车辆GPS设备安装与维护服务方案

招标编号：****

投标单位名称：****

授权代表：****

投标日期：****

第一章 项目概述与需求理解

第一节 项目背景

一、高效精准的全球定位服务

全球定位系统（GPS），作为一项基于人造地球卫星的高级无线电导航技术，自诞生起便因其卓越的特性备受瞩目。其精确无误的地理位置服务、实时的车辆速度监测以及精准的时间信息，在全球范围内，包括近地空间，都得到了广泛的应用。自20世纪70年代美国启动研发以来，历经20年的精心打造，耗资巨大的200亿美元，GPS于1994年全面竣工，构建了新一代的全方位、全天候、全球覆盖的卫星导航与定位体系，不仅在汽车领域扮演着核心角色，更是物流行业管理中的关键智能支持。随着物流行业的飞速发展，GPS已晋升为继汽车市场之后的第二大主要消费技术平台。

(一)相关信息

新一代卫星导航与定位系统——GPS，起源于美国20世纪70年代的科研探索，历经约20年的艰辛研发，总投资额达到了200亿美元。这一里程碑式的项目于1994年全面竣工，旨在实现全球范围内的全天候、实时三维导航与定位服务。经过我国测绘部门十多年的实践应用，GPS凭借其高精度、自动化以及高效能的特点，赢得了测绘专业人士的广泛信任。它已成功地渗透到大地测量、工程测量、航空摄影测量、交通运输导航与管制、地壳运动监测、工程结构变形监控、资源勘查以及地球动力学等多个领域的研究与实践中，引领了测绘行业的技术革新进程。

GPS是美国第二代卫星导航系统。它是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。按目前的方案，GPS的空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。24颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在6个轨道面上（每轨道面4颗)，轨道倾角为55度。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。

GPS体系主要由三个关键组件构成：空间段、地面监控网络以及用户终端设备。该系统以其卓越的高精度、不受天气限制的全天候服务以及广泛的适用性著称。

(二)全球定位系统的发明

20世纪70年代，美国国防部出于多重军事考量，包括实时导航支持陆海空三大领域、全天候运作中的情报收集、核爆监测以及紧急通信，着手开发'全球定位系统'，即全球导航卫星定时与测距系统。这一项目始于1973年的设计与实验阶段。1989年2月4日，首颗GPS卫星顺利升空，随后的几年里，一个包含21颗卫星的核心星座与额外3颗备用卫星（合称24颗GPS星座）逐步构建，旨在实现商业运营。历经约20年的科研与投资，累计耗资300亿美元，至1993年末，这套具备98%全球覆盖的实用GPS网络正式启用，于1994年3月全面完成部署。

(三)发展历史

全球定位系统（GPS）是一种无线电导航定位技术，通过接收GPS卫星的信号，为全球用户提供三维位置、速度等实时信息。其起源可追溯至1958年美国军方研发的子午仪卫星定位系统（Transit），该系统于1964年投入运作，采用5-6颗卫星构成的星座，尽管每日最多环绕地球13次，但其功能有限，主要缺乏高度信息并具有较低的定位精度。尽管如此，子午仪系统的应用为卫星定位技术奠定了基础，并证明了通过卫星进行导航的可行性。  然而，鉴于子午仪系统在潜艇和舰船导航中的局限性，尤其是其在导航性能上的不足，美国陆、海、空三军以及民用部门对于一个更强大、性能优越的新一代卫星导航系统的需求日益迫切。

：     - 历史沿革：20世纪70年代，陆海空三军协同研发了全新的全球定位系统——GPS，其初始目标是为军事领域的陆、海、空军提供实时、全天候及全球性的导航支持，包括情报收集、核爆监测与应急通信等任务。历经约二十余年科研与试验，耗资达到了300亿美元。至1994年，全球覆盖率达到98%的24颗卫星星座已经成功部署完毕。      - 发展阶段：GPS历经了第一代和第二代的迭代升级，如今已提升至第三代，旨在保持其在全球导航定位领域的领先地位。目前，GPS以其无可匹敌的精度和广泛的全球覆盖，确立了其作为主导地位的导航系统。      - 当前状况：作为全球公认的最高精度和最广泛的导航系统，GPS在现代生活中扮演着至关重要的角色。

在美国联合计划局的引领下，GPS项目的早期构想规划了24颗卫星均匀分布于三个轨道，每轨道配置8颗，确保全球任何地点至少可见6至9颗卫星。这使得原始设计的粗码定位精度可达到100米，精码则精确到10米。然而，面对预算限制，计划不得不调整，将卫星数量减至18颗，分布在六个互成60度的轨道上，尽管如此，这并未充分保证系统的完全可靠性。最终，在1988年的修订中，确定了21颗工作卫星与3颗备份卫星的组合，它们继续沿用6个60度轨道运行，构成了当前GPS卫星的有效布局策略。

(四)工作原理

以下是GPS定位的三种主要方法：伪距单点定位、载波相位定位以及实时差分定位。

1.伪距测量及伪距单点定位

伪距测量技术涉及计算卫星至接收机的距离，该距离通过接收机接收到的由卫星发射的测距码信号传播时间，再乘以光速得出。微距法单点定位则运用GPS接收机在特定时刻获取对4颗及以上卫星的伪距信息，结合卫星导航电文中的卫星即时位置数据，利用距离交会法精准确定天线在WGS-84坐标系统中的三维坐标坐标系中的精确位置。

