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IACP 2009
GPS 2009/1/5 下午 09:34:59 

GPS就是稱為全球定位系統(Global Positioning System,一般通常簡稱GPS)是一個中距離圓型軌道衛星導航系統。它可以為地球表面絕大部分地區(98%)提供準確的定位、測速和高精度的時間標準。系統由美國國防部研製和維護,它可滿足位於全球任何地方或近地空間的軍事用戶連續精確的確定三維位置、三維運動和時間的需要。該系統包括太空中的24GPS衛星;地面上的1個主控站、3個數據注入站和5個監測站及作為用戶端的GPS接收機。最少只需其中4顆衛星,就能迅速確定用戶端在地球上所處的位置及海拔高度;所能收聯接到的衛星數越多,解碼出來的位置就越精確。

 

該系統是由美國政府于20世紀70年代開始進行研製于1994年全面建成。使用者只需擁有GPS接收機,無需另外給付費用。GPS信號分為民用的標準定位服務(SPSStandard Positioning Service)和軍規的精確定位服務(PPSPrecise Positioning Service)兩類。由於SPS無須任何授權即可任意使用,原本美國因為擔心敵對國家或組織會利用SPS對美國發動攻擊,故在民用訊號中人為地加入誤差以降低其精確度,使其最終定位精確度大概在100米左右;軍規的精度在十米以下。2000年以後,柯林頓政府決定取消對民用訊號的干擾。因此,現在民用GPS也可以達到十米左右的定位精度。

 

GPS系統擁有如下多種優點:全天候,不受任何天氣的影響;全球覆蓋(高達98%);三維定速定時高精度;快速、省時、高效率;應用廣泛、多功能;可移動定位;不同於雙星定位系統,使用過程中接收機不需要發出任何信號增加了隱蔽性,提高了其軍事應用效能。

 

前身

GPS(又稱全球衛星導航系統或全球衛星定位系統)系統的前身為美軍研製的一種子午儀衛星定位系統(Transit),1958研製1964正式投入使用。該系統56顆衛星組成的星網工作,每天最多繞過地球13次,並且無法給出高度資訊,在定位精度方面也不盡如人意。然而,子午儀系統使得研發部門對衛星定位取得了初步的經驗,並驗證了由衛星系統進行定位的可行性,為GPS系統的研製埋下了鋪墊。由於衛星定位顯示出在導航方面的巨大優越性及子午儀系統存在對潛艇和艦船導航方面的巨大缺陷。美國海陸空三軍及民用部門都感到迫切需要一種新的衛星導航系統。為此,美國海軍研究實驗室(NRL)提出了名為Tinmation的用1218顆衛星組成10000km高度的全球定位網計劃,並於67年、69年和74年各發射了一顆試驗衛星,在這些衛星上初步試驗了原子鐘計時系統,這是GPS系統精確定位的基礎。而美國空軍則提出了621-B的以每星群45顆衛星組成34個星群的計劃,這些衛星中除1顆採用同步軌道外其餘的都使用周期為24h的傾斜軌道 該計劃以偽隨機碼(PRN)為基礎傳播衛星測距信號,其強大的功能,當信號密度低於環境噪聲的1%時也能將其檢測出來。偽隨機碼的成功運用是GPS系統得以取得成功的一個重要基礎。海軍的計劃主要用於為艦船提供低動態的2維定位,空軍的計劃能供提供高動態服務,然而系統過於複雜。由於同時研製兩個系統會造成巨大的費用,而且這裡兩個計劃都是為了提供全球定位而設計的,所以1973美國國防部2者合二為一,並由國防部牽頭的衛星導航定位聯合計劃局(JPO)領導,還將辦事機構設立在洛杉磯的空軍太空處。該機構成員眾多,包括美國陸軍、海軍、海軍陸戰隊、交通部、國防製圖局、北約澳洲的代表。

計劃

最初的GPS計劃在聯合計劃局的領導下誕生了,該方案將24顆衛星放置在互成120度的三個軌道上。每個軌道上有8顆衛星,地球上任何一點均能觀測69顆衛星。這樣,粗碼精度可達100m,精碼精度為10m 由於預算壓縮,GPS計劃不得不減少衛星發射數量,改為將18顆衛星分佈在互成60度的6個軌道上。然而這一方案使得衛星可靠性得不到保障。1988又進行了最後一次修改:21顆工作星和3顆備份星工作在互成30度的6條軌道上。這也是現在GPS衛星所使用的工作方式。

