来源：现代电子技术 作者：潘永才 鲁启华 田茂

    1 gps的基本介绍

    gps(global positioning system，全球定位系统)是美国从20世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统[1]。其地面监控系统的原理框图如图1所示。

    1．1 gps定位原理

    gps定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。如图2所示，假设t时刻在地面待测点上安置gps接收机，可以测定gps信号到达接收机的时间t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其他数据可以确定以下4个方程式：

    上述4个方程式中待测点坐标x，y，z和vt0为未知参数，其中di=cti(i=1，2，3，4)。di(i=1，2，3，4)分别为卫星1，卫星2，卫星3，卫星4到接收机之间的距离。ti(i=1，2，3，4)分别为卫星1，卫星2，卫星3，卫星4的信号到达接收机所经历的时间。c为gps信号的传播速度(即光速)。

    4个方程式中各个参数意义如下：

   &nbs，y，z为待测点坐标的空间直角坐标。

   &nbsi，yi，zi(i=1，2，3，4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得。vti(i=1，2，3，4)分别为卫星1，卫星2，卫星3，卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。vt0为接收机的钟差。

    由以上4个方程即可解算出待测点的坐标x，y，z和接收机的钟差vt0。

    目前gps系统提供的定位精度低于10m，而为得到更高的定位精度，通常采用差分gps技术：将一台gps接收机安置在基准站上进行观测。根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行gps观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。

    1．2 gps主要用途

    gps性能优异，应用范围极广。可以说，凡是需要导航和定位的部门，都可以采用gps。gps的建成和应用，是导航技术的一场革命，影响深远。其主要用途有：

    (1)导航定位应用

    gps是空中、海洋和陆地导航定位最先进、最理想的技术。他可以为飞机、舰船、车辆、坦克、炮兵、陆军部队和空降兵提供全天候连续导航定位。他是航天飞机和载人飞船最理想的制导、导航系统。为其起飞、在轨运行和再入过程连续服务。

    (2)精密定位应用

    应用gps载波相位测量技术，可以精确地测定两点间的相对位置，为大地测量、海洋测量、航空摄影测量和地球动力学测量提供了高精度、现代化的测量手段。gps已广泛应用于建立准确的大地基准、大地控制网和地壳运动监测网等。

    (3)精密授时、大气研究

    gps用户接收机通过对gps卫星的观测，可获得准确gps时。gps时与utc时是同步的，因此gps亦是当今精度最高的全球授时系统。一般接收机测时精度为100 ns；专用定时接收机可获得更高的精度，用于远距离时间同步可达ns级。由于utc时有跳秒，故gps时与utc时有已知的整数秒差。利用gps测定的电离层延迟和多普勒频移延迟，可用来研究电离层的电子积分浓度、折射系数、电子浓度随高度的分布，以及上述电离层参量在时间和空间上的相关性等。

    (4)为武器精确制导

    应用gps／ins组合制导系统时，gps不断修正导弹飞行中惯性导航误差，提高制导精度，增强武器的"精确打击"能力。在海湾战争中，gps为提高武器的命中精度，发挥了巨大作用，故被称为"效益倍增器"。

    (5)航天与武器试验中的应用

    gps在各类航天器定轨和导弹、常规武器试验中有着广泛的应用。gps可为各类卫星测定精密轨道。用差分gps完成飞船的交会和对接。在武器试验中，应用gps可精确测定弹道。他具有不受天气条件、发射场区、射向、射程和发射窗口的限制；可实现连续、全程跟踪测量