全球定位系统和质点运动学，本文主要内容关键词为：质点论文,运动学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 GPS简介
1973年12月， 美国国防部制订了“导航星”全球定位系统（简称GPS）的国防导航卫星计划， 建立了一个供各军种使用的统一的全球军用导航卫星系统，它向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时间信息。它是一种高精度卫星定位导航系统，是由地面监控网、多个卫星和大量用户接收机组成。在地面上空共有24颗卫星组成的导航卫星星座，其中18颗卫星分布在互成60°的6个轨道面上运转，轨道倾角为55°，每个轨道面布设3颗卫星，彼此相距120°，从一个轨道面的卫星到下一个轨道面的卫星间错动40°，另外每隔一个轨道平面上置有1颗热备份卫星，每个卫星是在距地面20200km高度的轨道上运转，或者说轨道半径为26500km，运转一周为12h，每颗卫星都装有非常精确的原子钟，这样的卫星配置基本上保证了地球任何位置的用户接收机能同时接收到4～8颗卫星发来的讯号。
2 GPS的物理基础
由于GPS 能同时保证全球任何地点或近地空间的用户最低限度连续看到4颗卫星，每颗卫星都能连续不断地向用户接收机发射导航信号， 用户到卫星的距离等于电磁波的传播速度乘以时间。
假设用户同时接收到4颗卫星信号，4颗卫星在发射信号时的精确位置和时间分别为：（x[,1]，y[,1]，z[,1]，t[,1]），（x[,2]，y[,2]，z[,2]，t[,2]），（x[,3]，y[,3]，z[,3]，t[,3]），（x[,4]，y[,4]，z[,4]，t[,4]），电磁波的传播速度为u， 用户此时所在的位置和时间为（x，y，z，t），则有
GPS定位测量精度高，据国内外10 多年来的众多试验和研究表明：GPS相对定位，若方法合适，软件精良，则短距离（15km 内）精度可达厘米级或以下，中长距离（几十公里至几千公里）相对精度可达到10[-17]～10[-18]，其精度是惊人的。
3 GPS的军事应用
GPS可为地面车辆、人员以及航空、航海、航天等领域的飞机、 舰艇、潜艇、卫星、航天飞机等进行导航和定位；可用于洲际导弹的中段制导，作为惯性制导系统的补充，提高导弹的精度；还可用于照相制图和大地测量、空中交会和加油、空投和空运、航空交通控制和指挥、火炮的定位和发射、靶场测试、反潜战、布雷、扫雷、船只位置保持、搜索和营救工作等。GPS首次成功地广泛用于军事行动始于海湾战争， 在海湾战争中，GPS备受欢迎。 以美国为首的多国部队给海陆空三军装备了1.7万台GPS接收机，GPS 为多国部队产生了难以估量的军事和经济效益。例如在实施“沙漠风暴”的第一夜，美军出动7架B－52G 战略轰炸机向伊拉克发射了35枚AGM－80C巡航导弹，这些导弹上装有GPS 复合制导装置，能从区域目标转为点位目标命中，准确击中预定战略目标，使伊军通信、防空和供电系统陷于瘫痪状态。北约对南联盟的行动中，更加广泛地使用远程巡航导弹和联合直接攻击弹药等精确打击武器对南联盟军、民目标进行精确打击，也是借助GPS的精确定位。GPS将在战争中发挥越来越大的作用。
由于GPS具有巨大的实用价值，俄罗斯也在发展与GPS相似的导航系统——Gionass工作星座，星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成，均匀分布在3个轨道平面上。许多重要的导弹定位用户都具有GPS ／Gionass组合导航定位能力。
欧洲空间局（ESA）正在筹建导航卫星系统，包括赤道面上的6颗同步卫星（GEO）和12颗高椭圆轨道（HEO）卫星的混合卫星星座。
我国也正在筹建双星定位系统，由2 颗同步卫星确定平面的导航系统。