2.载波相位测量及载波相位定位

测定GPS卫星载波信号对接收机天线的相位延迟是载波相位测量的核心任务。在接收到卫星的信号后，接收机首先分离出其中的测距码和导航信息，然后重构原始载波，这一过程被称为载波重构。接下来，接收机利用内置振荡器生成的本振信号，与重构的载波通过相位计进行精确比较，从而计算出两者之间的相位差。

3.实时差分定位

原理概述：在地心坐标精确参考点设置GPS接收机（基准站），通过应用已知坐标与星历数据，对GPS观测值的偏差进行校正。这一过程依赖于无线电通信设备（数据链），它负责传输校准信息。移动中的GPS接收机（流动站）接收并利用这些校正值，修正其观测值，以此减少误差，提升实时定位的准确性。GPS动态差分技术种类繁多，主要包括位置差分、微差分（RTD）、载波相位实时差分（RTK）以及广域差分等方案。

(五)GPS信号的接收与测量原理

1.主动测距与被动测距

GPS作为一类被动式卫星导航系统，其工作原理依赖于用户天线接收来自卫星的导航信号，借此测定与卫星间的相对距离或差异。被动测距技术的特点在于，发送和接收测距信号分别由卫星和用户天线执行，通过站星距离的测量以及已知卫星轨道信息，可以计算出用户位置的三维坐标。基于此被动测距原理的定位方法，我们称之为被动定位。相反，当发送的测距信号经过反射器反射或转发后返回发送点，由同一地点的接收设备接收到并测量信号经历的距离，这便是主动测距的原理。利用这种测距数据结合卫星轨道信息，同样能计算出用户的实时三维位置，这一定位方式被称为主动定位。

2.GPS伪距测量

全球定位系统（GPS）依赖于多颗高轨道卫星的测距原理，其基本观测量为距离。通过同时对4颗卫星实施伪距测量，实现了接收机位置的快速计算。得益于其快速的定位速度，使得GPS适用于动态环境中的定位需求。

现代测距技术本质上依赖于无线电信号的传播时间测定以计算距离，包括双向（往返）和单向（单程）两种方式。双向测距，即主动测距，要求卫星与用户双方都具备收发功能，然而这不仅提升了设备的复杂性，且可能降低隐蔽性，因为信号发射可能导致目标暴露。相比之下，单程测距（被动测距）有效规避了这些局限，但它需要卫星与用户的接收机保持精确的时间同步。尽管在实际操作中实现时钟同步具有挑战性，但这可以通过相应的技术手段得以解决。

3.伪随机码与伪随机码测距

在有噪声干扰的情况下，综合考虑测距精度、信号带宽、所需功率及不同卫星识别等问题，全球定位系统采用了伪随机码测距技术。伪随机码又称为伪噪声码，是一种可以预先确定并可以重复地产生和复制，又具有随机统计特性的二进制码序列。在深空通信场合，利用伪随机编码信号可以实现低信噪比接收，大大改善了通信的可靠性，且可实现码分多址通信。此外，利用伪随机编码信号可以实现高性能的保密通信。这些特点正符合GPS系统的技术要求。

在遵循信号检测理论的一般原则下，对于均匀功率谱的白噪声环境，最佳测距接收机采用相关接收策略。其原理是接收端利用发射信号的副本（即本地信号）与接收到的信号与噪声之和进行相关运算，通过测定相关函数峰值的位置来确定目标的距离。从相关接收的角度出发，理想的测距信号应具备类似于白噪声的自相关特性。这正是伪随机码测距技术所遵循的核心理念。

通过伪随机码测量信号传输延时时，关键在于识别相关输出的最大值。这一过程要求逐个位移本地码进行检测。鉴于检测通常在积分器完成积分后进行，且积分时间不宜过短，这就意味着需要一段可观的捕获时间来定位最大相关输出。在未知待测距离及接收站时钟偏移的情境下，码元长度的增加会导致捕获时间相应增长。为了压缩捕获时间，GPS卫星会广播一种称为C/A码或租用码的短码。C/A码由两个具有优良互相关特性的同序列戈德码族组成，并与P码保持同步。因此，在捕获C/A码后，捕获P码变得相当便捷。

(六)组成部分

全球定位系统（GPS）的构成包括空间段（GPS卫星）、地面监控段与用户段。GPS卫星持续向用户发送用于导航定位的测距信号和导航信息，同时接收地面监控系统的监控数据和指令，确保系统的稳定运行。地面监控系统的核心职责在于监控卫星、测量其距离、校准卫星轨道及时钟，随后将这些信息整理为导航电文，通过注入站传递给卫星。此外，它还负责向卫星传达指令，调整轨道和时钟，以及处理故障或启用备份设备等任务。用户利用GPS接收机接收信号，通过分析接收到的卫星星历和位置信息，计算出自身的三维坐标、运动速度和时钟偏差等参数。当前，美国正在不断优化系统性能，例如通过卫星间相互追踪来强化轨道独立性，降低对地面监控系统的依赖，提升系统的自主性能力。

1.空间部分

(1)GPS卫星

GPS卫星的设计基础是圆柱形体，两侧配置了太阳能帆板，实现全天候的自动追踪阳光，以太阳能为驱动能源。每一颗卫星内部搭载了精密的原子钟，确保提供高度精准的时间基准。卫星装备了推进剂和喷射装置，能够在地面控制系统指令下进行轨道调控。其核心职责包括：从地面控制系统接收并储存导航信息；基于原子钟的精准计时生成测距码和载波信号；将这些信号调制在载波上并广播给终端用户；并且根据地面控制的指令调整轨道，校准卫星钟，以及在必要时修复故障或启用备份组件，以维持系统的稳定运行。不同型号的卫星在外观设计上有所差异。

