GPS系統(tǒng) 三新GPS衛(wèi)星定位

本文主要介紹了gps導航定位系統(tǒng)的組成、基本工作原理、特點以及在各領域中的應用等，力求讓測繪同行和有興趣的朋友對gps全球導航定位系統(tǒng)有一個全面基本的了解和認識。

關鍵詞：gpsgps衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)gps接收機gps衛(wèi)星信號導航與定位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)星導航定位技術，七十年代美國軍方開始發(fā)展gps（bbingsystem）衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，直至1995年4月27日美國國防部宣部“gps系統(tǒng)已具備全部運作能力”。gps計劃的實現(xiàn)歷時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顆為實驗衛(wèi)星，24顆為工作衛(wèi)星。它具有海、陸、空全方位實時三維導航與定位能力，是美國第二代衛(wèi)星導航系統(tǒng)，其特點是全天候、高精度、應用廣，是迄今好的導航定位系統(tǒng)。它廣泛的應用價值，引起了各國科學家的關注和研究，前蘇聯(lián)和西歐各國的科學家在積極開發(fā)利用gps信號資源的同時，還致力于研究開發(fā)各自的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，如前蘇聯(lián)建成的glonass衛(wèi)星導航系統(tǒng)，我國也在致力于發(fā)展自已的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。同時，它的出現(xiàn)也導致了測繪行業(yè)一場深刻的技術變革。
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個軌道上。衛(wèi)星軌道平面與地球赤道面傾角為55°，各個軌道平面的升交點赤經相差60°，軌道平均高度為20200km.衛(wèi)星運行周期為11小時58分（恒星時），同一軌道上的各衛(wèi)星的升交角距為90°，gps衛(wèi)星的上述時空配置，基本保證了地球上任何地點，在任何時刻均至少可以同時觀測到4顆衛(wèi)星，以滿足地面用戶實時全天候精密導航和定位。gps衛(wèi)星的主體呈圓柱形，直徑約為1.5m，重約774kg，兩側各安裝兩塊雙葉太陽能電池板，能自動對日定向，以保證衛(wèi)星正常工作用電。每顆衛(wèi)星帶有四臺高精度原子鐘，其中2臺為銣鐘，2臺為銫鐘。gps衛(wèi)星上設有微處理機，可以進行必要的數(shù)據(jù)處理工作，它主要的3個基本功能：根據(jù)地面監(jiān)控指令接收和儲存由地面監(jiān)控站發(fā)來的導航信息，調整衛(wèi)星姿態(tài)、啟動備用衛(wèi)星；向gps用戶播送導航電文，提供導航和定位信息；通過高精度衛(wèi)星鐘向用戶提供精密的時間標準。
2、地面監(jiān)控部分：由5個地面站組成。1個主控站，其位于美國本土科羅拉多斯平土（coloradospings）的聯(lián)合空間執(zhí)行中心csoc，3個注入站，其分別設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個監(jiān)控站，其中4個與主控站、注入站重疊，另外一個設在夏威夷。主控站的主要任務為：根據(jù)各監(jiān)控站提供的觀測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)的時間標準；調整偏離軌道的衛(wèi)星，使之沿預定的軌道運行；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地注入到相應衛(wèi)星的存儲系統(tǒng)。監(jiān)測站的主要任務為：給主控站編算導航電文提供觀測數(shù)據(jù)，每個監(jiān)控站均用gps信號接收機，對每顆可見衛(wèi)星每6秒鐘進行一次偽距測量和積分多普勒觀測，并采集氣象要素等數(shù)據(jù)。
3、用戶設備部分：由gps接收機硬件和相應的數(shù)據(jù)處理軟件以及微處理機及其終端設備組成。其主要功能是接收gps衛(wèi)星發(fā)射的信號，獲得必要的導航和定位信息及觀測量，并經簡單數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)實時導航和定位，用后處理軟件包對觀測數(shù)據(jù)進行精加工，以獲取精密定位結果。
三、gps導航定位系統(tǒng)的特點：
gps導航定位系統(tǒng)之所以在許多領域得到廣泛應用，出現(xiàn)了與gps系統(tǒng)相關的產業(yè)，這都得益于其本身所具有的諸多優(yōu)點，概括起來主要有以下幾個方面。
1、定位精度高：通過很多應用實踐已經證明，gps相對定位精度在50km以內可達10-6，100km～500km可達10-7，1000km以上可達10-9，在300-1500m工程精密定位中，1小時以上觀測的解算，其平面位置誤差小于1mm?；€邊長越長越能突顯是定位精度高的優(yōu)勢。
2、觀測時間短：由于gps系統(tǒng)的不斷完善，軟件不斷更新，目前20km以內相對靜態(tài)定位，僅需15~20分鐘，快速靜態(tài)相對定位測量時，當每個流動站與基準站相距在15km以內時，流動站只需觀測1~2分鐘，動態(tài)相對定位測量時，流動站出發(fā)時觀測1~2分鐘，然后可隨時定位，每站觀測僅需幾秒鐘。
3、測站間無須通視：gps測量不要求站點間相互通視，只需測站上空開闊即可。
4、可提供三維坐標：經典大地測量將平面與高程采用不同方法施測，而gps可同時精確測定測站點的三維坐標，目前gps水準可達到四等水準測量的精度。
5、操作簡便：隨著gps機不斷改進，自動化程度越來越高，體積也越來越小，重量越來越輕，有的已達“傻瓜化”的程度。
6、全天候作業(yè)：使用gps測量，不受時間限制，24小時都可以工作，也不受起霧、刮風、下雨下雪等氣候的影響。
7、功能多、應用廣：gps系統(tǒng)不僅可用于測量，還可用于測速、測時。測速精度可達0.1m/s，測時精度可達幾十毫秒。隨著人們對gps系統(tǒng)的不斷開發(fā)，其應用領域正在不斷地擴大。