综述全球卫星导航系统

综述全球卫星导航系统

全球四大卫星导航系统:①美国的GPS②欧盟的“伽利略”③俄罗斯的“格洛纳斯”④中国的“北斗”

1.美国的GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称；在机械领域GPS 则有另外一种含义：产品几何技术规范(Geometrical Product Specifications)-简称GPS。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统；其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。GPS是目前世界上最先进、最完善的卫星导航系统与定位系统。

GPS具有以下特点：全球、全天候工作，有24颗GPS卫星星座，全球覆盖率高达98%。高精度定位，单击定位精度优于10m，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。静态定位观测效率高（快速省时高效率），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。应用广泛多功能，主要是为船舶，汽车，飞机等运动物体进行定位导航。同时，还应用于各种等级的大地测量、水下地形测量、地壳形变测量、大坝和大型建筑物变形监测，工程机械(轮胎吊，推土机等)控制等。操作越来越简便，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。定位精度高；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。在300-1500m工程精密定位中，1小时以上观测的解其平面其平面位置误差小于1mm。观测时间短；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。测站间无须通视；可提供三维坐标；经典大地测量将平面与高程采用不同方法分别施测。GPS可同时精确测定测站点的三维坐标。目前GPS水准可满足四等水准测量的精度。操作简便；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。全天候作业；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。功能多、应用广；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。

WGS-84 坐标系是目前GPS 所采用的坐标系统，GPS 所发布的星历参数就是基于此坐标系统的。WGS-84 坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z 轴指向BIH1984.0 定义的协议地球极方向，X 轴指向BIH1984.0 的起始子午面和赤道的交点，Y 轴与X 轴和Z 轴构成右手系。

GPS 静态定位在测量中主要用于测定各种用途的控制点。其中，较为常见的方面是利用GPS 建立各种类型和等级的控制网，在这些方面，GPS 技术已基本上取代了常规的测量方法，成为了主要手段。较之于常规方法，GPS 在布设控制网方面具有以下一些特点：测量精度高：GPS 观测的精度要明显高于一般的常规测量手段，GPS 基线向量的相对精度一般在10-5~ 10-9之间，这是普通测量方法很难达到的。选点灵活、不需要造标、费用低：GPS 测量不要求测站间相互通视，不需要建造觇标，作业成本低，大大降低了布网费用。全天侯作业：在任何时间、任何气候条件下，均可以进行GPS 观测，大大方便了测量作业，有利于按时、高效地完成控制网的布设。观测时间短：采用GPS 布设一般等级的控制网时，在每个测站上的观测时间一般在1~2 个小时左右，采用快速静态定位的方法，观测时间更短。观测、处理自动化采用GPS 布设控制网，观测工程和数据处理过程均是高度自动化的。

GPS的应用有：陆地应用；主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、

工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规划控制等。海洋应用；包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等。航空航天应用；包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。

一般说来，GPS系统主要由三个部分组成：空间部分——GPS卫星星座地面控制部分——GPS地面监控系统用户设备部分——GPS信号接收机这三部分对GPS系统的正常工作所起的作用各不相同，缺一不可。

GPS系统的空间星座部分是由（21+3）颗卫星组成，其中21颗为工作卫星，另外3颗为备用卫星；这24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，每个轨道面包含4颗卫星；轨道面相对赤道面倾角为55度，各个轨道平面之间相距60度，即轨道的升交点赤经各相差60度；每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度，一个轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星升交角距超前30度；卫星轨道为椭圆形，平均高度约20200km，运行周期大约11小时58分。GPS的地面控制部分主要由分布全球的6个地面站构成，其中包括卫星监测站、主控站及备用主控站、信息注入站，分别位于科罗拉多(Colorado)、盖茨堡(Gaithersbug)夏威夷(Hawaii)、南大西洋的阿松森群岛(Ascension)、印度洋的迭哥伽西严(Diego Garcia)和南太平洋的卡瓦加兰(Kwajalein)。GPS系统的用户设备部分由GPS接收机硬件和相应的数据处理软件以及微处理机及其终端设备组成，GPS接收机硬件包括接收机主机，天线和电源，它的主要功能是接收卫星发播的信号，获取定位的观测值，提取导航电文中的广播星历、卫星钟改正等参数，经数据处理而完成导航定位工作；GPS软件是指各种后处理软件包，它通常由厂家提供，其主要作用是对观测数据进行精加工，以便获得精密定位结果。

中国GPS导航的市场潜力巨大；截至到2005年底，中国拥有车载导航设备的车辆不足10万辆，相对于3000万辆的汽车总数来说，普及率不到1%；而日本的汽车车载导航安装率高达59%，欧美约占25%。虽然中国的市场还处于起步阶段，但调查认为其增长潜力巨大；中国消费者喜欢把手机