GPS卫星体系划分为实验卫星与运作卫星两种主要类别，它们各自具备独特的特性如下：

①试验卫星

美国于1978年至1985年期间，在加利福尼亚州范登堡空军基地采用Atlas火箭连续发射了11颗原型卫星，旨在进行方案验证与系统全面试验及改进。这些卫星的总重量达到774公斤，其中包括310公斤的燃料，其标准服役年限设定为五年。遗憾的是，第七次发射未能取得成功，卫星未能按预定轨道部署。至1995年底，所有试验卫星的使命宣告结束，最后一颗卫星停止运作。

②工作卫星

BlockⅡ卫星重约1.5t,设计寿命为7.5年。每颗卫星耗资4800万美元。1989年2月至1990年10月间，从佛罗里达州的肯纳维拉尔空间基地用DeltaⅡ火箭发射了9颗BlockⅡ卫星。与试验卫星相比，BlockⅡ卫星作了许多改进，卫星可存储14天的导航电文，并具有实施SA和AS的能力。BlockA卫星(A:Advanced)重约17t,卫星设计寿命为7.5年，卫星具备互相通信的能力。卫星存储导航电文的能力增加至180天。SVN35和SVN36卫星上配备了激光反射棱镜，可以通过激光测距来分析卫星钟和卫星星历的误差，检验GPS测距的精度。反射棱镜的大小为。

2.控制部分

地面监控部分是由分布在世界各地的五个地面站组成，按功能可分为监测站、主控站和注入站三种。监测站内设有双频GPS接收机、高精度原子钟、气象参数测试仪和计算机等设备，主要任务是完成对GPS卫星信号的连续观测，并将搜集的数据和当地气象观测资料经过处理后传送到主控站。主控站除了协调管理地面监控系统外，还负责将监测站的观测资料联合处理，推算卫星的星历、卫星钟差和大气修正参数，并将这些数据编制成导航电文送到注入站；另外，它还可以调整偏离轨道的卫星，使之沿预定轨道运行，调度备用卫星，以替代失效的卫星开展工作。注入站的主要任务是将主控站编制的导航电文、计算出的卫星星历和卫星钟差的改正数等，通过直径为3.6m的天线注入相应的卫星。

3.用户部分

设备配置主要包括GPS接收单元、硬件装置、数据处理软件以及微处理器终端。其中，GPS接收机由主体、天线和电源构成，其核心功能是捕获、追踪并锁定卫星信号。它对接收到的卫星信号进行深度处理，通过测量GPS信号从卫星至接收机天线的传输时间，解析并解读导航电文。这使得接收机能实时计算并确定自身在三维空间中的位置、速度及精确时间信息。

(七)GPS特点

作为当前应用最为广泛的卫星导航系统，GPS堪称定位技术发展历程中的卓越里程碑。其主要特性概述如下：

全球连续全天候导航定位服务：GPS为世界各地及低地球轨道环境的多元用户提供实时无间断的导航定位功能，无需用户主动发送信号，确保了系统的高并发使用效能。

实时导航系统凭借其卓越的定位精度，尤其是在短时间内实现多次观测。在1秒内即可获取数次精确的位置数据，这使得它对高动态环境的用户具有显著的实际价值。该系统能持续提供三维空间位置、三维速度以及精准的时间信息。目前，利用C/A码的实时定位技术已经能够达到20-50米的精度，速度精度可提升至0.1米/秒，通过特殊处理甚至可达0.005米/秒的极高精度。相对定位方面，已实现毫米级别的准确性。

随着GPS技术的持续优化与软件升级，当前在20公里范围内，相对静态定位的平均耗时已缩短至15-20分钟。对于快速静态相对定位，当流动站与基准站之间的距离不超过15公里时，流动站的观测周期显著减至1-2分钟。实时定位成为可能，每次站点观测仅需几秒钟即可完成。

测站设置要求宽松：GPS测量仅需保证每个测站点上方视野开阔，无相互直射视线需求，从而显著节省了标定设施的投入（通常这部分费用占总预算的30%至50%）。由于无需考虑点与点之间的直线通视，点位的部署可根据实际需要进行灵活配置，简化了选点流程，同时免去了传统测量中传算点和过渡点的测量步骤。

4.可提供全球统一的三维地图心坐标：GPS测量可同时精确测定测站平面位置和大地高程。目前GPS水准可满足四等水准测量的精度，另外，GPS定位是在全球统一的WGS-84坐标系统中计算的，因此全球不同地点的测量成果是相互关联的。

仪器操作流程简化：随着GPS接收技术的持续优化，自动化特性显著增强。在测量过程中，操作者只需安置设备，链接通信线，测定天线高度，并监控仪器运行状态。其余繁琐步骤，如卫星捕获、跟踪观测与数据记录等工作均由仪器自动执行。当测量任务结束时，仅需关闭电源，收起接收机，即可顺利完成野外数据采集任务。

对于需要在测站进行长时间连续观测的情况，数据通信技术的应用使得实时采集的数据能够自动传输至数据处理中心，实现了自动化的工作流程。此外，接收设备的体积与重量显著减小，从而大幅减轻了现场作业人员的体力负担，提升了野外工作的便捷性。

