GPS概述

五十年代未，原蘇聯(lián)發(fā)射了人類(lèi)的第一顆人造地球衛星，美國科學(xué)家在對其的跟蹤研究中，發(fā)現了多普勒頻移現象，并利用該原理促成了多普勒衛星導航定位系統TRANsIT的建成，在軍事和民用方面取得了極大的成功，是導航定位史上的一次飛躍，我國也曾引進(jìn)了多臺多普勒接收機，應用于海島聯(lián)測、地球勘探等領(lǐng)域。但由于多普勒衛星軌道高度低、信號載波頻率低，軌道精度難以提高，使得定位精度較低，以滿(mǎn)足大地測量或工程測量的要求，更不可能用于天文地球動(dòng)力學(xué)研究。 

為了提高衛星定位的精度，美國從1973 年開(kāi)始籌建全球定位系統GPS （Global Positioning System)。在進(jìn)過(guò)了方案論證、系統試驗階段后，于1989年開(kāi)始發(fā)射正式工作衛星，并于1994年全部建成，投入使用。GPS系統的空間部分由21顆衛星組成，均勻分布在6個(gè)軌道面上，地面高度為20000余公里，軌道傾角為55度，扁心率約為0，周期約為12小時(shí)，衛星向地面發(fā)射兩個(gè)波段的載波信號，載波信號頻率分別為1575.442兆 赫茲（L1波段）和1227.6兆赫茲（L2波段），衛星上安裝了精度很高的原子鐘，以確保頻率的穩定性，在載波上調制有表示衛星位置 的廣播星歷，用于測距的C/A碼和P碼，以及其它系統信息，能在全球范圍內，向任意多用 戶(hù)提供高精度的、全天候的、連續的、實(shí)時(shí)的三維測速、三維定位和授時(shí)。

GPS系統的控制部分由設在美國本土的5個(gè)監控站組成，這些站不間斷地對GPS衛星進(jìn)行觀(guān)測，并將計算和預報的信息由注入站對衛星信息更新。

GPS系統的用戶(hù)是非常隱蔽的，它是一種單程系統，用戶(hù)只接收而不必發(fā)射信號，因此用戶(hù)的數量也是不受限制的。雖然GPS系統一開(kāi)始是為軍事目的而建立的，但很快在民用方面得到了極大的發(fā)展，各類(lèi)GPS接收機和處理軟件紛紛涌現出來(lái)。目前在中國市場(chǎng)上出現的接收機主要有NovAtel、ASHTECH、TRIMBLE、CMC等。能對兩個(gè)頻率進(jìn)行觀(guān)測的接收機稱(chēng)為雙頻接收機，只能對一個(gè)頻率進(jìn)行觀(guān)測的接收機成為單頻接收機，他們在精度和價(jià)格上均有較大區別。

對于測繪界的用戶(hù)而言， GPS已在測繪領(lǐng)域引起了革命性的變化，目前，范圍上數公里至幾千公里的控制網(wǎng)或形變監測網(wǎng)，精度上從百米至毫米級的定位，一般都將GPS作為首選手段，隨著(zhù)RTK技術(shù)的日趨成熟，GPS已開(kāi)始向分米乃至厘米級的放樣、高精度動(dòng)態(tài)定位等領(lǐng)域滲透。

國際GPS大地測量和地球動(dòng)力學(xué)服務(wù)IGS自1992年起，已在全球建立了多個(gè)數據存儲及處理中心和百余個(gè)常年觀(guān)測的臺站，我國也設立了上海余山、武漢、西安、拉薩、臺灣等多個(gè)常年觀(guān)測臺站，這些臺站的觀(guān)測數據每天通過(guò)INTERNET網(wǎng)傳向美國的數據存儲中心，IGS還幾乎實(shí)時(shí)地綜合各數據處理中心的結果，并參與國際地球自轉服務(wù)IERS的全球坐標參考系維護及地球自轉參數的發(fā)布。使用者也可免費從INTERNET網(wǎng)上取得觀(guān)測數據及精密星歷等產(chǎn)品。

GPS系統的實(shí)時(shí)導航定位精度很高，美國在1992年起實(shí)行了所謂的SA政策，即降低廣播星歷中衛星位置的精度，降低星鐘改正數的精度，對衛星基準頻率加上高頻的抖動(dòng)（使偽距和相位的量測精度降低），后又實(shí)行了A-S政策，即將P碼改變?yōu)閅碼，即對精密偽距測量進(jìn)一步限制，而美國軍方和特許用戶(hù)不受這些政策的影響，但美國為了獲得更大的商業(yè)利益，這些政策終將被取消。