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很多人都不知道德國P+F倍加福定位系統(tǒng)所有的功能與用途
P+F定位系統(tǒng)是以確定空間位置為目標而構(gòu)成的相互關(guān)聯(lián)的一個集合體或裝置（部件）。這個系統(tǒng)可以保證在任意時刻，地球上任意一點都可以同時觀測到至少4顆衛(wèi)星，以保證衛(wèi)星可以采集到該觀測點的經(jīng)緯度和高度，以便實現(xiàn)導航、定位、授時等功能。這項技術(shù)可以用來引導飛機、船舶、車輛以及個人，安全、準確地沿著選定的路線，準時到達目的地。
主流P+F定位系統(tǒng)除美國的GPS外，還有中國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)、歐盟的伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)、俄羅斯導航衛(wèi)星系統(tǒng)等。
P+F定位系統(tǒng)（Global Positioning System，簡稱GPS）是一個由覆蓋的24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)，是美國第二代衛(wèi)星導航系統(tǒng)在子午儀衛(wèi)星導航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗。和子午儀系統(tǒng)一樣，GPSP+F定位系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機三大部分組成。
GPS衛(wèi)星P+F定位系統(tǒng)由三部分組成：空間部分———GPS星座；地面控制部分———地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分———GPS 信號接收機。
GPS定位技術(shù)具有高精度、高效率和低成本的優(yōu)點，使其在各類大地測量控制網(wǎng)的加強改造和建立以及在公路工程測量和大型構(gòu)造物的變形測量中得到了較為廣泛的應(yīng)用。GPS導航儀 簡單地說，GPS導航儀就是能夠幫助用戶準確定位當前位置，并且根據(jù)既定的目的地計算行程，通過地圖顯示和語音提示兩種方式引導用戶行至目的地的汽車駕駛輔助設(shè)備。
空間
GPS的空間部分是由24 顆工作衛(wèi)星組成,它位于距地表20 200km的上空,均勻分布在6 個軌道面上(每個軌道面4 顆) ,軌道傾角為55°。此外,還有4 顆有源備份衛(wèi)星在軌運行。衛(wèi)星的分布使得在任何地方、任何時間都可觀測到4 顆以上的衛(wèi)星,并能保持良好定位解算精度的幾何圖象。這就提供了在時間上連續(xù)的導航能力。GPS 衛(wèi)星產(chǎn)生兩組電碼, 一組稱為C/ A 碼( Coarse/ Acquisition Code11023MHz) ;一組稱為P 碼(Procise Code 10123MHz) ,P 碼因頻率較高,不易受干擾,定位精度高,因此受美方管制,并設(shè)有密碼,一般民間無法解讀,主要為美方服務(wù)。C/ A 碼人為采取措施而刻意降低精度后,主要開放給民間使用。
地面控制
地面控制部分由一個主控站,5 個監(jiān)測站和3 個地面控制站組成。監(jiān)測站均配裝有精密的銫鐘和能夠連續(xù)測量到所有可見衛(wèi)星的接受機。監(jiān)測站將取得的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù),包括電離層和氣象數(shù)據(jù),經(jīng)過初步處理后,傳送到主控站。主控站從各監(jiān)測站收集跟蹤數(shù)據(jù),計算出衛(wèi)星的軌道和時鐘參數(shù),然后將結(jié)果送到3 個地面控制站。地面控制站在每顆衛(wèi)星運行至上空時,把這些導航數(shù)據(jù)及主控站指令注入到衛(wèi)星。這種注入對每顆GPS 衛(wèi)星每天一次,并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進行最后的注入。如果某地面站發(fā)生故障,那么在衛(wèi)星中預存的導航信息還可用一段時間,但導航精度會逐漸降低。
