《GPS讲义》PPT课件
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《gps导航定位》课件
GPS导航定位的优缺点
GPS导航定位的优点包括高精度、全球覆盖和多功能性。 然而，缺点包括对天气和建筑物的影响，以及可能的隐私和安全问题。
GPS导航定位的安全问题
GPS导航定位存在安全隐患，包括可能的信号干扰、定位误差和位置欺骗。 为了确保安全性，需要采取措施，例如加密通信和强化用户验证。
结语
《GPS导航定位》PPT课 件
探索令人着迷的GPS导航定位世界。了解导航定位的原理、系统、技术，以及 其在车辆、船舶和航空导航中的应用。
什么是GPS导航定位
GPS导航定位是一种基于卫星系统的定位技术，可精确定位全球任何位置，并 提供导航指引和路径规划。 GPS导航定位的应用场景包括汽车导航、旅行、户外探险等。
GPS导航定位的原理
GPS导航定位通过接收来自卫星的信号来确定位置，使用三角定位原理计算精 确的经纬度坐标。 信号原理涉及卫星、接收机、时钟和测距等关键组件。
GPS导航定位的系统
GPS导航定位系统由卫星、地面控制站、用户接收机和导航数据库组成。 各个系统之间相互配合，共同实现高精度的导航定位服务。
GPS导航定位在现代生活中起着重要作用，未来仍面临挑战和机遇。 不断提升技术和应用，GPS导航定位将为我们带来更好的导航体验和便利性。
GPS导航定位的技术
GPS导航定位技术经历了多年的发展，并不断提高精度和功能。 未来，GPS导航定位技术将进一步发展，包括更高的精度、更多的应用领域和 增强现实导航等。
GPS导航定位的应用
GPS导航定位在车辆导航中被广泛应用，提供行驶指引、实时交通信息和路径 规划。
此外，GPS导航定位还在船舶导航和航空导航中起着关键作用，提高安全性和 效率。
《GPS定位系统》PPT课件
GPS测量与经典测量方法的对比：
➢不需要相互通视 ➢观测作业不受天气条件的影响 ➢网的质量与点位的分布情况无关 ➢能达到大地测量所需要的精度水平 ➢白天和夜间均可作业 ➢经济效益显著
GPS用于大地测量
（三）GPS 的系统组成
用户部分
GPS接收机
空间部分
24颗GPS卫星组成
监控站
注入站 主控站
控制部分
级别
A
B
项目
固定误差 a(mm)
RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距 观测值，相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机。
RTK测量原理图
发射电台
接收电台
移
GPS主机
GPS主机
动 站
基准站
采集器
(一) GPS用于大地测量
1、GPS静态定位的主要应用领域
GPS静态定位主要用于建立各级测量控制网，其优点为： ➢定位精度高，其基线的相对精度非常高 ➢选点灵活、不需要造标、费用低 ➢全天候作业 ➢观测时间短 ➢观测数据处理自动化
差 ▪ 另外有接收机的对中、整平误差等
（四）GPS载波相位测量
1.采用载波相位观测值
L1=19c m
卫星广播
的电磁波
L2=24 cm C/A=293 m
信号：
p=29.3 m
• 信号量测精度优于波长的1/100
L1载波 L2载波
C/A码 P-码
• 载波波长比C/A码波长 短得多
• 所以，GPS测量采用载波相位观测值可以获得比伪距
(三) 单点定位结果的获取
• 单点定位解可以理解为一个测边后方交会问题 • 卫星充当轨道上运动的控制点，观测值为测站至卫星的
伪距(由时间延迟计算得到) • 由于接收机时钟与卫星钟存在同步误差，所以要同步观
➢不需要相互通视 ➢观测作业不受天气条件的影响 ➢网的质量与点位的分布情况无关 ➢能达到大地测量所需要的精度水平 ➢白天和夜间均可作业 ➢经济效益显著
GPS用于大地测量
（三）GPS 的系统组成
用户部分
GPS接收机
空间部分
24颗GPS卫星组成
监控站
注入站 主控站
控制部分
级别
A
B
项目
固定误差 a(mm)
RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距 观测值，相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机。
RTK测量原理图
发射电台
接收电台
移
GPS主机
GPS主机
动 站
基准站
采集器
(一) GPS用于大地测量
1、GPS静态定位的主要应用领域
GPS静态定位主要用于建立各级测量控制网，其优点为： ➢定位精度高，其基线的相对精度非常高 ➢选点灵活、不需要造标、费用低 ➢全天候作业 ➢观测时间短 ➢观测数据处理自动化
差 ▪ 另外有接收机的对中、整平误差等
（四）GPS载波相位测量
1.采用载波相位观测值
L1=19c m
卫星广播
的电磁波
L2=24 cm C/A=293 m
信号：
p=29.3 m
• 信号量测精度优于波长的1/100
L1载波 L2载波
C/A码 P-码
• 载波波长比C/A码波长 短得多
• 所以，GPS测量采用载波相位观测值可以获得比伪距
(三) 单点定位结果的获取
• 单点定位解可以理解为一个测边后方交会问题 • 卫星充当轨道上运动的控制点，观测值为测站至卫星的
伪距(由时间延迟计算得到) • 由于接收机时钟与卫星钟存在同步误差，所以要同步观
《GPS定位原理》课件
《GPS定位原理》PPT课 件
欢迎来到《GPS定位原理》PPT课件！我们将介绍全球定位系统（GPS）的工作 原理以及其广泛应用于航空、海运和陆地交通等领域的重要性。
什么是GPS
GPS是全球定位系统，是由美国国防部研制和管理的全球性卫星导航定位系统。
GPS定位Байду номын сангаас理
通过计算卫星信号的发送和接收时间以及接收机的速度，确定位置。至少需 要接收4个卫星信号。
GPS信号
每个GPS信号都包含卫星的编号、时钟、位置和发射时间等重要信息。
GPS接收机
GPS接收机通过接收GPS信号并计算位置来实现定位功能。至少需要接收4个卫星信号。
GPS应用
GPS广泛应用于航空、海运、陆地交通、野外探险等领域。也常用于导航、地 图、疫情追踪等应用中。
总结
GPS定位原理基于卫星发射的信号计算位置，至少需要接收4个卫星的信号进行定位。GPS应用广泛，包括航空、陆 地交通、野外探险等领域。
欢迎来到《GPS定位原理》PPT课件！我们将介绍全球定位系统（GPS）的工作 原理以及其广泛应用于航空、海运和陆地交通等领域的重要性。
什么是GPS
GPS是全球定位系统，是由美国国防部研制和管理的全球性卫星导航定位系统。
GPS定位Байду номын сангаас理
通过计算卫星信号的发送和接收时间以及接收机的速度，确定位置。至少需 要接收4个卫星信号。
GPS信号
每个GPS信号都包含卫星的编号、时钟、位置和发射时间等重要信息。
GPS接收机
GPS接收机通过接收GPS信号并计算位置来实现定位功能。至少需要接收4个卫星信号。
GPS应用
GPS广泛应用于航空、海运、陆地交通、野外探险等领域。也常用于导航、地 图、疫情追踪等应用中。
总结
GPS定位原理基于卫星发射的信号计算位置，至少需要接收4个卫星的信号进行定位。GPS应用广泛，包括航空、陆 地交通、野外探险等领域。
《GPS定位原理》课件
GPS定位数据的安全性问题
为保护定位数据的安全，需加密传输和存储，限制授权访问，防止数据泄露和滥用。
GPS定位技术的社会影响与导 向
GPS定位技术的普及和应用，将在交通、农业、航空和其他领域创造更加智能、 高效、便利的生活方式。
《GPS定位原理》PPT课 件
本课程将介绍GPS定位的基本原理、技术的发展历史，以及在各个领域的应用。 让我们一起探索GPS技术的魅力和未来发展趋势。
什么是GPS定位？
GPS定位是一种全球定位系统，通过卫星和接收器共同工作，使人们能够在全 球任何地点确定自己的位置和导航目的地。
GPS定位的基本原理
航海导航
• 船舶利用GPS定位进行 航行导航和定位。
• 提高海上航行的准确性 和安全性。
渔业管理
利用GPS定位技术，进行渔船 定位和渔业资源管理。
