GPS概述

五十年代未，原蘇聯(lián)發(fā)射了人類的第一顆人造地球衛(wèi)星，美國(guó)科學(xué)家在對(duì)其的跟蹤研究中，發(fā)現(xiàn)了多普勒頻移現(xiàn)象，并利用該原理促成了多普勒衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)TRANsIT的建成，在軍事和民用方面取得了極大的成功，是導(dǎo)航定位史上的一次飛躍，我國(guó)也曾引進(jìn)了多臺(tái)多普勒接收機(jī)，應(yīng)用于海島聯(lián)測(cè)、地球勘探等領(lǐng)域。但由于多普勒衛(wèi)星軌道高度低、信號(hào)載波頻率低，軌道精度難以提高，使得定位精度較低，以滿足大地測(cè)量或工程測(cè)量的要求，更不可能用于天文地球動(dòng)力學(xué)研究。 

為了提高衛(wèi)星定位的精度，美國(guó)從1973 年開始籌建全球定位系統(tǒng)GPS （Global Positioning System)。在進(jìn)過了方案論證、系統(tǒng)試驗(yàn)階段后，于1989年開始發(fā)射正式工作衛(wèi)星，并于1994年全部建成，投入使用。GPS系統(tǒng)的空間部分由21顆衛(wèi)星組成，均勻分布在6個(gè)軌道面上，地面高度為20000余公里，軌道傾角為55度，扁心率約為0，周期約為12小時(shí)，衛(wèi)星向地面發(fā)射兩個(gè)波段的載波信號(hào)，載波信號(hào)頻率分別為1575.442兆 赫茲（L1波段）和1227.6兆赫茲（L2波段），衛(wèi)星上安裝了精度很高的原子鐘，以確保頻率的穩(wěn)定性，在載波上調(diào)制有表示衛(wèi)星位置 的廣播星歷，用于測(cè)距的C/A碼和P碼，以及其它系統(tǒng)信息，能在全球范圍內(nèi)，向任意多用 戶提供高精度的、全天候的、連續(xù)的、實(shí)時(shí)的三維測(cè)速、三維定位和授時(shí)。

GPS系統(tǒng)的控制部分由設(shè)在美國(guó)本土的5個(gè)監(jiān)控站組成，這些站不間斷地對(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，并將計(jì)算和預(yù)報(bào)的信息由注入站對(duì)衛(wèi)星信息更新。

GPS系統(tǒng)的用戶是非常隱蔽的，它是一種單程系統(tǒng)，用戶只接收而不必發(fā)射信號(hào)，因此用戶的數(shù)量也是不受限制的。雖然GPS系統(tǒng)一開始是為軍事目的而建立的，但很快在民用方面得到了極大的發(fā)展，各類GPS接收機(jī)和處理軟件紛紛涌現(xiàn)出來(lái)。目前在中國(guó)市場(chǎng)上出現(xiàn)的接收機(jī)主要有NovAtel、ASHTECH、TRIMBLE、CMC等。能對(duì)兩個(gè)頻率進(jìn)行觀測(cè)的接收機(jī)稱為雙頻接收機(jī)，只能對(duì)一個(gè)頻率進(jìn)行觀測(cè)的接收機(jī)成為單頻接收機(jī)，他們?cè)诰群蛢r(jià)格上均有較大區(qū)別。

對(duì)于測(cè)繪界的用戶而言， GPS已在測(cè)繪領(lǐng)域引起了革命性的變化，目前，范圍上數(shù)公里至幾千公里的控制網(wǎng)或形變監(jiān)測(cè)網(wǎng)，精度上從百米至毫米級(jí)的定位，一般都將GPS作為首選手段，隨著RTK技術(shù)的日趨成熟，GPS已開始向分米乃至厘米級(jí)的放樣、高精度動(dòng)態(tài)定位等領(lǐng)域滲透。

國(guó)際GPS大地測(cè)量和地球動(dòng)力學(xué)服務(wù)IGS自1992年起，已在全球建立了多個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理中心和百余個(gè)常年觀測(cè)的臺(tái)站，我國(guó)也設(shè)立了上海余山、武漢、西安、拉薩、臺(tái)灣等多個(gè)常年觀測(cè)臺(tái)站，這些臺(tái)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)每天通過INTERNET網(wǎng)傳向美國(guó)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，IGS還幾乎實(shí)時(shí)地綜合各數(shù)據(jù)處理中心的結(jié)果，并參與國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)IERS的全球坐標(biāo)參考系維護(hù)及地球自轉(zhuǎn)參數(shù)的發(fā)布。使用者也可免費(fèi)從INTERNET網(wǎng)上取得觀測(cè)數(shù)據(jù)及精密星歷等產(chǎn)品。

GPS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位精度很高，美國(guó)在1992年起實(shí)行了所謂的SA政策，即降低廣播星歷中衛(wèi)星位置的精度，降低星鐘改正數(shù)的精度，對(duì)衛(wèi)星基準(zhǔn)頻率加上高頻的抖動(dòng)（使偽距和相位的量測(cè)精度降低），后又實(shí)行了A-S政策，即將P碼改變?yōu)閅碼，即對(duì)精密偽距測(cè)量進(jìn)一步限制，而美國(guó)軍方和特許用戶不受這些政策的影響，但美國(guó)為了獲得更大的商業(yè)利益，這些政策終將被取消。