用戶設(shè)備
用戶設(shè)備部分即GPS 信號接收機。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行。當接收機捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后，即可測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率,解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時間等信息。接收機硬件和機內(nèi)軟件以及GPS 數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成完整的GPS 用戶設(shè)備。GPS 接收機的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩部分。接收機一般采用機內(nèi)和機外兩種直流電源。設(shè)置機內(nèi)電源的目的在于更換外電源時不中斷連續(xù)觀測。在用機外電源時機內(nèi)電池自動充電。關(guān)機后，機內(nèi)電池為RAM存儲器供電，以防止數(shù)據(jù)丟失?，F(xiàn)今各種類型的接受機體積越來越小，重量越來越輕，便于野外觀測使用。
一部完整的GPS汽車導航儀是由芯片、天線、處理器、內(nèi)存、顯示屏、揚聲器、按鍵、擴展功能插槽、電子地圖、導航軟件10個主要部分組成。
判斷GPS導航儀的優(yōu)劣，導航儀所能接收到的GPS衛(wèi)星數(shù)量和路徑規(guī)劃能力是關(guān)鍵。導航儀所能接收到的有效衛(wèi)星數(shù)量越多，說明它當前的信號越強，導航工作的狀態(tài)也就越穩(wěn)定。如果一臺導航儀經(jīng)常搜索不到衛(wèi)星或者在導航過程中頻繁地中斷信號影響了正常的導航工作，那它首先質(zhì)量就不過關(guān)更談不上優(yōu)劣了。
預警器
GPS預警器是通過GPS衛(wèi)星在GPS預警器中設(shè)定坐標來完成的，比如遇到一個電子眼，然后通過相關(guān)設(shè)備在電子眼的正下方設(shè)立一個坐標，這樣，使得裝上這個坐標點數(shù)據(jù)的預警器到達這個點時，在達到坐標點的前300米左右就會開始預警，告訴車主前面有電子眼測速，不能超速駕駛，這樣就起到一個預警作用。這樣的準確率跟數(shù)據(jù)點的多少是有關(guān)系的，主要就是利用衛(wèi)星的定位來實現(xiàn)了。
試機辨真假
GPS預警器：一個預警點報警一次，單向預警；定點報警，不受干擾；預警準確率可達98%以上?？蛇x擇的音樂和語音種類多，音質(zhì)較好。
假GPS預警器：同一個預警點報警兩次（駛向預警點和離開預警點都報警）；會受某些公共設(shè)施如電塔干擾誤報警；多有漏報，準確性率低不足70%；報警音樂和語音單一，音質(zhì)較差
GPStar智能GPS系統(tǒng)
主要由兩大部分組成，即：本地的監(jiān)控中心軟件管理平臺和遠程的GPS智能車載終端。遠程的GPS智能車載終端將車輛所處的位置信息、運行速度、運行軌跡等數(shù)據(jù)傳回到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心接收到這些數(shù)據(jù)后，會立即進行分析、比對等處理，并將處理結(jié)果以正常信息或者報警信息兩類形式顯示給管理員，由管理員決定是否要對目標車輛采取必要措施。
GPS導航系統(tǒng)的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機的具體位置。要達到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時鐘所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過紀錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經(jīng)歷的時間，再將其乘以光速得到(由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實距離，而是偽距（PR）：當GPS衛(wèi)星正常工作時，會不斷地用1和0二進制碼元組成的偽隨機碼（簡稱偽碼）發(fā)射導航電文。