GPS系统（精编2篇）

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GPS系统1

关键词：GPS误差精度卫星星历电离层对流层

一、GPS定位技术

GPS全球卫星定位系统是美国国防部为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的要求而建立的。该系统具有全球性、全天候、连续性等三维导航和定位能力，并具有良好的抗干扰性和保密性。它已成为美国导航技术现代化的最重要标志，并被视为20世纪美国继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的又一重大科技成就。在航空、航天、军事、交通、运输、资源勘探、通信、气象等几乎所有的领域中，它都被作为一项非常重要的技术手段，用于导航、定时、定位和进行大气物理研究等。GPS的主要特点有：

（1）全球覆盖连续导航定位：由于GPS有24颗卫星，且分布合理，轨道高达20200km,所以在地球上和近地空间任何一点，均可连续同步地观测4颗以上卫星，实现全球、全天候连续导航定位。

（2）高精度三维定位：GPS能连续地为各类用户提供三维位置、三维速度和精确时间信息。GPS提供的测量信息多，既可通过伪码测定伪距，又可测定载波多普勒频移、载波相位。

（3）抗干扰性能好、保密性强；GPS采用数字通讯的特殊编码技术，即伪噪声码技术，因而具有良好的抗干扰性和保密性。

二、GPS定位的误差来源分析

GPS测量是通过地面接收设备接收卫星传送来的信息，计算同一时刻地面接收设备到多颗卫星之间的伪距离，采用空间距离后方交会方法，来确定地面点的三维坐标。因此，对于GPS卫星、卫星信号传播过程和地面接收设备都会对GPS测量产生误差。主要误差来源可分为：与GPS卫星有关的误差；与信号传播有关的误差；与接收设备有关的误差。

1．与卫星有关的误差

（1）卫星星历误差

卫星星历误差是指卫星星历给出的卫星空间位置与卫星实际位置间的偏差，由于卫星空间位置是由地面监控系统根据卫星测轨结果计算求得的，所以又称为卫星轨道误差。它是一种起始数据误差，其大小取决于卫星跟踪站的数量及空间分布、观测值的数量及精度、轨道计算时所用的轨道模型及定轨软件的完善程度等。星历误差是GPS测量的重要误差来源。

（2）卫星钟差

卫星钟差是指GPS卫星时钟与GPS标准时间的差别。为了保证时钟的精度，GPS卫星均采用高精度的原子钟，但它们与GPS标准时之间的偏差和漂移和漂移总量仍在1ms～以内，由此引起的等效误差将达到300km～30km。这是一个系统误差必须加于修正。

（3）SA干扰误差

SA误差是美国军方为了限制非特许用户利用GPS进行高精度点定位而采用的降低系统精度的政策，简称SA政策，它包括降低广播星历精度的ε技术和在卫星基本频率上附加一随机抖动的δ技术。实施SA技术后，SA误差已经成为影响GPS定位误差的最主要因素。虽然美国在2000年5月1日取消了SA，但是战时或必要时，美国可能恢复或采用类似的干扰技术。

（4）相对论效应的影响

这是由于卫星钟和接收机所处的状态(运动速度和重力位)不同引起的卫星钟和接收机钟之间的相对误差。

2．与传播途径有关的误差

（1）电离层折射

在地球上空距地面50～100km之间的电离层中，气体分子受到太阳等天体各种射线辐射产生强烈电离，形成大量的自由电子和正离子。当GPS信号通过电离层时，与其他电磁波一样，信号的路径要发生弯曲，传播速度也会发生变化，从而使测量的距离发生偏差，这种影响称为电离层折射。对于电离层折射可用3种方法来减弱它的影响：①利用双频观测值，利用不同频率的观测值组合来对电离层的延尺进行改正。②利用电离层模型加以改正。③利用同步观测值求差，这种方法对于短基线的效果尤为明显。

（2）对流层折射

对流层的高度为40km以下的大气底层，其大气密度比电离层更大，大气状态也更复杂。对流层与地面接触并从地面得到辐射热能，其温度随高度的增加而降低。GPS信号通过对流层时，也使传播的路径发生弯曲，从而使测量距离产生偏差，这种现象称为对流层折射。减弱对流层折射的影响主要有3种措施：①采用对流层模型加以改正，其气象参数在测站直接测定。②引入描述对流层影响的附加待估参数，在数据处理中一并求得。③利用同步观测量求差。

（3）多路径效应

测站周围的反射物所反射的卫星信号(反射波)进入接收机天线，将和直接来自卫星的信号(直接波)产生干涉，从而使观测值偏离，产生所谓的“多路径误差”。这种由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应被称作多路径效应。减弱多路径误差的方法主要有：①选择合适的站址。测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中，应离开高层建筑物。②选择较好的接收机天线，在天线中设置径板，抑制极化特性不同的反射信号。．与GPS接收机有关的误差