监控渔船活动和渔场情况，保 护渔业资源。
海洋科学
科学家使用GPS定位系统跟踪 海洋潮流和动态，开展海洋研 究。 促进海洋科学的发展和海洋资 源的保护。
GPS定位的优缺点及挑战
结合GPS定位，实现农田灌溉的 智能化和精准化，节约水资源。
GPS定位在航空领域的应用
1
飞行导航
GPS定位系统广泛应用于飞机导航、自动
空中交通管制
2
驾驶和飞行路径规划。
利用GPS定位技术，实现空中交通的监控
和管理，避免飞行冲突。
3
飞机安全
航空公司使用GPS定位系统来跟踪飞机位 置，确保飞行安全。
GPS定位在海洋领域的应用
GPS定位相关的法律法规和标准
法律法规
• 各国制定了GPS定位的法律法规，保障其合 法使用。
• 规定了定位数据的隐私保护和使用限制。
《GPS定位原理》PPT课件_OK
❖ 定位速度快，实时定位 ❖ 可提高测距精度 ❖ 对信号的强度要求不高，易于捕获
微弱的卫星信号 ❖ 采用的是CDMA（码分多址）技术 ❖ 便于对系统进行控制和管理
2021/8/20
27
5.2.2 伪距测量定位原理
伪距测量的观测方程
码相关法测量伪距时，有一个基本假设，即卫星
钟和接收机钟是完全同步的。但实际上这两台钟之间
49
某一瞬间的载波相位测量值指的是该瞬间 接收机所产生的基准信号的相位(b) 和接收到 的来自卫星的载波信号的相位(a) 之差。因此， 根据某一瞬间的载波相位测量值可求出该瞬间 从卫星到接收机的距离。
❖ GPS的测距码 C/A码：码速1.023MHz, TP=1ms, LP=1023, 码元长度293.052m
2021/8/20Fra bibliotek20P码： 码速10.23MHz,
TP=266天9小时45分55.5秒, LP=235469592765000, 码元长度29.3052m。
实际被截为7天一个周期，共38段，每 一段赋予不同的卫星，卫星的PRN号也由此 得到。
伪距测量（伪距法定位） 载波相位测量
❖ 依定位时效
实时定位 事后定位
❖ 依确定整周模糊度的方法及观测时段的长短：
常规静态定位 快速静态定位
2021/8/20
4
5.1.1静态定位和动态定位
❖ 静态定位
在定位过程中，接收机的位置是固定的，处 于静止状态。这种静止状态是相对的。在卫星大 地测量学中，所谓静止状态，通常是指待定点的 位置，相对其周围的点位没有发生变化，或变化 极其缓慢，以致在观测期内（数天或数星期）可 以忽略。
2021/8/20
12
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微弱的卫星信号 ❖ 采用的是CDMA（码分多址）技术 ❖ 便于对系统进行控制和管理
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5.2.2 伪距测量定位原理
伪距测量的观测方程
码相关法测量伪距时，有一个基本假设，即卫星
钟和接收机钟是完全同步的。但实际上这两台钟之间
49
某一瞬间的载波相位测量值指的是该瞬间 接收机所产生的基准信号的相位(b) 和接收到 的来自卫星的载波信号的相位(a) 之差。因此， 根据某一瞬间的载波相位测量值可求出该瞬间 从卫星到接收机的距离。
❖ GPS的测距码 C/A码：码速1.023MHz, TP=1ms, LP=1023, 码元长度293.052m
2021/8/20Fra bibliotek20P码： 码速10.23MHz,
TP=266天9小时45分55.5秒, LP=235469592765000, 码元长度29.3052m。
实际被截为7天一个周期，共38段，每 一段赋予不同的卫星，卫星的PRN号也由此 得到。
伪距测量（伪距法定位） 载波相位测量
❖ 依定位时效
实时定位 事后定位
❖ 依确定整周模糊度的方法及观测时段的长短：
常规静态定位 快速静态定位
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5.1.1静态定位和动态定位
❖ 静态定位
