gpsoo全球定位系统

篇一：全球定位系统的概念

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全球定位系统的概念 ：

全球定位系统（Globalpositioningsystem，简称GPS）是具有在海、陆、空进行全方位、实时三维导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统。 全球定位系统(CPS)是利用卫星星座来获得地面某点经纬度和高程的系统，是当代航天技术、无线电通信技术和计算机技术的结晶。美国国防部为满足军事部门对海、陆、空设施进行高精度定位和导航的要求，于1994年建成了以定位、导航卫星为依托的全球定位系统。GPS卫星所发射的空间定位信息覆盖整个地球表面，因此可以对地球表面上的任一点、任一物体进行全天候的精密三维定位和导航。

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全球定位系统的特点：

（1）全球，全天候工作。

（2）能为用户提供连续、实时的三维位置、三维速度和精密时间，不受天气的影响。 （3）定位精度高：单机定位精度优于10米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。

（4）功能多，应用广：随着人们对GPS认识的加深，GPS不仅在测量、导航、测速、测时等方面取得更广泛的应用．而且其应用领域不断扩大。

全球定位系统的组成 ：

（1）GPS卫星星座

由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。GPS卫星星座记作（2l+3）GPS星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平各个轨道平面之间的夹角为60度。 （2）地面监控系统

对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历——描述卫星运动及其轨道的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历是由地面监控系统提供的。

卫星上的各种设备是否正常工作以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准——GPS时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的时间求出钟差。然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。 地面监控系统

监测站—获取GPS数据，并将数据送至主控站。 主控站--控制、调度卫星。

注入站—将主控站的改正参数等注入每颗卫星。 （3）GPS信号接收机 组成：GPS卫星接收机 GPS数据处理软件

任务：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，实时地计算出测站的三维坐标，甚至三维速度和时间。

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GPS的应用领域：

篇二：全球定位系统定位原理及其应用

全球定位系统定位原理及其应用

具有全球导航定位能力的卫星定位导航系统称为全球卫星导航系统，英文全称为Global Navigation Satellite System，简称为GNSS。目前已有的卫星导航系统包括美国的全球卫星定位系统（GPS）、俄罗斯的全球卫星导航系统GLONASS、正在发展研究的有欧盟的GALILEO系统、中国北斗卫星导航广域增强系统。 全球定位系统（GPS）是众多卫星导航系统之一，GPS是英文Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System的字头缩写词NAVSTAR/GPS的简称。它的含义是：利用导航卫星进行测时和测距，以构成全球定位系统。GPS具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。因此，GPS技术在大地测量、工程测量、航空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得到了广泛的应用，在物探测量工作中广泛普及及应用。对于物理点的放样已经不再仅仅是采用测角和量距，而是借助GPS导航卫星信号来确定地面点的准确位置。

1973年12月，美国国防部在总结了NNSS系统的优劣之后，批准美国海陆空三军联合研制新一代卫星导航系统——NAVSTAR GPS，即为目前的“授时与测距导航系统/全球定位系统”（Navigation Satellite Timing And Ranging / Global Positioning System）通常称之为全球定位系统，简称为GPS系统。GPS系统的全部投资为300亿美元。自1974年以来，系统的建立经历了方案论证、系统研制和生产实验等三个阶段，是继阿波罗计划、航天飞机计划之后的又一个庞大的空间计划。1978年2月22日，第一颗GPS实验卫星发射成功。1989年2月14日，第一颗GPS工作卫星发射成功，宣告GPS系统进入了营运阶段。1994年3月28日完成第24颗工作卫星的发射工作。GPS共发射了24颗卫星（其中，21颗为工

作卫星，3颗为备用卫星，目前的卫星数已经超过32颗），均匀地分布在6个相对于赤道倾角为55°的近似圆形轨道上，卫星距离地球表面的平均高度为20～200Km，运行速度为3 800m/ s，运行周期11时58分钟，见图6-1所示。每颗卫星可覆盖全球约38%的面积。卫星的分布可保证在地球上任何地点、任何时刻，同时能观测到4颗卫星。

GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫

星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数

据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫

星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星

历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号图6-1 GPS卫星工作星座 传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，

