技术融合：GSM与GPS结合跟踪移动目标

2019-11-05 02:42:39

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供稿：网友

　　GPS和GSM，看似两个不同领域的东西，但假如巧妙地加以组合，它们将在许多方面改变人们的生活，影响人们的生活。
　　
　　目前，随着社会的进步，以及人们物质生活和精神生活水平的不断提高，人们越来越希望能即时、准确的知道某些物品、某些人的重要信息，如地理位置、移动目标的速度和方向等等，因此，能实现这种愿望的高科技产品，就越来越受到人们的关注和喜爱。GPS就是这样一种能实现高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、价格可接受的高科技定位产品。而GSM除了能够提供人们熟悉的语音信息以外，它还能在GPS和使用者之间，通过数据业务和短消息业务，很好的传递控制和定位信息，为GPS这种高科技定位产品，在民间廉价的应用提供基础。因此，GPS和GSM技术结合的产物，将最大程度的满足人们对移动目标的跟踪需求。
　　
　　英文：“NAVSTAR/GPS”为“Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System”的缩写，简称GPS，它的含义是利用卫星测时和测距进行导航，从而构成全球卫星定位系统。现在国际上已经公认：将这一全球定位系统简称为GPS系统。该系统是以卫星为基础的无线电导航定位定时系统，具有全能性（陆地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、连续性和实时性。
　　
　　在很早以前，人们就已经开始了定位技术的研究，但直到1967年7月29日，美国政府公布将海军导航卫星系统（NNSS），也称子午卫星（TRANSIT）系统的部分导航电文解密供民间应用后，GPS这种全球卫星定位系统才真正撩起神秘的面纱，被人们所结识、所利用，才显示出它巨大的经济价值和社会价值。
　　
　　80年代后，随着GPS实验卫星和工作卫星的先后升空，经过各国科学家和生产厂家的共同努力，GPS硬件（接收机及各种配件）和软件技术日趋成熟，使得GPS的定位精度越来越高，观测速度越来越快，自动化程度越来越完善，价格却越来越低，这为GPS的广泛应用，开拓了更广阔的前景。
　　
　　GPS系统包括三部分：GPS卫星星座（空间部分）、地面控制系统（地面监控部分）、GPS接收机（用户部分）。
　　
　　GPS卫星星座（空间部分）：
　　由24颗覆盖全球上空的卫星组成，它们均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角55度，各个轨道平面之间相距60度，同一轨道平面上的卫星之间的升交角距相差90度，任意轨道平面上的卫星比西边相邻平面轨道上的相应卫星超前30度。空间部分总投资200亿美元，它的实施分成三个阶段：
　　
　　第一阶段：1974～1978年为方案论证阶段，在美国加利福尼亚的范登堡空军基地，采用Atlas F火箭，从1978年2月22日发射第一颗GPS试验卫星起，到1985年10月9日发射完最后一颗卫星，共发射了11颗代号为BLOCK-Ⅰ的GPS试验卫星在轨道上，运行轨道呈椭圆形，长半轴为26560km，倾角为64°，轨道高度约20000km。目前仍有4颗卫星在工作。
　　
　　第二阶段：1979～1987年为系统论证阶段。
　　
　　第三阶段：1988～1993年为生产实验阶段。自1989年初开始，在美国佛罗里达州肯尼迪空间中心的卡纳维拉尔角基地，采用Delta火箭，发射了代号为BLOCKⅡR型的第三代GPS试验卫星，组成了GPS的卫星星座。它是由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成，称为（21+3）GPS星座。卫星轨道面有6个，长半轴为26609km，偏心率为0.01，倾角为55°，轨道高度约20200km，运行周期为11小时58分钟（恒星时12小时），载波频率为1575.42MHz和1227.60MHz，卫星能覆盖地面面积38%，通过天顶时可见时间为5小时。在地球表面上的任何时间和地点，在高度角15度以上，平均可同时观测到6颗以上卫星。由于卫星对地面的距离和波束覆盖面积基本不变，因此在覆盖区域内，接收机接收到的信号近似相等，这非常有利于定位精度的提高。
　　
　　GPS卫星是由洛克菲尔国际公司空间部研制的，卫星重774kg，使用寿命为7年。卫星采用蜂窝结构，主体呈柱形，直径为1.5m。两侧装有两块双叶对日定向太阳能电池帆板，全长5.33m接受日光面积为7.2m2。对日定向系统控制两翼电池帆板旋转，使板面始终对准太阳，为卫星不断提供电力，并给三组镉镍电池充电，以保证卫星在地球阴影部分能正常工作。在星体底部装有多波束定向天线，能发射张角大约为30度的两个L波段（19cm和24cm波）的信号。在星体的两端面上装有全向遥测遥控天线，用于与地面监控网的通信。此外卫星还装有姿态控制系统和轨道控制系统，以便使卫星保持在适当的高度和角度，准确对准卫星的可见地面。GPS卫星的作用主要有3点：
　　
