GPS概述

五十年代未，原蘇聯發射了人類的第一顆人造地球衛星，美國科學家在對其的跟蹤研究中，發現了多普勒頻移現象，并利用該原理促成了多普勒衛星導航定位系統TRANsIT的建成，在軍事和民用方面取得了極大的成功，是導航定位史上的一次飛躍，我國也曾引進了多臺多普勒接收機，應用于海島聯測、地球勘探等領域。但由于多普勒衛星軌道高度低、信號載波頻率低，軌道精度難以提高，使得定位精度較低，以滿足大地測量或工程測量的要求，更不可能用于天文地球動力學研究。 

為了提高衛星定位的精度，美國從1973 年開始籌建全球定位系統GPS （Global Positioning System)。在進過了方案論證、系統試驗階段后，于1989年開始發射正式工作衛星，并于1994年全部建成，投入使用。GPS系統的空間部分由21顆衛星組成，均勻分布在6個軌道面上，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，衛星向地面發射兩個波段的載波信號，載波信號頻率分別為1575.442兆 赫茲（L1波段）和1227.6兆赫茲（L2波段），衛星上安裝了精度很高的原子鐘，以確保頻率的穩定性，在載波上調制有表示衛星位置 的廣播星歷，用于測距的C/A碼和P碼，以及其它系統信息，能在全球范圍內，向任意多用 戶提供高精度的、全天候的、連續的、實時的三維測速、三維定位和授時。

GPS系統的控制部分由設在美國本土的5個監控站組成，這些站不間斷地對GPS衛星進行觀測，并將計算和預報的信息由注入站對衛星信息更新。

GPS系統的用戶是非常隱蔽的，它是一種單程系統，用戶只接收而不必發射信號，因此用戶的數量也是不受限制的。雖然GPS系統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展，各類GPS接收機和處理軟件紛紛涌現出來。目前在中國市場上出現的接收機主要有NovAtel、ASHTECH、TRIMBLE、CMC等。能對兩個頻率進行觀測的接收機稱為雙頻接收機，只能對一個頻率進行觀測的接收機成為單頻接收機，他們在精度和價格上均有較大區別。

對于測繪界的用戶而言， GPS已在測繪領域引起了革命性的變化，目前，范圍上數公里至幾千公里的控制網或形變監測網，精度上從百米至毫米級的定位，一般都將GPS作為首選手段，隨著RTK技術的日趨成熟，GPS已開始向分米乃至厘米級的放樣、高精度動態定位等領域滲透。

國際GPS大地測量和地球動力學服務IGS自1992年起，已在全球建立了多個數據存儲及處理中心和百余個常年觀測的臺站，我國也設立了上海余山、武漢、西安、拉薩、臺灣等多個常年觀測臺站，這些臺站的觀測數據每天通過INTERNET網傳向美國的數據存儲中心，IGS還幾乎實時地綜合各數據處理中心的結果，并參與國際地球自轉服務IERS的全球坐標參考系維護及地球自轉參數的發布。使用者也可免費從INTERNET網上取得觀測數據及精密星歷等產品。

GPS系統的實時導航定位精度很高，美國在1992年起實行了所謂的SA政策，即降低廣播星歷中衛星位置的精度，降低星鐘改正數的精度，對衛星基準頻率加上高頻的抖動（使偽距和相位的量測精度降低），后又實行了A-S政策，即將P碼改變為Y碼，即對精密偽距測量進一步限制，而美國軍方和特許用戶不受這些政策的影響，但美國為了獲得更大的商業利益，這些政策終將被取消。