在定位过程中，接收机的位置是固定的，处 于静止状态。这种静止状态是相对的。在卫星大 地测量学中，所谓静止状态，通常是指待定点的 位置，相对其周围的点位没有发生变化，或变化 极其缓慢，以致在观测期内（数天或数星期）可 以忽略。
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GPS卫星定位的基本原理PPT课件
c (ba )（io n 4 -4）tr o p
将式（4-3）代入式（4-4），即得实际距离 系式为
i o n t r o （p 4c v -t 5a ）c v t b
和伪距
之 间的关
18
GPS测量定位技术
二、伪距法定位的原理
如果已知卫星的钟差 和v t a接收机的钟差 ，v又t b 可精确求得 电离层折射改正和对流层折射改正，那么测定了伪距 ，就 可求 得实际距离 。实际距 离 与卫星坐 标（x、y、z）和 接收机坐标（X、Y、Z）之间又有下列关系：
4
GPS测量定位技术
二、单点定位和相对定位
GPS单点定位也叫绝对定位，就是采用一台接收机进行定位 的模式，它所确定的是接收机天线在WGS－84世界大地坐标系 统中的绝对位置，所以单点定位的结果也属于该坐标系统。
GPS单点定位的实质，即是空间距离后方交会。对此，在一 个测站上观测3颗卫星获取3个独立的距离观测量就够了。但是 由于GPS采用了单程测距原理，此时卫星钟与用户接收机钟不 能保持同步，所以实际的观测距离均含有卫星钟和接收机钟不 同步的误差影响，习惯上称之为伪距。其中卫星钟差可以用卫 星电文中提供的钟差参数加以修正，而接收机的钟差只能作为 一个未知参数，与测站的坐标在数据的处理中一并求解。因此， 在一个测站上为了求解出4个未知参数（3个点位坐标分量和1 个钟差系数），至少需要4个同步伪距观测值。也就是说，至少 必须同时观测4颗卫星。
16
GPS测量定位技术
二、伪距法定位的原理
为了解决定位问题，首先需将观测时得到的伪距 改正为 卫星至接收机之间的实际距离 。
设卫星钟的瞬时读数为时发出信号 ，t a 其正确的标准时刻
为 ； a 该信号到达接收机的时间为 ，t 其b 正确的标准时刻为 。
GPS原理及应用PPT课件
地面监控
包括主控站、监控站和注入站，负责跟踪卫星 、计算轨道和提供时间同步信息。
3
用户设备
GPS接收机，用于接收卫星信号并计算位置、 速度等信息。
GPS系统的特点
全球覆盖
GPS系统可实现全球范围内的定位 和导航。
高精度定位
利用差分技术，GPS系统可提供米 级甚至厘米级的定位精度。
实时性
GPS系统能够实时提供位置、速度 和时间等信息。
接收机的硬件和软件故障、多路径效应等， 导致接收机获取的位置信息存在误差。
地球自转和极移的影响，导致接收机获取的 位置信息存在误差。
GPS误差的处理方法
双频接收
采用双频接收技术，提高接收机的 测量精度。
差分技术
利用多个接收机同时观测同一组卫 星，通过差分算法消除公共误差， 提高测量精度。
载波相位观测
多频观测
利用多个不同频率的GPS信号进行观测，可以消除电离层误差，提高定位精度。
GPS与其他传感器的融合
惯性传感器
将GPS与惯性传感器(陀螺仪和加速度计)进行融合，可以提高定 位精度和可靠性。
地形图匹配
将GPS与地形图匹配技术进行融合，可以利用地形信息对GPS定 位结果进行修正，提高定位精度。
无线通信技术
角度计算
通过测量多个卫星信号的 相位角，可以计算出接收 机相对于卫星的方位角和 姿态角。
授时原理
时间同步
01
GPS卫星上装有原子钟，可以提供高精度的时间同步信号。
同步误差
02
由于卫星和接收机之间的时间同步存在误差，需要进行修正。
时间计算
03
通过接收机接收到卫星信号，使用修正算法对时间同步误差进
行修正，得到高精度的时间信息。
包括主控站、监控站和注入站，负责跟踪卫星 、计算轨道和提供时间同步信息。
3
用户设备
GPS接收机，用于接收卫星信号并计算位置、 速度等信息。
GPS系统的特点
全球覆盖
GPS系统可实现全球范围内的定位 和导航。
高精度定位
利用差分技术，GPS系统可提供米 级甚至厘米级的定位精度。
