GPS全球定位系统的发展与应用

1、毕业设计论文毕业设计论文 GPS 全球定位系统的发展与应用全球定位系统的发展与应用 学 生 姓 名： 宋清涛 指导教师： 李妍 专业名称： 船舶电子设备与通讯 学校名称： 渤海船院 2012 年 5 月 目目 录录 目目 录录.1 摘摘 要要.2 ABSTRACT .3 1 引引 言言.4 1.1 GPS 技术发展现状.4 1.2 GPS 技术在海上测量中的应用前景.6 2 GPS_RTK 的技术介绍的技术介绍.7 2.1 静态(GPS)定位技术简介.7 2.1.1 GPS 构成.7 2.1.2 GPS 定位原理.8 2.1.3 GPS 的优缺点.9 2.2 实时动态(RTK)定位技术简介.1

2、1 2.2.2 动态定位.12 2.2.3 RTK 技术的优缺点.12 3 GPS 测量在测量在海上与陆地海上与陆地的应用的应用.13 3.1 绘制大比例尺地形图.13 3.2 工程控制测量.14 3.3 GPS 相对于其它导航与定位系统的特点.14 3.4 全球 GPS 市场预测.15 4 结束语结束语.16 致致谢谢.1 17 7 参考文献参考文献.18 摘摘 要要 GPS 技术应用于工程测量是一项重大技术革命，其应用及开发的前景十分 广阔。尤其是静态（GPS）及实时动态(RTK)定位技术在公路测量中蕴含着巨大 的技术潜力，本文主要介绍了 GPS 及 RTK 技术在公路测量中的应用及其对公

3、路 勘测的巨大推进作用。 关键词：关键词：GPS，RTK AbstractAbstract GPS technology is applied in engineering measurement is a major technology revolution, its application and development prospect especially static (GPS) and real-time dynamic (RTK) positioning technique in highway measurement containing enormous potential

4、 of the technology, this paper mainly introduces the GPS and RTK technology and its application in the measurement of the highway of highway survey of the great propellant effect KeyKey words:words: GPS，RTK 1 1 引言引言 1.11.1 GPSGPS 技术发展现状技术发展现状 GPS 起初是美国国防部为军事目的而建立起来的，旨在彻底解决海上、空中 和陆地运输的导航和定位问题。它的全称为“导

5、航卫星授时和测距全球定位系 统”(Navigation Satellite Timing And Ranging /Global Positioning System)，简称为 GPS。其含义是利用导航卫星进行测时和测距，构成全球定位 系统。随着信息技术的发展, GPS 已经成为定位和导航的一种崭新的手段，它 在导航、测绘、地学、交通、农业现代化等领域得到了广泛的应用。 自古以来，人类就致力于定位和导航的研究工作。1957 年 10 月，世界上 第一颗人造地球卫星的发射成功，是人类致力于现代科学技术发展的结晶，它 使空间科学技术的发展迅速地跨入了一个崭新的时代。四十多年来，人造地球 卫星技术在

6、通信、气象、资源勘察、导航、遥感、大地测量、地球动力学、天 文学以及军事科学等众多学科领域，得到极其广泛的应用，从而推动了科学技 术的迅猛发展。 人造地球卫星的出现，首先引起了各国军事部门的高度重视。1958 年底， 美国海军武器实验室就着手建立为美国军用舰艇导航服务的卫星系统，即“海 军导航卫星系统”(Navy Navigation Satellite SystemNNSS)。在该系统中， 卫星的轨道都通过地极，故也称“子午(Transit)卫星系统”。1964 年该系统 建成，随即在美国军方启用；1967 年美国政府批准该系统解密，并提供民用。 由于该系统不受气候条件的影响，自动化程度较高

