1．GPS基本概念WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
全球定位系统（Globa Positioning System-GPS）是美国从上世纪70年代开始研制的新一代卫星导航与定位系统，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成。该系统利用导航卫星进行测时和测距，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力。GPS是继阿波罗登月计划、航天飞机后的美国第三大航天工程，如今，它已成为当今世界上最实用，也是应用最广泛的全球精密导航、指挥和调度系统。WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
2．GPS结构组成WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
GPS系统主要包括有三大组成部分：即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
（1）空间星座部分WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，亦即（21+3）GPS星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道平面相对于赤道平面的倾角为55度，各个轨道平面之间交角60度。每个轨道平面内的各卫星之间的交角90度，任一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
在两万公里高空的GPS卫星，当地球相对于恒星自转一周时，它们绕地球运行二周，即绕地球一周的时间为12恒星时。这样，对于地面观测者来说，每天将提前4分钟见到同一颗GPS卫星。每颗卫星每天约有5个小时在地平线以上，同时位于地平线以上的卫星数量随着时间和地点的不同而不同，最少可见到4颗，最多可见到11颗。在用GPS信号导航定位时，为了计算观测站的三维坐标，必须观测4颗 GPS卫星，称为定位星座。这4颗卫星在观测过程中的几何位置分布对定位精度有一定的影响。对于某地某时，甚至不能测得精确的点位坐标，这种时间段叫做"间隙段"。但这种时间间隙段是很短暂的，并不影响全球绝大多数地方的全天候、高精度、连续实时的导航定位测量。GPS工作卫星的编号和试验卫星基本相同。WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
（2）地面监控部分WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
GPS工作卫星的地面监控系统目前主要由分布在全球的一个主控站、三个信息注入站和五个监测站组成。对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历，即描述卫星运动及其轨道的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准--GPS时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的时间，求出时钟差。然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。GPS的空间部分和地面监控部分是用户广泛应用该系统进行导航和定位的基础，均为美国所控制。WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
（3）用户设备部分WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
GPS 信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出观测站的三维位置，甚至三维速度和时间，最终实现利用GPS进行导航和定位的目的。P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
静态定位时，GPS接收机在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变，接收机高精度地测量GPS信号的传播时间，利用GPS卫星在轨的已知位置，解算出接收机天线所在位置的三维坐标；而动态定位则是用GPS接收机测定一个运动物体的运行轨迹。装载GPS信号接收机的运动物体叫做载体（如航行中的船舰，空中的飞机，行驶的车辆等）。载体上的GPS接收机天线在跟踪GPS卫星的过程中相对地球而运动，接收机用GPS信号实时地测得运动载体的状态参数（瞬间三维位置和三维速度）。WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包，构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两大部分。对于观测地型接收机来说，两个单元一般分成两个独立的部件，观测时将天线单元安置在观测站上，接收单元置于观测站附近的适当地方，用电缆线将两者连接成一个整机。也有的将天线单元和接收单元制作成一个整体，观测时将其安置在测站点上。P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
GPS接收机一般用蓄电池供电。同时采用机内/机外两种直流电源。设置机内电池的目的在于更换外电池时不中断连续观测。在用机外电池的过程中，机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止丢失数据。WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
近几年，国内引进了许多种类型的GPS测地型接收机。各种类型的GPS测地型接收机用于精密相对定位时，其双频接收机精度可达5mm+1PPM.D，单频接收机在一定距离内精度可达10mm+2PPM.D。用于差分定位其精度可达亚米级甚至厘米级。WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
目前，各种类型的GPS接收机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测。GPS和GLONASS 兼容的全球导航定位系统接收机已经问世。——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
3．GPS定位原理W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
GPS系统采用高轨测距体制，以观测站至GPS卫星之间的距离作为基本观测量。为了获得距离观测量，主要采用两种方法：一是测量GPS卫星发射的测距码信号到达用户接收机的传播时间，即伪距测量；一是测量具有载波多普勒频移的GPS卫星载波信号与接收机产生的参考载波信号之间的相位差，即载波相位测量。采用伪距观测量定位速度最快，而采用载波相位观测量定位精度最高。通过对4颗或4颗以上的卫星同时进行伪距或相位的测量即可推算出接收机的三维位置。WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量。相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量。WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
在定位观测时，GPS定位分为动态定位和静态定位。若接收机相对于地球表面运动，则称为动态定位。若接收机相对于地球表面静止，则称为静态定位。WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
二、GPS主要特点WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
GPS的问世标志着电子导航技术发展到了一个更加辉煌的时代。GPS系统与其他导航系统相比，主要特点有如下六个方面：WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
1．定位精度高WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
应用实践已经证明，GPS相对定位精度在50km以内可达10-6，100～500km可达10-7，1000km可达10-9。此外，GPS可为各类用户连续地提供高精度的三维位置、三维速度和时间信息。WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
2．观测时间短WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，目前，20km以内相对静态定位，仅需15～20分钟；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15km以内时，流动站观测时间只需1～2分钟，然后可随时定位，每站观测只需几秒钟。实时定位速度快。目前GPS接收机的一次定位和测速工作在一秒甚至更小的时间内便可完成，这对高动态用户来讲尤其重要。——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
3．执行操作简便WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
随着GPS接收机不断改进，自动化程度越来越高，有的已达"傻瓜化"的程度；接收机的体积越来越小，重量越来越轻，极大地减轻了测量工作者的工作紧张程度和劳动强度，使野外工作变得轻松愉快。P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
4．全球全天候作业——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
由于GPS卫星数目较多且分布合理，所以在地球上任何地点均可连续同时观测到至少4颗卫星，从而保障了全球、全天候连续实时导航与定位的需要。目前GPS观测可在一天24小时内的任何时间进行，不受阴天黑夜、起雾刮风、下雨下雪等气候的影响。plcjs.技.术_网
5．功能多、多用途WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
GPS系统不仅可用于测量、导航，还可用于测速、测时。测速的精度可达0.1m/s，测时的精度可达几十毫微秒。其应用领域不断扩大。WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
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