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GPS系统的组成及其测量特征 　　摘 要：介绍了GPS系统的组成及各部分在定位过程中的作用，并阐述了GPS系统用于工程测量的主要特点：定位精度高、观测站之间无需通视、测量结果可提供三维坐标资料、观测时间短、仪器操作简便、不受气候条件制约。 　　关键词：GPS 过程测量 测量精度 测量效率 　　中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1003-9082 （2013） 11-0014-01 　　一、引言 　　工程测量是工程建设项目实施的排头兵，随着人类科技的进步，工程建设项目的规模越来越大，建设范围越来越广阔：超高层建筑物、绵延数千公里的公路及铁路、海底隧道等建设项目的不断出现给工程测量带来了巨大的发展机遇和挑战。自1730年英国机械师西森首先研制了经纬仪后，测量工具的发展进入了现代化时代：罗盘仪、电子经纬仪、电子水准仪、光电测距仪、全站仪、GPS全球定位系统相继在20世纪问世。测量工具的更新极大的促进了工程测量的发展，为更大范围、更高精度以及更高效率的测量提供了条件。尤其是GPS技术在工程测量领域的应用，极大的提高了测量效率。 　　二、GPS系统的组成及作用 　　GPS的全称是Global Positioning System（全球定位系统）的简称。GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。20世纪80年代以后GPS技术被逐步应用到工程测量领域。GPS全球定位系统，包括下列三大部分： 　　（1）空间部分-GPS卫星星座。它由24颗工作卫星和3颗试验卫星组成。卫星分布在6个轨道面内，每个轨道面上分布4颗卫星。卫星轨道面相对地球赤道面的倾角约为550，各轨道平面升交点的赤经相差600。在相邻轨道上，卫星的升交距角相差300。轨道平均高度为20200km，卫星运行周期为11小时58分。因此，在同一观测站，每天出现的卫星分布图形相同。GPS系统卫星在空间的分布特点，保障了在地球上任何地点、任何时刻至少可以同时观测到4颗卫星，仅仅当GPS卫星空间图形结构比较差时，系统定位精度有所降低。在GPS系统中，其空间部分主要担负以下任务：第一，向GPS用户连续不断地发送导航定位信号，并用导航电文的方式，报告自己的现势位置以及其它在轨卫星的概略位置。第二，卫星在飞越地面注入站时，接收由地面注入站用S波段（10cm波段）发送的导航电文和其它有关信息，并以导航定位信号的方式发送给GPS用户。第三，接收地面主控站通过注入站发送的调度命令，籍此改变卫星运行参数、启用备用时钟等。 　　（2）地面监控系统。GPS系统的地面监控部分，主要由分布在全球的5个地面站组成，其中包括卫星主控站、监测站和信息注入站。第一，主控站。地面设主控站一个，主要协调和管理地面监控系统。GPS定位系统工作属于被动定位，定位的精度在于高稳定的频率标准，因此，各监测站和GPS卫星的时钟均与主控站的原子钟同步，如存在时差，则需把信息编入导航电文，发送给用户；同时，主控站推算、编制GPS卫星的星历和大气层的修正系数等定位参数，并传送到注入站，再通过导航电文发送给GPS用户。第二，监测站。地面设监测站五个，用于自动接收GPS卫星发送的导航电文信息，采集资料后，经过计算机初步处理，并存储和传送到主控站，用以确定卫星的运行轨道。第三，注入站。地面注入站现有三个，主要任务是在主控站的控制下，将主控站推算和编制的卫星星历、时差、导航电文和其它控制指令等，发送到GPS卫星。 　　（3）GPS信号接收机。用户部分即GPS信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的信号后，就可测量出接收天线至卫星的离和距离的变化率，解调出参数等数据。根据这些数据，中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS 数据的后处理构成完整的GPS 用户设备。接收机的结构分为单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内自动充电。关机后机内电池为供电，以防止数据丢失。 　　三、GPS用于工程测量的特点 　　随着GPS定位技术的发展，其应用领域在不断拓宽。在工程测量方面，GPS定位技术以其高度自动化及较高的定位精度，广泛应用在大地测量、工程测量、地籍测量、航空摄影测量等领域。相对于传统工程测量技术而言，GPS定位技术主要特点如下： 　　（1）定位精度高。GPS定位系统包含标准定位服务（SPS）和精密定位服务（PPs）两种服务。预定的SPS精度为水平位置100m，垂直位置14Om。在取消了SA政策后，单点定位精度可达14m左右，而GPS静态基线相对定位的精度