簡單介紹GPS全球定位系統組成及優點

利用GPS定位衛星，在全球范圍內實時進行定位、導航的系統，稱為全球衛星定位系統，簡稱GPS(英語全稱為：Global Positioning System)，它可以為地球表面絕大部分地區(98%)提供準確的定位、測速和高精度的時間標準(GPS定位系統)。

GPS全球定位系統由美國國防部研制和維護，可滿足位于全球任何地方或近地空間的軍事用戶連續精確的確定三維位置、三維運動和時間的需要(GPS是什么)。該系統包括太空中的24顆GPS衛星;地面上的1個主控站、3個數據注入站和5個監測站及作為用戶端的GPS接收機。最少只需其中3顆衛星，就能迅速確定用戶端在地球上所處的位置及海拔高度;所能收聯接到的衛星數越多，解碼出來的位置就越精確。

GPS全球定位系統的組成

GPS全球定位系統是美國第二代衛星導航系統。是在子午儀衛星導航系統的基礎上發展起來的，它采納了子午儀系統的成功經驗。和子午儀系統一樣，全球定位系統由空間部分、地面監控部分和用戶接收機三大部分組成。

按目前的方案，全球定位系統的空間部分使用24顆高度約2.02萬千米的衛星組成衛星星座。21+3顆衛星均為近圓形軌道，運行周期約為11小時58分，分布在六個軌道面上(每軌道面四顆)，軌道傾角為55度。衛星的分布使得在全球的任何地方，任何時間都可觀測到四顆以上的衛星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形(DOP)。這就提供了在時間上連續的全球導航能力。

地面監控部分包括四個監控站、一個上行注入站和一個主控站。監控站設有GPS用戶接收機、原子鐘、收集當地氣象數據的傳感器和進行數據初步處理的計算機。監控站的主要任務是取得衛星觀測數據并將這些數據傳送至主控站。主控站設在范登堡空軍基地。它對地面監控部實行全面控制。

主控站主要任務是收集各監控站對GPS衛星的全部觀測數據，利用這些數據計算每顆GPS衛星的軌道和衛星鐘改正值。上行注入站也設在范登堡空軍基地。它的任務主要是在每顆衛星運行至上空時把這類導航數據及主控站的指令注入到衛星。這種注入對每顆GPS衛星每天進行一次，并在衛星離開注入站作用范圍之前進行最后的注入。

GPS全球定位系統分類

按定位方式，GPS全球定位系統定位分為單點定位和相對定位(差分定位)。

單點定位就是根據一臺接收機的觀測數據來確定接收機位置的方式，它只能采用偽距觀測量，可用于車船等的概略導航定位。

相對定位(差分定位)是根據兩臺以上接收機的觀測數據來確定觀測點之間的相對位置的方法，它既可采用偽距觀測量也可采用相位觀測量，大地測量或工程測量均應采用相位觀測值進行相對定位。

GPS全球定位系統發展

GPS全球定位系統由美國政府于1970年代開始進行研制并于1994年全面建成。使用者只需擁有GPS接收機即可使用該服務，無需另外付費。GPS信號分為民用的標準定位服務(SPS，Standard Positioning Service)和軍規的精確定位服務(PPS，Precise Positioning Service)兩類。

由于SPS無須任何授權即可任意使用，原本美國因為擔心敵對國家或組織會利用SPS對美國發動攻擊，故在民用訊號中人為地加入選擇性誤差(即SA政策，Selective Availability)以降低其精確度，使其最終定位精確度大概在100米左右;軍規的精度在十米以下。2000年以后，克林頓政府決定取消對民用訊號的干擾。因此，現在民用GPS也可以達到十米左右的定位精度。

GPS全球定位系統計劃實施階段：

第一階段為方案論證和初步設計階段。

從1978年到1979年，由位于加利福尼亞的范登堡空軍基地采用雙子座火箭發射4顆試驗衛星，衛星運行軌道長半軸為26560km，傾角64度。軌道高度20000km。這一階段主要研制了地面接收機及建立地面跟蹤網，結果令人滿意。

第二階段為全面研制和試驗階段。

從1979年到1984年，又陸續發射了7顆稱為BLOCK I的試驗衛星，研制了各種用途的接收機。實驗表明，GPS定位精度遠遠超過設計標準，利用粗碼定位，其精度就可達14米。

第三階段為實用組網階段。

1989年2月4日第一顆GPS工作衛星發射成功，這一階段的衛星稱為BLOCK II 和 BLOCK IIA。此階段宣告GPS系統進入工程建設狀態。1993年底使用的GPS網即(21+3)GPS星座已經建成，今后將根據計劃更換失效的衛星。

GPS全球定位系統優點

(1)三維定速定時高精度;

(2)快速、省時、高效率、應用廣泛、多功能;

(3)可移動定位;

(4)不同于雙星定位系統，使用過程中接收機不需要發出任何信號增加了隱蔽性，提高了其軍事應用效能。

(5)使用低頻訊號，縱使天候不佳仍能保持相當的訊號穿透性;全球覆蓋(高達98%);

(6)具有性能好、精度高、應用廣的特點，是迄今最好的導航定位系統。隨著全球定位系統的不斷改進，硬、軟件的不斷完善，應用領域正在不斷地開拓，目前已遍及國民經濟各種部門，并開始逐步深入人們的日常生活。

總結

經近 10 年我國測繪等部門的使用表明， GPS全球定位系統以全天候、高精度、 自動化、高效益等顯著特點，贏得廣大測繪工作者的信賴，并成功地應用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導航和管制、地殼運動監測、工程變形監測、資源勘察、地球動力學等多種學科，從而給測繪領域帶來一場深刻的技術革命。本文簡單介紹了GPS全球定位系統的組成、分類、發展、實施計劃、優點等基礎知識。