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本文主要介紹了gps導(dǎo)航定位系統(tǒng)的組成、基本工作原理、特點(diǎn)以及在各領(lǐng)域中的應(yīng)用等，力求讓測(cè)繪同行和有興趣的朋友對(duì)gps全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)有一個(gè)全面基本的了解和認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞：gpsgps衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)gps接收機(jī)gps衛(wèi)星信號(hào)導(dǎo)航與定位rtk

一、概述：自從五七年顆人造衛(wèi)星上天，六十年代的人造衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)，七十年代美國(guó)軍方開始發(fā)展gps（globalpositioningsystem）衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，直至1995年4月27日美國(guó)國(guó)防部宣部“gps系統(tǒng)已具備全部運(yùn)作能力”。gps計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)歷時(shí)23年，耗資200多億美元，前后共發(fā)射35顆衛(wèi)星，目前仍在軌道上正常工作的有二25顆衛(wèi)星，其中1顆為實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，24顆為工作衛(wèi)星。它具有海、陸、空全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力，是美國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其特點(diǎn)是全天候、高精度、應(yīng)用廣，是迄今好的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。它廣泛的應(yīng)用價(jià)值，引起了各國(guó)科學(xué)家的關(guān)注和研究，前蘇聯(lián)和西歐各國(guó)的科學(xué)家在積極開發(fā)利用gps信號(hào)資源的同時(shí)，還致力于研究開發(fā)各自的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，如前蘇聯(lián)建成的glonass衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，我國(guó)也在致力于發(fā)展自已的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。同時(shí)，它的出現(xiàn)也導(dǎo)致了測(cè)繪行業(yè)一場(chǎng)深刻的技術(shù)變革。
二、gps系統(tǒng)的組成：由三大部分組成，即空間部分、地面監(jiān)控部分、用戶設(shè)備部分。
1、空間部分：gps系統(tǒng)的空間部分是指gps工作衛(wèi)星星座，其由24顆衛(wèi)星組成，其中21顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星，均勻分布在6個(gè)軌道上。衛(wèi)星軌道平面與地球赤道面傾角為55°，各個(gè)軌道平面的升交點(diǎn)赤經(jīng)相差60°，軌道平均高度為20200km.衛(wèi)星運(yùn)行周期為11小時(shí)58分（恒星時(shí)），同一軌道上的各衛(wèi)星的升交角距為90°，gps衛(wèi)星的上述時(shí)空配置，基本保證了地球上任何地點(diǎn)，在任何時(shí)刻均至少可以同時(shí)觀測(cè)到4顆衛(wèi)星，以滿足地面用戶實(shí)時(shí)全天候精密導(dǎo)航和定位。gps衛(wèi)星的主體呈圓柱形，直徑約為1.5m，重約774kg，兩側(cè)各安裝兩塊雙葉太陽能電池板，能自動(dòng)對(duì)日定向，以保證衛(wèi)星正常工作用電。每顆衛(wèi)星帶有四臺(tái)高精度原子鐘，其中2臺(tái)為銣鐘，2臺(tái)為銫鐘。gps衛(wèi)星上設(shè)有微處理機(jī)，可以進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理工作，它主要的3個(gè)基本功能：根據(jù)地面監(jiān)控指令接收和儲(chǔ)存由地面監(jiān)控站發(fā)來的導(dǎo)航信息，調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)、啟動(dòng)備用衛(wèi)星；向gps用戶播送導(dǎo)航電文，提供導(dǎo)航和定位信息；通過高精度衛(wèi)星鐘向用戶提供精密的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。