提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知

卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。

在GPS设计之初，美国国防部的主要目的是使GPS系统能够为海陆空三军提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核暴监测和应急通讯等一些军事目的。但随着GPS系统的开发应用，被广泛地应用于飞机、船舶和各种载运工具的导航、高精度的大地测量、精密工程测量、地壳形变测量、地球物理测量、航天发射和卫星回收等技术领域。

其应用领域广泛，主要有以下几点：

1、在大地测量、工程测量中的应用：

由于GPS系统具有精度高、速度快、费用省、操作简便，现今建立大地及工程控制网基本上是采取GPS定位技术，取代了常规手段。国家A级和B级GPS大地控制网分别于1996年和1997年建成并交付使用，A级网，30个点组成，其水平方向的重复精度达2×10－8，，垂直方向不低于7×10－8。B级网由800个点组成，其精度也分别好于4×10－7和8×10－7。国家A、B级网以其特有的高精度把我国传统大地网进行了全面改善和加强，从而克服了传统大地网的精度不均匀，系统误差较大等传统测量手段不可避免缺点，这一高精度三维空间大地坐标系的建成将为我国21世纪前10年的经济和社会持续发展提供基础测绘保障。据报道在三峡二期工程施工中采用GPS定位技术建立施工控制网，取得很好的效果，可以满足其相应的精度要求；在青藏铁路的建设中，从勘测到施工均采用了GPS定位技术，都取得了很好的效果。为了在测绘领域充分利用这一新技术，国家测绘局专门颁布了《全球定位系统（GPS）测量规范》。

2、在地籍和房产测绘中的应用：

地籍及房地产测量是精确测定土地权属界址点位置，同时测绘大比例尺地籍平面图和房产图并量算土地和房屋面积，供土地和房产管理部门使用。常规方法通常是先布设或加密控制点，然后依据这些点，测定地物点和地形点在图上的位置并按照一定的规律和符号绘制成平面图。而利用GPS定位技术，特别是采用RTK技术替代常规方法测绘地籍及房产成为可能。由于它不需要逐级布网加密，在测区只需少量的控制点即可。因此，它具有速度快，精度高且分布均匀等特点。

3、在工程变形监测中的应用：

我国正处在全面基础建设中，尤其是西部大开发，大型、特大型工程不断涌现，为了这些工程的正常、安全地运行，必须对它进行变形监测和安全预报，工程变形监测通常要达到毫米或亚毫米级的精度，武汉测绘科技大学做了这方面的试验，试验结果证明GPS定位技术用于各种工程变形监测是可行的。隔河岩水电站大坝外观变形GPS自动化监测系统，整个系统全自动，应用广播星历1~2小时GPS观测资料解算的监测点位，水平精度优于1.5mm，垂直精度优于1.5mm，6小时的GPS观测资料解算，水平精度、垂直精度均优于1mm。

4、在资源勘察方面的应用：

矿产资源勘查、矿区范围的划定、矿体规模的测定等都需要进行定点测量。以往的地质测量工作主利用传统手段如经纬仪、全站仪等测量仪器进行人工测量，然后在室内整理计算得到最终结果。这样做不但工作量大，浪费大量的人力、物力，且测量结果精度还较低。时间周期也长，不能及时反映矿产资源的实际现状。黑龙江省国土资源厅在哈尔滨市、大庆市、佳木斯市进行了试验性工作，建立和使用GPS2000系统，开展各市的矿产资源勘察动态管理工作，减少矿区范围界限定位误差，提高对地矿资源的有效管理，取得了较好的成果。

5、航海、航空方面

欧洲的Galileo便是新建的全球导航星座，它与GPS配合起来，可以大大提高导航卫星的可用性，使单一的GPS市区可用性从55%提高到GPS/Galileo共用时的95%。GPS技术建立广域增强系统(WAAS)逐步代替原先的微波着陆/仪表着陆系统，美国的WAAS系统计划在2003年下半年运营，地面改正数据可以通过静地卫星转发给飞机。卫星导航接收机广泛地用于海上行驶的各类船只，DGPS则广泛地用于沿岸与进港，以及内河行驶的船只，精度可达到2-3m。在卫星导航接收机与无线通信手段集成后，该系统便成为一个位置报告系统和紧急救援系统。许多渔船将GPS与雷达和鱼探器结合在一起，产生明显的经济效益。

