第一章 概论
第一节 ＧＰＳ的兴起与特点
一,GPS的建立
1973年由美国国防部（ DOD）开始建立，称为全球定位系统 global
positioning system,目的是用于美国军队的定位、导航、武器制导等。拟定
由２１＋３颗卫星组成。到今天为止经历了４个阶段：
? 1973年 12月 ~1978年 2月 22日 为理论研究阶段；
? 1978~1989年 2月 14日为建设阶段；
? 1990~1999为建成运行阶段,1993年满 24颗,1995年达预定工作能
力；
? 2000年 5月 2日 ~2030为改进更新阶段。
二,GPS测量的特点与问题
1）特点
精度高； 速度快； 无需通视；
操作简便； 全球布网； 全天候作业；
三维坐标； 应用广泛。
2）问题
军民两用；
无安全承诺。
三维精度不一致。 如图
三,GPS的应用领域
1、控制测量（全球、全国、城市、工程）
2、工程测量
3、地形地籍测量
4、海洋测绘
5、航测、遥感
6、卫星定轨
7、月球、火星测绘
8、飞机、轮船导航与地面交通管理
9、通信、旅游等各行各业
一,GPS组成概况
GPS由 空间段, 控制段 和 用户段 三部分组成。
1）空间段
24颗（目前 32颗）卫星分布在 6个轨道面上，轨道面与地球赤道面的夹角
为 55°,轨道面间隔为 60°,在地面上任何一点，最少可见到 4颗卫星，最多
可见到 11颗卫星。 如图
卫星上有四台高精度原子钟，卫星的主要作用是向用户发送定位信息和提供
时间标准。
２）控制段
监测站,5个，用双频接收机接收卫星信号，高精度原子钟提供时间标准，环
境数据传感器采集环境数据。 如图
主控站,1个，计算星历、钟差、大气折射并控制卫星轨道与姿态。
注入站,3个，向卫星发送数据与命令。
三者连网，除主控站外均无人值守。
3) 用户段
接收机和数据处理软件。
第二节 GPS组成及基本原理
二,GPS定位的基本原理
卫星发射信号的时间为 t1，接收机收到信号的时间为 t2,则
Δt=t2-t1 ρ=cΔt
其中 ρ为星站距离，由接收机测得。因卫星钟很精确，而接收机
钟有误差 δt，故
ρ=cΔt+c δt
在地面任一点最少可观测 4颗卫星，得 4个距离，解 4个未知
数 x,y,z,δt。 （ 原理图）
观测四颗卫星，列出四个方程式如下：
? ? ? ? ? ? tczZyYxX ??,2121211 ???????
? ? ? ? ? ? tczZyYxX ??,2222222 ???????
? ? ? ? ? ? tczZyYxX ??,2323233 ???????
? ? ? ? ? ? tczZyYxX ??,2424244 ???????
第三节 GPS的加密措施
一、精密定位服务与标准定位服务
1）精密定位服务（ 5~10m）,PPS
美国军方使用，包括：
L1,C/A码,P码；
L2,P码；
消除 SA的密匙，导航电文。
2）标准定位服务（ 100m）,SPS
出于经济考虑,83年提供民用。
L1,C/A,导航电文。
二,A-S措施
P码保密，只有美国军方可用，后来被解密。美国引入 W码，并
将 P码与 W码进行模二相加得 Y码，难以破解。
三,SA政策
84年民用结果，精度远高于 100m，美国为保证自身安全,1990年 3
月 25日起对民用信号进行干扰，包括：
ε技术：干扰卫星星历；
δ技术：干扰定位信号。
因美国国内的就业压力及国际竞争,1996年 3月 29日，克林顿宣布 10
年内终止 SA,2000年 5月 2日终止，但可随时在区域内恢复。
四、政策调整与技术更新
1、美国对 GPS的政策调整与技术改进
1）政策调整
（ 1） 1983年提供民用；
（ 2） 1990年实施 SA政策；
（ 3） 2000年 5月取消 SA；
（ 4） 1999年决定既保证军用安全，又提高民用精度。
2）技术改进
GPS现代化内容 改进时间
发射 Block Ⅱ R-M卫星
L1加 M码,L2加 C/A,M
2005,5颗
发射 Block Ⅱ F卫星
L1加 M,L2加 C/A,M,L5
2006~2012
GPSⅢ 增强
L1加 M,L2加 C/A,M,L5，
其它未来能力
2012~2030
星数,30+2 2004
2,GPS应用的最新发展
1）精密单点定位 ppp；
2） GPS测高程；
因精确的大地水准面模型已建立，目前 GPS可代替三等水准。 如图
3）室内 GPS接收机。
发展趋势：高精度，快速，小型，自动，抗遮挡，抗电磁干扰。
第四节 其它定位系统
1,GLONASS；
与 GPS相似，因技术、经济原因，目前只有 11颗工作卫星；
2,Galileo；
2005年 12月 28日发射第一颗试验卫星,06~07建成,08年
使用。
星数,30，轨道数,6,高度,23616km。
特点：比 GPS精度高，纯民用，不保密，对用户安全负责。
3,北斗星二代, 2008年发射试验卫星。
4,北斗星,激光测距卫星，三颗。