7、，且具有良好的定位精度， 所以它的出现立即引起了大地测量学者的极大关注。尤其在该系统提供民用之 后，在大地测量方面进行了大量的应用研究和实践，并取得了许多令人瞩目的 成就。它使经典的大地测量技术面临着一场重大的变革。 虽然美国“海军导航卫星系统”在导航技术的发展中具有划时代的意义， 但是由于该系统卫星数目较少(56 颗)、运行高度较低(平均约 1000km)、从地 面站观测到卫星的时间间隔较长(平均约 1.5 小时)，因而它无法提供连续地实 时三维导航。加之获得一次导航所需的时间较长，所以难以充分满足军事方面， 尤其是高动态目标(如飞机、导弹)导航的要求。而从大地测量学方面来看，由 于它定位速

8、度慢(一个测站一般平均观测 l2 天)，精度也较低(单点定位精度 3m5m，相对定位精度约为 lm)，所以该系统在大地测量学和地球动力学研究 方面的应用受到了很大的限制。 为了满足军事部门和民用部门对连续实时和三维导航的迫切要求，1973 年 美国国防部便开始组织海陆空三军，共同研究建立新一代卫星导航系统的计划。 在此之前，美国海军提出了名为“Timation”的计划，该计划采用 1218 颗卫 星组成全球定位网，卫星高度约 10000km，轨道呈圆形，周期为 8 小时，并于 1967 年 5 月 31 日和 1969 年 9 月 30 日分别发射了 Timation-1 和 Timation

9、-2 两颗试验卫星。与此同时，美国空军提出了名为“621B”计划，它采用 34 个星群覆盖全球，每个星群由 45 颗卫星组成，中间一颗采用同步定点轨道， 其余几颗用周期为 24 小时倾斜轨道。这两个计划的目标一致, 即建立全球定位 系统。但两个计划的实施方案和内容不同，各有优缺点。考虑到两个计划的各 自优缺点以及美国难于同时负担研制两套系统的庞大经费开支，1973 年美国代 理国防部长批准成立一个联合计划局，并在洛杉矶空军航天处内设立办事机构。 该办事机构的组成人员包括美国陆军、海军、海军陆战队、国防制图局、交通 部、北大西洋公约组织和澳大利亚的代表。自此正式开始了 GPS 的研究和论证 工作

10、。 在联合计划局的领导下，诞生了 GPS 方案。这个方案是由 24 颗卫星组成的实用 系统。这些卫星分布在互成 120 度的 3 个轨道平面上，每个轨道平面平均分布 8 颗卫星。这样，对于地球上任何位置，均能同时观测到 69 颗卫星。预计粗 码定位精度为 100m 左右，精码定位精度为 10m 左右。1978 年，由于压缩国防 预算，减少了对 GPS 计划的拨款，于是将实用系统的卫星数由 24 颗减为 18 颗， 并调整了卫星配置。18 颗卫星分布在互成 60 度的 6 个轨道面上，轨道面的卫 星倾角为 55 度。每个轨道面上布设 3 颗卫星，彼此相距 120 度，从一个轨道面 的卫星到下一个

11、轨道面的卫星间错动 40 度。这样的卫星配置基本上保证了地球 任何位置均能同时观测到 4 颗卫星。经过一段实验后发现，这样的卫星配置即 使全部卫星正常工作，其平均可靠度仅为 0.9969。如果卫星发生故障，将使可 靠性大大降低。因此 1990 年初又对卫星配置进行了第三次修改，最终的 GPS 方 案是由 21 颗工作卫星和 3 颗在轨备用卫星组成，卫星的轨道参数基本上与第二 方案相同。只是为了减小卫星漂移，降低对所需轨道位置保持的要求，将卫星 的高度提高了 49km，即长半轴由 26560km 提高到 26609km。这样，由每年调整 一次卫星位置变为每 7 年调整一次。 下面是 GPS 的实

12、施计划，它可以分为三个阶级： 第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从 1973 年到 1979 年，共发射了 4 颗试验卫星，研制了地面接收机及建立地面跟踪网，从硬件和软件上进行了试 验，试验结果令人满意。 第二阶段为全面研制和试验阶段。从 1979 年到 1984 年，又陆续发射了 7 颗试验卫星。这一阶段称之为 Block I。与此同时，研制了各种用途的接收机， 主要是导航型接收机，同时测地型接收机也相继问世。试验表明，GPS 的定位 精度远远超过设计标准。利用粗码的定位精度几乎提高了一个数量级，已达到 14m。 第三阶段为实用组网阶段。1989 年 2 月 4 日第一颗 GPS 工作卫星发

