文档介绍：《数字工程前沿技术》课程报告
三大卫星导航系统
现今三大卫星导航系统是美国的全球定位系统（GPS），俄罗斯的格洛纳斯系统（GLONASS）和中国的北斗卫星导航系统。
一、全球定位系统（GPS）
（一）、全球定位系统的介绍及其背景
1、全球定位系统的定义
利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球***（Global Positioning System）系统，简称GPS。全球定位系统是一种可以授时和测距的空间交会定点的导航系统,可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置，三维速度和时间信息。
全球定位系统的产生及发展[1]——由TRANSIT到GPS
1957年10月第一颗人造地球卫星上天，天基电子导航应运而生。利用多普勒频移原理1964年建成子午卫星导航定位系统(TRANSIT)。美国从1973年开始筹建全球定位系统，1994年投入使用。经历20年，耗资300亿美元，是继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的第三项庞大空间计划。
全球定位系统的计划
最初的GPS计划在联合计划局的领导下诞生了，该方案将24颗卫星放置在互成120度的三个轨道上。每个轨道上有8颗卫星，地球上任何一点均能观测到6至9颗卫星。这样，粗码精度可达100m，精码精度为10m。由于预算压缩，GPS计划不得不减少卫星发射数量，改为将18颗卫星分布在互成60度的6个轨道上。然而这一方案使得卫星可靠性得不到保障。1988年又进行了最后一次修改：21颗工作星和3颗备用星工作在互成30度的6条轨道上。这也是现在GPS卫星所使用的工作方式。
4、全球定位系统（GPS）卫星（如图1所示）
24颗卫星(21+3)
6个轨道平面
图1
55º轨道倾角
20200km轨道高度(地面高度)
11小时58分(恒星时)轨道周期
5个多小时出现在地平线以上(每颗星)
在全球各处能观测到高度角>15°的卫星 4 颗以上
（二）、全球定位系统的特点
1、全球全天候定位
GPS卫星的数目较多，且分布均匀，保证了地球上任何地方任何时间至少可以同时观测到4颗GPS卫星，确保实现全球全天候连续的导航定位服务（除打雷闪电不宜观测外）。
2、定位精度高
应用实践已经证明，GPS相对定位精度在50km以内可达10-6m，100-500km可达10-7m，1000km可达10-9m。在300-1500m工程精密定位中，1小时以上观测时解其平面位置误差小于1mm，及ME-5000电磁波测距仪测定的边长比较，，。
实时单点定位(用于导航)：P码1~2m ；C/A码5~10m。
静态相对定位：50km之内误差为几mm+(1~2ppm*D)；~。
实时伪距差分(RTD)：精度达分米级。
实时相位差分(RTK)：精度达1~2cm。
3、观测时间短
随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，目前，20km以内相对静态定位，仅需15-20分钟；快速静态相对定位测量时，当每个流动站及基准站相距在15KM以内时，流动站观测时间只需1-2分钟；采取实时动态定位模式时，每站观测仅需几秒钟。
因而使用GPS技术建立控制网，可以大大提高作业效率。
4、测站间无需通视
GPS测量只要求测站上空开阔，不要求测站之间互相通视，因而不再需要建造觇标。这一优点既可大大减少测量工作的经费和时间（一般造标费用约占总经费的30%～50%），同时也使选点工作变得非常灵活，也可省去经典测量中的传算点、过渡点的测量工作。
5、仪器操作简便
随着GPS接收机的不断改进，GPS测量的自动化程度越来越高，有的已趋于“傻瓜化”。在观测中测量员只需安置仪器，连接电缆线，量取天线高，监视仪器的工作状态，而其它观测工作，如卫星的捕获，跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。结束测量时，仅需关闭电源，收好接收机，便完成了野外数据采集任务。
如果在一个测站上需作长时间的连续观测，还可以通过数据通讯方式，将所采集的数据传送到数据处理中心，实现全自动化的数据采集及处理。另外，现在的接收机体积也越来越小，相应的重量也越来越轻，极大地减轻了测量工作者的劳动强度。
6、可提供全球统一的三维地心坐标
GPS测量可同时精确测定测站平面位置和大地高程。目前GPS水准可满足四等水准测量的精度，另外，GPS定位是在全球统一的WGS-84坐标系统中计算的，因此全球不同地点的测量成果是相互关联的。
7、应用广泛
（三）、全球定位系统的系统组成
1、系统组成