具备出色抗干扰性能与高等级保密性：GPS系统依托扩频技术和伪码技术，用户仅需接收其信号，无需主动发射，从而有效抵御外部信号源的干扰。

7.功能多、应用广泛：GPS是军、民两用系统，其应用范围十分广泛。具体的应用实例包括：汽车导航和交通管理、巡线车辆管理、道路工程、个人定位以及导航仪等。

(八)GPS接收机

GPS接收机的主要功能是接收GPS卫星信号并经过信号放大、变频、锁相处理，测定GPS信号从卫星到接收机天线间的传播时间，解释导航电文，实时计算GPS天线所在位置(三维坐标)及运行速度等。GPS接收机是一种被动式无线电定位设备，按不同用途分为导航型接收机、测地形接收机、授时型接收机和姿态测量型接收机；按接收机通道数可以分为多通道接收机、序贯通道接收机和多路复用通道接收机。

GPS系统主要由三个核心组件构成：GPS接收天线、GPS接收机主机以及电源供应单元。

1.GPS接收机天线

GPS接收机天线的结构主要分为天线单元与前置放大器两组件。天线的核心功能是将GPS卫星发射的微弱电磁波能量高效转换为可处理的电流信号，随后，前置放大器对接收到的GPS信号进行增强放大处理。

2.GPS接收机主机

接收机主机由变频器、信号通道、微处理器、存储器和显示器组成。变频器的主要任务是使接收到的L频段射频信号变成低频信号。信号通道是软硬件结合的电路，是接收机的核心部分，其作用是搜索、牵引并跟踪卫星，对广播电文信号进行解扩、解调成为广播电文，进行伪距测量、载波相位测量及多普勒频移测量。存储器用于存储一小时一次的卫星星历、卫星历书、接收机采集到的码相位伪距观测值、载波相位观测值及多普勒频移。微处理器是GPS接收机工作的核心，GPS接收机的工作都是在微机指令的统一协同下进行的。GPS接收机都有液晶显示屏，以提供GPS接收机的工作信息，并配有一个控制键盘，以便用户控制接收机的工作。

3.GPS接收机电源

GPS接收机的供电方式分为两种：一是内置电源，通常采用锂离子电池，主要用于为RAM存储器提供电力；二是外置电源，常选用可再充电的12伏直流镍镉电池组作为备用能源。

(1)GPS接收机分类

根据不同的划分依据，GPS接收机展现出多种类别特征。

①按工作原理划分，可分为码相关型接收机、平方型接收机和混合型接收机。码相关型接收机能够产生与所测卫星测距码结构完全相同的复制码，利用的是C/A码或P码，条件是掌握测距码结构。平方型接收机利用载波信号的平方技术去掉调制码，获得载波相位测量所必需的载波信号，该机只利用卫星信号，无须解码，不必掌握测距码结构，又称无码接收机。混合型接收机综合利用了码相关技术和平方技术的优点，同时获得码相位和精密载波相位观测量，目前广泛使用。

按照信号通道的种类区分，有多种类型的接收机：  1. **多通道接收机**：配备多个卫星信号通道，每个通道独立跟踪单一卫星信号，也称为连续跟踪型接收机。  2. **序贯通道接收机**：通常拥有1-2个通道，通过软件控制按时间顺序逐个捕获卫星信号进行测量。每次完整轮循的时间较长，超过20米每秒，导致卫星信号跟踪非连续。  3. **多路复用通道接收机**：与序贯通道类似，同样具有1-2个通道，但通过软件调控实现卫星信号的连续跟踪，每次测量周期较短，小于20米每秒。

③根据所接收的卫星信号频率划分，可分为单频接收机和双频接收机。单频接收机(L1)只接收调制的L1信号，虽然可利用导航电文提供的参数，对观测量进行电离层影响修正，但由于修正模型尚不完善，精度较差，主要用于小于20km的短基线精密定位。双频接收机(L1+L2)同时接收L1和L2两种信号，利用双频技术，可消除或减弱电离层折射对观测量的影响，定位精度较高。按信号频率对卫星信号进行划分是使用较多的类型。

④按接收机用途划分，可分为导航型、测量型和授时型。导航型主要用于确定船舶、车辆、飞机等运载体的实时位置和速度，保障按预定路线航行或选择最佳路线，其采用测码伪距为观测量的单点实时定位或差分GPS定位，精度低，结构简单，价格便宜，应用广泛。测量型接收机采用载波相位观测量进行相对定位，精度高，观测数据可测后处理或实时处理(RTK),需配备功能完善的数据处理软件，与导航型相比，结构复杂，价格昂贵。授时型接收机主要用于天文台或地面监控站，进行视频同步测定。

(2)接收机工作原理

天线的主要功能是接收卫星信号并将其能量转换为适宜的电流。随后，这些信号通过前置放大器进行频率调制，以实现对信号的有效追踪、处理和测量。

当GPS卫星进入用户视野时，接收器能筛选并追踪由特定卫星高度截止角确定的待测卫星，同时具备对接收到的GPS信号进行变换、放大和处理的能力。通过这些处理，接收机能够测定GPS信号从卫星至天线的传播时间，解读导航电文，实时计算出站点的三维位置及速度信息。一个功能强大的机内软件与一个多用途的GPS数据测后处理软件包相结合，构成了完整的GPS信号用户设备系统。

(3)接收设备的误差

设备接收误差主要包括观测过程中产生的观测误差，接收机钟差的影响，以及载波相位观测整周不确定性的效应，同时不容忽视的是天线相位中心的误差因素。

误差分析：观测误差分为分辨误差及接收天线相对于测站点的安置误差两部分。分辨误差通常估计为信号波长的1%。安置误差主要包括天线的水平校准误差（置平误差）和天线相位中心高度测定误差（即天线高误差）。例如，当天线高度为1.6米，置平误差为0.10米时，对中误差相应为2.10毫米。

