技術融合：GSM與GPS結合跟蹤移動目標

2019-11-05 02:42:39

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供稿：網友

　　GPS和GSM，看似兩個不同領域的東西，但假如巧妙地加以組合，它們將在許多方面改變人們的生活，影響人們的生活。
　　
　　目前，隨著社會的進步，以及人們物質生活和精神生活水平的不斷提高，人們越來越希望能即時、準確的知道某些物品、某些人的重要信息，如地理位置、移動目標的速度和方向等等，因此，能實現這種愿望的高科技產品，就越來越受到人們的關注和喜愛。GPS就是這樣一種能實現高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡便、價格可接受的高科技定位產品。而GSM除了能夠提供人們熟悉的語音信息以外，它還能在GPS和使用者之間，通過數據業務和短消息業務，很好的傳遞控制和定位信息，為GPS這種高科技定位產品，在民間廉價的應用提供基礎。因此，GPS和GSM技術結合的產物，將最大程度的滿足人們對移動目標的跟蹤需求。
　　
　　英文：“NAVSTAR/GPS”為“Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System”的縮寫，簡稱GPS，它的含義是利用衛星測時和測距進行導航，從而構成全球衛星定位系統?，F在國際上已經公認：將這一全球定位系統簡稱為GPS系統。該系統是以衛星為基礎的無線電導航定位定時系統，具有全能性（陸地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、連續性和實時性。
　　
　　在很早以前，人們就已經開始了定位技術的研究，但直到1967年7月29日，美國政府公布將海軍導航衛星系統（NNSS），也稱子午衛星（TRANSIT）系統的部分導航電文解密供民間應用后，GPS這種全球衛星定位系統才真正撩起神秘的面紗，被人們所結識、所利用，才顯示出它巨大的經濟價值和社會價值。
　　
　　80年代后，隨著GPS實驗衛星和工作衛星的先后升空，經過各國科學家和生產廠家的共同努力，GPS硬件（接收機及各種配件）和軟件技術日趨成熟，使得GPS的定位精度越來越高，觀測速度越來越快，自動化程度越來越完善，價格卻越來越低，這為GPS的廣泛應用，開拓了更廣闊的前景。
　　
　　GPS系統包括三部分：GPS衛星星座（空間部分）、地面控制系統（地面監控部分）、GPS接收機（用戶部分）。
　　
　　GPS衛星星座（空間部分）：
　　由24顆覆蓋全球上空的衛星組成，它們均勻分布在6個軌道平面內，軌道傾角55度，各個軌道平面之間相距60度，同一軌道平面上的衛星之間的升交角距相差90度，任意軌道平面上的衛星比西邊相鄰平面軌道上的相應衛星超前30度?？臻g部分總投資200億美元，它的實施分成三個階段：
　　
　　第一階段：1974～1978年為方案論證階段，在美國加利福尼亞的范登堡空軍基地，采用Atlas F火箭，從1978年2月22日發射第一顆GPS試驗衛星起，到1985年10月9日發射完最后一顆衛星，共發射了11顆代號為BLOCK-Ⅰ的GPS試驗衛星在軌道上，運行軌道呈橢圓形，長半軸為26560km，傾角為64°，軌道高度約20000km。目前仍有4顆衛星在工作。
　　
　　第二階段：1979～1987年為系統論證階段。
　　
　　第三階段：1988～1993年為生產實驗階段。自1989年初開始，在美國佛羅里達州肯尼迪空間中心的卡納維拉爾角基地，采用Delta火箭，發射了代號為BLOCKⅡR型的第三代GPS試驗衛星，組成了GPS的衛星星座。它是由21顆工作衛星和3顆備用衛星組成，稱為（21+3）GPS星座。衛星軌道面有6個，長半軸為26609km，偏心率為0.01，傾角為55°，軌道高度約20200km，運行周期為11小時58分鐘（恒星時12小時），載波頻率為1575.42MHz和1227.60MHz，衛星能覆蓋地面面積38%，通過天頂時可見時間為5小時。在地球表面上的任何時間和地點，在高度角15度以上，平均可同時觀測到6顆以上衛星。由于衛星對地面的距離和波束覆蓋面積基本不變，因此在覆蓋區域內，接收機接收到的信號近似相等，這非常有利于定位精度的提高。
　　
　　GPS衛星是由洛克菲爾國際公司空間部研制的，衛星重774kg，使用壽命為7年。衛星采用蜂窩結構，主體呈柱形，直徑為1.5m。兩側裝有兩塊雙葉對日定向太陽能電池帆板，全長5.33m接受日光面積為7.2m2。對日定向系統控制兩翼電池帆板旋轉，使板面始終對準太陽，為衛星不斷提供電力，并給三組鎘鎳電池充電，以保證衛星在地球陰影部分能正常工作。在星體底部裝有多波束定向天線，能發射張角大約為30度的兩個L波段（19cm和24cm波）的信號。在星體的兩端面上裝有全向遙測遙控天線，用于與地面監控網的通信。此外衛星還裝有姿態控制系統和軌道控制系統，以便使衛星保持在適當的高度和角度，準確對準衛星的可見地面。GPS衛星的作用主要有3點：
　　
　　1．用L波段的兩個無線載波（19cm和14cm）向廣大用戶連續不斷地發送導航定位信號。
