1 卫星定位系统技术内容简介
1.1 GPS技术系统简介
GPS(Global Positioning System),一般译为"全球卫星定位系统",是美国国防部安排部署的,其首要的任务是为美军及其盟军提供全球范围内不间断的定位、导航等数据。其次,也为民用、商用提供定位、导航、测速、授时等数据服务。GPS能为全球任意地点、任意多个用户同时提供高精度、全天候、连续、实时的三维定位、三维测速和时间基准。由于这一系统在定位、导航、测速、授时等方面的高效率、高精度、多功能、易移动、低价格,因此它在地球科学中应用广泛。
GPS系统包括GPS卫星、GPS监控站,以及用户接收设备和GPS应用软件等部分。GPS系统目前共有24颗卫星分布在6条固定的轨道上,绕地球运行。轨道距地面约20400km,每颗星以12h为周期,连续向地面发送关于时间和自身位置的精确信息。
由于地球上任一点到卫星的距离不等,且都有一组相对应的比较确定的数据,因此在实际应用中在用手持接收器于测式点接收到这一组数据信号时,即可用这组数据到达的时间差来计算该点相对卫星的距离,并以此来确定该点的相对位置,从而达到定位的目的。根据计算公式,定位有二维和三维之分,二维定位至少需要接收三颗卫星的星历;而三维定位至少要接收四颗卫星的星历。
由于手持接收器可以提供精度在25米以内的定位信息和误差在5m/s以内的速度信息,因而有些过于精确,为了保障军事上的安全,美国政府对GPS卫星采取了SA(Selective Availability)的技术进行处理,即对卫星向地面发送的星历信号进行随机干扰,使其精度降到了100米。但这又不能满足一些精度要求比较高的应用,于是又采用了一种称为DGPS(Differential GPS)的技术进行弥补。使其精度经校正能达到50M左右。
美国政府为了军事和政治的目的,同时为了商业利益,根据国际形势的发展,近几年来一直在调整其GPS政策,其中最主要的是SA政策拟将提前终止执行。1996年3月底,美国副总统戈尔宣布,"美国将在十年内中止执行SA政策,并向用户继续免费提供标准定位服务(GPS)",这是美国政府重大的政策改变。美国军方最近认为,随着美国利用GPS精码定位(DPS)精度和抗干扰能力的提高,这一终止时间可能会提前。取消SA,民间用户使用的C/A码空中信号精度将得到显著的实质上的改善,用户实时单点定位精度将从现在的50M提高到20M左右。