实时性
GPS系统能够实时提供位置、速度 和时间等信息。
接收机的硬件和软件故障、多路径效应等， 导致接收机获取的位置信息存在误差。
地球自转和极移的影响，导致接收机获取的 位置信息存在误差。
GPS误差的处理方法
双频接收
采用双频接收技术，提高接收机的 测量精度。
差分技术
利用多个接收机同时观测同一组卫 星，通过差分算法消除公共误差， 提高测量精度。
载波相位观测
多频观测
利用多个不同频率的GPS信号进行观测，可以消除电离层误差，提高定位精度。
GPS与其他传感器的融合
惯性传感器
将GPS与惯性传感器(陀螺仪和加速度计)进行融合，可以提高定 位精度和可靠性。
地形图匹配
将GPS与地形图匹配技术进行融合，可以利用地形信息对GPS定 位结果进行修正，提高定位精度。
无线通信技术
角度计算
通过测量多个卫星信号的 相位角，可以计算出接收 机相对于卫星的方位角和 姿态角。
授时原理
时间同步
01
GPS卫星上装有原子钟，可以提供高精度的时间同步信号。
同步误差
02
由于卫星和接收机之间的时间同步存在误差，需要进行修正。
时间计算
03
通过接收机接收到卫星信号，使用修正算法对时间同步误差进
行修正，得到高精度的时间信息。
02981_《GPS基本原理培训》课件
波提供了信号传输的基础。
2024/1/24
伪随机码
C/A码（Coarse/Acquisition Code）和P码（Precision Code ）是GPS信号中的两种伪随机码。 C/A码用于民用定位，而P码用于 军事和高精度应用。
数据码
GPS信号中的数据码包含了卫星导 航电文，包括卫星轨道参数、钟差 、大气改正等信息。
消除钟差影响。
星历误差
由卫星轨道参数不准确引起的误 差。处理方法包括使用精确的星 历数据，以及通过差分技术或参
数估计方法减小星历误差。
相对论效应
由于卫星高速运动和地球引力场 引起的相对论效应导致的误差。 处理方法包括在GPS信号处理和 定位算法中考虑相对论效应的影
响。
2024/1/24
20
大气层折射误差（对流层和电离层）
31
4
全球卫星导航系统组成及功能
2024/1/24
空间部分
由24颗工作卫星组成，分布在6 个轨道面上，每个轨道面4颗。
地面控制部分
由1个主控站、5个监控站和3个 注入站组成，负责监控和维持卫 星导航系统的正常运行。
5
全球卫星导航系统组成及功能
• 用户设备部分：主要由GPS接收机、数据处理软件及相应 的用户设备如计算机、气象仪器等组成。
与其他导航系统的兼容性与互操作性
03
随着全球卫星导航系统的发展，如何实现不同系统之间的兼容
性和互操作性成为一个重要挑战。
10
02
GPS信号结构与传输特性
2024/1/24
11
载波、伪随机码和数据码
载波
GPS信号采用L波段的两种频率作 为载波，即L1（1575.42 MHz） 和L2（1227.60 MHz）。这些载
2024/1/24
伪随机码
C/A码（Coarse/Acquisition Code）和P码（Precision Code ）是GPS信号中的两种伪随机码。 C/A码用于民用定位，而P码用于 军事和高精度应用。
数据码
GPS信号中的数据码包含了卫星导 航电文，包括卫星轨道参数、钟差 、大气改正等信息。
消除钟差影响。
星历误差
由卫星轨道参数不准确引起的误 差。处理方法包括使用精确的星 历数据，以及通过差分技术或参
数估计方法减小星历误差。
相对论效应
由于卫星高速运动和地球引力场 引起的相对论效应导致的误差。 处理方法包括在GPS信号处理和 定位算法中考虑相对论效应的影
响。
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大气层折射误差（对流层和电离层）
31
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全球卫星导航系统组成及功能
2024/1/24
空间部分
由24颗工作卫星组成，分布在6 个轨道面上，每个轨道面4颗。
地面控制部分
