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GPS技术及其在农业上的应用
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1引言

GPS是英文NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem的缩写,意为利用卫星导航进行测时和测距,以构成全球卫星定位系统。自1973年美国军方批准成立联合计划局开始GPS的研究工作到1993年系统建成,该工程历时20年,耗资300亿美元,成为继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的第三项庞大空间计划。它从根本上解决了人类在地球上的导航和定位问题,在军事和工农业等领域得到了广泛的应用。给导航和定位技术带来了巨大的变化。同样,GPS技术在土地资源调查,土地侵蚀调查,农作物估产与监测,灾害监测与评估等方面都正得到应用,将从为农业服务发展到直接参与农业生产的全过程,推动实现农业生产的信息化。

2GPS基本原理

GPS主要包括三大部分:

(1)GPS卫星(空间部分)

(2)地面支撑系统(地面监控部分)

(3)GPS接收机(用户部分)

下面简单加以介绍:

2.1GPS卫星

最终的GPS方案是由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。卫星分布在互成60°的6个轨道平面上,轨道倾角为55°。这样的卫星配置基本上保证了在地球任何位置均能同时观测到4颗卫星。卫星的运行轨道呈圆形,长半轴为26560KM,倾角为64°,轨道高度约20000KM。卫星重774Kg,主体呈柱形,直径为1.5M,星体两侧装有两块双叶对日定向太阳能电池帆板,全长5.33M,接受日光面积7.2平方米,以保证卫星正常工作的供电。

2.2地面支撑系统

在导航定位中,首先必须知道卫星的位置。而位置是由卫星星历计算出来的,地面支撑系统测量和计算每颗卫星的星历,编辑成电文发送给卫星,再由卫星实时地播发给用户。这就是卫星提供的广播星历。工作卫星的地面支撑系统包括1个主控组、3个注入站和5个监测站。如图1所示。

监测站的主要任务是对每颗卫星进行观测,并向主控站提供观测数据。每个监测站配有GPS接收机,对每颗观测数据送往主控站。

主控站拥有大型电子计算机,用作主体数据采集、计算、传输、诊断和编辑等。主要完成:

(1)采集数据

(2)编辑导航电文

(3)诊断

(4)调整卫星

主控站将编辑的卫星电文传送到三个注入站,定时将这些信息注入各个卫星。

3.3用户接收机

上述的两大部分是由专门机构投资建立,维护和运行的,一旦工作,就昼夜不停地发送导航定位信息,可供无数用户免费共享。因此,世界各国的公司、研究机构陆续研制出各种类型的接收机。GPS接收机的种类众多,但其结构基本一致。GPS接收机可分为天线单元和接收单元两部分。

1)天线单元由接收天线和前置放大器组成。前置放大器是关键性部件,要求具有噪声系数小、增益高和动态范围大的特点。
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