GPS定位原理及應用簡介
重點：GPS 的基本概念和系統組成； GPS 基本定位原理。
難點：GPS 定位方法分類中絕對定位和相對定位、靜态定位和動态定位的概念及用途。
一、GPS的定義及曆史
1、定義
全球定位系統 GPS （ Global Position System ） , 是一種可以授時和測距的空間交會定點的導航系統 , 可向全球用戶提供連續、實時、高精度的三維位置，三維速度和時間信息。
2、GPS 的産生與發展——由 TRANSIT 到 GPS
（1）1957 年 10 月第一顆人造地球衛星上天，天基電子導航應運而生。 `
（2）美國 1964 年建成子午衛星導航定位系統 (TRANSIT) 。
（3）美國從 1973 年開始籌建全球定位系統， 1994 年全部建成，投入使用。
GPS 的研制最初主要用于軍事目的。如為陸海空三軍提供實時、全天候和全球性的導航服務，并用于情報收集、核爆監測、應急通訊和爆破定位等方面。随着 GPS 系統步入試驗和實用階段，其定位技術的高度自動化及所達到的高精度和巨大的潛力，引起了各國政府的普遍關注，同時引起了廣大測量工作者的極大興趣。特别是近幾年來， GPS 定位技術在應用基礎的研究、新應用領域的開拓、軟硬件的開發等方面都取得了迅速發展。
二、GPS 系統的組成
1、空間衛星部分。由 21 顆工作衛星和 3 顆備用衛星。
2、地面控制部分。其由 1 個主控站， 5 個監控站和 3 個注入站組成。
3、用戶接收機部分。
GPS 接收機的基本類型分導航型和大地型。大地型接收機又分單頻型（ L1 ）和雙頻型（ L1 ， L2 ）。
三、GPS 定位方法分類
GPS 的定位方法，若按用戶接收機天線在測量中所處的狀态來分，可分為靜态定位和動态定位；若按定位的結果來分，可分為絕對定位和相對定位。
靜态定位，即在定位過程中，接收機天線（觀測站）的位置相對于周圍地面點而言，處于靜止狀态；而動态定位則正好相反，即在定位過程中，接收機天線處于運動狀态，定位結果是連續變化的。
絕對定位亦稱單點定位，是利用 GPS 獨立确定用戶接收機天線（觀測站）在 WGS-84 坐标系中的絕對位置。相對定位則是在 WGS-84 坐标系中确定收機天線（觀測站）與某一地面參考點之間的相對位置，或兩觀測站之間相對位置的方法。
各種定位方法還可有不同的組合，如靜态絕對定位、靜态相對定位、動态絕對定位、動态相對定位等。目前工程、測繪領域，應用最廣泛的是靜态相對定位和動态相對定位。
按相對定位的數據解算，是否具有實時性，又可将其分為後處理定位和實時動态定位（ RTK ），其中，後處理定位又可分為靜态（相對）定位和動态（相對）定位。
四、GPS 定位原理
1、絕對定位原理
利用 GPS 進行絕對定位的基本原理為：以 GPS 衛星與用戶接收機天線之間的幾何距離觀測量
為基礎，并根據衛星的瞬時坐标（ XS ,YS ,ZS ），以确定用戶接收機天線所對應的點位，即觀測站的位置。設接收機天線的相位中心坐标為（ X,Y,Z ），則有：
衛星的瞬時坐标（ XS ,YS ,ZS ）可根據導航電文獲得，所以式中隻有 X 、 Y 、 Z 三個未知量，隻要同時接收 3 顆 GPS 衛星，就能解出測站點坐标（ X,Y,Z ）。可以看出， GPS 單點定位的實質就是空間距離的後方交會。
GPS 絕對定位圖
2、相對定位原理
GPS 相對定位，亦稱差分 GPS 定位，是目前 GPS 定位中精度最高的一種定位方法。其基本定位原理為：如圖 7-22 所示，用兩台 GPS 用戶接收機分别安置在基線的兩端，并同步觀測相同的 GPS 衛星，以确定基線端點（測站點）在 WGS-84 坐标系中的相對位置或稱基線向量。
五、GPS 的後處理定位方法
目前在工程中，廣泛應用的是相對定位模式。其後處理定位方法有：靜态定位和動态定位。
1、靜态相對定位
（1）方法
将幾台 GPS 接收機安置在基線端點上，保持固定不動，同步觀測 4 顆以上衛星。可觀測數個時段，每時段觀測十幾分鐘至1小時左右。最後将觀測數據輸入計算機，經軟件解算得各點坐标。
（2）用途
是精度最高的作業模式。主要用于大地測量、控制測量、 變形測量、工程測量。
（3）精度
可達到（ 5mm +1ppm ）
2、動态相對定位
（1）方法
先建立一個基準站，并在其上安置接收機連續觀測可見衛星，另一台接收機在第 1 點靜止觀測數分鐘後，在其他點依次觀測數秒。最後将觀測數據輸入計算機，經軟件解算得各點坐标。動态相對定位的作業範圍一般不能超過 15km 。
（2）用途
适用于精度要求不高的碎部測量。
（3）精度
可達到（ 10-20mm +1ppm ）
六、GPS 實時動态定位（ RTK ）方法
1、RTK 工作原理及方法
與動态相對定位方法相比，定位模式相同，僅要在基準站和流動站間增加一套數據鍊，實現各點坐标的實時計算、實時輸出。
2、RTK 用途
适用于精度要求不高的施工放樣及碎部測量。
3、作業範圍
目前一般為 10km 左右。
4、精度
可達到（ 10-20mm +1ppm ）
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