6、其他方面

卫星导航接收机可与无线电通信机结合，这种融合产生的意义是非常深远的。实际上，这是移动计算机(PDA)、蜂窝电话和GPS接收机的系统集成和完美整合。消费娱乐 徒步旅行者、猎人、越野滑雪者，野外工作人员和户外活动者现在常应用袋式GPS定位器，配上电子地图，可以在草原、大漠、乡间、山野或无人区内找到自己的目的地。还有在车辆监控管理、汽车导航与信息服务等也有广泛的应用。

篇三：全球定位系统与地理信息系统考试习题

篇四：全球定位系统(GPS)定位原理简介

第14章 全球定位系统(GPS)定位原理简介 本章提要

本章对测绘新技术全球定位系统(GPS)的原理作简要介绍。主要内容包含GPS的基本概念及优点，GPS的组成及卫星定位的基本原理，GPS接收机及其工作原理，以及GPS测量方法。 14.1 概述

全球定位系统(GPS)是“授时、测距导航系统／全球定位系统(Navigation systerm Timing and Ranging

／Global Positioning System)的简称。该系统是由美国国防部于1973年组织研制，主要为军事导航与定位服务的系统。历经20年，耗资300亿美元，于1993年建设成功。GPS是利用卫星发射的无线电信号进行导航定位，具有全球性、全天候、高精度、快速实时三维导航、定位、测速和授时功能，以及良好的保密性和抗干扰性。它已成为美国导航技术现代化的重要标志，被称为本世纪继阿波罗登月、航天飞机之后又一重大航天技术。

GPS导航定位系统不但可以用于军事上各种兵种和武器的导航定位，而且在民用上也发挥重大作用。如智能交通系统中车辆导航、车辆管理和救援；民用飞机和船只导航及姿态测量；大气参数测试；电力和通讯系统中的时间控制；地震和地球板块运动监测；地球动力学研究等。特别是在大地测量、城市和矿山控制测量、建筑物变形测量、水下地形测量等方面得到广泛的应用。

GPS于1986年开始引入我国测绘界，由于它比常规测量方法具有定位速度快、成本低、不受天气影响、点间无需通视、不建标等优越性，且具有仪器轻巧、操作方便等优点，目前已在测绘行业中广泛使用。卫星定位技术的引入已引起了测绘技术的一场革命，从而使测绘领域步入一个崭新的时代。

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图14-1 GPS卫星定位原理

GPS定位是利用空间测距交会定点原理。如图14—1所示，地面有三个无线电信号发射台，其坐标

、

、

已知。当用户接收机在某一时刻同时测定了接收机天线至三个发射台的距离需以三个发射台为球心，以所测距离为半径，即可交出用户接收机天线的空间位置。 其数学模型为：

、、，只

(14-1)

—待测点三维坐标。

式中：、、

GPS卫星定位是将三个无线电信号发射台放到卫星上。所以需要知道某时刻卫星的空间位置，并同时测定该时刻卫星至接收机天线间的距离，即可定位。这里卫星空间位置是由卫星发射的导航电文给出。而卫星至接收机天线距离是通过接收卫星测距信号并与接收机内时钟进行相关处理求定。由于一般卫星接收机是采用石英晶体振荡器，精度低。加之卫星从2万公里高空向地面传输，空中经过电离层、对流层，会产生时延。所以接收机测的距离含有误差。通常将此距离称为伪距，用

(14-2)

表示。

式中：

—电离层延迟改正；

—对流层延迟改正； —卫星钟差改正； —接收机钟差改正。 这些误差中

、

可以用模型修正。

、

、

可用卫星星历文件中提供的卫星钟修正参数修正。由式(14-2)、、

，所以GPS三维定位至少需要四颗卫星，建立四个

图14-1中可见，有四个未知数

方程式才能解算。当地面高程已知时也可用三颗卫星定位。

卫星向地面发射的含有卫星空间位置的导航电文是由GPS卫星地面监控站测定，并由地面注入站天线送入GPS卫星。

14.2 全球定位系统(GPS)的组成

全球定位系统(GPS)主要由空间卫星部分(GPS卫星星座)、地面监控部分和用户设备三部分组成，见图14-2。

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图14-2全球定位系统构成 14.2.1 空间星座部分 (1)GPS卫星星座