GPS接收机通常配备有高精度的石英钟，其日频率稳定度可达10^-11。一个微秒的接收机钟与卫星钟的时间同步偏差可能导致约300米的等效位置误差。针对接收机钟差，我们采取了以下几种应对措施：首先，将其视为未知参数，在数据解析过程中予以求解；其次，通过观测值比较法来削弱其影响；对于定位精度有较高要求的应用，可以接入外部高频参考钟源，例如铷或铯原子钟，从而提升接收机的时间基准精确度。

载波相位的整周模糊性：整周未知数的测定面临挑战，由于无法直接确定载波相位起始历元在无线传输路径中的整周漂移。此外，卫星信号可能遭遇遮挡或干扰，导致信号追踪中断及整周计数的非连续性问题。

天线相位中心位置的精度误差分析 在GPS定位过程中，所有观测值均基于接收机天线的相位中心。理想状态下，该点应与设备的几何中心严格对齐。然而，实际上，由于信号强度和入射方向的差异，以及天线品质的影响，这种一致性可能会出现微小到几毫米甚至几厘米的偏差。因此，优化相位中心的稳定性是天线设计中的关键挑战。

(九)四大导航

1.美国全球定位系统

20世纪70年代，美国陆、海、空三军联手研发了全球定位系统（GPS），一个旨在为陆地、海洋与空中活动提供全天候及全球覆盖的实时导航体系。该系统不仅服务于民用导航，还肩负着情报搜集、核爆预警以及紧急通信等军事职责，彰显了美国在全球战略中的主导地位。历经约20年的精心研发与试验，累计投入300亿美元巨资，至1994年3月，完成了对全球98%区域的24颗GPS卫星部署，确立了其全面的全球服务网络。

全球定位系统（GPS）：一个全面运作的导航与定位基础设施，具备全天候、全天时以及高度精确的特点。作为兼具军民用途的关键体系，它提供两种服务等级。为强化市场领导地位，美国政府近期解除了对GPS信号选择性可用（SA）策略的部分限制，使得在双频接收模式下，标准定位服务的精度得以提升至约20米，时间同步精度提升至40纳秒。此举旨在维护其技术优势，并倡导国际社会广泛采用GPS基础服务及其增强型系统作为标准参照.

全球定位系统在美国的应用由一组精心配置的卫星组成，共计27颗（其中24颗在轨运行，3颗作为备份），均匀分布于6个轨道，平均距离地球表面约17,000公里。这些卫星持续发射特定频率的无线电信号，无论用户处于陆地、海洋或空中，只要携带便携式信号接收设备，即可接收到这些定向信号。接收装置内置的计算机通过对来自4颗及以上卫星信号的解析，就能精准地定位接收设备持有者的地理位置。  GPS的功能远超导航范畴，例如，科学家借此监测地壳的细微移动，有助于地震预警；测绘工作者利用它精确测定地形界限；驾驶员在迷失方向时依赖它指引道路；而军事领域则仰仗它确保行进路线的准确性无误。

2.欧盟“伽利略”系统

作为全球首个专为民用设计的卫星导航定位系统，欧盟的'Calileo'项目旨在挑战美国GPS在市场中的主导地位，被誉为欧洲版的全球定位服务，承载着欧盟寻求技术自主和减少对外依赖的战略目标。

2010年1月7日，欧盟委员会称，Galileo系统将从2014年起投入运营，耗资30亿欧元，韩国、中国、日本、阿根廷、澳大利亚、俄罗斯等国都参与了该计划，当初的目标完成时间是2008年，但由于技术等各种原因，进展十分缓慢，原定关键计划时间节点一拖再拖，最新消息延长到了2014年。Galileo计划的目标是建设独立的、全球性的民用导航和定位系统，中国也向Galileo计划投资了296万美元。Galileo系统将为欧盟成员国和中国的公路、铁路、空中和海洋运输甚至徒步旅行者有保障地提供精度为Im的定位导航服务，从而也将打破美国独霸全球卫星导航系统的格局。

Galileo系统集成了一系列尖端创新技术，确保了其独立运行的同时，特别注重与全球卫星导航系统，尤其是与GPS在兼容性和互操作性方面的无缝对接。

Galileo系统主要包括三个构成要素：空间星座单元、地面监控与服务基础设施，以及终端用户装置。

空间星座构建于三个特定轨道，由总计30颗中高轨道卫星分布，这些卫星分布在23616公里高度，倾角56度的轨道上，每个轨道配置有9颗工作卫星及1颗备份卫星。备份卫星位于常规轨道上方300公里，确保全天候、全球范围内精准定位，定位误差小于或等于3米。Galileo星座展现出优良的DOP值分布特性，其定位精度超越了GPS标准。在地面监控与服务设施方面，系统包含两个位于欧盟的伽利略控制中心和全球分布的20个伽利略传感器站。此外，5个S波段上行站与10个C波段下行站支持卫星与控制中心的数据交互，伽利略控制中心负责卫星运行管理和导航任务的监督。20个传感器站通过冗余通信网络向中心传输实时数据。用户设备的核心组成部分包括导航定位模块和通信模块。

Galileo系统可以发送实时的高精度定位信息，这是现有的卫星导航系统所没有的，同时Galileo系统能够保证在许多特殊情况下提供服务，如果失败也能在几秒钟内通知客户。与美国的GPS相比，Galileo系统更先进，也更可靠。美国GPS提供的卫星信号，只能发现地面约10m长的物体，而Galileo系统的卫星则能发现1m长的目标。一位军事专家形象地比喻说，GPS只能找到街道，而Galileo系统则可找到家门。