計劃實施

GPS計劃的實施共分三個階段:

  • 第一階段為方案論證和初步設計階段。

19781979年,由位於加利福尼亞范登堡空軍基地採用雙子座火箭發射4顆試驗衛星,衛星運行軌道長半軸為26560km,傾角64度。軌道高度20000km。這一階段主要研製了地面接收機及建立地面跟蹤網,結果令人滿意。

  • 第二階段為全面研製和試驗階段。

19791984,又陸續發射了7顆稱為BLOCK I試驗衛星,研製了各種用途的接收機。實驗表明,GPS定位精度遠遠超過設計標準,利用粗碼定位,其精度就可達14米。

  • 第三階段為實用組網階段。

198924第一顆GPS工作衛星發射成功,這一階段的衛星稱為BLOCK II BLOCK IIA。此階段宣告GPS系統進入工程建設狀態。1993底使用的GPS網即(21+3GPS星座已經建成,今後將根據計劃更換失效的衛星。

 

GPS衛星

GPS衛星是由洛克菲爾國際公司空間部研製的,衛星重774kg使用壽命7年。衛星採用蜂窩結構,主體呈柱形直徑1.5m。衛星兩側裝有兩塊雙葉對日定向太陽能電池帆板(BLOCK I),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,並給三組15Ah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12個單元的多波束定向天線,能發射張角大約為30度的兩個L波段(19cm24cm波)的信號。在星體的兩端面上裝有全向遙測遙控天線,用於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角度,準確對準衛星的可見地面。

GPS系統的工作原理可知,星載時鐘的精確度越高,其定位精度也越高。早期試驗型衛星採用由霍普金斯大學研製的石英振蕩器,相對頻率穩定度為10 11/秒。誤差為14米。1974年以後,GPS衛星採用銣原子鐘,相對頻率穩定度達到10 12/秒,誤差8m1977年,BOKCK II型採用了馬斯頻率和時間系統公司研製的銫原子鐘後相對穩定頻率達到10 13/,誤差則降為2.9m1981年,休斯公司研製的相對穩定頻率為10 14/秒的氫原子鐘使BLOCK IIR型衛星誤差僅為1m

差分技術

為了使民用的精確度提昇,科學界發展另一種技術,稱為差分全球定位系統(Differential GPS), 簡稱DGPS。亦即利用附近的已知參考座標點(由其它測量方法所得), 來修正 GPS 的誤差。再把這個即時(real time)誤差值加入本身座標運算的考慮, 便可獲得更精確的值。

GPS2D導航和3D導航分,在衛星信號不夠時無法提供3D導航服務,而且海拔高度精度明顯不夠,有時達到10倍誤差。但是在經緯度方面經改進誤差很小。衛星定位儀在高樓林立的地區捕捉衛星信號要花較長時間。

GPS的功能

  1. 精確定時:廣泛應用在天文台、通信系統基站、電視台中
  2. 工程施工:道路、橋樑、隧道的施工中大量採用GPS設備進行工程測量
  3. 勘探測繪:野外勘探及城區規劃中都有用到
  4. 導航:
    1. 武器導航:精確制導飛彈、巡弋飛彈
    2. 車輛導航:車輛調度、監控系統
    3. 船舶導航:遠洋導航、港口/內河引水
    4. 飛機導航:航線導航、進場著陸控制
    5. 星際導航:衛星軌道定位
    6. 個人導航:個人旅遊及野外探險
  5. 定位:
    1. 車輛防盜系統
    2. 手機,PDAPPC等通信移動設備防盜,電子地圖,定位系統
    3. 兒童及特殊人群的防走失系統
    4. 精準農業:農機具導航、自動駕駛,土地高精度平整

GPS的六大特點

  • 第一,全天候,不受任何天氣的影響;
  • 第二,全球覆蓋(高達98%);
  • 第三,三維定點定速定時高精度;
  • 第四,快速、省時、高效率
  • 第五,應用廣泛、多功能;
  • 第六,可移動定位。