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图14—3 GPS卫星

如图14—3a，GPS卫星星座由24颗卫星组成。其中2l颗工作卫星，3颗备用卫星。工作卫星分布在6个近圆形的轨道面内，每个轨道上有4颗卫星。卫星轨道面相对地球赤道面倾角为55°。各轨道面升交点赤径相差60°。轨道平均高度为20200km。卫星运行周期为11小时58分。卫星同时在地平线以上至少有4颗，最多可达11颗。这样的布设方案将保证在世界任何地方、任何时间，都可进行实时三维定位。 GPS卫星星座基本参数见表14—1。 GPS卫星星座基本参数 表14-1

(2)GPS卫星及功能GPS卫星主体呈圆柱形，直径为1.5m，重约774kg。两侧有双叶太阳能板，能自动对日定向，以提供卫星正常工作所需用电(见图14—3b)。每颗卫星装有4台高精度原子钟(2台铷钟，2台铯钟)，频率稳定度为

～

，为GPS测量提供高精度时间标准。

GPS卫星主要功能是接收并存储由地面监控站发来的导航信息。接收并执行主控站发出的控制命令，如调整卫星姿态、启用备用卫星等。向用户连续发送卫星导航定位所需信息，如卫星轨道参

数、卫星健康状态，以及卫星信号发射时间标准等。 (3)GPS卫星信号的组成

GPS卫星向地面发射的信号是经过二次调制的组合信息。它是由铷钟和铯钟提供的基准信号(F=10.23MHz)，经过分频或倍频产生D(t)码(50Hz)、C/A码(1.023MHz，波长293m)、P码(10.23MHz，波长29.3m)、波(

=1575.42MHz)和

载波(

载

=1227.60MHz)。D(t)码是卫星导航电文。其中含有卫星广播星历(它是

以6个开普勒轨道参数和9个反映轨道摄动力影响的参数组成)和空中24颗卫星历书(卫星概略坐标)。利用广播星历可以计算卫星空间坐标(

，如图14-4。星历参数列入表14-2。

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图14-4 卫星轨道参数

导航电文中的星历参数表

表14-2

C/A码是用于快速捕获卫星的码，不同卫星有不同的C/A码。D(t)码与C/A码或P(码)模2相加，然后再分别调制在

载波上，合成后向地面发射。其数学表达式为：

(14-3)

14.2.2 地面监控部分

地面监控部分是由分布在世界各地五个地面站组成(图14—5)。

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按功能可分为监测站、主控站和注入站三种，见图14—6。

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(1)监测站

监测站设在科罗拉多、阿松森群岛、迭哥伽西亚、卡瓦加兰和夏威夷。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处理后传送到主控站。 (2)主控站

主控站设在美国本土科罗拉多空间中心。它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。此外，它还可以调整偏离轨道的卫星，使之沿预定轨道运行或启用备用卫星。 (3)注入站

注入站设在阿松森群岛、迭哥伽西亚、卡瓦加兰。其主要任务是将主控站编制的导航电文，通过直径为3.6m的天线注人给相应的卫星。

图14—6为地面监控系统原理图。整个系统是由主控站控制，地面站之间由现代化通信系统联系，勿需人工操作，实现了高度自动化和标准化。 14.2.3 用户设备部分

用户设备是指用户GPS接收机。其主要任务是捕获卫星信号，跟踪并锁定卫星信号。对接收的卫星信号进行处理，测量出GPS信号从卫星到接收机天线间的传播时间。能译出GPS卫星发射的导航电文，实时计算接收机天线的三维坐标、速度和时间。 14.3 GPS卫星定位基本原理

如前所述，GPS卫星定位原理是空间距离交会法。根据测距原理，其定位方法主要有伪距法定位、载波相位测量定位和GPS差分定位。对于待定点位，根据其运动状态可分为静态定位和动态定位。

静态定位是指用GPS测定相对于地球不运动的点位。GPS接收机安置在该点上，接收数分钟乃至更长时间，以确定其三维坐标，又称为绝对定位。动态定位是确定运动物体的三维坐标。若将两台或两台以上GPS接收机分别安置在固定不变的待定点上，通过同步接收卫星信号，确定待测点之间的相对位置，称为相对定位。