13、射成功， 宣告了 GPS 系统进入工程建设阶段。这种工作卫星称为 Block和 BlockA 卫 星。这两组卫星的差别是：Block卫星只能存储供 14 天用的导航电文(每天更 新三次)；BlockA 卫星增强了军事应用功能，扩大了数据存储容量； BlockA 卫星还能存储供 180 天用的导航电文，确保在特殊情况下使用 GPS 卫 星。实用型的 GPS 网,即（21+3）GPS 星座已经建成，今后将根据计划更换失效 的卫星。 相对测地定位是利用 L1 和 L2 载波相位观测值实现高精度测量，其原理是 采用载波相位测量局域差分法：在接收机之间求一次差，在接收机和卫星观测 历元之间求二次差，通过

14、两次差分计算解算出待定基线的长度；求解整周模糊 度是其关键技术，根据算法模型，设计了静态、快速静态以及 RTK 等作业模式。 静态作业模式主要用于地壳变形观测、国家大地测量、大坝变形观测等高精度 测量；快速静态测量以其高效的作业效率与厘米级精度广泛应用于一般的工程 测量；而 RTK 测量以其快速实时，厘米级精度等特点广泛应用于数据采集(如碎 部测量)与工程放样中。RTK 技术代表着 GPS 相对测地定位应用的主流。 GPS 测地型接收设备是实现测地定位的基本条件，接收机有单频与双频之 分，双频机能以 L2 观测值修正电离层折射影响，最适宜于中、长基线(大于 20km)测量，具有快速静态测量的功

15、能，可升级为 RTK 功能；单频机适宜于小于 20km 的短基线测量，对于一般工程测量具有良好的性能价格比。RTK 系统由 GPS 接收设备、无线电通讯设备、电子手薄及配套设备组成，整套设备在轻量 化、操作简便性、实时可靠性、厘米级精度等方面的特点，完全可以满足数据 采集和工程放样的要求。鉴于 GPS 系统在轨卫星数有限，在对空通视受遮挡的 条件下，不能保证正常解算，影响定位的精度和可靠性。实践表明，单频 GPS 系统由于多环境的制约，存在着很大的局限性。随着俄罗斯的全球导航卫星系 统(CLONASS)的不断完善，利用 GLONASS 来改善 GPS 性能的双星座系统 (GLONASS+GPS

16、)已由美国 Ashtech 公司研制成功，这种全天候、全地域、高精度 的系统为用户提供了更为完善的接收设备，双星座系统的接收设备 GPS 接收设 备的新水平。 1.21.2 GPSGPS 技术在海上测量中的应用前景技术在海上测量中的应用前景 由于 GPS 技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手 段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用 领域。 随着冷战结束和全球经济的蓬勃发展，美国政府宣布 2000 年至 2006 年期间， 在保证美国国家安全不受威胁的前提下，取消 SA 政策，GPS 民用信号精度在全 球范围内得到改善，利用 C/A 码进行单

17、点定位的精度由 100 米提高到 10 米，这 将进一步推动 GPS 技术的应用，提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的 生活质量，刺激 GPS 市场的增长。据有关专家预测，在美国，单单是汽车 GPS 导航系统，2000 年后的市场将达到 30 亿美元，而在我国，汽车导航的市场也 将达到 50 亿元人民币。可见，GPS 技术市场的应用前景非常可观。 2 2 GPS_RTKGPS_RTK 的技术介绍的技术介绍 2.12.1 静态静态(GPS)(GPS)定位技术简介定位技术简介 2.1.12.1.1 GPSGPS 构成构成 GPS 主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。 （1）GP

