1   GPS概述

GPS的英文全稱是Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System，有時(shí)也被稱作NAVSTAR GPS。其意為“導(dǎo)航星測時(shí)與測距全球定位系統(tǒng)”，或簡稱全球定位系統(tǒng)。

1.1  GPS的基本原理

GPS主系統(tǒng)是美國發(fā)射運(yùn)行的衛(wèi)星系統(tǒng)，包含了27顆能持續(xù)發(fā)送地理位置海拔高度和時(shí)間信號的衛(wèi)星， 24個(gè)正常使用，3個(gè)備用，這些衛(wèi)星平均分布運(yùn)行在六個(gè)軌道上。24顆GPS衛(wèi)星在離地面2萬2千公里的高空上，以12小時(shí)的周期環(huán)繞地球運(yùn)行，使得地面上的任何一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測到4顆以上的衛(wèi)星。由于衛(wèi)星的位置精確可知，在GPS觀測中，就可以得到接收機(jī)的距離，利用三維坐標(biāo)中的距離公式，用三顆衛(wèi)星就可以組成三個(gè)方程，解出觀測點(diǎn)的位置（X，Y，Z），考慮到衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘之間的誤差，實(shí)際上有4個(gè)未知數(shù)，X、Y、Z和時(shí)差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成四個(gè)方程式進(jìn)行求解，從而得到觀測點(diǎn)的經(jīng)度、緯度和高度。這就是GPS衛(wèi)星系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定位的基本原理。 

1.2  GPS的組成

全球定位系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：地面控制站、空間部分、用戶裝置部分。

主控站：負(fù)責(zé)管理、協(xié)調(diào)整個(gè)控制系統(tǒng)的工作，由地面天線（在主控站的控制下向衛(wèi)星注入導(dǎo)航電文）、監(jiān)測站（數(shù)據(jù)自動(dòng)收集中心）和通信輔助系統(tǒng)（數(shù)據(jù)傳輸）組成。

空間部分：由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個(gè)軌道平面上。

用戶裝置部分：主要由GPS接收機(jī)和衛(wèi)星天線組成。

 1.3  GPS的發(fā)展歷程

GPS系統(tǒng)的前身為美軍研制的一種子午儀衛(wèi)星定位系統(tǒng)（Transit），1958年研制，1964年正式投入使用。該系統(tǒng)用5到6顆衛(wèi)星組成的星網(wǎng)工作，每天最多繞過地球13次，無法給出高度信息，在定位精度方面也不盡如人意。由于衛(wèi)星定位顯示出在導(dǎo)航方面的巨大優(yōu)越性及子午儀系統(tǒng)存在對潛艇和艦船導(dǎo)航方面的巨大缺陷。美國海陸空三軍及民用部門都感到迫切需要一種新的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。為此,美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室(NRL)提出了名為Tinmation的用12到18顆衛(wèi)星組成10000km高度的全球定位網(wǎng)計(jì)劃，并于67年、69年和74年各發(fā)射了一顆試驗(yàn)衛(wèi)星，在這些衛(wèi)星上初步試驗(yàn)了原子鐘計(jì)時(shí)系統(tǒng)，這是GPS系統(tǒng)精確定位的基礎(chǔ)。

1973年美國國防部將海空軍定位系統(tǒng)合二為一。GPS導(dǎo)航衛(wèi)星自1978年發(fā)射以來，其型別已由第Ⅰ，Ⅱ和ⅡA批次發(fā)展到ⅡR批次。目前正在制造33顆更先進(jìn)的ⅡF批次衛(wèi)星。美國還在考慮發(fā)展采用點(diǎn)波束的新一代GPS衛(wèi)星（GPS-Ⅲ）。