GPS接收机接收的卫星信号有：伪距观测值和载波相位观测值及卫星广播星历。利用伪距和载波相位均可

进行静态定位。利用伪距定位精度较低。高精度定位常采用载波相位观测值的各种线性组合，即差分，以

减弱卫星轨道误差、卫星钟差、接收机钟差、电离层和对流层延迟等误差影响。这样获得的是两点间的坐标差即基线向量，其测量精度可达到±(5mm+14.3.1 伪距观测值及伪距单点定位

伪距测量就是测定由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得的距离。 GPS卫星由卫星时钟产生一定结构的伪随机码，与卫星星历数据码模2相加后，调制在载波上向地面发送，经过τ时间的延迟到达接收机天线。接收机在自己的时钟控制下产生一组结构与卫星伪随机码一样的测距码，称为复制码，并通过延时器使其延迟时间器进行相关处理。若自相关系数R(

。将卫星送来的测距码和接收机内产生的复制码送人相关

，直至相关系数R(

)＝1为止。这时

)，D为相邻点间距离。

)≠1时，继续调整延迟时间

复制码与测距码完全对齐。测定的延迟时间为卫星信号从卫星传送到接收机天线的时间。该时间乘以光

速c即为卫星至接收机的距离

。

伪距法单点定位，就是利用GPS接收机在某一时刻测定的四颗以上GPS卫星伪距及从卫星导航电文中获得的卫星位置。采用距离交会法求定天线所在的三维坐标。其数学模型为式(14—2)。

由于大气延迟、卫星钟差、接收机钟差等误差影响，伪距法单点定位精度不高。用C／A码伪距定位精度一般为25m，户码伪距定位精度为10m。当美国施行SA技术后，C／A码伪距定位精度降到50m。但是由于伪距单点定位速度快、无多值性问题，因此在运动载体的导航定位上仍应用很广泛。此外伪距还可以作为载波相位测量中解决整周模糊度的参考数据。 14.3.2 载波相位观测值及观测方程

测距码的码元长，测距分辨率低，这是伪随机码定位低的主要原因。如C／A码码长293m，测量精度为百分之一时，伪距精度为3m。P码码长29.3m，P码伪距精度为0.3m。用这样精度的观测值，定位精度只能达到几十米，满足不了一些工程的需要。如果将载波作为测量信号，由于载波波长短，

载波

载波

=19cm，

=24cm，按测量精度百分之一，载波相位测量精度为0.2mm。但是由于载波信号是一种周期

性正弦信号，在相位测量中只能测定其不足一个周期(即波长)的小数部分，存在着整周数不确定性问题，因此，载波相位解算过程比较复杂。

载波相位测量是测定GPS卫星载被信号到接收机天线之间的相位延迟。GPS卫星载波上调制了测距码和导航电文，所以GPS接收机接收到卫星信号后要将调制在载波上的测距码和卫星电文去掉，重新获得载波，这一工作称为重建载波。GPS接收机将卫星重建载波与接收机内由振荡器产生的本振信号通过相位计比相，

即可得到相位差。

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图14—7 GPS相位观测值 如图14—7，假设卫星在

时刻发出载波信号，其相位为

时刻相位为

(S)。若接收机产生一个频率和初相位与卫星

载波信号完全一致的基准信号，在 (R)。将卫星载波与接收机基准信号进行相位比相，即

可得到卫星到接收机天线之间用载波相位表达的距离观测值为：

篇五：全球定位系统概述

1.什么是全球定位系统（GPS）

全球定位系统（Global Positioning System - GPS）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS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。

全球定位系统(Global Positioning System,缩写GPS)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间、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。

全球定位系统具有性能好、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。

2.GPS如何定位

GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；以及GPS系统信息，如卫星状况等。

GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。

GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒

频 移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位 精度也只能采用相位观测值。

按定位方式，GPS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。

在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时（大气有明显差别），应选用双频接收机。

在定位观测时，若接收机相对于地球表面运动，则称为动态定位，如用于车船等概略导(转载于:www.smhaida.com 海 达 范 文网:gpsoo全球定位系统)航定位的精度为30一100米的伪距单点定位，或用于城市车辆导航定位的米级精度的伪距差分定位，或用于测量放样等的厘米级 的相位差分定位（RTK），实时差分定位需要数据链将 两个或多个站的观测数据实时传输到一起计算。 在定位观测时，若接收机相对于地球表面静止，则称为静态定位，在进行控制网观测时，一般均采用这种 方式由几台接收机同时观测，它能最太限度地发挥GPS的定位精度，专用于 这种目的的接收机被称为大地型接 收机，是接收机中性能最好的一类。目前，GPS已经能 够达到地壳形变观测的精度要求，IGS的常年观测台站已 经能构成毫米级的全球坐标框架。