第一节 ＧＰＳ的兴起与特点
一,GPS的建立
1973年由美国国防部（ DOD）开始建立，称为全球定位系统 global
positioning system,目的是用于美国军队的定位、导航、武器制导等。拟定
由２１＋３颗卫星组成。到今天为止经历了４个阶段：
? 1973年 12月 ~1978年 2月 22日 为理论研究阶段；
? 1978~1989年 2月 14日为建设阶段；
? 1990~1999为建成运行阶段,1993年满 24颗,1995年达预定工作能
力；
? 2000年 5月 2日 ~2030为改进更新阶段。
二,GPS测量的特点与问题
1）特点
精度高； 速度快； 无需通视；
操作简便； 全球布网； 全天候作业；
三维坐标； 应用广泛。
2）问题
军民两用；
无安全承诺。
三维精度不一致。 如图
三,GPS的应用领域
1、控制测量（全球、全国、城市、工程）
2、工程测量
3、地形地籍测量
4、海洋测绘
5、航测、遥感
6、卫星定轨
7、月球、火星测绘
8、飞机、轮船导航与地面交通管理
9、通信、旅游等各行各业
一,GPS组成概况
GPS由 空间段, 控制段 和 用户段 三部分组成。
1）空间段
24颗（目前 32颗）卫星分布在 6个轨道面上，轨道面与地球赤道面的夹角
为 55°,轨道面间隔为 60°,在地面上任何一点，最少可见到 4颗卫星，最多
可见到 11颗卫星。 如图
卫星上有四台高精度原子钟，卫星的主要作用是向用户发送定位信息和提供
时间标准。
２）控制段
监测站,5个，用双频接收机接收卫星信号，高精度原子钟提供时间标准，环
境数据传感器采集环境数据。 如图
主控站,1个，计算星历、钟差、大气折射并控制卫星轨道与姿态。
注入站,3个，向卫星发送数据与命令。
三者连网，除主控站外均无人值守。
3) 用户段
接收机和数据处理软件。
第二节 GPS组成及基本原理
二,GPS定位的基本原理
卫星发射信号的时间为 t1，接收机收到信号的时间为 t2,则
Δt=t2-t1 ρ=cΔt
其中 ρ为星站距离，由接收机测得。因卫星钟很精确，而接收机
钟有误差 δt，故
ρ=cΔt+c δt
在地面任一点最少可观测 4颗卫星，得 4个距离，解 4个未知
数 x,y,z,δt。 （ 原理图）
观测四颗卫星，列出四个方程式如下：
? ? ? ? ? ? tczZyYxX ??,2121211 ???????
? ? ? ? ? ? tczZyYxX ??,2222222 ???????
? ? ? ? ? ? tczZyYxX ??,2323233 ???????
? ? ? ? ? ? tczZyYxX ??,2424244 ???????
第三节 GPS的加密措施
一、精密定位服务与标准定位服务
1）精密定位服务（ 5~10m）,PPS
美国军方使用，包括：
L1,C/A码,P码；
L2,P码；
消除 SA的密匙，导航电文。
2）标准定位服务（ 100m）,SPS
出于经济考虑,83年提供民用。
L1,C/A,导航电文。
二,A-S措施
P码保密，只有美国军方可用，后来被解密。美国引入 W码，并
将 P码与 W码进行模二相加得 Y码，难以破解。
三,SA政策
84年民用结果，精度远高于 100m，美国为保证自身安全,1990年 3
月 25日起对民用信号进行干扰，包括：
ε技术：干扰卫星星历；
δ技术：干扰定位信号。
因美国国内的就业压力及国际竞争,1996年 3月 29日，克林顿宣布 10
年内终止 SA,2000年 5月 2日终止，但可随时在区域内恢复。
四、政策调整与技术更新
1、美国对 GPS的政策调整与技术改进
1）政策调整
（ 1） 1983年提供民用；
（ 2） 1990年实施 SA政策；
（ 3） 2000年 5月取消 SA；
（ 4） 1999年决定既保证军用安全，又提高民用精度。
2）技术改进
GPS现代化内容 改进时间
发射 Block Ⅱ R-M卫星
L1加 M码,L2加 C/A,M
2005,5颗
发射 Block Ⅱ F卫星
L1加 M,L2加 C/A,M,L5
2006~2012
GPSⅢ 增强
L1加 M,L2加 C/A,M,L5，
其它未来能力
2012~2030
星数,30+2 2004
2,GPS应用的最新发展
1）精密单点定位 ppp；
2） GPS测高程；
因精确的大地水准面模型已建立，目前 GPS可代替三等水准。 如图
3）室内 GPS接收机。
发展趋势：高精度，快速，小型，自动，抗遮挡，抗电磁干扰。
第四节 其它定位系统
1,GLONASS；
与 GPS相似，因技术、经济原因，目前只有 11颗工作卫星；
2,Galileo；
2005年 12月 28日发射第一颗试验卫星,06~07建成,08年
使用。
星数,30，轨道数,6,高度,23616km。
特点：比 GPS精度高，纯民用，不保密，对用户安全负责。
3,北斗星二代, 2008年发射试验卫星。
4,北斗星,激光测距卫星，三颗。
