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GPS概述

广义的GPS，包括美国GPS、欧洲伽利略、俄罗斯GLONASS、中国北斗等全球

卫星定位系统，也称GNSS。

狭义的GPS，即指美国的全球定位系统GlobalPositioningSystem，简称GPS。

即全球定位系统（GlobalPositioningSystem）。简单地说，这是一个由覆盖全

球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都

可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实

现导航、定位、授时等功能。这项技术可以用来引导飞机、船舶、车辆以及个人，安

全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地。

GPS构成

GPS全球卫星定位系统由三部分组成：空间部分——GPS星座；地面控制部分——

地面监控系统；用户设备部分——GPS信号接收机。

空间部分：在太空中有24颗卫星组成一个分布网络，分别分布在6条离地面2

万公里、倾斜角为55°的地球准同步轨道上，每条轨道上有4颗卫星。此外,还有4颗

有源备份卫星在轨运行。GPS卫星每隔12小时绕地球一周，使地球上任一地点能够

观测到4颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度的几何图象。GPS卫星产生两组

电码，一组称为C/A码；一组称为P码，P码因频率较高,不易受干扰,定位精度高,

因此受美国军方管制,并设有密码,一般民间无法解读,主要为美国军方服务。C/A码

人为采取措施而刻意降低精度后,主要开放给民间使用。

地面控制部分：地面控制部分由一个主控站,5个全球监测站和3个地面控制站组

成。监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接受机。监测站将

取得的卫星观测数据,包括电离层和气象数据,经过初步处理后,传送到主控站。主控站

从各监测站收集跟踪数据,计算出卫星的轨道和时钟参数,然后将结果送到3个地面控

制站。地面控制站在每颗卫星运行至上空时,把这些导航数据及主控站指令注入到卫

星。这种注入对每颗GPS卫星每天一次,并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后

的注入。如果某地面站发生故障,那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间,但导

航精度会逐渐降低。

用户设备部分：用户设备部分即GPS信号接收机。其主要功能是能够捕获到按

一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的

卫星信号后，即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道

参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位

计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。GPS模块并不

播发信号，属于被动定位。初次定位的模块至少需要4颗卫星参与计算，称为3D定位，

3颗卫星即可实现2D定位，但精度不佳。GPS模块通过串行通信口不断输出NMEA格式的

定位信息及辅助信息，供接收者选择应用。GPS接收中心频率为1575.42MHz，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部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电

源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电

池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。

GPS原理

GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然

后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可

以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫

星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，

这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工

作时，会不断地用1