　　1．用L波段的两个无线载波（19cm和14cm）向广大用户连续不断地发送导航定位信号。
　　
　　2．在卫星飞越注入站上空时，接收由地面注入站用S波段（10cm波段）发送到卫星的导航电文和其他有关信息，并通过GPS信号电路，适时的发送给用户。
　　
　　3．接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，适时地改正运行偏差或者起用备用时钟等。
　　
　　地面控制系统（地面监控部分）：
　　全面负责监控全球定位系统的工作。它包括：主控站、监测站、注入站。
　　
　　主控站：1个，是位于科拉多州斯平士的卫星操作控制中心（CSOC），它的任务是收集各监测站送来的数据，计算卫星轨道、星历、时钟改正数、状态参数等，并按一定格式编辑为导航电文传送到注入站，再转发至各卫星；它还负责对地面控制系统的协调工作、对卫星状态的诊断、调整和发送工作。此外，这个主控站里还附设了一个监测站。
　　
　　监测站：5个，除一个附设在主控站内，还有4个分别分布在夏威夷、北太平洋的Kwajalein岛、印度洋的Diogo Garcia岛、大西洋的Ascension岛上。它们主要用配备的P码接收机和精密铯种，对每颗卫星进行连续不断的跟踪测量，并将所得数据传送到主控站。它是无人值守的数据采集中心，受主控站的控制。
　　
　　注入站：3个，分别附设在北太平洋的Kwajalein岛、印度洋的Diogo Garcia岛、大西洋的Ascension岛上的监测站内，其主要功能是天天用S波段（10cm波），将主控站传送来的卫星星历和时钟参数等发送到卫星的存储器中，让有关信息通过GPS卫星信号电路发给用户。还自动向主控站发信号。
　　
　　GPS接收机（用户部分）：
　　由于近十几年来，世界各国的企业公司和科研单位竞相开发出各种类型的接收机，因此GPS接收机的分类形式很多。常规分为两种：导航型和测地型。
　　
　　导航型接收机结构简单，体积小，价格便宜，采用C/A码伪距接收技术，定位精度一般可达100～20m，最高可达3～1m。若采用P码接收技术，达到的精度将更高。普通C/A码伪距接收机的价格大约在2-3千左右。
　　
　　测地型接收机结构复杂、精度高，它采用双频伪距和载波相位接收技术，测量基线的精度和高度都比导航型接收机高许多数量级。双频接收机可达5mm+1ppm•D,单频接收机可达10mm+2ppm•D,若用差分定位其精度可达亚米及厘米级。
　　
　　目前，GPS接收机的体积是越来越小，重量越来越轻，价格越来越低。
　　
　　随着GSM移动通信系统在我国的迅猛发展，它的电话业务功能对大多数人来讲，已不再生疏，但它的其他功能：如数据业务、短信息业务、补充业务，将有助于我们把GPS的应用扩展到跟踪移动目标方面。
　　
　　今年，我国电信业继续保持高速增长态势，截止5月底，移动电话用户总数已达到1.1亿户,其中新增用户2581万户.因此借GSM来传输GPS定位信息，有很好的基础。
　　
　　我们可以这样设想：将GPS固定到某个重要的物体如汽车或者带有非凡任务的人身上，在需要的时候，用GSM手机或其他通信方式，发一条短消息触发GPS，让GPS把它的三维位置信息，甚至三维速度和时间信息，以十进制ASCⅡ码或者二进制码输出，并通过有线和无线方式传输到GSM手机中，由GSM手机将此数据通过GSM网络传输到某个特定地方，比如某个报警中心或者以短信息的方式发给另一个GSM用户。或者转送到其他有关网络，再以特约的形式保存，比如存在指定的计算机内；或者电子信箱内；或者电子地图上。以供需要者使用。
　　
　　目前GPS在我国还主要应用在大地测量、工程测量、军事、交通、邮电、地质、矿产、气象、土地治理、金融、公安等部门，使用者大多自建系统，投资较大。也有一些单位安装了车载GPS系统，但都自成体系，不对外服务。因此让人觉得GPS离我们还很遥远。但事实上，美国在1995年车载GPS系统的销售量就已达到了3.1亿美元，日本在1996年车载GPS系统就已达到70万套。这些数据虽不能全面反映GPS在移动目标定位方面的业绩，但它也从一个侧面反映出GPS在民用方面的潜力。因此，我们完全有可能把GPS和GSM结合起来，为需求越来越多的各种移动目标的跟踪，增添一种强有力的技术手段。
　　
　　国际移动卫星组织是1979年在伦敦成立的，这是一个提供全球卫星移动通信的政府间国际合作团体，中国也是创始成员国之一。中国既积极参与全球导航系统（GNSS）和GPS卫星增强系统（WAAS）的建设，也开始建立我国自己的卫星导航系统（双星定位系统）。已在北京、上海、武汉、西安、拉萨、乌鲁木齐等地建成了永久性的GPS跟踪站，目的是对GPS卫星进行精密的定轨，为高精度的GPS定位测量提供观测数据和精密的星历服务。同时还致力于我国自主的广域差分GPS（WADGPS）方案的建立。
　　
　　我国在1995年成立了GPS协会，下设四个专业委员会，希望通过广泛的交流与合作，发展我国的GPS应用技术。
　　
　　今后，随着GPS逐步被熟悉和接受，GSM移动通信系统的不断完善和发展，我们完全有理由相信，GPS将同移动电话、计算机、互联网一样，逐步深入人们的生活，改善人们的生存空间，提高人们的生活品质。

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