18、S 空间卫星星座由 21 颗工作卫星和 3 颗在轨备用卫星组成。24 颗 卫星均匀分布在 6 个轨道平面内，轨道平面的倾角为 55，卫星的平均高度为 20 200 km，运行周期为 11 h 58 min。卫星用 L 波段的两个无线电载波向广大 用户连续不断地发送导航定位信号，导航定位信号中含有卫星的位置信息，使 卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻，在高度角 15以 上，平均可同时观测到 6 颗卫星，最多可达到 9 颗。 （2）GPS 地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、三个注入站和五个 监测站组成。主控站根据各监 测站对 GPS 卫星的观测数据，计算各卫星的轨道 参数、

19、钟差参数等，并将这些数据编制成导航电文，传送到注入站，再由注入 站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。 （3）GPS 用户设备由 GPS 接收机、数据处理软件及其终端设备（如计算机） 等组成。GPS 接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号， 跟踪卫星的运行，并对信号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相应软件， 经基线解算、网平差，求出 GPS 接收机中心（测站点）的三维坐标。 2.1.22.1.2 GPSGPS 定位原理定位原理 GPS 系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。如图 1 示：在需要 的位置 P 点架设 GPS 接收机，在某一时刻 ti 同时接

20、收了 3 颗（A、B、C）以上 的 GPS 卫星所发出的导航电文，通过一系列数据处理和计算可求得该时刻 GPS 接收机至 GPS 卫星的距离 SAP、SBP、SCP，同样通过接收卫星星历可获得该时 刻这些卫星在空间的位置（三维坐标）。 从而用距离交会的方法求得 P 点的维坐标其数学式为： 式中（XA，YA，ZA），（XB，YB，ZB），（XC，YC，ZC）分别为卫星 A，B，C 在时刻 ti 的空间直角坐标。在 GPS 测量中通常采用两类坐标系统，一 类是在空间固定的坐标系统，另一类是与地球体相固联的坐标系统，称地固坐 标系统，我们在公路工程控制测量中常用地固坐标系统。（如：WGS-84 世界

21、大 地坐标系和 1980 年西安大地坐标系。）在实际使用中需要根据坐标系统间的转 换参数进行坐标系统的变换，来求出所使用的坐标系统的坐标。这样更有利于 表达地面控制点的位置和处理 GPS 观测成果，因此在测量中得到了广泛的应用。 图 1 2.1.32.1.3 GPSGPS 的优缺点的优缺点 从工程测量的实施应用中，我们可以充分看到 GPS 测量的优越性，充分显 示了这一卫星定位技术的高精度和高效益。 采用 GPS 技术测设方格网，比常规方法适应性更强。网形构造简单，点 的疏密和边的长短可灵活选取，即使离已知控制点较远也可以连接，并进行控 制网的定位和定向。另外，它解决了点位之间无法通视的困难，

22、选点灵活，不 需要高标，同时还可以保证外业施测不受天气影响。测设大型(长边)方格网和 通视条件特别困难时，尤其能够显示其优越性。尽管 GPS 本身在进行测量时不 受到通视条件的限制，但是，工程测量一般为小范围测量并受到工程成本的限 制。因此，在实际的工程测量中， 仍然要考虑使用全站仪、经纬仪、水准仪等 常用且投入较少的仪器。这些常用的仪器一般都需要点与点之间相互通视，特 别是在布设控制网时，点与点不能通视将会给测量工作带来较多的麻烦和困难。 特别是大型桥梁控制网中，如果点与点不通视，势必影响网的强度和精度，进 而影响到桥梁本身的精度。因此，在工程测量中布设 GPS 控制网时，必要时应 当尽量使

