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1、2010年公选GPRS全球定位系统论文3000字全球卫星定位系统GPS姓名：XX学号：XX班级：XX全球卫星定位系统GPS摘要：全球卫星定位系统GPS的出现与发展为社会和个人提供了便利条件。本文主要介绍全球卫星定位系统在军事和民用两方面的运用，包括其概念的提出、发展历程和模式。本文还介绍了世界以及我国全球定位系统的现状。简述了全球定位系统（GPS）的基本结构和测量原理，总结了GPS用于工程测量所具有的特点，介绍了GPS在工程测量中的应用实例。关键词：全球定位系统；GPS；工程测量；绪论：全球定位系统（GlobalPositioningSystem,简称GPS）是以卫星为基础的无线电卫星导航定位
2、系统，它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。因此，GPS技术率先在大地测量、工程测量、航空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得到了应用1，并在军事、交通、通信、资源、管理等领域展开了研究并得到广泛应用。本文介绍GPS在山区工程测量中的应用，并提出几点体会。正文：1全球定位系统简介1.1、什么是全球定位系统全球定位系统是由一系列卫星组成的，它们24小时提供高精度的世界范围的定位和导航信息。准确地说，它是由24颗沿距地球12000公里高度的轨道运行的NAVSTARGPS卫星组成，不停地发送回精确的时间和它们的位置。GPS接收器同时
3、收听312颗卫星的信号，从而判断地面上或接近地面的物体的位置，还有它们的移动速度和方向等。全球定位系统属于美国第二代卫星导航系统。是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。该系统的空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。21+3颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为55度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（DOP）。这就提供了在时间上连续的全球
4、导航能力。GPS卫星已发展至BlockII型式的定位卫星，由RockwellInternational制造，在轨道上重量约1,900磅，太阳能接收板长度约17尺，于1994年完成第24颗卫星的发射。因此目前太空中有24颗GPS卫星可供定位运用，绕行地球一周需12恒星时，每日可绕行地球2周，这也就是说，不论任何时间，任何地点，至少有4颗以上的卫星出现在我们的上空。全球卫星定位系统（GPS）。卫星导航定位指利用卫星导航定位系统提供的位置、速度、时间等信息来完成对地球各种目标的定位、导航、监测和管理。像美国的全球卫星定位系统（GlobalPositioningSystem）,它的空间部分是由24颗卫
5、星组成的，每颗卫星都不断发出测距信号和导航电文；地面上的接收机接收到卫星发出的信号，可以测定接收机天线到导航卫星间的距离，并解算导航电文得到卫星空间坐标。一般来说需要同时接收4颗卫星的信号，经过解算便能确定接收者所处的位置、行进速度等。定位卫星发出的信号覆盖全球，而且不易受天气影响，因此能全天候、全天时对地球上任何地方、无论是移动的还是固定的目标进行导航定位。全球定位系统属于美国第二代卫星导航系统。是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观
6、测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形(DOP)。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。1.2、全球定位系统地面接收系统目前全球有五个地面卫星监控站，分布于夏威夷、亚森欣岛、迪亚哥加西亚、瓜加林岛、科罗拉多泉，这些卫星地面控制站，同时监控GPS卫星的运作状态及它们在太空中的精确位置，主地面控制站更负责传送卫星瞬时常数(EphemerasConstant)及时脉偏差(ClockOffsets)的修正量，再由卫星将这些修正量提供给GPS接收器做为定位运用。1.3、全球定位系统发展GPS系统原是美国国防部为其星球大战计划投资100多亿美元而建立的。其作用是为美军方在全球的舰船、飞机导
7、航并指挥陆军作战。在海湾战争中，涌现了大量高科技装备，而GPS全球定位系统则是使用最广泛的一种。人们普遍认为是GPS技术在整个海湾战争中充分显示了威力，起了至关重要的作用，从而赢得了战争的胜利。GPS全球定位系统是一项工程浩繁、耗资巨大的工程，被称为继阿波罗飞船登月、航天飞机之后的第三大空间工程。海湾战争期间，GPS系统尚未完全建成，初步使用已显神威。随着1993年GPS太空卫星网的完全建成，其应用领域不断扩大。而且美国1994年宣布在10年内向全世界免费提供GPS全球定位系统的使用权。使世界各国都在争相利用这一系统。前苏联早在1982年就开始建立自己的全球卫星定位系统。后来，俄罗斯继续执行这
8、一系统工程计划，到1995年已完成建成。目前这套全球卫星导航系统只由俄罗斯控制使用，未向全世界提供服务。欧洲联盟考虑到全球卫星定位导航系统的应用前景，也打算建立他们自己的全球卫星定位导航系统。目前德俄已联合生产了可以同时接收美国GPS和俄国Glonass信号的卫星定位接收器。当前世界各国对GPS全球定位系统这一高新技术都非常重视，认为其对导航定位和大地勘测技术是一场革命，其民用潜力相当大，经济效益相当可观。GPS全球定位系统这一全新的现代定位方法已全面取代常规光学和电子仪器，与现代通讯和计算机技术相结合，以同时测定三维坐标的方法将测量定位技术扩展到海洋和外层空间，同时从定点扩展到区域，从静态扩
