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摘要：目前GPS通信技术越来越成熟，且GPS技术的应用也正在人们逐步扩大到人们生活中的方方面面。本文针对GPS技术的介绍、GPS技术的组成以及应用进行了详细的阐述，并就GPS未来的发展前景进行了具体分析。
关键词：GPS通信；应用；发展前景
Abstract: The current GPS communication technology becomes more mature, application and GPS technology are also people gradually extended to people in all aspects of life. Composition based on the GPS technology is introduced, and the application of GPS technology in detail, and analyses the future prospects for the development of GPS.
Key words: GPS; application; development prospects
中图分类号：TU74
1．GPS基本概念
全球定位系统（Globa Positioning System-GPS）是美国从上世纪70年始研制的新一代卫星导航与定位系统，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成。该系统利用导航卫星进行测时和测距，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力。GPS是继阿波罗登月计划、航天飞机后的美国第三大航天工程，如今，它已成为当今世界上最实用，也是应用最广泛的全球精密导航、指挥和调度系统。
2．GPS结构组成
GPS系统主要包括有三大组成部分：即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。
2.1空间星座部分。由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，亦即（21+3）GPS星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道平面相对于赤道平面的倾角为55度，各个轨道平面之间交角60度。每个轨道平面内的各卫星之间的交角90度，任一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。在两万公里高空的GPS卫星，当地球相对于恒星自转一周时，它们绕地球运行二周，即绕地球一周的时间为12恒星时。这样，对于地面观测者来说，每天将提前4分钟见到同一颗GPS卫星。每颗卫星每天约有5个小时在地平线以上，同时位于地平线以上的卫星数量随着时间和地点的不同而不同，最少可见到4颗，最多可见到11颗。在用GPS信号导航定位时，为了计算观测站的三维坐标，必须观测4颗 GPS卫星，称为定位星座。这4颗卫星在观测过程中的几何位置分布对定位精度有一定的影响。对于某地某时，甚至不能测得精确的点位坐标，这种时间段叫做"间隙段"。但这种时间间隙段是很短暂的，并不影响全球绝大多数地方的全天候、高精度、连续实时的导航定位测量。GPS工作卫星的编号和试验卫星基本相同。
2.2地面监控部分。GPS工作卫星的地面监控系统目前主要由分布在全球的一个主控站、三个信息注入站和五个监测站组成。对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历，即描述卫星运动及其轨道的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。
地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准--GPS时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的时间，求出时钟差。然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。GPS的空间部分和地面监控部分是用户广泛应用该系统进行导航和定位的基础，均为美国所控制。
2.3用户设备部分。GPS 信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出观测站的三维位置，甚至三维速度和时间，最终实现利用GPS进行导航和定位的目的。
静态定位时，GPS接收机在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变，接收机高精度地测量GPS信号的传播时间，利用GPS卫星在轨的已知位置，解算出接收机天线所在位置的三维坐标；而动态定位则是用GPS接收机测定一个运动物体的运行轨迹。装载GPS信号接收机的运动物体叫做载体（如航行中的船舰，空中的飞机，行驶的车辆等）。载体上的GPS接收机天线在跟踪GPS卫星的过程中相对地球而运动，接收机用GPS信号实时地测得运动载体的状态参数（瞬间三维位置和三维速度）。
接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包，构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两大部分。对于观测地型接收机来说，两个单元一般分成两个独立的部件，观测时将天线单元安置在观测站上，接收单元置于观测站附近的适当地方，用电缆线将两者连接成一个整机。也有的将天线单元和接收单元制作成一个整体，观测时将其安置在测站点上。
GPS接收机一般用蓄电池供电。同时采用机内/机外两种直流电源。设置机内电池的目的在于更换外电池时不中断连续观测。在用机外电池的过程中，机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止丢失数据。
目前，各种类型的GPS接收机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测。GPS和GLONASS 兼容的全球导航定位系统接收机已经问世。
