全球定位系统GPS

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1、全球定位系统（GlobalPositioningSystem，通常简称GPS）是一个中距离圆型轨道卫星导航系统。它可以为地球表面绝大部分地区（98%）提供准确的定位、测速和高精度的时间标准。系统由美国国防部研制和维护，可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续精确的确定三维位置、三维运动和时间的需要。该系统包括太空中的24颗GPS卫星；地面上的1个主控站、3个数据注入站和5个监测站及作为用户端的GPS接收机。最少只需其中4颗卫星，就能迅速确定用户端在地球上所处的位置及海拔高度；所能收联接到的卫星数越多，解码出来的位置就越精确。该系统是由美国政府于20世纪70年代开始进行研

2、制于1994年全面建成。使用者只需拥有GPS接收机，无需另外付费。GPS信号分为民用的标准定位服务（SPS，StandardPositioningService)和军规的精确定位服务（PSS，PrecisePositioningService)两类。由于SPS无须任何授权即可任意使用，原本美国因为担心敌对国家或组织会利用SPS对美国发动攻击，故在民用讯号中人为地加入误差以降低其精确度，使其最终定位精确度大概在100米左右；军规的精度在十米以下。2000年以后，克林顿政府决定取消对民用讯号的干扰。因此，现在民用GPS也可以达到十米左右的定位精度。GPS系统拥有如下多种优点：全天

3、候，不受任何天气的影响；全球覆盖（高达98%）；三维定速定时高精度；快速、省时、高效率；应用广泛、多功能；可移动定位；不同于双星定位系统，使用过程中接收机不需要发出任何信号增加了隐蔽性，提高了其军事应用效能。GPS系统的组成GPS系统包括三大部分：空间部分—GPS卫星星座；地面控制部分—地面监控系统；用户设备部分—GPS信号接收机。GPS卫星星座：由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座记作（21+3）GPS星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内轨道倾角为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

4、度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。在两万公里高空的GPS卫星当地球对恒星来说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。位于地平线以上的卫星颗数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结算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

5、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。某时刻，GPS卫星位置如下图所示，其升交点赤经为32.8°，间隔60度，共构成六个轨道平面，某时刻，GPS卫星纬度分别为32.8升交点赤经轨道：11.68，41.81，161.79，268.1392.8升交点赤经轨道：80.96，173.34，204.38，309.98152.8升交点赤经轨道：111.88,241.56,339.67，d2r=pi/180;theta=32.85*pi/180;fai1(1)=d2r*11.68;aa(1)=plot3(rsv*sin(fai1(1))*cos(pi-theta)+

6、sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai1(1)),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai1(1))+cos(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai1(1)),-sin(55*pi/180)*rsv*cos(fai1(1)),'color','g','marker','.','markersize',40);holdon%aaa(1)=%text(rsv*sin(fai1(1))*cos(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(%fai

7、1(1)),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fai1(1))+cos(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai1(1)),-sin(55*pi/180)*rsv*cos(fai1(1)),'1');fai1(2)=d2r*41.81;aa(2)=plot3(rsv*sin(fai1(2))*cos(pi-theta)+sin(pi-theta)*cos(55*pi/180)*rsv*cos(fai1(2)),-sin(pi-theta)*rsv*sin(fa