全球卫星定位系统(GPS)是由美国国防部建设的基于卫星的无线电导航定位系统。它能连续为世界各地的陆海空用户提供精确的位置、速度和时间信息最大优势是覆盖全球,全天候工作,可以为高动态、高精度平台服务,目前得到普遍应用GPS是由导航卫星、地面监控设备和GPS用户组成的,如图5-34所示导航卫星由分布在6个地球椭圆轨道平面上的21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成,相邻轨道之间的卫星彼此呈30°,每个轨道面上都有4颗卫星,在距离地球约20000km的高空上进行监测。这些卫星每12h环绕地球一圈,在地球上的任何地方、任何时间都可以观测到4颗以上的GPS卫星,保持定位的精度,从而提供连续的全球导航能力。导航卫星的任务是接收和存储来自地面监控设备发送来的导航定位控制指令,微处理器进行数据处理,以原子钟产生基准信号和精确的时间为基准向用户连续发送导航定位信息。
地面监控设备由1个主控站、4个注入站和6个监测站组成,它们的任务是实现对导航卫星的控制。
GPs用户主要由GPS接收机和GPS数据处理软件组成,GPs接收机的主要功能是接收、追踪、放大卫星发射的信号,获取定位的观测值,提取导航电文中的厂播星历以及卫星时钟改正参数等。GPS数据处理软件的主要功能是对GPs接收机获取的卫星测量记录数据进行预处理,并对处理的结果进行平差计算、坐标旋转和分析综合处理,计算出用户所在位置的三维坐标、速度、方向和精确时刻等。
GPS具有以下特点。
①能够全球全天候定位,因为GPS卫星的数目较多,且分布均匀,保证了地球上任何地方、任何时间至少可以同时观测到4颗GPS卫星,确保实现全球、全天候连续的导航定位服务。
②覆盖范围广,能够覆盖全球98%的范围,可满足位于全球各地或近地空间的军事用户连续精确地确定三维位置、三维运动状态和时间的需要。
③定位精度高,GPS相对定位精度在50km以内可达6~10m,100~500km可达7~10m,1000km可达9~10m。
④观测时间短,20km以内的相对静态定位仅需15~20min:快速静态相对定位测量时,当每个流动站与基准站相距15km以内时,流动站观测时间只需1~2min;采取实时动态定位模式时,每站观测仅需几秒钟。
⑤可提供全球统一的三维地心坐标,可同时精确测定测站平面位置和大地高程。
⑥测站之间无须通信,只要求测站上空开阔,这既可大大减少测量工作所需的经费和时间,也使选点工作更灵活,可省去经典测量中的传算点,过渡点等的测量工作。