GPS系統(tǒng)使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C/A碼和的P(Y)碼。C/A碼頻率1.023MHz,重復周期一毫秒，碼間距1微秒，相當于300m；P碼頻率10.23MHz，重復周期266.4天，碼間距0.1微秒，相當于30m。而Y碼是在P碼的基礎(chǔ)上形成的，保密性能更佳。導航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時鐘改正、電離層時延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛(wèi)星信號中解調(diào)制出來，以50b/s調(diào)制在載頻上發(fā)射的。導航電文每個主幀中包含5個子幀每幀長6s。前三幀各10個字碼；每三十秒重復一次，每小時更新一次。后兩幀共15000b。導航電文中的內(nèi)容主要有遙測碼、轉(zhuǎn)換碼、第1、2、3數(shù)據(jù)塊，其中最重要的則為星歷數(shù)據(jù)。當用戶接受到導航電文時，提取出衛(wèi)星時間并將其與自己的時鐘做對比便可得知衛(wèi)星與用戶的距離，再利用導航電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)推算出衛(wèi)星發(fā)射電文時所處位置，用戶在WGS-84大地坐標系中的位置速度等信息便可得知。
可見GPS導航系統(tǒng)衛(wèi)星部分的作用就是不斷地發(fā)射導航電文。然而，由于用戶接受機使用的時鐘與衛(wèi)星星載時鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標x、y、z外，還要引進一個Δt即衛(wèi)星與接收機之間的時間差作為未知數(shù)，然后用4個方程將這4個未知數(shù)解出來。所以如果想知道接收機所處的位置，至少要能接收到4個衛(wèi)星的信號。
GPS接收機可接收到可用于授時的準確至納秒級的時間信息；用于預報未來幾個月內(nèi)衛(wèi)星所處概略位置的預報星歷；用于計算定位時所需衛(wèi)星坐標的廣播星歷，精度為幾米至幾十米（各個衛(wèi)星不同，隨時變化）；以及GPS系統(tǒng)信息，如衛(wèi)星狀況等。
GPS接收機對碼的量測就可得到衛(wèi)星到接收機的距離，由于含有接收機衛(wèi)星鐘的誤差及大氣傳播誤差，故稱為偽距。對0A碼測得的偽距稱為UA碼偽距，精度約為20米左右，對P碼測得的偽距稱為P碼偽距，精度約為2米左右。
GPS接收機對收到的衛(wèi)星信號，進行解碼或采用其它技術(shù)，將調(diào)制在載波上的信息去掉后，就可以恢復載波。嚴格而言，載波相位應(yīng)被稱為載波拍頻相位，它是收到的受多普勒頻 移影響的衛(wèi)星信號載波相位與接收機本機振蕩產(chǎn)生信號相位之差。一般在接收機鐘確定的歷元時刻量測，保持對衛(wèi)星信號的跟蹤，就可記錄下相位的變化值，但開始觀測時的接收機和衛(wèi)星振蕩器的相位初值是不知道的，起始歷元的相位整數(shù)也是不知道的，即整周模糊度，只能在數(shù)據(jù)處理中作為參數(shù)解算。相位觀測值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相對定位、并有一段連續(xù)觀測值時才能使用相位觀測值，而要達到優(yōu)于米級的定位 精度也只能采用相位觀測值。
按定位方式，GPS定位分為單點定位和相對定位（差分定位）。單點定位就是根據(jù)一臺接收機的觀測數(shù)據(jù)來確定接收機位置的方式，它只能采用偽距觀測量，可用于車船等的概略導航定位。相對定位（差分定位）是根據(jù)兩臺以上接收機的觀測數(shù)據(jù)來確定觀測點之間的相對位置的方法，它既可采用偽距觀測量也可采用相位觀測量，大地測量或工程測量均應(yīng)采用相位觀測值進行相對定位。