9、展到动态，精度达到毫米级，从而大大拓宽了应用范围，在地球物理学、气象、海洋、交通等领域获得了广泛运用。1.4、GPS全球定位系统现状GPS全球定位系统(GlobalPositionSystem),硬件是由环球通讯卫星和接收装置组成，基于卫星的无线电导航定位系统，为用户提供精密的三维坐标、导航与时间信息。随着地球的数字化进程，微电子技术和GIS技术获得重大进展，卫星导航、定位的理论已趋成熟，同时各个领域都需要掌握对空间资料的处理和利用的基本技术，GPS将作为通用设备越来越多地应用于科研和民用领域。1.5、GPS系统的应用1.5.1、在科学研究方面：利用GPS的观测精度（毫米级）和时空分辨率监测地
10、球的动态变化，从而剖析地球内部和地壳、大气层、海洋等的变化情况；同时利用卫星轨道的测定和影响参数的分析可对地球引力系数，自转、潮汐、大气、电离层等参数进行研究。GPS系统的广泛应用大大推进了地球科学及地震、气象、海洋等各相关科学的发展。目前中国首期地壳运动观测GPS网络工程已经完成。国家地震局、总参测绘局和科学院等部门联合在全国各地建立了25个连续观测基准站、56个定期复测基准站和1000多个不定期复测站，通过对大地板块进行以毫米/年为单位的长期测量，分析地壳运动规律，从而开展地震预报、大地测量和国防等方面的研究工作。1.5.2、在政府管理和民用领域：GPS的导航和动态定位测量等功能得到广泛应
11、用。如在针对各类灾害的预防和快速反应上，如地震、森林火灾、水灾等，可以快速确定发灾地点、受灾范围和灾情的发展趋势。在交通、环保、城市规划、水利和旅游等方面GPS获得了广泛的运用。1.6、全球定位系统的精度能尽管拥有高精度的原子钟，定位过程中仍旧潜伏着一些误差。SelectiveAvailability（SA）是美国国防部为非军方GPS用户提供的程序，出于安全方面的考虑，它把定位精度略微降低了一些。当SA起作用时，你的定位的精度在50m100m之间。即使没有SA,其他一些误差也是要考虑的。最明显的误差是由于地球电离层的变化引起的，它们对GPS的无线电波的速度有影响。另外一个引起误差的原因是大气中
12、的水蒸汽。不过这些误差都是极小的。GPS的精度可通过DGPS功能来提高，它是指你的接收器可以接收邻近的GPS接收器的信号的功。1.7、GPS卫星现代化的提出和内涵GPS现代化的体法是1999年1月25日美国副总统以文告的形式发表的。文告只提出了几项民用GPS导航技术的改进和发展，但其整个GPS现代化实质是要加强GPS对美军现代化战争中的支撑和保持全球民用导航领域中的领导地位。随后美国军方和波音公司（GPS系统主要制造商）发表的文章都阐明了他的内涵：一是保护，即GPS现代化是为了更好地保护美方和友好方的使用，要发展军码和强化军码的保密性能，加强抗干扰能力；二是阻止：即阻扰敌对方的使用，施加干扰，
13、施加SA，AS等；三是保持，即是保持在有威胁地区以外的民用用户有更精确更安全的使用。目前在轨道上的28颗卫星运行正常。其中的26颗是属于GPSBLOCKIIA型，预计可以再正常运行2年，至2002年初，即由原计划的5年寿命延长到10.6年，其中的两颗BLOCKIIR型号的GPS卫星正在轨道上正常运行，其中的一颗是1999年10月7日才发射的。最新型的BLOCKIF以有六颗进入了工厂生产线，其中的第一、第二颗计划在今年发射。1.8、GPS现代化计划的进程安排1.8.1、GPS现代化第一阶段发射12颗改进型的GPSBLOCKIIR型卫星，它们具有一些新的功能。既能发射第二民用码，即在L2上加载CA
14、码；在L1和L2上播发P(Y)码的同时，在这两个频率上还试验性的同时加载新的军码(M码)；IIR型的信号发射功率，不论在民用通道还是军用通道上都有很大提高。1.8.2、GPS现代化第二阶段发射6颗GPSBLOCKIF(“IFLite”)。GPSBLOCKIF型卫星除了有上面提到的GPSBLOCKIR型卫星的功能外，还进一步强化发射M码的功率和增加发射第三民用频率，即L5频道。GPSIF型卫星的第一颗的发射不迟于2005年。到2008年在空中运行的GPS卫星中，至少有18颗IF型卫星，以保证M码的全球覆盖。到2016年GPS卫星系统应全部以IIF卫星运行，共计24+3颗。1.8.3、GPS现代化
15、计划的第三阶段发射的GPSBLOCKIII型卫星，在2003年前完成代号为GPSIII的GPS完全现代化计划设计工作。目前正在研究未来GPS卫星导航的需求，讨论制定GPSIII型卫星系统结构，系统安全性、可靠程度和各种可能的风险，计划在2008年要发射GPSI的第一颗实验卫星。计划用近20年的时间完成GPSI计划，取代目前的GPSI。1.9、地面监控系统对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历描述卫星运动及其轨道的的参数算得的。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
16、测和控制。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一GPS时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的时间，求出钟差。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工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。全球卫星导航系统拥有军用和民用两种功能。目前，世界上卫星导航定位系统有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、我国的北斗卫星导航定位系统以及欧洲在建的Galileo系统。每个系统都有着各自的应用特点。上世纪70年代,美国和俄罗斯在开发GPS和GLONASS?时，更在意的是这种存在的军事用途。随着美国GPS在民用方面的出色表现,全球卫星导航系统的商业价值逐渐被重新认识，到2005年全球GPS市场已经达到310亿美元，其中55%的份额在美国国外。而俄罗斯的GLONASS由于缺少经费,目前在轨星只有6颗可用,不能独立组网，只能与GPS联合使用。欧盟在2000年初开始建造民用的“伽利略”全球