美國的全球定位系統(tǒng)（GPS）導(dǎo)航衛(wèi)星正在逐步現(xiàn)代化。GPS從美國空軍的導(dǎo)航輔助設(shè)備開始，逐漸發(fā)展成軍民兩用的一種重要技術(shù)。GPS的精確位置與定時(shí)信息，已成為世界范圍各種軍民用、科研和商業(yè)活動(dòng)的一種重要資源,民用用戶要求GPS具有更好的抗干擾和干涉性能、較高的安全性和完整性；軍方則要求衛(wèi)星發(fā)射較大的功率和新的同民用信號分離的軍用信號；而對采用GPS導(dǎo)航的“靈巧”武器，加快信號捕獲速度更為重要。 GPS從1994年全面工作以來，改進(jìn)工作一直在進(jìn)行中。

民用GPS導(dǎo)航精度迄今的最大改進(jìn)發(fā)生在2000年5月2日，美國停止了故意降低民用信號性能（稱為選擇可用性，即S/A）的做法。在S/A工作時(shí)，民用用戶在99%的時(shí)間只有100米的精度。但當(dāng)S/A切斷后，導(dǎo)航精度上升，95%的位置數(shù)據(jù)可落在半徑為6.3米的圓內(nèi)。

1.4   其它衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

1.4.1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

我國自行研制的兩顆北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星分別于2000年10月31日和12月20日從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心升空并準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定的地球同步軌道（東經(jīng)80º和140º的赤道上空），此外另一顆備用衛(wèi)星也被送入預(yù)定軌道（東經(jīng)110.5º的赤道上空），標(biāo)志著我國擁有了自己的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——BD–1。

“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”是由空間衛(wèi)星、地面控制中心站和北斗用戶終端三部分構(gòu)成。

空間部分包括兩顆地球同步軌道衛(wèi)星（GEO）組成。衛(wèi)星上帶有信號轉(zhuǎn)發(fā)裝置，完成地面控制中心站和用戶終端之間的雙向無線電信號的中繼任務(wù)。

為了使我國的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的性能有實(shí)質(zhì)性的提高，中央已決定研制組建第二代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（BD–2）。從導(dǎo)航體制、測距方法、衛(wèi)星星座、信號結(jié)構(gòu)及接收機(jī)等方面進(jìn)行全面改進(jìn)。上海的復(fù)控華龍公司開發(fā)了第一款基于北斗的GPS芯片。

北斗系統(tǒng)主要有三大功能：快速定位，為服務(wù)區(qū)域內(nèi)的用戶提供全天候、實(shí)時(shí)定位服務(wù)，定位精度與GPS相當(dāng)；短報(bào)文通信，一次可傳送多達(dá)120個(gè)漢字的信息；精密授時(shí)，精度達(dá)20納秒。

北斗應(yīng)用有五大優(yōu)勢。一，它同時(shí)具備定位與通訊功能，不需要其他通訊系統(tǒng)支持。而GPS只能定位。二，覆蓋范圍大，沒有通訊盲區(qū)。北斗系統(tǒng)覆蓋了中國及周邊國家和地區(qū)，不僅可為中國、也可為周邊國家服務(wù)。三，特別適合于集團(tuán)用戶大范圍監(jiān)控管理和數(shù)據(jù)采集用戶數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用。四，融合北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)和衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)兩大資源，因此也可利用GPS使之應(yīng)用更加豐富。五，自主系統(tǒng)，安全、可靠、穩(wěn)定，保密性強(qiáng)，適合關(guān)鍵部門應(yīng)用.

1.4.2  GLONASS衛(wèi)星定位系統(tǒng)

俄羅斯GLONASS衛(wèi)星定位系統(tǒng)擁有工作衛(wèi)星21顆，分布在 3個(gè)軌道平面上，同時(shí)有3顆備份星。每顆衛(wèi)星都在1.91萬公里高的軌道上運(yùn)行，周期為11小時(shí)15分。GLONASS采用頻分多址體制，衛(wèi)星靠頻率不同來區(qū)分，每組頻率的偽隨機(jī)碼相同。每顆GLONASS衛(wèi)星發(fā)播的兩種載波的頻率分別為L1=1,602+0.5625K(MHZ)和L2=1,246+0.4375K(MHZ)，其中K=1～24為每顆衛(wèi)星的頻率編號。因GLONASS衛(wèi)星星座一直處于降效運(yùn)行狀態(tài)，現(xiàn)只有8顆衛(wèi)星能夠正常工作。GLONASS的精度要比GPS系統(tǒng)的精度低，由于衛(wèi)星發(fā)射的載波頻率不同，GLONASS可以防止整個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)同時(shí)被敵方干擾，因而，具有更強(qiáng)的抗干擾能力