目前正在運行的全球衛星定位系統有美國的GPS系統和俄羅斯GLONASS系統。

歐盟1999年初正式推出「伽利略」計劃,部署新一代定位衛星。該方案由27顆運行衛星和3顆預備衛星組成,可以覆蓋全球,位置精度達幾米,亦可與美國的GPS系統兼容,總投資為35億歐元。該計劃預計于2010年投入運行。

中國還獨立研製了一個區域性的衛星定位系統——北斗導航系統。該系統的覆蓋範圍限於中國及周邊地區,不能在全球範圍提供服務,主要用於軍事用途。

應用

  • 軍事 洲際彈道飛彈
  • 物流管理
  • 地理資訊系統
  • 地理位置定位的多媒體
  • 行動電話
  • 數位相機
  • 數碼攝像機
  • 航空
  • 衛星地圖
  • 航空

 本文出自維基百科一書


中繼式無線電通訊系統 2008/10/20 下午 06:08:55 

中繼式無線電通訊系統說明 :

Trunking Radio Communication System 在台灣稱為「中繼式無線電通訊系統」。此系統之特性為頻道公用,利用動態分配空閒頻道的技術,使得接續時間快,等待時間短,頻道利用效率高。

中繼式無線電通訊系統是在多頻道自動撥號專用調度系統的基礎上平台發展起來的,定位為一封閉之無線電通訊系統,提供特定族群所使用之無線通訊系統,其使用方式為半雙工調度為主之無線通訊系統,涵蓋區域是屬於高功率、廣大區域之無線通訊系統,且可以結合無線電、有線電話、行動數據及呼叫器等通訊系統,提供特定政府或企業等特殊族群或車輛指揮調度派遣使用。

通常指配給中繼式無線電通訊的頻段有200MHz、500MHz和800MHz等頻段。

中繼式無線電系統標準繁多,若從公用類比系統來看,有英國的MPT-1327、美國的APCO-16,屬於公用數位系統則有歐洲ETSI 的TETRA、美國的APCO-25,至於專屬的數位系統包括:EDACS(Ericsson)、iDEN(Motorola)、TETRAPOL(Matra)、FHMA(以色列GEOTEK)。

中繼式無線電通訊系統的共同網路:

中繼式無線電通訊共用網路平台是新發展的一種營運模式,商用中繼式無線電通訊網路實際是一種中繼式無線電通訊共網(Common Network 非 Public Network)。這種網路的用戶主要是集團用戶,可以像使用蜂巢手機那樣到營運公司去購買用戶終端設備、繳納入網費和通信費等。這種中繼式無線電共網已和原來由某個部門、單位或公司所擁有的僅供內部使用的專網不同,其用戶也分布政府、公司、企業/事業單位 (如公用事業、公共安全、公共運輸、市政服務、機場、港口、車站、工礦、建築、維修及保全等等)中。

在這個大網中不同的部門和行業又可各自組成一個群(組)進行各自的調度指揮,而群組之間相互不會干擾。這種通訊網路真正能發揮中繼式無線電通訊的特點,即:共用頻率、共用頻道、共享覆蓋區域、共享通信業務和「集小群體為大群體」等。

當然在強調發展中繼式無線電通訊共同網路的時候,決不能取消中繼式無線電通訊的專網,甚至是小型的專網。中繼式無線電通訊是從專用通信發展起來的,而中繼式無線電通訊共網也是隨著中繼式無線電通訊的發展而形成的,中繼式無線電通訊專網在一定的時間內還將發揮其作用,有相當一部份以專網的使用形式是不能用共網來替代。

從中繼式無線電通訊共同網路平台來說,需求似乎比較統一,因為它是在一個大區域中建立一個大型通訊網路讓各個集團用戶(也包括大型用戶)共同使用,所以它的使用需求比較一致。它一般都擁有幾萬至十幾萬甚至更多的用戶,工作方式除了派遣調度和無線電話外,還有數據傳輸和傳呼等等功能,所以和專網不但有區別,而且也不可能用一個技術規範來統一。

