GPS是英文Navigation Satellite Timing and Ranging / Global Positioning System的縮寫,意為利用衛(wèi)星導(dǎo)航進(jìn)行測時(shí)和測距,以構(gòu)成全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。自1973年美國軍方批準(zhǔn)成立聯(lián)合計(jì)劃局開始GPS的研究工作到1993年系統(tǒng)建成,該工程歷時(shí)20年，耗資300億美元，成為繼阿波羅登月計(jì)劃和航天飛機(jī)計(jì)劃之后的第三項(xiàng)龐大空間計(jì)劃。它從根本上解決了人類在地球上的導(dǎo)航和定位問題，在軍事和工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。給導(dǎo)航和定位技術(shù)帶來了巨大的變化。同樣，GPS技術(shù)在土地資源調(diào)查，土地侵蝕調(diào)查，農(nóng)作物估產(chǎn)與監(jiān)測，災(zāi)害監(jiān)測與評估等方面都正得到應(yīng)用，將從為農(nóng)業(yè)服務(wù)發(fā)展到直接參與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全過程，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化。
2 GPS基本原理
GPS主要包括三大部分：
（1） GPS衛(wèi)星（空間部分）
（2） 地面支撐系統(tǒng)（地面監(jiān)控部分）
（3） GPS接收機(jī)（用戶部分）
下面簡單加以介紹：
2.1 GPS衛(wèi)星
最終的GPS方案是由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成。衛(wèi)星分布在互成60°的6個(gè)軌道平面上，軌道傾角為55°。這樣的衛(wèi)星配置基本上保證了在地球任何位置均能同時(shí)觀測到4顆衛(wèi)星。衛(wèi)星的運(yùn)行軌道呈圓形，長半軸為26560KM，傾角為64°，軌道高度約20000KM。衛(wèi)星重774Kg，主體呈柱形，直徑為1.5M,星體兩側(cè)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7.2平方米,以保證衛(wèi)星正常工作的供電。
2.2 地面支撐系統(tǒng)
在導(dǎo)航定位中，首先必須知道衛(wèi)星的位置。而位置是由衛(wèi)星星歷計(jì)算出來的，地面支撐系統(tǒng)測量和計(jì)算每顆衛(wèi)星的星歷，編輯成電文發(fā)送給衛(wèi)星，再由衛(wèi)星實(shí)時(shí)地播發(fā)給用戶。這就是衛(wèi)星提供的廣播星歷。工作衛(wèi)星的地面支撐系統(tǒng)包括1個(gè)主控組、3個(gè)注入站和5個(gè)監(jiān)測站。如圖1所示。
監(jiān)測站的主要任務(wù)是對每顆衛(wèi)星進(jìn)行觀測，并向主控站提供觀測數(shù)據(jù)。每個(gè)監(jiān)測站配有GPS接收機(jī)，對每顆觀測數(shù)據(jù)送往主控站。
主控站擁有大型電子計(jì)算機(jī)，用作主體數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、傳輸、診斷和編輯等。主要完成：
（1） 采集數(shù)據(jù)
（2） 編輯導(dǎo)航電文
（3） 診斷
（4） 調(diào)整衛(wèi)星
主控站將編輯的衛(wèi)星電文傳送到三個(gè)注入站，定時(shí)將這些信息注入各個(gè)衛(wèi)星。
3.3 用戶接收機(jī)
上述的兩大部分是由專門機(jī)構(gòu)投資建立，維護(hù)和運(yùn)行的，一旦工作，就晝夜不停地發(fā)送導(dǎo)航定位信息，可供無數(shù)用戶免費(fèi)共享。因此，世界各國的公司、研究機(jī)構(gòu)陸續(xù)研制出各種類型的接收機(jī)。GPS接收機(jī)的種類眾多，但其結(jié)構(gòu)基本一致。GPS接收機(jī)可分為天線單元和接收單元兩部分。 GPS手機(jī)http://www.baidugps.cn
1) 天線單元由接收天線和前置放大器組成。前置放大器是關(guān)鍵性部件，要求具有噪聲系數(shù)小、增益高和動(dòng)態(tài)范圍大的特點(diǎn)。
2) 接收單元由信號通道單元、存儲單元和計(jì)算與顯示等單元組成：
a.信號通道單元，用于接收來自天線單元的信號。通常有1－12個(gè)通道，每一通道在某一時(shí)刻只能跟蹤一顆衛(wèi)星。當(dāng)此衛(wèi)星被瑣定后，便占據(jù)了這一通道。
b.存儲單元，用以存儲實(shí)時(shí)的各種數(shù)據(jù)，原始觀測量及計(jì)算結(jié)果，供事后處理用。
c.計(jì)算和顯示單元，用于根據(jù)采集到的衛(wèi)星星歷，偽距觀測值計(jì)算三維坐標(biāo)和速度。
3美國的S/A政策
