全球定位系统

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全球定位系统:GPS卫星星座图

  全球定位系统汉语拼音:Quanqiu Dingwei Xitong;英语:Global Positioning System;GPS),美国国防部研制组建的新一代全天候的全球性空基无线电授时与导航定位系统。系统采用距离交会方法进行工作,可实时提供地球及近地空间任何位置的三维坐标和时间等信息。

系统组成

  由GPS卫星、地面监控系统和用户三部分组成。GPS卫星可连续向用户播发用于进行导航定位的测距信号和导航电文。地面监控系统通过对GPS卫星的观测确定和预报其运行轨道和卫星钟差,然后按规定格式将它们编制成导航电文后送往卫星。用户则用GPS接收机接收导航电文并测定至各GPS卫星的距离,进而解算出自己的位置、速度和接收机钟差。

GPS卫星和卫星星座

  GPS卫星分试验卫星和工作卫星。试验卫星又称BlockⅠ卫星,作用是为了满足方案论证和试验改进的需要。1978~1985年共发射11颗试验卫星。GPS卫星星座计划由24颗卫星组成。这些卫星均匀分布在倾角为55°的6个轨道面上。轨道长半径26,562千米,几乎为圆形。卫星运行周期约为11小时58分。2000年底实际可用的GPS卫星已达28颗。

测距方法

  为测定从卫星至接收机间的距离,GPS卫星发射两种不同性质不同精度的测距码。其中C/A码是免费供全球所有用户使用的一种明码,测距精度较低,一般2~3米。由于C/A码只调制在L1载波上,用户难以精确进行电离层延迟改正,故测距精度会进一步下降。Y码是专供美国及其盟国军方用户使用的一种密码,由P码和绝密的W码进行模二相加后生成。测距精度0.3米左右。Y码同时调制在L1和L2两个载波上,可精确进行电离层延迟改正。为满足高精度定位的需要,测量用户将GPS卫星信号中的载波恢复并分离出来当作测距信号使用,对其进行相位测量。载波相位观测值的精度可达毫米级或更高。但数据处理时难度较大,存在一系列问题。

卫星星历

  描述卫星在空间瞬时位置的一组信息,分广播星历和精密星历两类。广播星历是由GPS的地面监控系统生成并经GPS卫星播发给用户使用的一种预报星历,精度较低,主要用于导航和实时定位。精密星历是依据许多GPS跟踪站的观测值经严密数据处理后而得到的一种高精度星历(如IGS综合精密星历的精度已优于5厘米),主要用于高精度定位。

定位模式

  GPS定位分单点定位和相对定位两种模式。用一台接收机对GPS卫星进行距离测量,根据观测瞬间的卫星位置用距离交会法来确定用户绝对位置的方法,称为单点定位。单点定位观测方便,数据处理简单,精度较低,用于导航和低精度定位。采用相位平滑伪距和差分GPS等技术可显著提高单点定位精度。至少用两台GPS接收机进行同步观测以确定它们之间相对位置的方法,称为相对定位。相对定位精度很高,可达10-6~10-9,是高精度定位中采用的主要模式。

用途

  GPS的出现引起导航和定位技术的革命。GPS已在军事、测绘、交通、导航、气象、授时、资源调查、环境保护、精细农业及防灾救险等领域得到广泛应用。