3.俄罗斯“格洛纳斯”系统

苏联时期起锚，俄罗斯的全球卫星导航系统GLONASS孕育于历史背景之中。1993年，俄罗斯独立启动了这项国家级项目，目标是在2007年底前投入全球服务，随后在2009年实现全球覆盖。然而，由于资金和其他因素的影响，系统的全面运营历经波折，至今仍在逐步完善中。GLONASS体系稳固运行需至少18颗卫星支持俄罗斯本土定位与导航，而为了全球服务的全面保障，24颗工作卫星与6颗备份卫星是必不可少的。据官方数据，系统竣工后，其定位和导航的精度误差有望达到仅有23米，这标志着其在精度性能上将跻身世界顶尖行列。

GLONASS的体系结构与GPS相似，包括空间星座、地面控制网络和用户终端三大部分。空间星座由2至4颗卫星构成，均匀分布于三个近似圆形的轨道平面上，每层轨道拥有8颗卫星，其轨道高度达到19,100公里，运行周期为11小时15分钟，轨道倾角相对GPS稍大，为64.8度。地面监控系统以及用户设备的功能与GPS基本一致。

GLONASS与GPS在信号处理方法上具有显著差异。GLONASS依赖于频分多址(FDMA)策略，通过在不同载波频率上共享同一编码广播导航信息，其卫星间的识别依据特定的轨道信号频率，这些频率间隔明确，编号从1至24。相比之下，GPS采用码分多址(CDMA)技术，所有卫星共享相同的载波频率，但通过独特的伪随机码(PRN)进行区分，其PRN号范围为1至32，实际应用中通常利用其中的24个码。  俄罗斯近期宣布，新一代GLONASS-M卫星引入了CDMA信号，包括与GPS L1和L5载波频率相对应的1575.42MHz和1176.45MHz频点，这一改变旨在增强系统的灵活性，并配合增加卫星数量、扩大地面增强服务、提升地面控制效能以及加强完整性监控。这些升级旨在拓宽服务范围，更好地满足广大用户的多元化需求。

4.中国北斗卫星导航系统

中国自主研发并独立运营的全球卫星导航与通信系统——北斗卫星导航系统（BeiDou，通称COMPASS），作为全球四大主要卫星导航系统之一，与中国、美国的GPS、俄罗斯的GLONASS以及欧盟的伽利略系统并驾齐驱。

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户端构成，其架构独特。空间段由3颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，后者进一步划分为27颗中轨道(MEO)卫星（包含3颗备用）和3颗倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星。27颗MEO卫星均匀分布在倾角55度的三个平面上，运行在21,500公里的轨道高度。地面部分设有主控站、注入站和监测站等多个设施。用户端则涵盖北斗专用终端以及兼容其他卫星导航系统的设备，提供全面服务。  北斗系统具备全球全天候、全天时的高精度、高可靠定位、导航和授时功能，还具备短报文通信能力。其建设目标旨在打造一个自主、开放、技术领先、稳定且全球覆盖的导航体系。北斗服务包括开放服务和授权服务，前者对全球用户免费提供定位（精度10米）、速度测量（0.2米/秒）和时间同步（50纳秒）；后者则针对高精度需求用户，提供定位、速度测量、时间同步和通信服务，以及系统完整性的信息。  相较于GPS、GALILEO和GLONASS，北斗导航终端的独特之处在于集成短信服务和导航功能，增强了通信性能。它具有全天候快速定位、极低的通信盲区，特别是在亚太增强区域，其精度超越GPS。全球用户均可免费享用北斗的服务，且无用户数量限制。北斗系统兼容GPS，采用高强度加密设计，确保安全、可靠、稳定的性能，适用于关键领域应用。

(十)实际运用

全球定位系统一般主要是指GPS,尽管俄罗斯、欧洲及中国也纷纷建立自身的全球定位系统，但就技术而言，美国建立的GPS技术处于先进地位。本节所指的定位系统应用主要依据是GPS的应用，我们相信在不久的将来，其他定位系统也将发挥自身的作用，同样也能实现相应领域的应用。

1.精密工程、测量及变形监测中的应用

将应用GPS卫星定位技术建立的控制网叫GPS网，GPS网分为两大类，一类是全球或全国性的高精度GPS网：一类是区域性的GPS网。大地测量的科研任务是研究地球形状及其随时间的变化，利用全球覆盖的高精度GPS网建立起高精度的动态坐标框架。区域GPS网是指国家C、D、E级GPS网或专为工程项目布测的工程GPS网。

2.交通系统中的应用

地面车辆导航系统的关键技术包括定位当前位置与目标物体，前者依赖于GPS获取精确坐标，而后者则聚焦于基于数字地图的定点确定，本质上是一项地图关联分析任务。

随着我国城市建设的持续扩展，车辆数量急剧增长，交通运输的运营管理与高效调度以及警用车辆的指挥与安全管控已经成为公安与交通体系中的关键议题。GPS导航定位技术的引入，为各类交通工具，如车辆、船舶等，提供了实时且精确的定位服务。在公安与交通系统中，主要应用包括：结合车辆GPS定位与无线电通信系统的指挥管理系统，以及采用GPS差分技术的类似系统。  GPS车辆导航的应用领域广泛，涵盖运输路线导航、应急事件车辆引导、车辆调度等诸多场景。智能型车辆和高速公路系统的分类通常基于其功能，分为四类：自动化控制系统、车队管理系统、咨询导向型导航系统和全面普查型系统。车队管理系统支持多车操作，并设有时空管理中心；咨询型导航系统则集成了自动化控制和车队管理的功能；普查型系统通常配备自动式车辆搭载的摄像机或数字化照相机，用于收集并分析道路的时间和位置特性信息。