23、较多的点互相通视。 GPS 方格网点位精度高、误差分布均匀，不但能够满足规范要求，而且 具有较大的精度储备。 采用点位中误差作为方格网测量精度指标是可行的，它比用相对中误差 表示精度指标更为合理。 采用 GPS 方法布设大地控制网，因其图形强度系数高，能够有效地提高 点位趋近速度。网形优化比较方便。 GPS 技术以其独特而强大的功能与优点充分显示了它在该领域发展的优越 性，以及更大、更广阔的发展空间。但在该领域实际施工过程中和后续工程的 建设和监测中也暴露出了一些不足。 GPS 系统精确定位的关键就在于对卫星和接收机之间距离的准确计算， 按照固定模式：距离=速度时间，时间确定之后， 速度按电磁

24、波的传播速度 定。众所周知电磁波在真空中的传播速度很快，但大气层不是真空状态，信号 要受到电离层和对流层的重重干扰。GPS 系统只能对此进行平均计算，在某些 具体区域肯定存在误差；在大城市或山区由于高层建筑物及树木等对信号的影 响，也会导致信号的非直线传播，计算时也会引入一定的误差； 大量的工程实例证明，虽然 GPS 高程测量能够达到一定的精度，但用 GPS 施测的市政工程测量控制点，应进一步用常规仪器进行水准联测，保证高 程精度满足市政工程建设的需要。 GPS 测量中所选择的控制点位置的差异直接影响到观测点位的精度。由 于 GPS 测量是通过接收卫星发射的信号经过数据处理而得到点位坐标(包括

25、高程)的， 任何可能影响信号接收的因素出现干扰时，所测定的点位坐标都可能产生误差。 为此，在选择测量点位时应注意以下几点：(1)点位视野开阔，向上 15，视 角范围内应尽量避免有障碍物。(2)尽量远离大功率无线电发射源，间距应不小 于 400 m，远离高压输电线路，间距应不小于 200 m。(3)远离具有强烈干扰卫 星信号接收的物体，并尽量避开大面积的水域。 GPS 测量更适用于视野开阔、障碍物较少的新区建设、野外勘探定位等， 在老城区的建设中，使用 GPS 测量，或者接收不到信号，或者虽接收到信号， 但一直处于浮动状态，出现假固定或者不能固定，因此所得数据往往误差较大， 既无效率，又无精度，

26、不能显示出 GPS 测量的优越性。 GPS 测量成果与常规测量成果之间，不同型号 GPS 测量成果之间存在差 异，有时相差比较大。GPS 网在进行平差计算时，边长一般需要进行两项改正： (1) 归算至大地水准面的改正；(2) 归算到高斯投影面上的改正。二维联台平 差模型不能解决平面位置与高程位置统一的问题，而三维联台平差模型是一个 多功能的可实现平差模型转换的高级平差系统，平差得到的结果是点的三维空 间位置及其精度，这对于点位及其分量的全面分析和研究是极有利的。但在三 维联合平差时，需要地面点有相应精度要求的大地高观测值，这在某些情况下 是难以实现的。 GPS 及其相关技术是一门新兴起的技术，

27、其运用的规范标准还不够完善， 目前我国还没有颁布统一的地理信息标准，导航产品生产商大多使用自己开发 生产的电子地图，这些电子地图一般相互不兼容。另外，产品没有统一的标准 规范，产品市场没有形成标准，特别是软件产品没有形成统一的规范。这还待 有关部门进一步研究制定。 2.22.2 实时动态实时动态(RTK)(RTK)定位技术简介定位技术简介 实时动态(RTK)定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差 GPS(RTDGPS) 技术，它是 GPS 测量技术发展的一个新突破，在公路工程中有广阔的应用前景。 众所周知，无论静态定位，还是准动态定位等定位模式，由于数据处理滞后， 所以无法实时解算出定位结果

28、，而且也无法对观测数据进行检核，这就难以保 证观测数据的质量，在实际工作中经常需要返工来重测由于粗差造成的不合格 观测成果。解决这一问题的主要方法就是延长观测时间来保证测量数据的可靠 性，这样一来就降低了 GPS 测量的工作效率。 实时动态定位(RTK)系统由基准站和流动站组成，建立无线数据通讯是实时 动态测量的保证，其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一 台接收机作为参考站，对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星信 号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，随机计算机根据相 对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度。这样用户就可以 实时监测待测点的

