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什么是GPS

第一章什么是GPS

全球定位系统(GPS)是本世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星

导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导

航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略

的重要组成。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率

高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。

全球定位系统由三部分构成：(1)地面控制部分，由主控站(负责管理、协调整个地面控

制系统的工作)、地面天线(在主控站的控制下，向卫星注入寻电文)、监测站(数据自

动收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成；(2)空间部分，由24颗卫星组成，分布

在6个道平面上；(3)用户装置部分，主要由GPS接收机和卫星天线组成。

全球定位系统的主要特点：(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。

全球定位系统的主要用途：(1)陆地应用，主要包括车辆导航、应急反应、大气物

理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规划控制等；

(2)海洋应用，包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋

探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等；(3)航空航天应用，包括

飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防

护探测等。

GPS卫星接收机种类很多，根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成

型；根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。

经过20余年的实践证明，GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、

定位和定时的多功能系统。GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的

国际性高新技术产业。

GPS原理

24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上，以12小时的周期环绕地球运行，

使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。

由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用

三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置

(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z

和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬

度和高程。

事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布

分成若干组，

每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。

由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及

人为的SA保护政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。为提高定位精度，普遍采

用差分GPS(DGPS)技术，建立基准站(差分台)进行GPS观测，利用已知的基准站精确坐

标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与

自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用

差分GPS，定位精度可提高到5米。

GPS前景

由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手段和

新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。

随着冷战结束和全球经济的蓬勃发展，美国政府宣布2000年至2006期间，在保证

取消SA政策，GPS民用信号精度在全球范围内得到改

美国国家安全不受威胁的前提下，

善，利用C/A码进行单点定位的精度由100米提高到20米，这将进一步推动GPS技术

的应用，提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生活质量，刺激GPS市场的增长。

据有关专家预测，在美国，单单是汽车GPS导航系统，2000年后的市场将达到30亿美

元，而在我国，汽车导航的市场也将达到50亿元人民币。可见，GPS技术市场的应用前

景非常可观。

第二章的作用

、车载导航

通过专门的