（1）接收机钟差

GPS接收机一般采用高精度的石英钟，接收机的钟面时与GPS标准时之间的差异称为接收机钟差。把每个观测时刻的接收机钟差当作一个独立的未知数，并认为各观测时刻的接收机钟差间是相关的，在数据处理中与观测站的位置参数一并求解，可减弱接收机钟差的影响。

（2）接收机的位置误差

接收机天线相位中心相对测站标石中心位置的误差，叫接收机位置误差。其中包括天线置平和对中误差，量取天线高误差。在精密定位时，要仔细操作，来尽量减少这种误差影响。在变形监测中，应采用有强制对中装置的观测墩。相位中心随着信号输入的强度和方向不同而有所变化，这种差别叫天线相位中心的位置偏差。这种偏差的影响可达数毫米至厘米。而如何减少相位中心的偏移是天线设计中的一个重要问题。在实际工作中若使用同一类天线，在相距不远的两个或多个测站同步观测同一组卫星，可通过观测值求差来减弱相位偏移的影响。但这时各测站的天线均应按天线附有的方位标进行定向，使之根据罗盘指向磁北极。

（3）接收机天线相位中心偏差

在GPS测量时，观测值都是以接收机天线的相位中心位置为准的，而天线的相位中心与其几何中心，在理论上应保持一致。但是观测时天线的相位中心随着信号输入的强度和方向不同而有所变化，这种差别叫天线相位中心的位置偏差。这种偏差的影响可达数毫米至厘米。而如何减少相位中心的偏移是天线设计中的一个重要问题。

三、GPS的最新发展与改进

面对导航市场的迅速发展和强大的竞争压力，美国政府不得不作出反映，计划在未来10年内对GPS做一系列的调整和改进。对GPS的改进将对GPS系统的3个部分进行，其中对星座部分的改进最大。

1．GPS星座的改进

(1)改善星座的分布(2)增强卫星的自主导航能力(3)取消SA政策(4)增加民用频率(5)频率复用(6)增强卫星发射信号的功率

2．地面监控部分的改进

卫星位置的精度直接影响到用户的定位精度，而地面监控站的数量和分布部分地决定了GPS卫星定轨的质量。目前GPS共有5个监控站，卫星位置的精度为1m～2m。美国军方正计划将国家制图局（NIMA）的7个GPS监控站纳入目前的控制网，使将来的监控站的分布更加均匀、密度更大，为了计算卫星的位置提供更多的、更及时的高质量观测数据。预计在未来10年，卫星星历的精度将达到亚米级，甚至达到厘米级，同时，向卫星上传数据的频率也将更高。

3．用户接受部分的改进

由于用户的用途不同，用户接受机的改进也是多样化的。接收机的硬件部分正朝多样化、小型化、模块化、集成化、操作简单等方向发展，例如出现了一些新的接收机可根据用户的需求用软件设定单频GPS、双频GPS等模式。接收机的面板上只有一、两个按钮和若干个显示灯组成，可完成接收机的基本操作。GPS的数据解算软件将基于数据库，朝着图形化、智能化等方向发展。这些发展的最终的目的是让一般用户更方便的使用GPS。

参考文献

[1]徐绍铨等．GPS测量原理及应用．武汉测绘科技大学出版社．．

GPS系统2

伴随着我国有线电视网络事业的发展，不少城市经过有线电视网络的整合与更新，从原来的分散经验管理改变为集中管理方式，各个网络用户数从简单的几千用户转变为几万用户，有的从几万用户整理变成几十万用户，而根据的原先传统的数据库管理系统和图纸管理方式对于当前优先网络资源进行管理，难度将会越来越大、耗费大量的人力物力，且不能够满足当前的系统应用和今后的发展需求。GIS技术由于能够通过强大的技术、有效的地图管理系统的方式，将复杂的空间数据和属性通过直观的数据地图方式显示出现来，从而能让施工人员及时、准确的完成数据之间的维护。并且当前世界的发展的趋势是通过各种资源的整合和利用，而使用有效的资源管理方式是管理网络资源的主流技术。有线电视网络的主要是通过数字信号与客户端的数字信号转换器相互连接，由于一些客户分布较远、因此在传递数据过程中还包含着数据增强、数据扩大、数据转换等方式。因此在整个有线电视数字线路中，各种数据掺杂在一起进而形成一条丰富的用户信息线路，其中，客户信息、线路信息、网络分布情况、网络连接、备用线路信息等各种信息交汇，如果单单将这些线路信息通过文字或者数字形式分析与描述将会增加阅读者的困难，而且文字无法全面表达清楚网络之间的数据。因此使用上GIS技术将使解决这一困难最好方案。通过电子地图的标识与查询，就能够让用户在的最短时间内进行查阅电视客户的信息、设备的使用管理、使用年限等以及未来发展所需要的线路申请与设计方案等。这就能够让整个设备管理成本、维护成本大大降低，在当前高度开发、竞争激烈的市场氛围当中，使用GIS技术能够将整个有线电视网络运营商提供出全面详细的解决故障的方案与技术。