29、数据观测质量和基线解算结果的收敛情况，根据待测点的精 度指标，确定观测时间，从而减少冗余观测，提高工作效率。 实时动态(RTK)定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式，两种定位模 式相结合，在公路工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和 GIS(地 理信息系统)前端数据采集。 2.2.12.2.1 快速静态定位模式快速静态定位模式 要求 GPS 接收机在每一流动站上，静止的进行观测。在观测过程中，同时 接收基准站和卫星的同步观测数据，实时解算整周未知数和用户站的三维坐标， 如果解算结果的变化趋于稳定，且其精度已满足设计要求，便可以结束实时观 测。一般应用在控制测量中，如控制网加密；若采

30、用常规测量方法(如全站仪测 量)，受客观因素影响较大，在自然条件比较恶劣的地区实施比较困难，而采用 RTK 快速静态测量，可起到事半功倍的效果。单点定位只需要 5-10min(随着技 术的不断发展，定位时间还会缩短)，不及静态测量所需时间的五分之一，在公 路测量中可以代替全站仪完成导线测量等控制点加密工作。 2.2.22.2.2 动态定位动态定位 测量前需要在一控制点上静止观测数分钟(有的仪器只需 210s)进行初始 化工作，之后流动站就可以按预定的采样间隔自动进行观测，并连同基准站的 同步观测数据，实时确定采样点的空间位置。目前，其定位精度可以达到厘米 级。 2.2.32.2.3 RTKRT

31、K 技术的优缺点技术的优缺点 实时动态显示经可靠性检验的厘米级精度的测量成果(包括高程)。 彻底摆脱了由于粗差造成的返工，提高了 GPS 作业效率。 作业效率高，每个放样点只需要停留 12s，流动站小组作业，每小组 (34 人)可完成中线测量 510km。若用其进行地形测量，每小组每天可以完 成 0.81.5km3 的地形图测绘，其精度和效率是常规测量所无法比拟的。 在中线放样的同时完成中桩抄平工作。 应用范围广可以涵盖公路测量(包括平、纵、横)，施工放样，监理， 竣工测量，养护测量，GIS 前端数据采集诸多方面。 如辅助相应的软件，RTK 可与全站仪联合作业，充分发挥 RTK 与全站仪 各自

32、的优势。 与常规仪器进行的控制测量一样，使用 GPS-RTK 技术应首先复核起算基 准点的精度，起算点应为高等级的控制点，并且起算基准点和观测点之间具有 较好的位置分布。当使用动态 GPS-RTK 进行观测时，基准站的精度要经过 3-5 个高等级控制点的连测、复核，确保基准站坐标在各个方位观测情况下具有一 致的精度。 3 3 GPSGPS 测量在海上与陆地的应用测量在海上与陆地的应用 GPS 测量具有高精度、高效率的优点，在控制测量领域得到了广泛的应用。 随着 GPS 接收机性能和数据处理技术逐渐完善，GPS 应用领域也不断拓宽。实 时 GPS 测量在公路工程中可完成多种工作。 3.13.1

33、绘制大比例尺地形图绘制大比例尺地形图 高等级公路选线多是在大比例尺（通常是 1：2000 或 1：1000）带状地形 图上进行，用传统方法测图，先要建立控制网，然后进行碎部测量，绘制大比 例尺地形图。其工作量大速度慢，花费时间长。用实时 GPS 动态测量，构成碎 部点的数据。在室内即可由绘图软件成图，由于只需要采集碎部点的坐标和输 入其属性信息，而且采集速度快，大大降低了测图的难度，既省时又省力。我 院在控制点加密、中桩测量、纵横断面测量、地形图修测中选用动态（RTK）加 全站仪的方法进行测量，动态(RTK)测量 24S，精度就可以达到 13cm，且整 个测量过程不需通视，有着常规测量仪器(如