3.GPS系统如何组成

GPS系统包括三大部分：空间部分—GPS卫星星座；地面控制部分—地面监控系统；用户设备部分—GPS信号接收机。

GPS卫星星座

GPS工作卫星及其星座 由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作（21+3）GPS星座。 24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间相距60度， 即轨道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度， 一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。

在两万公里高空的GPS卫星，当地球对恒星来说自转一周时，它们绕地球运行二周， 即绕地球一周的时间为12恒星时。这样，对于地面观测者来说，每天将提前4分钟见到同一颗GPS 卫星。位于地平线以上的卫星颗数随着时间和地点的不同而不同，最少可见到4颗， 最多可见到11颗。在用GPS信号导航定位时，为了结算测站的三维坐标，必须观测4颗 GPS

卫星，称为定位星座。这4颗卫星在观测过程中的几何位置分布对定位精度有一定的影响。对于某地某时，甚至不能测得精确的点位坐标，这种时间段叫做“间隙段”。但这种 时间间隙段是很短暂的，并不影响全球绝大多数地方的全天候、高精度、连续实时牡己蕉ㄎ徊饬俊?GPS工作卫星的编号和试验卫星基本相同。

地面监控系统

对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历—描述卫星运动及其轨道的 的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常 工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统 另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准—GPS时间系统。这就需要地面站监测 各颗卫星的时间，求出钟差。然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。 GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。

GPS信号接收机

GPS 信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号， 并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星 到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置， 位置，甚至三维速度和时间。

静态定位中，GPS接收机在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变，接收机高精度 地测量GPS信号的传播时间，利用GPS卫星在轨的已知位置，解算出接收机天线所在位置的 三维坐标。而动态定位则是用GPS接收机测定一个运动物体的运行轨迹。GPS信号接收机 所位于的运动物体叫做载体（如航行中的船舰，空中的飞机，行走的车辆等）。载体上 的GPS接收机天线在跟踪GPS卫星的过程中相对地球而运动，接收机用GPS信号实时地 测得运动载体的状态参数（瞬间三维位置和三维速度）。

接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包，构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构 分为天线单元和接收单元两大部分。对于测地型接收机来说，两个单元一般分成 两个独立的部件，观测时将天线单元安置在测站上，接收单元置于测站附近的适当地方， 用电缆线将两者连接成一个整机。也有的将天线单元和接收单元制作成一个整体，观测时将其 安置在测站点上。

GPS接收机一般用蓄电池做电源。同时采用机内机外两种直流电源。设置机内电池的目的 在于更换外电池时不中断连续观测。在用机外电池的过程中，机内电池自动充电。 关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止丢失数据。

近几年，国内引进了许多种类型的GPS测地型接收机。各种类型的GPS测地型接收机用于 精密相对定位时，其双频接收机精度可达5mm+1PPM.D，单频接收机在一定距离内精度可达 10mm+2PPM.D。用于差分定位其精度可达亚米级至厘米级。 目前，各种类型的GPS接收机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测。GPS和GLONASS 兼容的全球导航定位系统接收机已经问世。

4.GPS接收机如何分类

GPS卫星发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、 海洋和空间的广大用户，只要用户拥有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备， 即GPS信号接收机。可以在任何时候用GPS信号进行导航定位测量。根据使用目的的不同， 用户要求的GPS信号接收机也各有差异。目前世界上已有几十家工厂生产GPS接收机， 产品也有几百种。这些产品可以按照原理、用途、功能等来分类。

按接收机的用途分类

导航型接收机 此类型接收机主要用于运动载体的导航，它可以实时给出载体的位置和速度。这类接收机 一般采用C/A码伪距测量，单点实时定位精度较低，一般为±25mm，有SA影响时为±100mm。 这类接收机价格便宜，应用广泛。根据应用领域的不同，此类接收机还可以进一步分为： 车载型——用于车辆导航定位； 航海型——用于船舶导航定位； 航空型——用于飞机导航定位。由于飞机运行速度快，因此，在航空上用的接收机 要求能适应高速运动。 星载型——用于卫星的导航定位。由于卫星的速度高达7km/s以上，因此对接收机的要求更高。