GPS設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)劃提供兩種服務(wù)，一種為標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（SPS），精度約為100M，提供給民間用戶使用。另一種為精密定位服務(wù)（PPS），精度可達(dá)10M，提供給軍方和得到特許的民間用戶使用。但在試驗(yàn)衛(wèi)星應(yīng)用階段，多次試驗(yàn)表明，實(shí)際定位精度遠(yuǎn)高于此值。SPS可達(dá)14M，而PPS可達(dá)3M。于是美國政府采取了SA政策（Selective Availatility），人為地將誤差引入衛(wèi)星時(shí)鐘和衛(wèi)星數(shù)據(jù)中，以降低GPS的定位精度，防止未經(jīng)許可用于軍事目的。按SA政策，水平定位精度為100M，垂直定位精度為157M。這就大大降低了GPS的實(shí)用性。因此各家公司和研究單位紛紛研制在實(shí)施SA政策下提高實(shí)時(shí)定位精度的技術(shù)。顯然，無論采用那種技術(shù)，都會提高應(yīng)用的成本。其中比較重要的是差分GPS技術(shù)（DGPS），下面逐一加以介紹： gps地圖http://www.baidugps.cn
3.1差分GPS（DGPS）
差分技術(shù)的原理并不復(fù)雜，它使用一臺基準(zhǔn)GPS接收機(jī)和一臺用戶接收機(jī)，利用實(shí)時(shí)或事后的處理技術(shù)就可以消去用戶測量時(shí)公共的誤差。差分GPS需要增設(shè)基站和通訊設(shè)施，投資較高，而且僅適用用于基站周圍200公里左右范圍內(nèi)的用戶。
3.2移動(dòng)式差分GPS
針對差分GPS的不足，目前已開發(fā)出移動(dòng)式差分GPS，即可根據(jù)需要在某一基準(zhǔn)點(diǎn)，臨時(shí)架設(shè)可移動(dòng)的基站，這一方法適用于非實(shí)時(shí)的測量場合，投資較省。
3.3信標(biāo)差分GPS
這一方法的原理同差分GPS，信標(biāo)站是我國交通部在沿海建立的一系列差分基站，為船舶導(dǎo)航提供免費(fèi)服務(wù)，因此，在沿海地區(qū)，只需購置特制的信標(biāo)機(jī)，就能實(shí)現(xiàn)差分GPS，大大降低了投資成本。但使用范圍有限。
3.4雙星定位GPS
GPS的精度取決同時(shí)能觀察到的衛(wèi)星個(gè)數(shù)，雙星定位GPS接收機(jī)不但能接收到美國GPS的衛(wèi)星信號，而且能接收到俄羅斯的GLONASS的衛(wèi)星信號，保證了在每一接收點(diǎn)至少可接收到6-8顆衛(wèi)星信號，通過復(fù)雜的計(jì)算機(jī)和得到高精度的位置坐標(biāo)。
4 GPS在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用
隨著知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)將向“精細(xì)農(nóng)業(yè)（Precision Agriculture）”發(fā)展，著名美國未來學(xué)家托夫勒夫婦撰文指出，農(nóng)業(yè)革命的基礎(chǔ)是生物技術(shù)和信息技術(shù)的突破性進(jìn)展及其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的成功應(yīng)用。
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九十年代以來，三S（RS、GPS、GIS），即遙感、全球定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用已成為最有吸引力的前沿性研究領(lǐng)域，主要包括利用三S技術(shù)實(shí)現(xiàn)：（1）合理利用農(nóng)業(yè)資源（2）提高農(nóng)作物產(chǎn)量（3）降低生產(chǎn)成本（4）改善生態(tài)環(huán)境等。
4.1降低生產(chǎn)成本
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)正走向大農(nóng)業(yè)和機(jī)械化道路，大量采用飛機(jī)播種、除草、施肥等工作。利用GPS合理地布設(shè)航線和準(zhǔn)確地引導(dǎo)飛機(jī)�？梢源蟠蠊�(jié)省飛機(jī)作業(yè)的費(fèi)用，據(jù)報(bào)導(dǎo)，可降低成本約50%。
4.2控制化肥數(shù)量
由于農(nóng)田的土地性質(zhì)不同，要求施加的肥料品種和數(shù)量也不相同。利用GIS和 GPS技術(shù)可有效地解決這一問題。首先，利用空中攝影或土地采樣方法區(qū)別不同土地類型，及對施肥的要求，利用GIS技術(shù)繪制成土地施肥圖，在作業(yè)時(shí)利用GPS進(jìn)行精密定位，嚴(yán)格按照已設(shè)計(jì)好的土地施肥圖和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施肥，真正做到按需施肥和肥盡其用，據(jù)報(bào)導(dǎo)可節(jié)約化肥和提高效率達(dá)10%以上。
4.3在品種資源研究中的應(yīng)用
在野外考察和引種研究中，利用GPS技術(shù)可以準(zhǔn)確定位野生群落和引種區(qū)的經(jīng)緯度和高度，結(jié)合GIS技術(shù)，可在二、三維地圖上加以標(biāo)注，并計(jì)算出區(qū)域的面積，查詢到該區(qū)域的氣候條件等。通過定期考察，可進(jìn)一步觀察到特定野生群落區(qū)域的變遷，并掌握當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的狀況。GPS的應(yīng)用前景十分廣闊，研究人員可從自身的研究對象出發(fā)，開發(fā)出新的應(yīng)用，開拓新的研究領(lǐng)域。
