gps又稱(chēng)為全球定位系統（global positioning systemgps）是美國從上世紀70年代開(kāi)始研制歷時(shí)20年耗資200億美元于1994年3月完成其整體部署實(shí)現其全天候、高精度和全球的覆蓋能力現在gps于現代通信技術(shù)相結合使得測定地球表面三維坐標的方法叢靜態(tài)發(fā)展到動(dòng)態(tài)叢數據后處理發(fā)展到實(shí)時(shí)的定位與導航極大地擴展了它地應用廣度和深度?！?br> 一、gps的概念
gps是美國從20世紀70年代開(kāi)始研制，于1994年全面建成，具有海、陸、空全方位實(shí)時(shí)三維導航與定位能力的新一代衛星導航與定位系統。gps是由空間星座、地面控制和用戶(hù)設備等三部分構成的。gps測量技術(shù)能夠快速、高效、準確地提供點(diǎn)、線(xiàn)、面要素的精確三維坐標以及其他相關(guān)信息，具有全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等顯著(zhù)特點(diǎn)，廣泛應用于軍事、民用交通(船舶、飛機、汽車(chē)等)導航、大地測量、攝影測量、野外考察探險、土地利用調查、精確農業(yè)以及日常生活(人員跟蹤、休閑娛樂(lè ))等不同領(lǐng)域。
二、gps系統的組成
gps系統包括三大部分：空間部分—gps衛星星座；地面控制部分—地面監控系統；用戶(hù)設備部分—gps信號接收機。
1， gps衛星星座：
由21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成gps衛星星座記作（21+3）gps星座。24顆衛星均勻分布在6個(gè)軌道平面內軌道傾角為55度各個(gè)軌道平面之間相距60度即軌道的升交點(diǎn)赤經(jīng)各相差60度。每個(gè)軌道平面內各顆衛星之間的升交角距相差90度一軌道平面上的衛星比西邊相鄰軌道平面上的相應衛星超前30度。
在兩萬(wàn)公里高空的gps衛星當地球對恒星來(lái)說(shuō)自轉一周時(shí)它們繞地球運行二周即繞地球一周的時(shí)間為12恒星時(shí)。這樣對于地面觀(guān)測者來(lái)說(shuō)每天將提前4分鐘見(jiàn)到同一顆gps衛星。位于地平線(xiàn)以上的衛星顆數隨著(zhù)時(shí)間和地點(diǎn)的不同而不同最少可見(jiàn)到4顆最多可見(jiàn)到11顆。在用gps信號導航定位時(shí)為了結算測站的三維坐標必須觀(guān)測4顆gps[1]衛星稱(chēng)為定位星座。這4顆衛星在觀(guān)測過(guò)程中的幾何位置分布對定位精度有一定的影響。對于某地某時(shí)甚至不能測得精確的點(diǎn)位坐標這種時(shí)間段叫做“間隙段”。但這種時(shí)間間隙段是很短暫的并不影響全球絕大多數地方的全天候、高精度、連續實(shí)時(shí)的導航定位測量。gps工作衛星的編號和試驗衛星基本相同。
2， 地面監控系統：
對于導航定位來(lái)說(shuō)gps衛星是一動(dòng)態(tài)已知點(diǎn)。星的位置是依據衛星發(fā)射的星歷—描述衛星運動(dòng)及其軌道的的參數算得的。每顆gps衛星所播發(fā)的星歷是由地面監控系統提供的。衛星上的各種設備是否正常工作以及衛星是否一直沿著(zhù)預定軌道運行都要由地面設備進(jìn)行監測和控制。地面監控系統另一重要作用是保持各顆衛星處于同一時(shí)間標準—gps時(shí)間系統。這就需要地面站監測各顆衛星的時(shí)間求出鐘差。然后由地面注入站發(fā)給衛星衛星再由導航電文發(fā)給用戶(hù)設備。gps工作衛星的地面監控系統包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監測站。
3，gps信號接收機：