3.地球动力学中的应用

利用全球定位系统（GPS）实施对全球及区域板块动态的精密监测，同时关注区域地壳的细微变化，探究地球构造形成及其动力机制。

探索地下构造活动与应力场演变：地震风险评估与预测的深入研究 作为中国地壳动态监控的重要组成部分，'九五'国家重大科学工程项目——'中国地壳运动监测网络工程'，由中国地震局、总参测绘局、国家测绘局及中国科学院联合实施，已于2000年成功完成。武汉测绘科技大学凭借滇西地区两阶段的GPS监测数据，通过分析红河断裂带的地下断层行为模式，对1996年丽江地震作出了相对精确的中期预报，定位误差仅为27公里，震源深度预测误差控制在0至6公里范围内。令人瞩目的是，地震级数判断完全准确，这证明了利用GPS监测数据进行中期地震预报的可行性得以显著体现。

4.气象学中的应用

GPS/MET技术，即全球定位系统在气象学领域的应用，被称为GPS气象学（或GPS气象学理论与实践）。这一学科的探索起源于20世纪10年代末，发端于美国，其早期试验获得了显著的成功。随后，随着美国的示范效应，诸如日本在内的其他国家也开始逐渐采纳GPS技术于气象监测。GPS/MET所提供的探测数据以其广泛的全球覆盖、高分辨率的垂直探测、卓越的精度以及长期的稳定性而著称。

地球的大气犹如光学透镜，其对电磁波载波信号（包括导航信号）的传播路径产生显著的折射效应。随着大气密度的增加，信号折射现象更为明显，导致波速减缓。对于低轨道的GPS接收机而言，接收到经过折射的信号后，能够通过复杂的计算提取出综合的信号折射率参数。通过解析电磁波折射路径在不同大气层次中的垂直分布，我们可以重构其传播轨迹。GPS信号的无线传输依赖于微波转换器，从卫星至接收机的路径通常穿行于多种介质之中，借此研究信号特性，进而揭示了大气介质的特性。大气对GPS信号的主要折射来源可分为干燥成分、水蒸气以及电离层物质三类。

5.军事中的应用

军事上可用于协同作战、导弹的制导、搜索及救援人员野外定位。协同作战方面，GPS可为各级指挥系统提供各种目标及事件所发生的时间和地点。导弹的制导方面，美伊战争70%左右使用GPS辅助制导，使战斧式巡航导弹从1600km的地方准确打击一个小房子的目标。搜索及救援人员野外定位方面，在茫茫的沙漠上，没有任何标志，主要靠导航卫星进行定位，才能知道自己在什么地方。

6.农业中的应用

在精细农业的实施过程中，GPS系统扮演着至关重要的角色，其功能涵盖农田信息的精确定位，涉及农机车辆导航、地面平整、精准播种、农药喷洒、肥料施放、数据管理和作物生长状况监测与变量调控。其中，GPS技术在自动驾驶、精准施肥、喷药和播种等环节展现出显著的优势，相较于传统的人工管理，它在土壤养分分布调查、作物产量预测以及农田管理中提升了效率和准确性。  例如，通过在联合收割机上集成监控设备和GPS接收机，构建出作物产量实时监测系统，这有助于识别影响产量的关键因素，从而实施精细化的田间施肥管理。GPS技术还利用土壤与绿色作物叶片对不同波长光的反射特性差异，区分土壤、作物和杂草，进而识别营养不足或病虫害困扰的作物叶片。在除草剂施用上，GPS支持两种策略：一是通过光谱分析来精确选择施药区域，二是根据作物健康状态调整除草剂的施用方法，确保高效且环保的农田管理实践。

通过杂草检测传感器实时获取田间杂草状况的数据，然后由精确调控的变量喷洒设备控制系统，依据收集的信息智能调整除草剂的喷施剂量。

借助杂草传感器预先绘制出田间杂草的分布状况图，随后根据电子地图生成的精准处方，运用可变参数喷洒设备进行作业。

7.野生动物保护中的应用

早在20世纪10年代中期，美国土地管理局便引入了先进的GIS系统，依托GPS技术，实施对野生生物资源的季度性详尽采集，涵盖了生态状况、栖息地分布及种群数量等关键数据。美国西部的广阔地区繁衍生息着众多的野马和野牛。这套野生动物管理系统的核心目标在于革新数据录入手段，通过语音替代传统的手工操作，实现对野生动物实时位置的精确追踪，并能记录飞行或行驶过程中的路线信息。在执行任务时，系统被集成于飞机或车辆上，用于空中搜索，通过语音记录的方式高效地录入数据，GPS定位点会自动存入数据库。此外，系统支持按历史航线进行纵向比较分析，结合历史与实时数据，实现了对野生动物活动区域的动态监测能力。

8.在突发事件中的应用

响应速度对于突发事件的影响至关重要，尤其是在医疗救援、消防应急和交通事故这类事件中。GPS与GIS技术在快速响应中发挥着关键性的作用。一个完整的突发事件应对体系通常包含以下几个核心环节：