1.4.3  伽俐略（Galileo）衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)

2002年3月24日歐盟決定研制組建自己的民用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)—— Galileo系統(tǒng)。

Galileo衛(wèi)星星座將由27顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成，這30顆衛(wèi)星將均勻分布在3個(gè)軌道平面上，衛(wèi)星高度為23616km，軌道傾角為56°。

Galileo系統(tǒng)是一種多功能的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有公開服務(wù)、安全服務(wù)、商業(yè)服務(wù)和政府服務(wù)等功能，但只有前兩種服務(wù)是自由公開的，后兩種服務(wù)則需經(jīng)過批準(zhǔn)后才能使用。伽利略系統(tǒng)建成后，美歐兩大相互兼容的導(dǎo)航定，位系統(tǒng)將大大有助于提供導(dǎo)航定位的精度和可靠性.

2   GPS的應(yīng)用

2.1  GPS的用途

GPS應(yīng)用于導(dǎo)航：主要是為船舶,汽車,飛機(jī)等運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行定位導(dǎo)航。例如：
      1)  武器導(dǎo)航：精確制導(dǎo)導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈
      2)  車輛導(dǎo)航：車輛調(diào)度、監(jiān)控系統(tǒng)、汽車自主導(dǎo)航、地面車輛跟蹤和城市智能交通管
      3)  船舶導(dǎo)航：遠(yuǎn)洋導(dǎo)航、港口/內(nèi)河引水 
      4) 飛機(jī)導(dǎo)航：航線導(dǎo)航、進(jìn)場著陸控制 
      5)  星際導(dǎo)航：衛(wèi)星軌道定位
      6) 個(gè)人導(dǎo)航：個(gè)人旅游及野外探險(xiǎn)船舶遠(yuǎn)洋導(dǎo)航和進(jìn)港引水
      7) GPS應(yīng)用于授時(shí)校頻：
           a．電力，郵電，通訊等網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步
           b．準(zhǔn)確時(shí)間的授入
      8) GPS應(yīng)用于高精度測量：
          a．各種等級的大地測量，控制測量
          b．道路和各種線路放樣
          c．水下地形測量
          d．工程機(jī)械（輪胎吊，推土機(jī)等）控制
          e．精細(xì)農(nóng)業(yè)
      9) 定位： 
         a．車輛防盜系統(tǒng) 
         b．手機(jī)，PDA，PPC等通信移動(dòng)設(shè)備防盜，電子地圖，定位系統(tǒng) 
         c．兒童及特殊人群的防走失系統(tǒng)

2.2  GPS的在Hytera的應(yīng)用

Hytera應(yīng)用的GPS的產(chǎn)品包括數(shù)字對講機(jī),手機(jī)對講機(jī),模擬與數(shù)字車載臺,肩咪,數(shù)字路由,集群基站等,以及后臺調(diào)度系統(tǒng)。 GPS產(chǎn)品通過專網(wǎng)或公網(wǎng)發(fā)送GPS信息到與之配套的操作管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)傳輸、定位監(jiān)控和前方報(bào)警、軌跡回放、查詢統(tǒng)計(jì)等多項(xiàng)功能；結(jié)合地理信息系統(tǒng)指揮管理中心可以清晰地看到每位執(zhí)勤人員的動(dòng)態(tài)信息及所在位置，可隨時(shí)指揮調(diào)動(dòng)一線執(zhí)勤人員就近處置突發(fā)事件。當(dāng)野外探險(xiǎn)或旅行時(shí)遇險(xiǎn)時(shí),可以將GPS信息告知救援人員,從而快速定位,為及時(shí)獲救贏得時(shí)間。此系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于公安、武警、消防、部隊(duì)、城管、出租汽車、園區(qū)保安巡防及林業(yè)防火。

