务是将主控站推算和编制的卫星星历、导航电文、控制指令注入相应的卫星的存储系统，并监测GPS卫星注入信息的正确性。GPS是利用测距交会的原理确定测点位置的。GPS卫星任何瞬间的坐标位置都是已知的，如我们在演示实验中看到的“卫星”一样，其位置是确定已知的，GPS卫星相当于是一个广播站，每个GPS卫星都在不停地广播自己的位置，在发送位置信息的同时，也会附加上该数据包发出时的时间戳。GPS接收器（演示实验中的小车）收到数据包后，用当前时间（当前时间由GPS接收器自己来确定的）减去时间戳上的时间，就是数据包在空中传输所用的时间了。知道了数据包在空中的传输时间，乘上光速度，就是数据包在空中传输的距离，也就是该卫星到GPS接收器的距离了。一颗GPS卫星(Sn)信号传播到接收机的时间只能决定该卫星到接收机(P)的距离(Dn)，但并不能确定接收机相对于卫星的方向，在三维空间中，GPS接收机的可能位置构成一个以Sn为中心以Dn为半径球面(称为定位球);当测到两颗卫星的距离时，接收机的可能位置被确定于两个球面相交构成的圆上;当得到第三颗卫星的距离后，第三个定位球面与该圆相交得到两个可能的点;第四颗卫星确定的定位球便交出接收机的准确位置。因此，如果接收机能够同时得到四颗GPS卫星的测距信号，就可以进行瞬间定位;这也是为什么我们演示实验中的卫星数目是四个。GPS的应用非常广泛，就我们演示实验的模拟GPS装置，我觉得也是有应用价值的，比如进行室内导航和定位，由于在室内不能接收到GPS信号，外界的GPS会失效，但这种装置就能在室内发挥作用，对室内的物体进行精确的导航和定位。现实生活中，GPS的应用非常广泛，为船舶,汽车,飞机等运动物体进行定位导航，各种等级的大地测量，控制测量，实现车辆跟踪和交通管理等，在国防方面，引导我们的导弹精确打击目标等等。卫星导航有着非常广阔的应用前景，如今我们的北斗导航系统也在如火如荼的建设当中，期待它早日建成，让北斗也像GPS一样，为我们的生产生活带来巨大的方便。