全球定位系統(tǒng)GPS（Navigation Timing and Ranging/Global Positioning System），是美國國防部于1993年底建成的“授時與測距導(dǎo)航/全球定位系統(tǒng)”的簡稱。是一種可以授時和測距的空間交會定點的軍民兩用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，不僅可向用戶提供連續(xù)、實時、高精度的三維位置、速度和時間信息等技術(shù)參數(shù)，而且具有良好的抗干擾和保密性。

一、GPS全球定位技術(shù)概述

　　1、GPS系統(tǒng)的組成

　　GPS主要由空間部分、地面控制部分和用戶設(shè)備組成。

　　1.1 空間部分　GPS的空間部分由均勻分布在6個相對于赤道面傾角為550的近似圓形軌道上繞地球運行的21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成，軌道面的夾角為600，每個軌道上有4顆衛(wèi)星，衛(wèi)星的平均高度為20200km。每顆GPS工作衛(wèi)星以L1=1575.42兆赫和L2=1227.6兆赫兩種頻率發(fā)送導(dǎo)航信號，導(dǎo)航信號采用偽隨機噪音編碼調(diào)制，L1用P碼和C/A碼調(diào)制；L2用P碼調(diào)制。其中C/A碼開放民用，平均運行周期為11h58min，以確保全球任何地方在任何時侯都能同時接收到4顆以上衛(wèi)星信號。

　　1.2 地面控制部分　GPS 的地面控制部分由分布在全球的一個主控站、五個監(jiān)控站和三個注入站構(gòu)成。主控站的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對 GPS的觀測數(shù)據(jù)計算衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的差和大氣層修正參數(shù)等并將這些數(shù)據(jù)通過注入站注入到衛(wèi)星中去；同時還對衛(wèi)星進行控制，提供時間基準，向衛(wèi)星發(fā)布指令，調(diào)度備用衛(wèi)星等。監(jiān)控站的作用是接收衛(wèi)星信號，監(jiān)測衛(wèi)星工作狀態(tài)。注入站的作用是將主控站推算和編制的衛(wèi)星星歷、鐘差、導(dǎo)航電文及其他控制指令等數(shù)據(jù)注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲系統(tǒng)中，并監(jiān)測注入信息的正確性。

　　1.3 用戶設(shè)備　GPS的用戶設(shè)備由GPS接收機、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶終端設(shè)備如計算機、氣象儀器等組成，其作用是接受GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，利用信號進行導(dǎo)航定位等。

　　2、GPS定位原理

　　GPS系統(tǒng)是一種采用距離交會法的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，根據(jù)用戶接收機天線在測量中所處的狀態(tài)，可分為靜態(tài)定位和動態(tài)定位。如圖 l示：在需要的位置P點架設(shè)GPS接收機，在某一時刻ti同時接收了3顆（A、B、C）以上的GPS衛(wèi)星所發(fā)出的導(dǎo)航電文，通過一系列數(shù)據(jù)

　　處理和計算可求得該時刻GPS接收機至GPS衛(wèi)星的距離SAP、SBP、SCP，同樣通過接收衛(wèi)星星歷可獲得該時刻這些衛(wèi)星在空間的位置（三維坐標）。從而用距離交會的方法求得 P點的三維坐標（Xp，Yp，Zp）。

　　3、GPS坐標系統(tǒng)

　　GPS通常采用兩類坐標系統(tǒng)，一類是在空間固定的坐標系統(tǒng)，另一類是與地球體相固聯(lián)的坐標系統(tǒng)，也稱地固坐標系統(tǒng)，如在測繪領(lǐng)域常用的WGS-84（即Geodical System-84世界大地坐標系-84 ）、1954年北京坐標系（簡稱P54）和1980年西安大地坐標系（簡稱C80），在實際使用中需要根據(jù)坐標系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換參數(shù)進行坐標系統(tǒng)的變換，求出所使用的坐標系統(tǒng)的坐標。這樣更有利于表達地面控制點的位置和處理GPS觀測成果。

　　4、GPS技術(shù)的特點

　　GPS是一種多用途、多機型、多模式的空間定位技術(shù)，主要具有以下特點：

　　4.1 定位精度高  一般雙頻GPS接收機基線解精度為5mm+1ppm，而紅外儀標稱精度為5mm+5ppm，觀測的精度明顯高于一般常規(guī)測量方法，GPS基線向量的相對精度一般在10-5～10-9之間。

　　4.2 選點靈活、費用低　GPS測量對測站間是否相互通視，以及控制網(wǎng)的幾何圖形均無嚴格要求，使得選點更加靈活方便，其作業(yè)成本低，同時也大大降低了布網(wǎng)費用。據(jù)有關(guān)部門實際測算，GPS技術(shù)比常規(guī)大地測量至少要節(jié)約70%的外業(yè)費用。

　　4.3 全天候全球性作業(yè)  在任何地點、任何時間、任何氣候條件下均可以進行GPS連續(xù)觀測，極大地方便了測量作業(yè)。

　　4.4 觀測速度快 采用GPS布設(shè)控制網(wǎng)時每個測站上的觀測時間一般在30～40min左右，采用快速靜態(tài)定位方法，觀測時間更短。例如使用Timble4800GPS接收機的RTK法可在5s以內(nèi)求得測點坐標。

　　4.5 功能齊全、應(yīng)用廣泛 在精確測定觀測點平面位置坐標的同時，還可測定其大地高程。利用實時動態(tài)定位還能進行數(shù)字地形圖的測繪及工程施工放樣工作。