邁向數位通訊網路平台發展:

專業行動通訊網的需求不斷擴大:八十年代的專用行動網主要有國家安全、海岸巡防、反恐、軍隊、警察、消防、防汛、急救、交通、運輸業如:出租汽車和其他少量生產性單位,行動台的數量也較少。到了九○年代,專用行動網的用戶就大幅提高,如:建築業、旅遊業、飯店業、水利、煤氣、電力、郵政、化工、運輸、保全及政府管理部門 (如對公路、房地產的管理) 等,都陸續使用專網或正在建立專網。

而且要求相應發展先進的、高效、靈活的通訊調度系統,因此,目前也急需發展數位中繼式無線電通訊網路。此外,社會服務專案需要多媒體通訊業務的增加,過去只是語音通信,現在發展到語音、數據、動態圖像等多媒體通訊,如:衛星定位系統(GPS)遙控遙測、防盜報警等功能均需數據傳輸,而數位中繼式無線電派遣系統就可以實現這些新業務。

數位通訊網路的優點:依照目前指配給中繼式無線電通信使用的頻段,僅一千二百多個頻道,而這些頻道又被分配給各個部門,一個大部門多的也僅二百個頻道,少的則才幾十或數個頻道,若再往向下分配到各建網單位則更少了。這些頻道無法為大容量用戶提供服務,但將系統數位化後則容量就可以擴大,如目前一些數位中繼式無線電通信都採用TDMA技術,TETRA為四時隙、iDEN為六時隙。因此組成中繼式無線電通訊公網,在中繼式無線電通信頻段有限的條件下,可服務大量用戶還能滿足構成大網需求,甚至具有漫遊、切換等功能。

以TETRA、iDEN系統為主:歐洲電訊標準協會(ETSI)的TETRA是一種基於數位時分多址(TDMA)的無線通信技術標準,專為滿足專業無線用戶的需要而設計,特別適合在政府和商業領域的用戶使用。除了最具特色的快速「一對多」團隊調度通信之外,TETRA還可提供整合性數據服務、資訊服務、以及一對一全雙工蜂巢電話服務。TETRA是一個空中介面信令開放的系統,指揮調度功能比較健全,工作頻段主要為400MHz,最近800MHz的系統也開始推出。

已成立的TETRA MOU已遍及歐洲、亞、美洲共有六十多個成員,其中馬可尼(Marconi)、摩托羅拉、諾基亞和斯摩科(SIMOCO) 等四家公司已能提供整套產品,並在歐、美等地區建立網路。TETRA系統進入大陸比iDEN系統稍晚一些,因此目前上述這幾家供應商正在積極向大陸宣傳、推銷其產品。

摩托羅拉公司的iDEN系統工作在800MHz頻段,採用TDMA技術。此系統集指揮調度、雙工互聯、傳呼和短訊於一體,同時該系統的技術和營運情況都已比較成熟,在全世界的用戶已超過五百萬。新一代系統可和GSM兼容,且具備語音和數據通訊功能的手機已經推出。

TETRA系統具有較大靈活性,指揮調度功能比較齊全,加密和脫網功能較強,400MHz頻段的TETRA系統在歐洲和其他地區建成的專網比較多,所以它比較適宜於小區域專網,TETRA也是一個比較成熟的系統。但目前這兩個系統都在改進,即iDEN向小容量的網改進,以便適宜作專網用,而TETRA則向共網發展。

SIMOCO Project 25 系統靈活性與調度似乎又比TETRA更高,適合用在國家安全.海岸巡防.跨區域通訊平台及整合大範圍的無線通訊網路,手攜機的輸出效能遠遠超過TETRA手機,在全球各個國家如:英國.美國.法國.義大利.捷克.澳洲.紐西蘭.中國等等都有政府大型單位運用擴充。

類比中繼式無線電通訊系統還是會持續發展,而且在未來的幾年內仍有市場,所以不能一下子取消類比中繼式無線電通訊系統,因此數位中繼式無線電通訊和類比中繼式無線電通訊還要共存一段時間,例如三至五年或更長,而且在相當長的一段時間內,有一些類比中繼式無線電通訊專用網還會存在。


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