由1个主控站、5个监控站和3个 注入站组成，负责监控和维持卫 星导航系统的正常运行。
5
全球卫星导航系统组成及功能
• 用户设备部分：主要由GPS接收机、数据处理软件及相应 的用户设备如计算机、气象仪器等组成。
与其他导航系统的兼容性与互操作性
03
随着全球卫星导航系统的发展，如何实现不同系统之间的兼容
性和互操作性成为一个重要挑战。
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02
GPS信号结构与传输特性
2024/1/24
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载波、伪随机码和数据码
载波
GPS信号采用L波段的两种频率作 为载波，即L1（1575.42 MHz） 和L2（1227.60 MHz）。这些载
《GPS原理及其应用》课件
《GPS原理及其应用》 PPT课件
CONTENTS
目录
• GPS概述 • GPS原理 • GPS应用 • GPS发展趋势与挑战
CHAPTER
01
GPS概述
GPS定义
全球定位系统（GPS）是一种基于空 间的无线电导航系统，它利用一系列 卫星发送的信号来确定地球上任何位 置的三维坐标。
GPS通过接收来自至少四个卫星的信 号，计算出接收机至每个卫星的距离 ，再结合各卫星所处的位置信息，通 过计算确定接收机的具体位置。
误差来源与消除
误差来源
主要包括信号传播误差、接收机误差和卫星 误差等。
大气误差
包括电离层和对流层延迟，可通过模型修正 和差分技术消除。
多路径效应
由于信号反射引起的误差，可通过抗多路径 天线和差分技术减小。
接收机误差
包括时钟误差和定位算法误差，可通过选用 高性能的接收机和差分技术改善。
CHAPTERGPS发展历程Fra bibliotek1958年
美国海军开始研发名为 “子午仪”的卫星导航
系统。
1964年
子午仪系统投入使用， 主要用于军事和民用导
航。
1973年
美国国防部将子午仪系 统升级为全球定位系统 （GPS），并开始部署
更多的卫星。
1995年
GPS实现全球覆盖，并 向民用领域开放。
GPS系统组成
01
空间部分
由24颗卫星组成，其中21颗为工作卫星，3颗为备用卫星。这些卫星分
发展前景
未来GPS将继续在导航、定位、测量等领域发挥重要作用， 同时随着技术的进步和应用需求的增加，GPS将不断升级和 完善，提高定位精度、抗干扰能力、多模融合等方面的性能 。
THANKS
CONTENTS
目录
• GPS概述 • GPS原理 • GPS应用 • GPS发展趋势与挑战
CHAPTER
01
GPS概述
GPS定义
全球定位系统（GPS）是一种基于空 间的无线电导航系统，它利用一系列 卫星发送的信号来确定地球上任何位 置的三维坐标。
GPS通过接收来自至少四个卫星的信 号，计算出接收机至每个卫星的距离 ，再结合各卫星所处的位置信息，通 过计算确定接收机的具体位置。
误差来源与消除
误差来源
主要包括信号传播误差、接收机误差和卫星 误差等。
大气误差
包括电离层和对流层延迟，可通过模型修正 和差分技术消除。
多路径效应
由于信号反射引起的误差，可通过抗多路径 天线和差分技术减小。
接收机误差
包括时钟误差和定位算法误差，可通过选用 高性能的接收机和差分技术改善。
CHAPTERGPS发展历程Fra bibliotek1958年
美国海军开始研发名为 “子午仪”的卫星导航
系统。
1964年
子午仪系统投入使用， 主要用于军事和民用导
航。
1973年
美国国防部将子午仪系 统升级为全球定位系统 （GPS），并开始部署
更多的卫星。
1995年
GPS实现全球覆盖，并 向民用领域开放。
GPS系统组成
01
空间部分
由24颗卫星组成，其中21颗为工作卫星，3颗为备用卫星。这些卫星分
发展前景
未来GPS将继续在导航、定位、测量等领域发挥重要作用， 同时随着技术的进步和应用需求的增加，GPS将不断升级和 完善，提高定位精度、抗干扰能力、多模融合等方面的性能 。
THANKS