简单介绍GPS全球定位系统组成及优点

简单介绍GPS全球定位系统组成及优点

利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球卫星定位系统，简称GPS(英语全称为：Global Positioning System)，它可以为地球表面绝大部分地区(98%)提供准确的定位、测速和高精度的时间标准(GPS定位系统)。

GPS全球定位系统由美国国防部研制和维护，可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续精确的确定三维位置、三维运动和时间的需要(GPS是什么)。该系统包括太空中的24颗GPS卫星;地面上的1个主控站、3个数据注入站和5个监测站及作为用户端的GPS接收机。最少只需其中3颗卫星，就能迅速确定用户端在地球上所处的位置及海拔高度;所能收联接到的卫星数越多，解码出来的位置就越精确。

GPS全球定位系统的组成

GPS全球定位系统是美国第二代卫星导航系统。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。和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。

按目前的方案，全球定位系统的空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。21+3颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上(每轨道面四颗)，轨道倾角为55度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形(DOP)。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。

地面监控部分包括四个监控站、一个上行注入站和一个主控站。监控站设有GPS用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机。监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主控站设在范登堡空军基地。它对地面监控部实行全面控制。

主控站主要任务是收集各监控站对GPS卫星的全部观测数据，利用这些数据计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟改正值。上行注入站也设在范登堡空军基地。它的任务主要是在每颗卫星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS 卫星每天进行一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。

GPS全球定位系统分类

按定位方式，GPS全球定位系统定位分为单点定位和相对定位(差分定位)。

单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。

相对定位(差分定位)是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。

GPS全球定位系统发展

GPS全球定位系统由美国政府于1970年代开始进行研制并于1994年全面建成。使用者只需拥有GPS接收机即可使用该服务，无需另外付费。GPS信号分为民用的标准定位服务(SPS，Standard Positioning Service)和军规的精确定位服务(PPS，Precise Positioning Service)两类。

由于SPS无须任何授权即可任意使用，原本美国因为担心敌对国家或组织会利用SPS 对美国发动攻击，故在民用讯号中人为地加入选择性误差(即SA政策，Selective Availability)

以降低其精确度，使其最终定位精确度大概在100米左右;军规的精度在十米以下。2000年以后，克林顿政府决定取消对民用讯号的干扰。因此，现在民用GPS也可以达到十米左右的定位精度。

GPS全球定位系统计划实施阶段：

第一阶段为方案论证和初步设计阶段。

从1978年到1979年，由位于加利福尼亚的范登堡空军基地采用双子座火箭发射4颗试验卫星，卫星运行轨道长半轴为26560km，倾角64度。轨道高度20000km。这一阶段主要研制了地面接收机及建立地面跟踪网，结果令人满意。

第二阶段为全面研制和试验阶段。

从1979年到1984年，又陆续发射了7颗称为BLOCK I的试验卫星，研制了各种用途的接收机。实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准，利用粗码定位，其精度就可达14米。

第三阶段为实用组网阶段。

1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，这一阶段的卫星称为BLOCK II 和BLOCK IIA。此阶段宣告GPS系统进入工程建设状态。1993年底使用的GPS网即(21+3)GPS 星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。

GPS全球定位系统优点

(1)三维定速定时高精度;

(2)快速、省时、高效率、应用广泛、多功能;

(3)可移动定位;

(4)不同于双星定位系统，使用过程中接收机不需要发出任何信号增加了隐蔽性，提高了其军事应用效能。

(5)使用低频讯号，纵使天候不佳仍能保持相当的讯号穿透性;全球覆盖(高达98%);

(6)具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导航定位系统。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。

总结

经近10 年我国测绘等部门的使用表明，GPS全球定位系统以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。本文简单介绍了GPS全球定位系统的组成、分类、发展、实施计划、优点等基础知识。