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全球定位系统

全球定位系统GPS:GlobalPositioningSystem)是利用卫星星座(通信卫星)、地面控制部分
和信号接收机对对象进行动态定位的系统。GPS能对静态、动态对象进行动态空间信息的获取，快
速、精度均匀、不受天气和时间的限制反馈空间信息。
全球定位系统GlobalPositioningSystem-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
(GlobalPositioningSystem,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。

1.全球定位系统的基本原理

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；册设
备部分?GPS信号接收机

1)空可部分
GPS的空间部分是由24颗工作卫星组成,它位于距地表20200km的上空，均匀分布在6个轨道
面上(每个轨道面4颗)，轨道倾角为55°此外，还有4颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得
在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图象。
这就提供了在时间上连续的全球导航能力。GPS卫星产生两组电码，一组称为C/A码
(Coarse/AcquisitionCode11023MHz);—组称为P码(ProciseCode10123MHz),P码因频率较高，
不易受干扰,定位精度高，因此受美国军方管制，并设有密码，一般民间无法解读，主要为美国军方
服务。C/A码人为采取措施而刻意降低精度后，主要开放给民间使用。
图2GPS卫星分布團

2）地面控制部分
地面控制部分由一个主控站，5个全球监测站和3个地面控制站组成。监测站均配装有精密的铯
钟和能够连续测量到所有可见卫星的接受机。监测站将取得的卫星观测数据,包括电离层和气象数据，
经过初步处理后,传送到主控站。主控站从各监测站收集跟踪数据，计算出卫星的轨道和时钟参数，
然后将结果送到3个地面控制站。地面控制站在每颗卫星运行至上空时，把这些导航数据及主控站
指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS卫星每天一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后
的注入。如果某地面站发生故障，那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间，但导航精度会逐
渐降低。
3）用^设备部分
用户设备部分即GPS信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测
卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，即可测量出接收天线至卫星的
伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就
可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。
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部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的
目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后，机内电池
为RAM存储器供电，以防止数据丢失。目前各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻,便于
野外观测使用。

2.全球定位系统的主要特点及基本功能

GPS主要特点：（1）全天候；（2）全球覆盖；（3）三维定速定时高精度；（4）快速省时高效
率：（5）应用广泛多功能
GSA329-

图3全球定位系新

GPS的基本功能包括：定位功能、遇劫报警功能、跟踪功能、遥控熄火功能、超速报警功
能、授权监听功能、电子围栏功能、行使轨迹记录功能、手机查询车辆位置功能和断油功能等。

3.GPS的发展

1957年由苏联发射的史波尼克（Sputnik）人造卫星，它是人类历史上的第一颗人造卫星，至第
二次大战时，美国麻省理工学院无线电实验室成功的开发了精密导航系统，以利用陆地上的无线电基
地台为架构，计算无线电波长及电波到达的时间并以三角定位法计算出自己所在的位置，以当时的技
术来说，虽然误差到达一公里以上，但在当时的运用却是相当广泛。
当苏联成功的发射第一颗人造卫星时，美国纟勺翰霍普金斯大学（JohnHopkimsUniv