GPS的发展史，及GPS测量原理、GPS测量方法

一.GPS定义和历史

1.定义

全球定位系统GPS（GlobalPositionSystem）,是一种可以授时测距的空间交会定点导航系统，可以为全球用户提供连续的导航系统.实时.高精度三维位置、三维速度和时间信息。

2.GPS产生与发展-由TRANSIT到GPS

(1)1957年10月，人造地球卫星上天，天基电子导航应运而生。`

(2)1964年，美国建成了子午卫星导航定位系统(TRANSIT)。

(3)美国从1973年开始筹建全球定位系统，1994年全部建成投入使用。

GPS起初主要用于军事目的。如为陆海空三军提供实时服务。.全天候、全球导航服务，用于情报收集.核爆监测.在应急通信和爆破定位等方面。GPS系统进入试验和实用阶段，定位技术的高度自动化、高精度和巨大潜力引起了各国政府的广泛关注，也引起了广大测量工作者的极大兴趣。特别是近年来，GPS应用基础定位技术的研究.新应用领域的发展.软硬件开发等方面取得了快速发展。

二.GPS系统的组成

1.空间卫星部分。

21颗工作卫星和3颗备用卫星。

2.地面控制部分。

它由一个主控站、五个监控站和三个注入站组成。

3.用户接收部分。

GPS接收机的基本类型分为导航型和大地型。大地型接收机分为单频型。（L1）和双频型（L1，L2）。

GPS 系统组成

GPS 空间卫星部分

GPS 地面控制部分 

导航型 GPS 接收机

大地型 GPS 接收机

三.GPS测量定位方法分类（GPS测量方法）

GPS定位方法可分为静态定位和动态定位，可分为定位和相对定位。

静态定位，即在定位过程中，接收天线（观测站）的位置相对于周围地点处于静态状态；动态定位正好相反，即在定位过程中，接收天线处于运动状态，定位结果不断变化。

定位，又称单点定位，是利用单点定位GPS独立确定用户接收机天线（观测站）WGS-84坐标系中的位置。相对定位在于。WGS-84坐标系确定收机天线（观测站）与地面参考点之间的相对位置，或两个观测站之间的相对位置。

各种定位方法也可以有不同的组合，如静态定位.静态相对定位.动态定位.动态相对定位等。.静态相对定位和动态相对定位是测绘领域应用比较广泛的领域。

根据相对定位数据，可分为后处理定位和实时动态定位（RTK），其中，后处理定位可分为静态（相对）定位和动态（相对）定位。

四.GPS测量定位原理（   GPS测量原理）   

1.GPS测量   定位原理  

利用GPS定位的基本原理如下：GPS基于卫星与用户接收机天线之间的几何距离观测，根据卫星的瞬时坐标（XS,YS,ZS），确定用户接收机天线对应的点，即观测站的位置。

设置接收机天线的相位坐标为（X,Y,Z），则有：

卫星的瞬时坐标（XS,YS,ZS）可以根据导航电文获得，所以公式中只有X.Y.Z三个未知量，只要同时接收三个未知量，GPS卫星，可以解决测试站坐标（X,Y,Z）。可以看出，GPS单点定位的本质是空间距离的后方交会。

GPS 定位图

2.GPS测量相对定位原理

GPS相对定位，又称差分GPS定位，就是现在GPS定位中精度很高的定位方法之一。其基本定位原理如图7-22所示，使用两台GPS用户接收器分别放置在基线两端，同步观察相同的GPS确定基线端点(测量站点)在卫星上WGS-84坐标系中的相对位置或基线向量。

GPS 相对定位图

五.GPS测量   后处理定位方法  

相对定位模式目前广泛应用于工程中。后处理定位方法有：静态定位和动态定位。

1.GPS测量   静态相对定位  

（1）方法

将几台GPS接收器放置在基线端点上，保持固定，同步观察4颗以上卫星。可观察几个时间段，每个时间段观察10分钟到1小时左右。然后，将观测数据输入计算机，通过软件解算各点坐标。

（2）用途

它是精度很高的工作模式。主要用于大地测量。.控制测量.变形测量.工程测量。

（3）精度

可达到（2-5mm+1ppm）

2.GPS测量   动态相对定位  

（1）方法

首先建立一个基准站，并将接收器放置在上面连续观察可见卫星。先静止观察几分钟后，另一台接收器在其他点依次观察几秒钟。然后，将观测数据输入计算机，通过软件解算各点坐标。动态相对定位的操作范围一般不大于15km。

（2）用途

适用于精度要求低的碎片测量。

（3）精度

可达到（10-20mm+1ppm）

左：静态相对定位模式　　　　 右：动态相对定位模式 

六.GPS测量   实时动态定位（  RTK）方法

1.RTK工作原理及方法

与动态相对定位方法相比，定位模式相同，只需在基准站和移动站之间增加一套数据链，实现各点坐标的实时计算.实时输出。

RTK 定位图

2.RTK用途

适用于精度要求低的施工放样和碎片测量。

3.作业范围

目前一般为10km左右。

4.精度

可达到（10-20mm+1ppm）

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