簡(jiǎn)單介紹GPS全球定位系統組成及優(yōu)點(diǎn)

利用GPS定位衛星，在全球范圍內實(shí)時(shí)進(jìn)行定位、導航的系統，稱(chēng)為全球衛星定位系統，簡(jiǎn)稱(chēng)GPS(英語(yǔ)全稱(chēng)為：Global Positioning System)，它可以為地球表面絕大部分地區(98%)提供準確的定位、測速和高精度的時(shí)間標準(GPS定位系統)。

GPS全球定位系統由美國國防部研制和維護，可滿(mǎn)足位于全球任何地方或近地空間的軍事用戶(hù)連續精確的確定三維位置、三維運動(dòng)和時(shí)間的需要(GPS是什么)。該系統包括太空中的24顆GPS衛星;地面上的1個(gè)主控站、3個(gè)數據注入站和5個(gè)監測站及作為用戶(hù)端的GPS接收機。最少只需其中3顆衛星，就能迅速確定用戶(hù)端在地球上所處的位置及海拔高度;所能收聯(lián)接到的衛星數越多，解碼出來(lái)的位置就越精確。

GPS全球定位系統的組成

GPS全球定位系統是美國第二代衛星導航系統。是在子午儀衛星導航系統的基礎上發(fā)展起來(lái)的，它采納了子午儀系統的成功經(jīng)驗。和子午儀系統一樣，全球定位系統由空間部分、地面監控部分和用戶(hù)接收機三大部分組成。

按目前的方案，全球定位系統的空間部分使用24顆高度約2.02萬(wàn)千米的衛星組成衛星星座。21+3顆衛星均為近圓形軌道，運行周期約為11小時(shí)58分，分布在六個(gè)軌道面上(每軌道面四顆)，軌道傾角為55度。衛星的分布使得在全球的任何地方，任何時(shí)間都可觀(guān)測到四顆以上的衛星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形(DOP)。這就提供了在時(shí)間上連續的全球導航能力。

地面監控部分包括四個(gè)監控站、一個(gè)上行注入站和一個(gè)主控站。監控站設有GPS用戶(hù)接收機、原子鐘、收集當地氣象數據的傳感器和進(jìn)行數據初步處理的計算機。監控站的主要任務(wù)是取得衛星觀(guān)測數據并將這些數據傳送至主控站。主控站設在范登堡空軍基地。它對地面監控部實(shí)行全面控制。

主控站主要任務(wù)是收集各監控站對GPS衛星的全部觀(guān)測數據，利用這些數據計算每顆GPS衛星的軌道和衛星鐘改正值。上行注入站也設在范登堡空軍基地。它的任務(wù)主要是在每顆衛星運行至上空時(shí)把這類(lèi)導航數據及主控站的指令注入到衛星。這種注入對每顆GPS衛星每天進(jìn)行一次，并在衛星離開(kāi)注入站作用范圍之前進(jìn)行最后的注入。

GPS全球定位系統分類(lèi)

按定位方式，GPS全球定位系統定位分為單點(diǎn)定位和相對定位(差分定位)。

單點(diǎn)定位就是根據一臺接收機的觀(guān)測數據來(lái)確定接收機位置的方式，它只能采用偽距觀(guān)測量，可用于車(chē)船等的概略導航定位。

相對定位(差分定位)是根據兩臺以上接收機的觀(guān)測數據來(lái)確定觀(guān)測點(diǎn)之間的相對位置的方法，它既可采用偽距觀(guān)測量也可采用相位觀(guān)測量，大地測量或工程測量均應采用相位觀(guān)測值進(jìn)行相對定位。

GPS全球定位系統發(fā)展

GPS全球定位系統由美國政府于1970年代開(kāi)始進(jìn)行研制并于1994年全面建成。使用者只需擁有GPS接收機即可使用該服務(wù)，無(wú)需另外付費。GPS信號分為民用的標準定位服務(wù)(SPS，Standard Positioning Service)和軍規的精確定位服務(wù)(PPS，Precise Positioning Service)兩類(lèi)。

由于SPS無(wú)須任何授權即可任意使用，原本美國因為擔心敵對國家或組織會(huì )利用SPS對美國發(fā)動(dòng)攻擊，故在民用訊號中人為地加入選擇性誤差(即SA政策，Selective Availability)以降低其精確度，使其最終定位精確度大概在100米左右;軍規的精度在十米以下。2000年以后，克林頓政府決定取消對民用訊號的干擾。因此，現在民用GPS也可以達到十米左右的定位精度。

GPS全球定位系統計劃實(shí)施階段：

第一階段為方案論證和初步設計階段。

從1978年到1979年，由位于加利福尼亞的范登堡空軍基地采用雙子座火箭發(fā)射4顆試驗衛星，衛星運行軌道長(cháng)半軸為26560km，傾角64度。軌道高度20000km。這一階段主要研制了地面接收機及建立地面跟蹤網(wǎng)，結果令人滿(mǎn)意。

第二階段為全面研制和試驗階段。

從1979年到1984年，又陸續發(fā)射了7顆稱(chēng)為BLOCK I的試驗衛星，研制了各種用途的接收機。實(shí)驗表明，GPS定位精度遠遠超過(guò)設計標準，利用粗碼定位，其精度就可達14米。

第三階段為實(shí)用組網(wǎng)階段。

1989年2月4日第一顆GPS工作衛星發(fā)射成功，這一階段的衛星稱(chēng)為BLOCK II 和 BLOCK IIA。此階段宣告GPS系統進(jìn)入工程建設狀態(tài)。1993年底使用的GPS網(wǎng)即(21+3)GPS星座已經(jīng)建成，今后將根據計劃更換失效的衛星。

GPS全球定位系統優(yōu)點(diǎn)

(1)三維定速定時(shí)高精度;

(2)快速、省時(shí)、高效率、應用廣泛、多功能;

(3)可移動(dòng)定位;

(4)不同于雙星定位系統，使用過(guò)程中接收機不需要發(fā)出任何信號增加了隱蔽性，提高了其軍事應用效能。

(5)使用低頻訊號，縱使天候不佳仍能保持相當的訊號穿透性;全球覆蓋(高達98%);

(6)具有性能好、精度高、應用廣的特點(diǎn)，是迄今最好的導航定位系統。隨著(zhù)全球定位系統的不斷改進(jìn)，硬、軟件的不斷完善，應用領(lǐng)域正在不斷地開(kāi)拓，目前已遍及國民經(jīng)濟各種部門(mén)，并開(kāi)始逐步深入人們的日常生活。

總結

經(jīng)近 10 年我國測繪等部門(mén)的使用表明， GPS全球定位系統以全天候、高精度、 自動(dòng)化、高效益等顯著(zhù)特點(diǎn)，贏(yíng)得廣大測繪工作者的信賴(lài)，并成功地應用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導航和管制、地殼運動(dòng)監測、工程變形監測、資源勘察、地球動(dòng)力學(xué)等多種學(xué)科，從而給測繪領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)深刻的技術(shù)革命。本文簡(jiǎn)單介紹了GPS全球定位系統的組成、分類(lèi)、發(fā)展、實(shí)施計劃、優(yōu)點(diǎn)等基礎知識。