GPS全稱為“Global Positioning System”，中文意思為“全球定位系統(tǒng)”，是一種以人造地球衛(wèi)星為基礎(chǔ)的高精度無線電導(dǎo)航的定位系統(tǒng)，它在全球任何地方以及近地空間都能夠提供準(zhǔn)確的地理位置、車行速度及精確的時間信息；它是具有在海、陸、空進行全方位實時三維導(dǎo)航與定位功能的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。

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本教程操作環(huán)境：windows7系統(tǒng)、Dell G3電腦。

全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)，是一種以人造地球衛(wèi)星為基礎(chǔ)的高精度無線電導(dǎo)航的定位系統(tǒng)，它在全球任何地方以及近地空間都能夠提供準(zhǔn)確的地理位置、車行速度及精確的時間信息。

GPS自問世以來，就以其高精度、全天候、全球覆蓋、方便靈活吸引了眾多用戶。

GPS不僅是汽車的守護神，同時也是物流行業(yè)管理的智多星。隨著物流業(yè)的快速發(fā)展，GPS有著舉足輕重的作用，成為繼汽車市場后的第二大主要消費群體。

GPS是美國從20世紀(jì)70年代開始研制，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進行全方位實時三維導(dǎo)航與定位功能的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。經(jīng)近10年我國測繪等部門的使用表明，GPS以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，贏得了廣大測繪工作者的信賴，并成功地應(yīng)用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導(dǎo)航和管制、地殼運動監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、資源勘察、地球動力學(xué)等多種學(xué)科中，從而給測繪領(lǐng)域帶來了一場深刻的技術(shù)革命 。

GPS是美國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。它是在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗。按目前的方案，GPS的空間部分使用24顆高度約2.02萬千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。24顆衛(wèi)星均為近圓形軌道，運行周期約為11小時58分，分布在6個軌道面上（每軌道面4顆），軌道傾角為55度。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到4顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形。這就提供了在時間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰Α?/p>

GPS主要由三大組成部分：空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶設(shè)備部分。GPS系統(tǒng)具有高精度、全天候、使用廣泛等特點。

定位原理

GPS定位包括偽距單點定位、載波相位定位和實時差分定位。

1．偽距測量及偽距單點定位

偽距測量就是測定衛(wèi)星到接收機的距離，即由衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達(dá)GPS接收機的傳播時間乘以光速所得的距離。偽距法單點定位，就是利用GPS接收機在某一時刻測定與4顆以上GPS衛(wèi)星的偽距，及從衛(wèi)星導(dǎo)航電文中獲得的衛(wèi)星瞬時坐標(biāo)，采用距離交會法求出天線在WGS-84坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。

2．載波相位測量及載波相位定位

載波相位測量是測定GPS衛(wèi)星載波信號到接收機天線之間的相位延遲。GPS衛(wèi)星載波上調(diào)制了測距碼和導(dǎo)航電文，接收機接收到衛(wèi)星信號后，先將載波上的測距碼和衛(wèi)星電文去掉，重新獲得載波，稱為重建載波。GPS接收機將衛(wèi)星重建載波與接收機內(nèi)由振蕩器產(chǎn)生的本振信號通過相位計比相，即可得到相位差。

3．實時差分定位

GPS實時差分定位的原理是在已有的精確地心坐標(biāo)點上安放GPS接收機（稱為基準(zhǔn)站），利用已知的地心坐標(biāo)和星歷計算GPS觀測值的校正值，并通過無線電通信設(shè)備（稱為數(shù)據(jù)鏈）將校正值發(fā)送給運動中的GPS接收機（稱為流動站）。流動站利用校正值對自己的GPS觀測值進行修正，以消除上述誤差，從而提高實時定位精度。GPS動態(tài)差分方法有多種，主要有位置差分、偽距差分( RTD)、載波相位實時差分(RTK)和廣域差分等。

GPS特點

GPS是目前成用最為成功的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，被譽為人類定位技術(shù)的一個里程碑。歸納起來，系統(tǒng)具有以下特點：

(1)全球，全天候連續(xù)不斷的導(dǎo)航定位能力。GPS能為全球任何地點或近地空間的各類用戶提供連續(xù)的、全天候的導(dǎo)航定位能力，用戶不用發(fā)射信號，因而能滿足多用戶使用。

(2)實時導(dǎo)航，定位精度高，觀測時間短。利用GPS定位時，在1s內(nèi)可以取得幾次位置數(shù)據(jù)，這種近乎實時的導(dǎo)航能力對于高動態(tài)用戶具有很大的意義，同時能為用戶提供連續(xù)的三維位置、三維速度和精確的時間信息。目前利用C/A碼的實時定位精度可達(dá)20-50m，速度精度為0.1m/s，利用特殊處理可達(dá)0.005m/s，相對定位精度可達(dá)毫米級。

隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善和軟件的不斷更新，目前20km以內(nèi)相對靜態(tài)定位僅需15-20min，快速靜態(tài)相對定位測量時，當(dāng)每個流動站與基準(zhǔn)站相距在15km以內(nèi)時，流動站觀測時間只需1-2min，然后可隨時定位，每站觀測只需幾秒。

(3)測站無需通視：GPS測量只要求測站上空開闊，不要求測站之間互相通視，因此可節(jié)省大量的造標(biāo)費用（一般造標(biāo)費用占總經(jīng)費的30%、50%）。由于無需點間通視，點位位置可根據(jù)需要可疏可密，這樣就使得選點工作變得非常靈活，也可省去經(jīng)典測量中的傳算點、過渡點的測量工作。

(4)可提供全球統(tǒng)一的三維地心坐標(biāo)：GPS測量可同時精確測定測站平面位置和大地高程。目前GPS水準(zhǔn)可滿足四等水準(zhǔn)測量的精度，另外，GPS定位是在全球統(tǒng)一的WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)中計算的，因此全球不同地點的測量成果是相互關(guān)聯(lián)的。

(5)儀器操作簡便：隨著GPS接收機的不斷改進，GPS測量的自動化程度越來越高。在觀測巾測量員只需安置儀器，連接電纜線，量取天線高，監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)，而其他觀測工作，如衛(wèi)星的捕扶，跟蹤觀測和記錄等均由儀器自動完成，結(jié)束測量時，僅需關(guān)閉電源，收好接收機，便完成了野外數(shù)據(jù)采集任務(wù)。

如果往一個測站上需做長時間的連續(xù)觀測，還可以通過數(shù)據(jù)通信方式將所采集的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理中心，實現(xiàn)全自動化的數(shù)據(jù)采集與處理。另外，接收機的體積也越來越小，相應(yīng)的重量也越來越輕，極大地減輕測量作者的勞動強度，使野外工作變得更為輕松 。

(6)抗干擾能力強、保密性好：GPS采用擴頻技術(shù)和偽碼技術(shù)，用戶只需接收GPS信號，自身不會發(fā)射信號，出而不會受到外界其他信號源的干擾。

(7)功能多、應(yīng)用廣泛：GPS是軍、民兩用系統(tǒng)，其應(yīng)用范圍十分廣泛。具體的應(yīng)用實例包括：汽車導(dǎo)航和交通管理、巡線車輛管理、道路工程、個人定位以及導(dǎo)航儀等。