3.2 GPS在电离层监测中的应用。GPS在监测电离层方面的应用，也是GPS空间气象学的开端。太空中充满了等离子体、宇宙射线粒子、各种波段的电磁辐射，由于太阳常在1秒钟内抛出百万吨量级的带电物，电离层由此而受到强烈的干扰，这是空间气象学研究的一个对象。通过测定电离层对GPS信号的延迟来确定在单位体积内总自由电子含量（TEC），以建立全球的电离层数
3.3 GPS在对流层监测中的应用。GPS在监测对流层方面的应用，早期主要是由于轨道误差影响定位精度，而且早期的GPS基线相对来说比较短，高差（亦称"比高"，即两点间的高度差）不大，因此对对流层的研究没有给予很大的重视。直到近期由于GPS轨道精度大大提高后，当对流层折射已经成为限制GPS定位精度提高的一个重要障碍时，才开始认真的对对流层的监测研究。我们可以检测设在一个高程（亦即"海拔"，一般指由平均海平面算起的地面点高度），基本为零的地区，并且如果接收机所接收的GPS信号是从天顶方向传来的话，那么其延迟就可以达到2.2～2.6m这一量级，而2小时内这一延迟变化可达10cm并不少见（所以IGS分析中心所提供的对流层参数是采用2小时间隔一次）。也正是由于这个实际情况，对流层折射要顾及其随机过程的变化来加以模型化。
3.4 GPS在卫星测高仪中的应用。多路径效应是GPS定位中的一种噪音，至今仍是高精度GPS定位中一个很不容易排除的"干扰"。过去几年来利用大气对GPS信号延迟的噪声发展了GPS大气学，目前也正在利用GPS定位中的多路径效应发展GPS测高技术，即利用空载GPS作为测高仪进行测高。它是通过利用海面或冰面所反射的GPS信号，求定海面或冰面地形，测定波浪形态，洋流速度和方向。通常卫星测高或空载测高所测的是一个点，连续测量结果在反向面上是一个截面，而GPS测高则是测量有一定宽度的带，因此可以测定反射表面的起伏（地形）。据报道，试验时空载平面安装2台GPS接收机，1台天线向上用于对载体的定位，1台天线向下，用于接收GPS在反射面上的信号。
3.5 GPS在卫星追踪技术中的应用。卫星对卫星的追踪（SST）技术的实质是以高分辨率测定两颗卫星间的距离变化，一般它分为两类，即高低卫星追踪和低低卫星追踪。前一类是高轨卫星（如对地静止卫星，GPS卫星等）追踪低轨（LEO）卫星或空间飞行器，后一类是处于大体为同一低轨道上的两颗卫星之间的追踪，两颗卫星间可以相距数百千米，这两类SST技术都将LEO卫星作为地球重力场的传感器，以卫星间单向或双向的微波测距系统测定卫星间的相对速度及其变率。这一速度的不规则变化所产生的信息中，就包含了地球重力场信息。卫星轨道愈低，这一速度变化受重力场的影响愈明显，所反映重力场的分辨率也愈高。
参考文献：
何秀凤,徐勇,桑文刚. 微小型IMU/GPS组合定位定向系统研究[J]. 武汉大学学报(信息科学版),2005,(11).
刘晖,刘经南,祁芳. 广域差分GPS定位算法在通用DSP系统上的实现[J]. 武汉大学学报(信息科学版),2005,(07).
关键词：GPS通信；应用；发展前景
Abstract: The current GPS communication technology becomes more mature, application and GPS technology are also people gradually extended to people in all aspects of life. Composition based on the GPS technology is introduced, and the application of GPS technology in detail, and analyses the future prospects for the development of GPS.
Key words: GPS; application; development prospects
中图分类号：TU74
1．GPS基本概念
全球定位系统（Globa Positioning System-GPS）是美国从上世纪70年始研制的新一代卫星导航与定位系统，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成。该系统利用导航卫星进行测时和测距，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力。GPS是继阿波罗登月计划、航天飞机后的美国第三大航天工程，如今，它已成为当今世界上最实用，也是应用最广泛的全球精密导航、指挥和调度系统。
2．GPS结构组成
GPS系统主要包括有三大组成部分：即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。
2.1空间星座部分。由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，亦即（21+3）GPS星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道平面相对于赤道平面的倾角为55度，各个轨道平面之间交角60度。每个轨道平面内的各卫星之间的交角90度，任一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。在两万公里高空的GPS卫星，当地球相对于恒星自转一周时，它们绕地球运行二周，即绕地球一周的时间为12恒星时。这样，对于地面观测者来说，每天将提前4分钟见到同一颗GPS卫星。每颗卫星每天约有5个小时在地平线以上，同时位于地平线以上的卫星数量随着时间和地点的不同而不同，最少可见到4颗，最多可见到11颗。在用GPS信号导航定位时，为了计算观测站的三维坐标，必须观测4颗 GPS卫星，称为定位星座。这4颗卫星在观测过程中的几何位置分布对定位精度有一定的影响。对于某地某时，甚至不能测得精确的点位坐标，这种时间段叫做"间隙段"。但这种时间间隙段是很短暂的，并不影响全球绝大多数地方的全天候、高精度、连续实时的导航定位测量。GPS工作卫星的编号和试验卫星基本相同。
2.2地面监控部分。GPS工作卫星的地面监控系统目前主要由分布在全球的一个主控站、三个信息注入站和五个监测站组成。对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历，即描述卫星运动及其轨道的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。