34、全站仪)不可比拟的优点，但在某 些地区如植被茂密的情况下难以达到足够的精度，因此采用动态（RTK）和全站 仪相结合的方法，这样既能保证测量精度达到足够的要求，又能尽量的减少作 业时间，提高效率。 3.23.2 工程控制测量工程控制测量 用 GPS 建立控制网，最精密的方法应属静态测量。对于大型建筑物，如特 大桥、隧道、互通式立交等进行控制。宜用静态测量。而一般工程的控制测量， 则可采用实时 GPS 动态测量。利用这种方法在测量达到要求的点位精度，即可 停止观测，大大提高了作业效率。由于点与点之间不要求必须通视，使得测量 更简便易行。如我院在炎汝高速第二合同段的测量工作中平面控制就采用静态 GP

35、S，高程控制采用全站仪、水准仪的仪器配置模式。 3.33.3 GPSGPS 相对于其它导航与定位系统的特点相对于其它导航与定位系统的特点 从 1978 年发射第一颗 GPS 试验卫星以来，利用该系统导航与定位的研究、 开发和实验工作发展异常迅速。理论与实践表明，GPS 同其它导航与定位系统 相比，其主要特点如下： （1）全球地面连续覆盖。由于 GPS 卫星的数目较多且分布合理，所以地球 上任何地点均可连续同步地观测到至少 4 颗卫星，从而保障了全球、全天候连 续地实时导航与定位。 （2）功能多，精度高。GPS 可为各类用户连续地提供动态目标的三维位置， 三维速度和时间信息。一般来说，目前其单点

36、实时定位精度可达 510m，静态 相对定位精度可达 10.01ppm，测速精度为 0.1m/s，而测时精度约为数十纳秒。 随着 GPS 测量技术和数据处理技术的发展，其定位、测速和测时的精度将进一 步提高。 （3）实时定位速度快。利用全球定位系统一次定位和测速工作在一秒至数 秒钟内便可完成(NNSS 约需 810 分钟），这对高动态用户来说尤为重要。 （4）抗干扰性能好，保密性强。由于 GPS 采用了数字通讯的特殊编码技术， 即伪随机噪声码技术，因而 GPS 卫星所发送的信号，具有良好的抗干扰性和保 密性。 考虑到 GPS 主要是为满足军事部门高精度导航与定位的需要而建立的，所 以上述优点对军

37、事上动态目标的导航具有十分重要的意义。正因为如此，美国 政府把发展 GPS 技术作为导航技术现代化的重要标志，并把这一技术视为 20 世 纪最重大的科技成就之一。 3.43.4 全球全球 GPSGPS 市场预测市场预测 根据估计，目前世界上有超过 100 家的公司正在研制各种各样的 GPS 用户 接收机。大批量的 OEM 板接收机的价格将从 1995 年标准定位服务接收机的每片 150 美元降低到 2003 年的 50 美元左右。随着接收机价格的下降，GPS 市场将会 像 PC 机市场那样呈指数增长的趋势。 目前，GPS 市场呈现两种趋势：一是硬件价格以每年 30的速度持续下降； 二是用户的各

38、类应用软件不断增加。这也是为什么消费类 GPS 产品的价格下降 得如此之快而功能众多的商用和专用 GPS 设备仍保持在相当高的水平上的原因。 特别是在商用 GPS 市场中，各种各样的软件快速发展，数量不断增加，这些都 是 GPS 产品产量激增的根本动力。在消费类 GPS 产品市场中，软件不是影响成 本的主要原因，因而硬件价格不断下降，是零售 GPS 产品的价格不断降低的原 因。2001 年，美国国家公共管理研究院所进行的调查表明，全球每年的 GPS 市 场已达到 120 亿美元。随着单元价格降至 100 美元以下，GPS 将大量走向民用。 市场研究公司 ABI 最近的研究显示，2008 年全球 GPS 市场总值将达 220 亿 美元。ABI 公司认为：GPS 将在汽车中得到广泛应用，包括汽车使用情况跟踪和 州际卡车公司自动缴费等。ABI 的研究表明，到 20