2GIS系统网络体系结构

在使用GIS地图技术当中，应当充分考虑到我国当前的GIS面临的各种局限性困难。例如：网络模式下进行数据维护、数据显示较为困难，而且数据更新速度较慢，加上数据分析、数据处理将会面临着数据显示存在报表不及时等问题，这就需要使用上当前较为成熟的Client/Server（客户/服务器）结构模式，因此使用GPS技术就能够解决当前此困难。结构图如图1。从上图可知，在使用整个系统的服务器中，使用双服务器能够保证数据的维护与更新，使用双服务器的优点在于备份和使用相互结合，误差与错误及时更新，当数据库存在故障或者问题时，备份服务器就能立刻进行解决与分析，而且常用数据库通过数据同步、数据上传等方式，将数据备份到备份数据库，就有效的解决当前服务器面临的损耗与风险。并且数据相关服务通过服务器分发给客户端，客户端进行数据的维护与更新，而客户端通常使用的移动电脑、GPS客户端等具有强大数据处理、实物处理功能，通过数据输送、数据更新的方法，将整个数据进行维护与调用，就能够实时看到当前数据的情况。使用该特点具有如下优势：（1）文件图形式数据处理，特别是专业数据处理，它能够将数据存储到数据库当中进行保存：（2）设备的属性也可以进行存储。客户端通过GPS、局域网等C/S模式进行访问；（3）支持多用户、实时调用、分布式数据设计与控制。

3系统功能结构

通过网络管理资源的系统不但功能多样，而且管理起来非常困难，如果能够有效的管理这些功能以及时方便解决操作人员的学习困难，有效的进行系统分析与系统处理。系统将会结合当前的网络资源和结构进行分层组织与分层处理。其分层图如下：

4系统具体功能及特点

通过使用本系统能够提供更多的发展功能和具有系统的功能的特。

障碍分析在当前电视网络信息管理部分使用桌面地图信息管理系统就能够对有线电视进行数据管理，对于网络故障、网络信息强度分析、测试、信号检测、数据放大器覆盖范围查询与控制，通过数据的存储、集中分析、图形化处理就能够直观的看到当前问题存在的主要位置与及时提出解决的方案与解决的思路。在使用当前流程GPS系统就能够让管理人员直接报告地点和类型，从而进行城市街道的有线电视网络分析。

网络规划与管理由于进行有点电视光纤网络进行增线、增点等工程实施难度大，而且费用过高的情况，因此在施工之前，管理部分应当尽可能了解当前有线电视网络的线路情况，尽可能在最短的线路中进行铺设，以便能够使用最佳的解决方案，保证铺设施工的难度降到最低，且在GPS全球定位系统的帮助下，可以多区域、多客户分布预测，以便能够获得更多信息，铺设合适的光纤网络。

用户需求预测一个成功的销售市场离不开对于使用用户的直接需求，因此通过了解用户的最新需求来进行未来市场的定位，是发展有限电视网络管理的必然需求。使用GPS来预测用户管理的能够解决当前用户的定位问题。目前需要城市的电视网络预测是通过地理密度、人口普查数据、用户使用规模、使用量等数据来实现的，而将这些信息放置在电子地图上，通过不同颜色进行显示，且可以开展针对某些人群的GPS定位管理，当客户在任何地点都可以使用有限电视网络信号，这样就可以而准确的保证用户对于有线网络电视仅仅局限于家庭的当中，人不在家则浪费资源。从而有重点地发展新用户。

增值服务互联网的飞速发展已经对有线电视网络造成直接的影响，它不但带来机遇而且也带来了巨大的挑战。有线电视网络的高性能带宽和巨大的用户群体可以提供Internet服务更好的发展平台，使用当前的有线电视管理模式和GPS系统相互结合，就可以直接提供出如旅游景点的查询、网上商场的直观购物，最近商业服务点的查询等。

5系统给客户带来的利益

使用GIS和GPS系统相互结合的有线电视网络管理能够提出更加简单、方便的解决方案，这不但是要通过改变当前系统管理的业务流程和全面系统的升级与维护方案。而且实施本系统还可以带来更多的直接或间接的核心利益：（1）全面了解当前客户的位置。通过桌面地图的方式显示出客户所在位置、客户群体的范围，就能够详细的分析当前或者未来的潜在客户，进而加大销售、投资力度。（2）将设备资源、维护资源通过分配的方式，放置到有效的区域，做到有效的资源最大利益化。（3）建立高质量的有线电视网络以便提供出更多、更好、更快的维护、使用服务体系。（4）通过可视化的分析与管理，及时发现当前市场环境处于的威胁，提供更好的发展市场的能力。（5）快速维护故障与分析故障修复时间。（6）在市场、用户服务及工程部门之间共享信息，以便作出快速、有效的商务决策，利于企业的整体发展。