　　
　　2．在衛星飛越注入站上空時，接收由地面注入站用S波段（10cm波段）發送到衛星的導航電文和其他有關信息，并通過GPS信號電路，適時的發送給用戶。
　　
　　3．接收地面主控站通過注入站發送到衛星的調度命令，適時地改正運行偏差或者起用備用時鐘等。
　　
　　地面控制系統（地面監控部分）：
　　全面負責監控全球定位系統的工作。它包括：主控站、監測站、注入站。
　　
　　主控站：1個，是位于科拉多州斯平士的衛星操作控制中心（CSOC），它的任務是收集各監測站送來的數據，計算衛星軌道、星歷、時鐘改正數、狀態參數等，并按一定格式編輯為導航電文傳送到注入站，再轉發至各衛星；它還負責對地面控制系統的協調工作、對衛星狀態的診斷、調整和發送工作。此外，這個主控站里還附設了一個監測站。
　　
　　監測站：5個，除一個附設在主控站內，還有4個分別分布在夏威夷、北太平洋的Kwajalein島、印度洋的Diogo Garcia島、大西洋的Ascension島上。它們主要用配備的P碼接收機和精密銫種，對每顆衛星進行連續不斷的跟蹤測量，并將所得數據傳送到主控站。它是無人值守的數據采集中心，受主控站的控制。
　　
　　注入站：3個，分別附設在北太平洋的Kwajalein島、印度洋的Diogo Garcia島、大西洋的Ascension島上的監測站內，其主要功能是天天用S波段（10cm波），將主控站傳送來的衛星星歷和時鐘參數等發送到衛星的存儲器中，讓有關信息通過GPS衛星信號電路發給用戶。還自動向主控站發信號。
　　
　　GPS接收機（用戶部分）：
　　由于近十幾年來，世界各國的企業公司和科研單位競相開發出各種類型的接收機，因此GPS接收機的分類形式很多。常規分為兩種：導航型和測地型。
　　
　　導航型接收機結構簡單，體積小，價格便宜，采用C/A碼偽距接收技術，定位精度一般可達100～20m，最高可達3～1m。若采用P碼接收技術，達到的精度將更高。普通C/A碼偽距接收機的價格大約在2-3千左右。
　　
　　測地型接收機結構復雜、精度高，它采用雙頻偽距和載波相位接收技術，測量基線的精度和高度都比導航型接收機高許多數量級。雙頻接收機可達5mm+1ppm•D,單頻接收機可達10mm+2ppm•D,若用差分定位其精度可達亞米及厘米級。
　　
　　目前，GPS接收機的體積是越來越小，重量越來越輕，價格越來越低。
　　
　　隨著GSM移動通信系統在我國的迅猛發展，它的電話業務功能對大多數人來講，已不再生疏，但它的其他功能：如數據業務、短信息業務、補充業務，將有助于我們把GPS的應用擴展到跟蹤移動目標方面。
　　
　　今年，我國電信業繼續保持高速增長態勢，截止5月底，移動電話用戶總數已達到1.1億戶,其中新增用戶2581萬戶.因此借GSM來傳輸GPS定位信息，有很好的基礎。
　　
　　我們可以這樣設想：將GPS固定到某個重要的物體如汽車或者帶有非凡任務的人身上，在需要的時候，用GSM手機或其他通信方式，發一條短消息觸發GPS，讓GPS把它的三維位置信息，甚至三維速度和時間信息，以十進制ASCⅡ碼或者二進制碼輸出，并通過有線和無線方式傳輸到GSM手機中，由GSM手機將此數據通過GSM網絡傳輸到某個特定地方，比如某個報警中心或者以短信息的方式發給另一個GSM用戶。或者轉送到其他有關網絡，再以特約的形式保存，比如存在指定的計算機內；或者電子信箱內；或者電子地圖上。以供需要者使用。
　　
　　目前GPS在我國還主要應用在大地測量、工程測量、軍事、交通、郵電、地質、礦產、氣象、土地治理、金融、公安等部門，使用者大多自建系統，投資較大。也有一些單位安裝了車載GPS系統，但都自成體系，不對外服務。因此讓人覺得GPS離我們還很遙遠。但事實上，美國在1995年車載GPS系統的銷售量就已達到了3.1億美元，日本在1996年車載GPS系統就已達到70萬套。這些數據雖不能全面反映GPS在移動目標定位方面的業績，但它也從一個側面反映出GPS在民用方面的潛力。因此，我們完全有可能把GPS和GSM結合起來，為需求越來越多的各種移動目標的跟蹤，增添一種強有力的技術手段。
　　
　　國際移動衛星組織是1979年在倫敦成立的，這是一個提供全球衛星移動通信的政府間國際合作團體，中國也是創始成員國之一。中國既積極參與全球導航系統（GNSS）和GPS衛星增強系統（WAAS）的建設，也開始建立我國自己的衛星導航系統（雙星定位系統）。已在北京、上海、武漢、西安、拉薩、烏魯木齊等地建成了永久性的GPS跟蹤站，目的是對GPS衛星進行精密的定軌，為高精度的GPS定位測量提供觀測數據和精密的星歷服務。同時還致力于我國自主的廣域差分GPS（WADGPS）方案的建立。
　　
　　我國在1995年成立了GPS協會，下設四個專業委員會，希望通過廣泛的交流與合作，發展我國的GPS應用技術。
　　
　　今后，隨著GPS逐步被熟悉和接受，GSM移動通信系統的不斷完善和發展，我們完全有理由相信，GPS將同移動電話、計算機、互聯網一樣，逐步深入人們的生活，改善人們的生存空間，提高人們的生活品質。

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