车辆配备内置GPS装置，经由相应的软件进行处理，从而获取精确的地理位置信息。

通信设施：依托双重蜂窝通信网络，当紧急情况发生时，驾驶员激活求援机制，明确求助类别（如报警、医疗援助）及伤势等级等相关信息。

【处理中心功能】：高效接收并解析用户信号。在GIS（地理信息系统）的支持下，迅速对事故位置进行精准查询与定位。依据用户的求助类型，准确判断并实施相应的紧急救援措施。GIS集成有数字化地图及详细属性信息，可实现对突发事件地理位置的实时检索、定位，同时协助调度员优化路线选择。借助GPS技术，急救车辆的位置数据能即时传回至主控中心，确保有效调度响应。

9.旅游中的应用

随着生活水平的不断提升，GPS技术逐渐应用于个人休闲旅行及野外探索活动。无论是游览风光旖旎的景区，还是涉足原始森林、雪山峡谷或无垠沙漠，车载GPS接收器作为可靠的全球定位工具，始终扮演着导航者的角色。在旅途过程中，乘客能够实时掌握车辆的位置、速度与行驶方向，有效防止迷路。一旦遭遇突发状况，GPS监控中心能迅速提供指引，联络临近的援助资源，并积极应对。借助GPS监控中心的远程支持，即便身处千里之外，也能享受到如同在家般的便捷。汽车导航系统的重要辅助功能之一是行程规划，包括自动化路径规划和用户自定义线路设计。自动化规划由计算机软件依据需求，智能计算出最快、最简单或避开高速公路最少次数的最优路线。而用户手动设计的线路库，允许驾驶员设定起点、终点及沿途站点，实现个性化路线构建。

全球定位系统在多个专业领域展现其广泛应用，其中包括空中摄影测量、线路与隧道工程的精确测量（如贯通测量），地表特征与土地权属（地形、地籍）以及房地产领域的测量。海洋测绘工作也得益于GPS的高精度支持。在建设施工中，GPS用于构建大桥施工控制网络，并对海上勘探平台的沉降进行持续监控。此外，大桥动态形变、高层建筑的实时变形监测也广泛依赖于GPS的实时性能。总之，GPS在生产和生活的各个环节中实现了高效服务的普及与深化应用。

GPS在物流行业的应用主要展现于以下几个方面：

系统：GPS与计算机网络驱动的货物跟踪信息系统，能实时采集全国铁路列车、机车、车辆、集装箱及所载货物的动态数据，实现对陆路与水路运输物资的全程监控。只需输入货车型号、车牌号或船舶标识，即可在铁路或水运网络中迅速定位，获取其当前位置、距目的地的里程，以及所有装载货物的详细信息。此技术的应用显著提升了运营的精准度与透明度，致力于为货主提供优质服务体验。

借助地理信息系统(GIS)优化物流配送流程。物流涵盖订单管理、运输、仓储、装卸、投递、报关、退货处理、信息咨询服务及增值业务等多个环节。全程管控是物流管理的核心议题。供应商需实时、精准地掌握全国范围内各中转仓库、经销商、零售点以及汽车、火车、飞机、船舶等多元运输途径的产品动态，以此制定生产与销售策略，适时调整市场策略。因此，对于大型供应商，全程的物流管理是构建高效分销网络的关键；大型连锁零售商同样依赖全程物流管理来建立完善的供应配送体系；第三方物流服务商和仓储中心若不具备针对全程的物流管理服务，难以赢得客户信任获取业务；对于消费者而言，无快速、准确、安全、可靠的物流配送，网上购物几乎无法实现。物流配送本质上是货物空间位置的转移过程，涉及运输、仓储、装卸、投递等步骤，通过有效管理和决策分析运输路线选择、仓库选址、容量规划、装卸策略、运输车辆调度及投递路径等，有助于企业高效利用资源，降低成本，提升效率。实际上，深入剖析这些环节的问题，会发现它们均与地理因素和分布密切相关。在全程物流管理中，GIS技术和GPS的应用不可或缺，适用于所有涉及地理分布的场景。

二、高效精准的汽车导航解决方案

依托于GSM/GPRS网络与GPS卫星定位技术的汽车GPS追踪系统，具备远程车辆实时定位与监控能力。集成的特性包括里程累计统计、车辆防碰撞（ACC）监测警报以及电力中断时的自动报警功能。

(一)应用领域

在控制中心，对所有车辆实施统一调度与管理，旨在降低空驶率，优化车辆及道路资源的利用率。

保障安全与应急响应：集成高级定位技术的系统能实时监控车辆动态，一旦发生盗窃，迅速追踪定位，从而有效防止重大经济损失。此外，此类GPS定位器具备内置报警机制，驾驶员在遭遇突发状况时，可即时向公司或报警中心（110）发出求援信号，确保第一时间得到援助。

该管理平台负责汇集各车辆的定位数据，进行集中处理，并将处理结果分发给相应的接收单位或平台，旨在实现信息的共享与合作。

通过部署摄像头实施视频监控，司机的影像被实时传输至服务器。这种技术旨在在遭遇突发事故或犯罪行为时，能迅速定位相关人员，从而有效保障司机的人身与财产安全。

(二)功能介绍

1.手机地图查车

2.卫星定位

3.电子围栏

4.断油断电

5.实时路况

6.行驶轨迹回放

7.GPRS盲区保存

8.超速报警

9.防拆功能

10.GPS断电报警

11.里程统计

12.报表分析

13.断电临时供电功能（备用电池）

第二节 详细项目需求解读

一、项目概况

1.项目名称：

2.采购单位：

3.项目地址：

项目概述：旨在满足XX公司车辆GPS安装与运维的需求，本项目致力于实现对车辆的精细化专业管理。作为提升服务效率和服务智能化的关键途径，我们积