地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准--GPS时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的时间，求出时钟差。然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。GPS的空间部分和地面监控部分是用户广泛应用该系统进行导航和定位的基础，均为美国所控制。
2.3用户设备部分。GPS 信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出观测站的三维位置，甚至三维速度和时间，最终实现利用GPS进行导航和定位的目的。
静态定位时，GPS接收机在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变，接收机高精度地测量GPS信号的传播时间，利用GPS卫星在轨的已知位置，解算出接收机天线所在位置的三维坐标；而动态定位则是用GPS接收机测定一个运动物体的运行轨迹。装载GPS信号接收机的运动物体叫做载体（如航行中的船舰，空中的飞机，行驶的车辆等）。载体上的GPS接收机天线在跟踪GPS卫星的过程中相对地球而运动，接收机用GPS信号实时地测得运动载体的状态参数（瞬间三维位置和三维速度）。
接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包，构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两大部分。对于观测地型接收机来说，两个单元一般分成两个独立的部件，观测时将天线单元安置在观测站上，接收单元置于观测站附近的适当地方，用电缆线将两者连接成一个整机。也有的将天线单元和接收单元制作成一个整体，观测时将其安置在测站点上。
GPS接收机一般用蓄电池供电。同时采用机内/机外两种直流电源。设置机内电池的目的在于更换外电池时不中断连续观测。在用机外电池的过程中，机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止丢失数据。
目前，各种类型的GPS接收机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测。GPS和GLONASS 兼容的全球导航定位系统接收机已经问世。
3.GPS应用及发展前景分析
3.1 GPS在综合怎么写作系统中的应用。在全球地基GPS连续运行站（约200个）的基础上所组成的IGS（International GPS），是GPS连续运行站网和综合怎么写作系统的范例。它无偿向全球用户提供GPS各种信息，如GPS精密星历、快速星历、预报星历、IGS站坐标及其运动速率、IGS站所接收的GPS信号的相位和伪距数据、地球自转速率等。这些信息在大地测量和地球动力学方面支持了无数的科学项目，包括电离层、气象、参考框架、精密时间传递、高分辨的推算地球自转速率及其变化、地壳运动等。3.2 GPS在电离层监测中的应用。GPS在监测电离层方面的应用，也是GPS空间气象学的开端。太空中充满了等离子体、宇宙射线粒子、各种波段的电磁辐射，由于太阳常在1秒钟内抛出百万吨量级的带电物，电离层由此而受到强烈的干扰，这是空间气象学研究的一个对象。通过测定电离层对GPS信号的延迟来确定在单位体积内总自由电子含量（TEC），以建立全球的电离层数
源于：论文发表网www.udooo.com
字模型。3.3 GPS在对流层监测中的应用。GPS在监测对流层方面的应用，早期主要是由于轨道误差影响定位精度，而且早期的GPS基线相对来说比较短，高差（亦称"比高"，即两点间的高度差）不大，因此对对流层的研究没有给予很大的重视。直到近期由于GPS轨道精度大大提高后，当对流层折射已经成为限制GPS定位精度提高的一个重要障碍时，才开始认真的对对流层的监测研究。我们可以检测设在一个高程（亦即"海拔"，一般指由平均海平面算起的地面点高度），基本为零的地区，并且如果接收机所接收的GPS信号是从天顶方向传来的话，那么其延迟就可以达到2.2～2.6m这一量级，而2小时内这一延迟变化可达10cm并不少见（所以IGS分析中心所提供的对流层参数是采用2小时间隔一次）。也正是由于这个实际情况，对流层折射要顾及其随机过程的变化来加以模型化。
3.4 GPS在卫星测高仪中的应用。多路径效应是GPS定位中的一种噪音，至今仍是高精度GPS定位中一个很不容易排除的"干扰"。过去几年来利用大气对GPS信号延迟的噪声发展了GPS大气学，目前也正在利用GPS定位中的多路径效应发展GPS测高技术，即利用空载GPS作为测高仪进行测高。它是通过利用海面或冰面所反射的GPS信号，求定海面或冰面地形，测定波浪形态，洋流速度和方向。通常卫星测高或空载测高所测的是一个点，连续测量结果在反向面上是一个截面，而GPS测高则是测量有一定宽度的带，因此可以测定反射表面的起伏（地形）。据报道，试验时空载平面安装2台GPS接收机，1台天线向上用于对载体的定位，1台天线向下，用于接收GPS在反射面上的信号。
3.5 GPS在卫星追踪技术中的应用。卫星对卫星的追踪（SST）技术的实质是以高分辨率测定两颗卫星间的距离变化，一般它分为两类，即高低卫星追踪和低低卫星追踪。前一类是高轨卫星（如对地静止卫星，GPS卫星等）追踪低轨（LEO）卫星或空间飞行器，后一类是处于大体为同一低轨道上的两颗卫星之间的追踪，两颗卫星间可以相距数百千米，这两类SST技术都将LEO卫星作为地球重力场的传感器，以卫星间单向或双向的微波测距系统测定卫星间的相对速度及其变率。这一速度的不规则变化所产生的信息中，就包含了地球重力场信息。卫星轨道愈低，这一速度变化受重力场的影响愈明显，所反映重力场的分辨率也愈高。
4. 结语
总之，GPS技术的开发与使用，给现代人们的学习、工作和生活带来了极大的便捷，有力地推动了城市化信息交换的进程。相信在不久的将来，GPS技术会深入到我们生活中的各个方面，有利于减少人类劳动量、提高工作效率、节省人力资源开支，为我国的经济发展和社会建设做出一定的贡献。参考文献：
何秀凤,徐勇,桑文刚. 微小型IMU/GPS组合定位定向系统研究[J]. 武汉大学学报(信息科学版),2005,(11).
刘晖,刘经南,祁芳. 广域差分GPS定位算法在通用DSP系统上的实现[J]. 武汉大学学报(信息科学版),2005,(07).