gps信號接收機的任務(wù)是：能夠捕獲到按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星的信號并跟蹤這些衛星的運行對所接收到的gps信號進(jìn)行變換、放大和處理以便測量出gps信號從衛星到接收機天線(xiàn)的傳播時(shí)間解譯出gps衛星所發(fā)送的導航電文實(shí)時(shí)地計算出測站的三維位置位置甚至三維速度和時(shí)間。
gps衛星發(fā)送的導航定位信號是一種可供無(wú)數用戶(hù)共享的信息資源。對于陸地、海洋和空間的廣大用戶(hù)只要用戶(hù)擁有能夠接收、跟蹤、變換和測量gps信號的接收設備即gps信號接收機?？梢栽谌魏螘r(shí)候用gps信號進(jìn)行導航定位測量。根據使用目的的不同用戶(hù)要求的gps信號接收機也各有差異。目前世界上已有幾十家工廠(chǎng)生產(chǎn)gps接收機產(chǎn)品也有幾百種。這些產(chǎn)品可以按照原理、用途、功能等來(lái)分類(lèi)。
靜態(tài)定位中g(shù)ps接收機在捕獲和跟蹤gps衛星的過(guò)程中固定不變接收機高精度地測量gps信號的傳播時(shí)間利用gps衛星在軌的已知位置解算出接收機天線(xiàn)所在位置的三維坐標。而動(dòng)態(tài)定位則是用gps接收機測定一個(gè)運動(dòng)物體的運行軌跡。gps信號接收機所位于的運動(dòng)物體叫做載體（如航行中的船艦空中的飛機行走的車(chē)輛等）。載體上的gps接收機天線(xiàn)在跟蹤gps衛星的過(guò)程中相對地球而運動(dòng)接收機用gps信號實(shí)時(shí)地測得運動(dòng)載體的狀態(tài)參數（瞬間三維位置和三維速度）。
　接收機硬件和機內軟件以及gps數據的后處理軟件包構成完整的gps用戶(hù)設備。gps接收機的結構分為天線(xiàn)單元和接收單元兩大部分。對于測地型接收機來(lái)說(shuō)兩個(gè)單元一般分成兩個(gè)獨立的部件觀(guān)測時(shí)將天線(xiàn)單元安置在測站上接收單元置于測站附近的適當地方用電纜線(xiàn)將兩者連接成一個(gè)整機。也有的將天線(xiàn)單元和接收單元制作成一個(gè)整體觀(guān)測時(shí)將其安置在測站點(diǎn)上。
　gps接收機一般用蓄電池做電源。同時(shí)采用機內機外兩種直流電源。設置機內電池的目的在于更換外電池時(shí)不中斷連續觀(guān)測。在用機外電池的過(guò)程中機內電池自動(dòng)充電。關(guān)機后機內電池為ram存儲器供電以防止丟失數據。
　近幾年國內引進(jìn)了許多種類(lèi)型的gps測地型接收機。各種類(lèi)型的gps測地型接收機用于精密相對定位時(shí)其雙頻接收機精度可達5mm+1ppm.d單頻接收機在一定距離內精度可達10mm+2ppm.d。用于差分定位其精度可達亞米級至厘米級。
目前各種類(lèi)型的gps[2]接收機體積越來(lái)越小重量越來(lái)越輕便于野外觀(guān)測。gps和glonass兼容的全球導航定位系統接收機已經(jīng)問(wèn)世。
三、gps的定位原理
gps的基本定位原理是：衛星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數和時(shí)間信息用戶(hù)接收到這些信息后經(jīng)過(guò)計算求出接收機的三維位置三維方向以及運動(dòng)速度和時(shí)間信息。
四、gps系統的特點(diǎn)
　gps系統具有以下主要特點(diǎn)：高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡(jiǎn)便、應用廣泛等。
　定位精度高應用實(shí)踐已經(jīng)證明gps相對定位精度在50km以?xún)瓤蛇_10-6100-500km可達10-71000km可達10-9。在300-1500m工程精密定位中1小時(shí)以上觀(guān)測的解其平面其平面位置誤差小于1mm與me-5000電磁波測距儀測定得邊長(cháng)比較其邊長(cháng)較差最大為0.5mm校差中誤差為0.3mm。