测地型接收机 测地型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量。定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。 授时型接收机 这类接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时，常用于天文台及无线电通讯中时间同步。

按接收机的载波频率分类

单频接收机 单频接收机只能接收L1载波信号，测定载波相位观测值进行定位。由于不能有效消除 电离层延迟影响，单频接收机只适用于短基线（<15km）的精密定位。

双频接收机 双频接收机可以同时接收L1，L2载波信号。利用双频对电离层延迟的不一样，可以消除电离层 对电磁波信号的延迟的影响，因此双频接收机可用于长达几千公里的精密定位。

按接收机通道数分类

GPS接收机能同时接收多颗GPS卫星的信号，为了分离接收到的不同卫星的信号，以实现对卫星信号的跟踪、处理和量测，具有这样功能的器件称为天线信号通道。根据接收机所具有的通道种类可分为： 多通道接收机 序贯通道接收机 多路多用通道接收机

按接收机工作原理分类

码相关型接收机 码相关型接收机是利用码相关技术得到伪距观测值。

平方型接收机 平方型接收机是利用载波信号的平方技术去掉调制信号,来恢复完整的载波信号 通过相位计测定接收机内产生的载波信号与接收到的载波信号之间的相位差，测定伪

距观测值。

混合型接收机 这种仪器是综合上述两种接收机的优点，既可以得到码相位伪距，也可以得到载波相位观测值。

干涉型接收机 这种接收机是将GPS卫星作为射电源，采用干涉测量方法，测定两个测站间距离。

5.如何使用GPS接收机（一）

GPS作为野外定位的最佳工具，在户外运动中有广泛的应用，在国内也可以越来越经常地看见有人使用了。GPS不象电视或收音机，打开就能用，它更象一架相机，你需要有一定的技巧。现在介绍一些GPS使用办法和经验。

首先大家要弄清使用GPS时常碰到的一些术语：

1.坐标(coordinate)

有2维、3维两种坐标表示，当GPS能够收到4颗及以上卫星的信号时，它能计算出本地的3微坐标：经度、纬度、高度，若只能收到3颗卫星的信号，它只能计算出2维坐标：精度和纬度，这时它可能还会显示高度数据，但这数据是无效的。大部分GPS不仅能以经/纬度(Lat/Long)的方式，显示坐标，而且还可以用UTM(Universal Transverse Mercator)等坐标系统显示坐标但我们一般还是使用LAT/LONG系统，这主要是由你所使用的地图的坐标系统决定的。坐标的精度在Selective Availability(美国防部为减小GPS精确度而实施的一种措施)打开时，GPS的水平精度在100-50米之间，视接受到卫星信号的多少和强弱而定，若根据GPS的指示，说你已经到达，那么四周看看，应该在大约一个足球场大小的面积内发现你的目标的。

在SA关闭时(目前是很少见的，但美政府计划将来取消SA)，精度能达到15米左右(GPS性能介绍上说的精度都给的是no SA值，唬人的)。高度的精确性由于系统结构的原因，更差些。经纬度的显示方式一般都可以根据自己的爱好选择，一般有"hddd.ddddd","hddd*mm.mmm""，"hddd*mm"ss.s"""(其中的“*”代表“度”，以下同)地球子午线长是39940.67公里，纬度改变一度合110.94公里，一分合1.849公里，一秒合30.8米，赤道圈是40075.36公里，北京地区纬在北纬40度左右，纬度圈长为40075*sin(90-40),此地经度一度合276公里，一分合1.42公里一秒合23.69米，你可以选定某个显示方式，并把各位数字改变一对应地面移动多少米记住，这样能在经纬度和实际里程间建立个大概的对应。大部分GPS都有计算两点距离的功能，可给出两个坐标间的精确距离。高度的显示会有英制和公制两种方式，进GPS的SETUP页面，设置成公制，这样在其他象速度、距离等的显示也都会成公制的了。

2.路标(Landmark or Waypoint)

GPS内存中保存的一个点的坐标值。在有GPS信号时，按一下"MARK"键，就会把当前点记成一个路标，它有个默认的一般是象"LMK04"之类的名字，你可以修改成一个易认的名字

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