2、地面監(jiān)控部分：由5個(gè)地面站組成。1個(gè)主控站，其位于美國(guó)本土科羅拉多斯平土（coloradospings）的聯(lián)合空間執(zhí)行中心csoc，3個(gè)注入站，其分別設(shè)在印度洋的迭哥加西、南大西洋的阿松森島和南太平洋的卡瓦加蘭。5個(gè)監(jiān)控站，其中4個(gè)與主控站、注入站重疊，另外一個(gè)設(shè)在夏威夷。主控站的主要任務(wù)為：根據(jù)各監(jiān)控站提供的觀測(cè)資料推算編制各顆衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星鐘差、和大氣層修正參數(shù)并把這些數(shù)據(jù)傳送到注入站；提供gps系統(tǒng)的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)；調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星，使之沿預(yù)定的軌道運(yùn)行；啟用備用衛(wèi)星以取代失效的工作衛(wèi)星。注入站的主要任務(wù)為：在主控站的控制下，把主控站傳來的各種數(shù)據(jù)和指令等正確并適時(shí)地注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲(chǔ)系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)站的主要任務(wù)為：給主控站編算導(dǎo)航電文提供觀測(cè)數(shù)據(jù)，每個(gè)監(jiān)控站均用gps信號(hào)接收機(jī)，對(duì)每顆可見衛(wèi)星每6秒鐘進(jìn)行一次偽距測(cè)量和積分多普勒觀測(cè)，并采集氣象要素等數(shù)據(jù)。
3、用戶設(shè)備部分：由gps接收機(jī)硬件和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件以及微處理機(jī)及其終端設(shè)備組成。其主要功能是接收gps衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，獲得必要的導(dǎo)航和定位信息及觀測(cè)量，并經(jīng)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)導(dǎo)航和定位，用后處理軟件包對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行精加工，以獲取精密定位結(jié)果。
三、gps導(dǎo)航定位系統(tǒng)的特點(diǎn)：
gps導(dǎo)航定位系統(tǒng)之所以在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了與gps系統(tǒng)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，這都得益于其本身所具有的諸多優(yōu)點(diǎn)，概括起來主要有以下幾個(gè)方面。
1、定位精度高：通過很多應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)證明，gps相對(duì)定位精度在50km以內(nèi)可達(dá)10-6，100km～500km可達(dá)10-7，1000km以上可達(dá)10-9，在300-1500m工程精密定位中，1小時(shí)以上觀測(cè)的解算，其平面位置誤差小于1mm�；�邊長(zhǎng)越長(zhǎng)越能突顯是定位精度高的優(yōu)勢(shì)。
2、觀測(cè)時(shí)間短：由于gps系統(tǒng)的不斷完善，軟件不斷更新，目前20km以內(nèi)相對(duì)靜態(tài)定位，僅需15~20分鐘，快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距在15km以內(nèi)時(shí)，流動(dòng)站只需觀測(cè)1~2分鐘，動(dòng)態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，流動(dòng)站出發(fā)時(shí)觀測(cè)1~2分鐘，然后可隨時(shí)定位，每站觀測(cè)僅需幾秒鐘。
3、測(cè)站間無須通視：gps測(cè)量不要求站點(diǎn)間相互通視，只需測(cè)站上空開闊即可。
4、可提供三維坐標(biāo)：經(jīng)典大地測(cè)量將平面與高程采用不同方法施測(cè)，而gps可同時(shí)精確測(cè)定測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)，目前gps水準(zhǔn)可達(dá)到四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度。
5、操作簡(jiǎn)便：隨著gps機(jī)不斷改進(jìn)，自動(dòng)化程度越來越高，體積也越來越小，重量越來越輕，有的已達(dá)“傻瓜化”的程度。
6、全天候作業(yè)：使用gps測(cè)量，不受時(shí)間限制，24小時(shí)都可以工作，也不受起霧、刮風(fēng)、下雨下雪等氣候的影響。
7、功能多、應(yīng)用廣：gps系統(tǒng)不僅可用于測(cè)量，還可用于測(cè)速、測(cè)時(shí)。測(cè)速精度可達(dá)0.1m/s，測(cè)時(shí)精度可達(dá)幾十毫秒。隨著人們對(duì)gps系統(tǒng)的不斷開發(fā)，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地?cái)U(kuò)大。