GPS肩咪與當(dāng)前正在使用或計(jì)劃投入使用的任何一款無線對講機(jī)組合（可適用模擬集群網(wǎng)通信系統(tǒng)），在保持原有正常通話的同時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星定位及信號回傳.而藍(lán)牙GPS肩咪通過與藍(lán)牙適配器或者與帶有藍(lán)牙功能的對講無線鏈接,通過無線通話與數(shù)據(jù)傳輸，也可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星定位及信號回傳。解決了線纜束縛，操作更加的方便。裝備GPS肩咪無需對現(xiàn)有無線通信方式進(jìn)行任何改造，也不需更換現(xiàn)有通信設(shè)備，更無須交付電信通信網(wǎng)絡(luò)傳輸費(fèi)，因此可以節(jié)省大量經(jīng)費(fèi)。

GPS手機(jī)對講機(jī)和GPS數(shù)字對講機(jī)兩者都內(nèi)置了GPS信號處理器，通過GPS與對講機(jī)二合一天線進(jìn)行通信。GPS手機(jī)對講機(jī)通過公網(wǎng)傳輸GPS信號,GPS數(shù)字對講機(jī)通過數(shù)字信道傳輸GPS信號。為室外作業(yè)定位、管理、調(diào)度提供GPS信息。GPS模擬與數(shù)字車載臺內(nèi)置了GPS信號處理器，外接GPS車載天線，通過通信信道傳輸GPS信息，從而實(shí)現(xiàn)車輸?shù)墓芾怼⒄{(diào)度與監(jiān)控。

下面是一些典型應(yīng)用實(shí)例：

1、應(yīng)急指揮

將安裝了后臺調(diào)度系統(tǒng)的筆記本電腦與車載臺連接形成一個(gè)流動(dòng)操作平臺，可廣泛應(yīng)用于野外、山區(qū)或林區(qū)執(zhí)行任務(wù)，尤其遇有地區(qū)性突發(fā)事件（2008年春季南方大面積冰雪和汶川大地震），當(dāng)國家電網(wǎng)、手機(jī)通信網(wǎng)出現(xiàn)區(qū)域性癱瘓時(shí)，使用車載流動(dòng)操作平臺并配備多部裝有“GPS肩咪”的手持對講機(jī)或者內(nèi)置GPS的對講機(jī)（手機(jī)對講或數(shù)字對講機(jī)）就可以快速搭建一個(gè)準(zhǔn)確掌握前方人員或車輛位置的無線指揮系統(tǒng)。如圖公安車輛的調(diào)度

2、巡更

巡更時(shí)，巡更員持帶GPS功能對講機(jī)的軌跡,和到達(dá)各個(gè)巡更點(diǎn)的情況,都被記錄并傳送到控制中點(diǎn),控制中心電腦軟件依此編排巡更班次、時(shí)間間隔、線路走向，有效地管理巡更員巡視活動(dòng)，增強(qiáng)保安防范措施

3、警力布置與調(diào)度

后臺調(diào)度系統(tǒng)與帶GPS功能的對講機(jī)和車載臺連接形成一個(gè)流動(dòng)操作平臺，各產(chǎn)品將GPS信息通過公網(wǎng)或?qū)＞W(wǎng)傳輸至后臺系統(tǒng)，后臺人員就可準(zhǔn)確掌握區(qū)域內(nèi)的警員和警車分布，上崗下崗，運(yùn)動(dòng)的軌跡信息,從而進(jìn)行調(diào)度與警力布置，安排就近警員處理突發(fā)事件，快速處置各種事件，給罪犯有力的打擊，形成一個(gè)完整的無線指揮系統(tǒng)。如圖后臺的調(diào)度系統(tǒng)。