GPS全稱為“Global Positioning System”，中文意思為“全球定位系統(tǒng)”，是一種以人造地球衛(wèi)星為基礎(chǔ)的高精度無(wú)線電導(dǎo)航的定位系統(tǒng)，它在全球任何地方以及近地空間都能夠提供準(zhǔn)確的地理位置、車行速度及精確的時(shí)間信息；它是具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位功能的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。

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本教程操作環(huán)境：windows7系統(tǒng)、Dell G3電腦。

全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)，是一種以人造地球衛(wèi)星為基礎(chǔ)的高精度無(wú)線電導(dǎo)航的定位系統(tǒng)，它在全球任何地方以及近地空間都能夠提供準(zhǔn)確的地理位置、車行速度及精確的時(shí)間信息。

GPS自問(wèn)世以來(lái)，就以其高精度、全天候、全球覆蓋、方便靈活吸引了眾多用戶。

GPS不僅是汽車的守護(hù)神，同時(shí)也是物流行業(yè)管理的智多星。隨著物流業(yè)的快速發(fā)展，GPS有著舉足輕重的作用，成為繼汽車市場(chǎng)后的第二大主要消費(fèi)群體。

GPS是美國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始研制，歷時(shí)20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位功能的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。經(jīng)近10年我國(guó)測(cè)繪等部門的使用表明，GPS以全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等顯著特點(diǎn)，贏得了廣大測(cè)繪工作者的信賴，并成功地應(yīng)用于大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、工程變形監(jiān)測(cè)、資源勘察、地球動(dòng)力學(xué)等多種學(xué)科中，從而給測(cè)繪領(lǐng)域帶來(lái)了一場(chǎng)深刻的技術(shù)革命 。

GPS是美國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。它是在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)。按目前的方案，GPS的空間部分使用24顆高度約2.02萬(wàn)千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。24顆衛(wèi)星均為近圓形軌道，運(yùn)行周期約為11小時(shí)58分，分布在6個(gè)軌道面上（每軌道面4顆），軌道傾角為55度。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時(shí)間都可觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形。這就提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰Α?/p>

GPS主要由三大組成部分：空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶設(shè)備部分。GPS系統(tǒng)具有高精度、全天候、使用廣泛等特點(diǎn)。

定位原理

GPS定位包括偽距單點(diǎn)定位、載波相位定位和實(shí)時(shí)差分定位。

1．偽距測(cè)量及偽距單點(diǎn)定位

偽距測(cè)量就是測(cè)定衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，即由衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)到達(dá)GPS接收機(jī)的傳播時(shí)間乘以光速所得的距離。偽距法單點(diǎn)定位，就是利用GPS接收機(jī)在某一時(shí)刻測(cè)定與4顆以上GPS衛(wèi)星的偽距，及從衛(wèi)星導(dǎo)航電文中獲得的衛(wèi)星瞬時(shí)坐標(biāo)，采用距離交會(huì)法求出天線在WGS-84坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。

2．載波相位測(cè)量及載波相位定位

載波相位測(cè)量是測(cè)定GPS衛(wèi)星載波信號(hào)到接收機(jī)天線之間的相位延遲。GPS衛(wèi)星載波上調(diào)制了測(cè)距碼和導(dǎo)航電文，接收機(jī)接收到衛(wèi)星信號(hào)后，先將載波上的測(cè)距碼和衛(wèi)星電文去掉，重新獲得載波，稱為重建載波。GPS接收機(jī)將衛(wèi)星重建載波與接收機(jī)內(nèi)由振蕩器產(chǎn)生的本振信號(hào)通過(guò)相位計(jì)比相，即可得到相位差。

3．實(shí)時(shí)差分定位

GPS實(shí)時(shí)差分定位的原理是在已有的精確地心坐標(biāo)點(diǎn)上安放GPS接收機(jī)（稱為基準(zhǔn)站），利用已知的地心坐標(biāo)和星歷計(jì)算GPS觀測(cè)值的校正值，并通過(guò)無(wú)線電通信設(shè)備（稱為數(shù)據(jù)鏈）將校正值發(fā)送給運(yùn)動(dòng)中的GPS接收機(jī)（稱為流動(dòng)站）。流動(dòng)站利用校正值對(duì)自己的GPS觀測(cè)值進(jìn)行修正，以消除上述誤差，從而提高實(shí)時(shí)定位精度。GPS動(dòng)態(tài)差分方法有多種，主要有位置差分、偽距差分( RTD)、載波相位實(shí)時(shí)差分(RTK)和廣域差分等。

