GPS研究---GPS介绍引入

全球定位系统(简称 GPS)是美国国防部为军事目的而建立的，旨在彻底解决海上、空中和陆地运载工具的导航和定位问题。经过 多 年的发射实验卫星、开发GPS 信号应用和发射工作卫星，终于在 1994 年 3 月 28 日建成了覆盖率达 98%的GPS 工作卫星星座。10 多年的导航定位实践证明，GPS 是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时，同时具备良好的抗干扰能力的多功能系统。 GPS 的建成，从根本上解决了人类的导航和定位问题，可以满足各种不同用户的需要。对舰船而言，它能在海上协同作战，在海上交通管制、海洋测量、石油勘探、浮标建立、管道和电缆铺设、海岛暗礁定位、海轮进出港引航等方面做出贡献。对飞机而言，它可在飞机进场着陆、航线导航、空中加油、武器准确投掷及空中交通管制等方面进行服务。在陆地上，可用于各种车辆的导航和定位;可用于大地测量、航空摄影测量、野外考察和勘探的定位，GPS 技术的迅速发展得到了人们的广泛关注。

GPS 定位技术，一般以测码伪距或者测相伪距为观测量。根据用户定位方式不同，采用单点定位或差分定位，为用户提供信息。利用码相位(C/A 码)得到伪距的方法应用最早，但定位精度差，目前定位误差为 5 米左右。加密的 P 码定位精度虽高，但只有美国政府核准的军方和选定的政府部门用户才能使用，一般用户难以使用。和测码伪距观测量相比，GPS 卫星信号的两种载波波长要比测距码码元短得多(两种载波波长λ1=19.03cm，λ2 =24.42cm，C/A 码码元长度293m，P 码29m)，因而利用载波相位观测量定位，就可以达到很高的精度，所以目前精密定位多采用这种方式。近年来出现的利用载波相位观测值以及高精度的星历及卫星钟差进行高精度单点定位，也展现了良好的应用前景。

但无论是采用伪距定位还是载波相位定位，都因其在信号传播过程中不可避免的会受到星历误差、大气层折射、多路径误差的影响，以及由于接收机本身误差的存在，会使定位精度大受响。多数情况下，人们关心的并不是某个载体的绝对位置，而是该载体相对于另外一个载体的距离和方向。在一定的范围内，当所有的载体均安装了 GPS 接收机之后，可选定任意一个载体作为中心，通过载波相位测量确定其它载体相对于选定的载体的位置关系，这就是所谓的 GPS 载波相位差分 (相对)定位技术。利用 GPS 载波相位差分定位技术可以在厘米量级精度上确定空间任意两点之间的距离的误差，差分技术可以大大的削弱相关误差的影响在高精度的测量中得到了广泛的应用。

根据相对定位过程中接收机的运动状况，可以将 GPS 载波相位定位分为静态定位及动态定位。GPS 静态定位，是用于测量相对于地固坐标系静止不动的用户接收天线的位置。由于接收机天线静止不动，其位置可以通过多个历元、多个时段的观测数据来求解，一般而言静态定位的精度比动态定位的精度要高，静态定位以其高精度(毫米级精度)获得一定应用，但其前提是需要较长的观测时间，一般需要观测 1 个小时左右，甚至更长，从而极大的限制其应用。动态差分定位，即将一台接收机安设在一个固定观测站上，而另一台接收机，安置在运动的载体上，并且在运动中与固定观测站的接收机进行同步观测，以确定运动载体相对固定观测站(或基准站)的瞬时位置。动态差分定位的特点是，要实时确定运动点相应每一观测历元的瞬时位置。GPS 动态定位测量虽然在精度(厘米级精度)上略逊于静态测量，但其观测时间短，基本可以达到动态实时定位。目前 GPS 的发展趋势表明，动态定位比静态定位具有更加广阔的应用天地。两者比较，GPS 动态定位具有用户多样性、速度多异性、定位实时性、数据短时性、精度要求多变性等特点。因此，动态定位无论在用户数量、应用范围还是在其所具有的巨大潜力方面都大大超过静态定位。

随着 GPS 载波相位差分定位技术的发展，其高精度的定位能力已得到广泛的认可。特别是实时载波相位差分技术又称为 RTDGPS(Real Time DGPS)逐步推广应用，GPS 已深入运用到工程勘察、国土资源调查等领域。如利用 RTDGPS 模式可进行公路中线的实时放样、航道水深测量的平面定位、土地调查中界址点测量和图斑测定等，实践表明，利用 RTDGPS 模式进行定位，极大地提高了作业速度、降低了劳动强度和工程成本，从而提高了工作效率，在实际应用中有着重要的意义。