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绪论 1.1 GPS定位系统概述 GPS是Navigation Satellite Timing and Ranging／Global Positioning System的简称，中文全称是卫星授时测距导航／全球定位系统。该系统是以卫星为基础的无线电导航系统，具有全能性、全球性、全天候、连续性、实时性的导航、定位和授时等多种功能，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。 1957年10月，前苏联成功地发射了世界上第一颗人造地球卫星，从此，人类跨入了空间科学技术迅速发展的崭新时代，利用卫星进行定位和导航的研究引起了各国军事部门的高度重视。1958年底，美国海军武器实验室着手研制为美国军用舰艇导航服务的卫星导航系统，即海军卫星导航系统，也称为子午仪卫星导航系统。1964年1月该系统研制成功，它用于北极星核潜艇的导航定位，并逐步应用于其他各种舰艇的导航定位。该系统由6颗卫星组成导航网，卫星的轨道较低，为离地面约1080km的圆形极轨，每条轨道上只有1颗卫星，运行周期107min。由于卫星数少，而且轨道较低，故每隔l～2h才有一次卫星通过地面观测站而被跟踪观测；另外，采用多普勒定位原理，一台接收机需要观测15次合格的卫星通过，才能获得精度为±10m的单点定位参数。由于观测解算导航参数的时间长，因此它不能满足连续实时三维导航的要求，尤其不能满足高动态目标的高精度导航要求。 1973年美国国防部在子午仪卫星导航系统的基础上，决定发展各军种共同使用的全球定位系统，美国国防部指定这项计划由空军牵头负责研制。在空军系统司令部空间部成立了一个联合计划办公室，具体负责GPS的研制、实验、采纳和部署。参加的单位有空军、陆军、海军、海军陆战队、海岸警卫队、运输部、国防地图测绘局及国防预研计划局。 GPS整个发展计划分为3个阶段实施。 第一阶段为原理方案可行性验证阶段，从1978年到1979年，共发射了4颗实验卫星，建立了地面跟踪网，研制了地面GPS接收机，对系统的硬件和软件进行了实验，实验结果令人满意。 第二阶段为系统的研制与试验阶段，从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星。第一阶段和第二阶段共发射1 1颗试验卫星，这些试验卫星称为第一代卫星：Block I。与此同时，研制了各种导航型接收机和测地型接收机，试验表明，GPS的定位精度大大超过设计标准，其中粗码(C／A码)的定位精度远远超过设计指标，高达20m。 第三阶段为最后的工程发展与完成阶段。1989年的2月4目，发射了GPS第一颗工作卫星，到1994年3月10日共研制发射了28颗工作卫星。这些工作卫星称为Block II和Block II A卫星，与此同时，不仅研制了高精度导航型接收机，还研制了能对卫星载波信号进行相位测量的定位精度极高的接收机和采用相位差分的GPS载体姿态测量接收机，满足了精密导航与制导等一系列军事目的之要求。 美国所设计和试验的新的第三代工作卫星改进系统(Block II R)，在20世纪末发射完毕，包括20颗Block 11 R卫星，新系统的定位精度可达lmm。而更为先进的Block III型卫星已经在本世纪开始部署了，而更为先进的卫星仍然在研制当中。 1.2国内外研究现状 GPS技术在汽车导航和交通管理工程中的研究与应用目前在中国刚刚起步，而国外在这方面的研究早已开始并已取得了一定的成果。加拿大卡尔加里大学设计了一种动态定位系统，该系统包括一台捷联式惯性系统，两台GPS接收机和一台微机，可测定已有道路的线形参数，为道路管理系统服务。美国研制了应用于城市的道路交通管理系统，该系统利用GPS和GIS建立道路数据库，在数据库中包含有各种现时的数据资料，如道路的准确位置、路面状况、沿路设施等，该系统于1995年正式运行，为城市道路交通管理起到重要作用。近些年来国外研制了各种用于车辆诱导的系统，其中车辆位置的实时确定以往主要依据惯性测量系统以及车轮传感器，随着GPS的发展和所显示出的优越性，有取代前两种方法的趋势。用于城市车辆诱导的GPS定位一般是在城市中设立一个基准站，车载GPS实时接收基准站发射的信息，经过差分处理便可计算出实时位置，把目前所处位置与所要到达的目标在道路网中进行优化计算，便可在道路电子地图上显示出到达目标的最优化路线，为公安、消防、抢修、急救等车辆服务。 就GPS整个应用而言，我国所有的GPS芯片和OEM接收板几乎都是靠进口，所使用的GPS核心主要来源为美国、日本、韩国和台湾等地，国内基本上都是在这些核心产品上进行的二次开发，生产车载终端、导航和手持定位仪器等产品。虽然目前GPS关键性零组件如GPS芯片组的供应仍掌握在几家国外厂商手中（国际上具有代表性的GPS公司，主要有主推测量仪器的TRIMBLE