发信人: a-joe()
整理人: camelsu(2001-01-30 01:29:39), 站内信件
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GPS介绍
全球定位系统（Global Positioning System - GPS）是美国从本世纪70年
代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空
进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经近10年我
国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，
赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测
量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力
学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。
随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地
开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。
一.GPS系统包括三大部分：空间部分—GPS卫星星座；地面控制部分—地面监控系
统；用户设备部分—GPS信号接收机。
GPS工作卫星及其星座
由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作（21+3）GPS星
座。 24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间
相距60度，即轨道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升
交角距相差90度，一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30
度。
在两万公里高空的GPS卫星，当地球对恒星来说自转一周时，它们绕地球运
行二周，即绕地球一周的时间为12恒星时。这样，对于地面观测者来说，每天将
提前4分钟见到同一颗GPS 卫星。位于地平线以上的卫星颗数随着时间和地点的不
同而不同，最少可见到4颗，最多可见到11颗。在用GPS信号导航定位时，为了结
算测站的三维坐标，必须观测4颗 GPS卫星，称为定位星座。这4颗卫星在观测过
程中的几何位置分布对定位精度有一定的影响。对于某地某时，甚至不能测得精
确的点位坐标，这种时间段叫做“间隙段”。但这种时间间隙段是很短暂的，并
不影响全球绝大多数地方的全天候、高精度、连续实时的导航定位测量。 GPS工
作卫星的编号和试验卫星基本相同。
地面监控系统
对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的
星历—描述卫星运动及其轨道的的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历，是由
地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着
预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作用是
保持各颗卫星处于同一时间标准—GPS时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的
时间，求出钟差。然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备
。 GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。
GPS信号接收机
GPS 信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测
卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处
理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送
的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，位置，甚至三维速度和时间。
静态定位中，GPS接收机在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变，接收机高
精度地测量GPS信号的传播时间，利用GPS卫星在轨的已知位置，解算出接收机天
线所在位置的三维坐标。而动态定位则是用GPS接收机测定一个运动物体的运行轨
迹。GPS信号接收机所位于的运动物体叫做载体（如航行中的船舰，空中的飞机，
行走的车辆等）。载体上的GPS接收机天线在跟踪GPS卫星的过程中相对地球而运
动，接收机用GPS信号实时地测得运动载体的状态参数（瞬间三维位置和三维速度
）。
接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包，构成完整的GPS用户设
备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两大部分。对于测地型接收机来说
，两个单元一般分成两个独立的部件，观测时将天线单元安置在测站上，接收单
元置于测站附近的适当地方，用电缆线将两者连接成一个整机。也有的将天线单
元和接收单元制作成一个整体，观测时将其安置在测站点上。
GPS接收机一般用蓄电池做电源。同时采用机内机外两种直流电源。设置机
内电池的目的在于更换外电池时不中断连续观测。在用机外电池的过程中，机内
电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止丢失数据。
近几年，国内引进了许多种类型的GPS测地型接收机。各种类型的GPS测地型
接收机用于精密相对定位时，其双频接收机精度可达5mm+1PPM.D，单频接收机在
一定距离内精度可达 10mm+2PPM.D。用于差分定位其精度可达亚米级至厘米级。
目前，各种类型的GPS接收机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测
。GPS和GLONASS 兼容的全球导航定位系统接收机已经问世。
二.GPS接收机的分类
GPS卫星发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的信息资源。对于
陆地、海洋和空间的广大用户，只要用户拥有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信
号的接收设备，即GPS信号接收机。可以在任何时候用GPS信号进行导航定位测量
。根据使用目的的不同，用户要求的GPS信号接收机也各有差异。目前世界上已有
几十家工厂生产GPS接收机，产品也有几百种。这些产品可以按照原理、用途、功
能等来分类。
按接收机的用途分类
导航型接收机
此类型接收机主要用于运动载体的导航，它可以实时给出载体的位置和速度
。这类接收机一般采用C/A码伪距测量，单点实时定位精度较低，一般为±25mm，
有SA影响时为±100mm。这类接收机价格便宜，应用广泛。根据应用领域的不同，
此类接收机还可以进一步分为：
车载型——用于车辆导航定位；
航海型——用于船舶导航定位；
航空型——用于飞机导航定位。由于飞机运行速度快，因此，在航空上用的接收
机要求能适应高速运动。
星载型——用于卫星的导航定位。由于卫星的速度高达7km/s以上，因此对接收机
的要求更高。
测地型接收机
测地型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量。这类仪器主要采用载
波相位观测值进行相对定位，定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。
授时型接收机
这类接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时，常用于天文
台及无线电通讯中时间同步。
按接收机的载波频率分类
单频接收机
单频接收机只能接收L1载波信号，测定载波相位观测值进行定位。由于不能
有效消除电离层延迟影响，单频接收机只适用于短基线（<15km）的精密定位。
双频接收机
双频接收机可以同时接收L1，L2载波信号。利用双频对电离层延迟的不一样
，可以消除电离层对电磁波信号的延迟的影响，因此双频接收机可用于长达几千
公里的精密定位。
按接收机通道数分类
GPS接收机能同时接收多颗GPS卫星的信号，为了分离接收到的不同卫星的信
号，以实现对卫星信号的跟踪、处理和量测，具有这样功能的器件称为天线信号
通道。根据接收机所具有的通道种类可分为：
多通道接收机
序贯通道接收机
多路多用通道接收机
按接收机工作原理分类
码相关型接收机
码相关型接收机是利用码相关技术得到伪距观测值。
平方型接收机
平方型接收机是利用载波信号的平方技术去掉调制信号,来恢复完整的载波信号通
过相位计测定接收机内产生的载波信号与接收到的载波信号之间的相位差，测定
伪距观测值。
混合型接收机
这种仪器是综合上述两种接收机的优点，既可以得到码相位伪距，也可以得到载
波相位观测值。
干涉型接收机
这种接收机是将GPS卫星作为射电源，采用干涉测量方法，测定两个测站间距离。
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※ 来源:．月光软件站 http://www.moon-soft.com．[FROM: 202.103.237.100]
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