GPS特點(diǎn)

GPS是目前成用最為成功的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，被譽(yù)為人類定位技術(shù)的一個(gè)里程碑。歸納起來(lái)，系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

(1)全球，全天候連續(xù)不斷的導(dǎo)航定位能力。GPS能為全球任何地點(diǎn)或近地空間的各類用戶提供連續(xù)的、全天候的導(dǎo)航定位能力，用戶不用發(fā)射信號(hào)，因而能滿足多用戶使用。

(2)實(shí)時(shí)導(dǎo)航，定位精度高，觀測(cè)時(shí)間短。利用GPS定位時(shí)，在1s內(nèi)可以取得幾次位置數(shù)據(jù)，這種近乎實(shí)時(shí)的導(dǎo)航能力對(duì)于高動(dòng)態(tài)用戶具有很大的意義，同時(shí)能為用戶提供連續(xù)的三維位置、三維速度和精確的時(shí)間信息。目前利用C/A碼的實(shí)時(shí)定位精度可達(dá)20-50m，速度精度為0.1m/s，利用特殊處理可達(dá)0.005m/s，相對(duì)定位精度可達(dá)毫米級(jí)。

隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善和軟件的不斷更新，目前20km以內(nèi)相對(duì)靜態(tài)定位僅需15-20min，快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距在15km以內(nèi)時(shí)，流動(dòng)站觀測(cè)時(shí)間只需1-2min，然后可隨時(shí)定位，每站觀測(cè)只需幾秒。

(3)測(cè)站無(wú)需通視：GPS測(cè)量只要求測(cè)站上空開(kāi)闊，不要求測(cè)站之間互相通視，因此可節(jié)省大量的造標(biāo)費(fèi)用（一般造標(biāo)費(fèi)用占總經(jīng)費(fèi)的30%、50%）。由于無(wú)需點(diǎn)間通視，點(diǎn)位位置可根據(jù)需要可疏可密，這樣就使得選點(diǎn)工作變得非常靈活，也可省去經(jīng)典測(cè)量中的傳算點(diǎn)、過(guò)渡點(diǎn)的測(cè)量工作。

(4)可提供全球統(tǒng)一的三維地心坐標(biāo)：GPS測(cè)量可同時(shí)精確測(cè)定測(cè)站平面位置和大地高程。目前GPS水準(zhǔn)可滿足四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度，另外，GPS定位是在全球統(tǒng)一的WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)中計(jì)算的，因此全球不同地點(diǎn)的測(cè)量成果是相互關(guān)聯(lián)的。

(5)儀器操作簡(jiǎn)便：隨著GPS接收機(jī)的不斷改進(jìn)，GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度越來(lái)越高。在觀測(cè)巾測(cè)量員只需安置儀器，連接電纜線，量取天線高，監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)，而其他觀測(cè)工作，如衛(wèi)星的捕扶，跟蹤觀測(cè)和記錄等均由儀器自動(dòng)完成，結(jié)束測(cè)量時(shí)，僅需關(guān)閉電源，收好接收機(jī)，便完成了野外數(shù)據(jù)采集任務(wù)。

如果往一個(gè)測(cè)站上需做長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)觀測(cè)，還可以通過(guò)數(shù)據(jù)通信方式將所采集的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理中心，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集與處理。另外，接收機(jī)的體積也越來(lái)越小，相應(yīng)的重量也越來(lái)越輕，極大地減輕測(cè)量作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，使野外工作變得更為輕松 。

(6)抗干擾能力強(qiáng)、保密性好：GPS采用擴(kuò)頻技術(shù)和偽碼技術(shù)，用戶只需接收GPS信號(hào)，自身不會(huì)發(fā)射信號(hào)，出而不會(huì)受到外界其他信號(hào)源的干擾。

(7)功能多、應(yīng)用廣泛：GPS是軍、民兩用系統(tǒng)，其應(yīng)用范圍十分廣泛。具體的應(yīng)用實(shí)例包括：汽車導(dǎo)航和交通管理、巡線車輛管理、道路工程、個(gè)人定位以及導(dǎo)航儀等。