在GPS觀測量中包含了衛(wèi)星和接收機的鐘差、大氣傳播延遲、多路徑效應(yīng)等誤差，在定位計算時還要受到衛(wèi)星廣播星歷誤差的影響，在進行相對定位時大部分公共誤差被抵消或削弱，因此定位精度將大大提高，雙頻接收機可以根據(jù)兩個頻率的觀測量抵消大氣中電離層誤差的主要部分，在精度要求高，接收機間距離較遠時（大氣有明顯差別），應(yīng)選用雙頻接收機。
相對論為GPS提供了所需的修正
P+F定位系統(tǒng)GPS衛(wèi)星的定時信號提供緯度、經(jīng)度和高度的信息，精確的距離測量需要精確的時鐘。因此精確的GPS接受器就要用到相對論效應(yīng)。
準確度在30米之內(nèi)的GPS接受器就意味著它已經(jīng)利用了相對論效應(yīng)。華盛頓大學的物理學家Clifford M. Will詳細解釋說：“如果不考慮相對論效應(yīng)，衛(wèi)星上的時鐘就和地球的時鐘不同步。”相對論認為快速移動物體隨時間的流逝比靜止的要慢。Will計算出，每個GPS衛(wèi)星每小時跨過大約1.4萬千米的路程，這意味著它的星載原子鐘每天要比地球上的鐘慢7微秒。
而引力對時間施加了更大的相對論效應(yīng)。大約2萬千米的高空，GPS衛(wèi)星經(jīng)受到的引力拉力大約相當于地面上的四分之一。結(jié)果就是星載時鐘每天快45微秒， GPS要計入共38微秒的偏差。Ashby解釋說：“如果衛(wèi)星上沒有頻率補償，每天將會增大11千米的誤差。”(這種效應(yīng)實事上更為復雜，因為衛(wèi)星沿著一個偏心軌道，有時離地球較近，有時又離得較遠。)
P+F定位系統(tǒng)的主要用途：
(1)陸地應(yīng)用，主要包括車輛導航、應(yīng)急反應(yīng)、大氣物理觀測、地球物理資源勘探、工程測量、變形監(jiān)測、地殼運動監(jiān)測、 市政規(guī)劃控制等；
(2)海洋應(yīng)用，包括遠洋船優(yōu)良航程航線測定、船只實時調(diào)度與導航、海洋救援、海洋探寶、水文地質(zhì)測量以及海洋平臺定位、海平面升降監(jiān)測等；
(3)航空航天應(yīng)用，包括飛機導航、航空遙 感姿態(tài)控制、低軌衛(wèi)星定軌、航空救援和載人航天器防護探測等。
主要是為船舶，汽車，飛機等運動物體進行定位導航。例如：
船舶遠洋導航和進港引水
飛機航路引導和進場降落
汽車自主導航
地面車輛跟蹤和城市智能交通管理
緊急救生
個人旅游及野外探險
個人通訊終端（與手機，PDA，電子地圖等集成一體）
電力，郵電，通訊等網(wǎng)絡(luò)的時間同步
準確時間的授入
準確頻率的授入
各種等級的大地測量，控制測量
道路和各種線路放樣
水下地形測量
地殼形變測量，大壩和大型建筑物變形監(jiān)測
GIS應(yīng)用
工程機械（輪胎吊，推土機等）控制
精細農(nóng)業(yè)
◆GPS在道路工程中的應(yīng)用
GPS在道路工程中的應(yīng)用，主要是用于建立各種道路工程控制網(wǎng)及測定航測外控點等。隨著高等級公路的迅速發(fā)展，對勘測技術(shù)提出了更高的要求，由于線路長，已知點少，因此，用常規(guī)測量手段不僅布網(wǎng)困難，而且難以滿足高精度的要求。如今，國內(nèi)已逐步采用GPS技術(shù)建立線路首級高精度控制網(wǎng)，然后用常規(guī)方法布設(shè)導線加密。實踐證明，在幾十公里范圍內(nèi)的點位誤差只有2厘米左右，達到了常規(guī)方法難以實現(xiàn)的精度，同時也大大提前了工期。GPS技術(shù)也同樣應(yīng)用于特大橋梁的控制測量中。由于無需通視，可構(gòu)成較強的網(wǎng)形，提高點位精度，同時對檢測常規(guī)測量的支點也非常有效。GPS技術(shù)在隧道測量中也具有廣泛的應(yīng)用前景，GPS測量無需通視，減少了常規(guī)方法的中間環(huán)節(jié)，因此，速度快、精度高，具有明顯的經(jīng)濟和社會效益。
數(shù)據(jù)矩陣P+F定位系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)矩陣碼，這些代碼并排排列在用作信息載體的碼帶上。基于現(xiàn)代二維攝像頭技術(shù)的讀頭可讀取這些二維碼并評估在 X 軸、Y 軸和 Z 軸方向上的準確位置，最遠可達 100,000 米。作為安全型號，“safePXV”P+F定位系統(tǒng)實現(xiàn)了安全級別“SIL 3/PL e”，并且只使用一個傳感器。
