本文系统介绍了GPS的原理和其子系统,着重介绍了GPS系统在公路工程中的 应用

科学之友

ＦｒｉｅｎｄｏｆＳｃｉｅｎｃｅＡｍａｔｅｕｒｓ２００７年０２月

浅谈全球卫星定位系统ＧＰＳ

及其在公路工程中的运用

秦卫华

（山西省长治市交通局公路管理处，山西

长治

０４６０００）

摘要：本文系统介绍了ＧＰＳ的原理和其子系统，着重介绍了ＧＰＳ系统在公路工程中的应用。

关键词：ＧＰＳ系统；原理；公路工程；技术运用中图分类号：ＴＮ９２７文献标识码：Ａ文章编号：１０００－８１３６（２００７）０２－００１７－０２

１．４

ＧＰＳ定位的基本方法

ＧＰＳ定位采用空间被动式测量原理，即在测站上安置ＧＰＳ用户接收系统，以各种可能的方式接收ＧＰＳ卫星系统发送的各类信号，由计算机求解站星关系和测站的三维坐标。

由对ＧＰＳ信号观测量的不同，ＧＰＳ定位的基本方法有以下几种形式：伪距测量、载波相位测量、多普勒测量、卫星射电干涉测量。

为了精密定位，一台ＧＰＳ接收机往往不是单纯采用一种测量方式，而是以某种方式为主，并辅以其他方法。

目前，全球定位系统已广泛应用于军事和民用等众多领域中。ＧＰＳ技术按待定点的状态分为静态定位和动态定位两大类。静态定位是指待定点的位置在观测过程中是固定不变的，如ＧＰＳ在大地测量中的应用。动态定位是指待定点在运动载体上，在观测过程中是变化的，如ＧＰＳ在船舶导航中的应用。静态相对定位的精度一般在几毫米到几厘米范围内，动态相对定位的精度一般在几厘米到几米范围内。对ＧＰＳ信号的处理从时间上划分为实时处理及后处理。实时处理就是一边接收卫星信号一边进行计算，获得目前所处的位置、速度及时间等信息；后处理是指把卫星信号记录在一定的介质上，回到室内统一进行数据处理。一般来说，静态定位用户多采用后处理，动态定位用户采用实时处理或后处理。

１全球定位系统ＧＰＳ简介

全球卫星定位系统ＧＰＳ是美军２０世纪７０年代初在“子午仪卫星导航定位”技术上发展起来的具有全球性、全能性（陆地、海洋、航空与航天）、全天候性优势的导航定位、定时、测速系统。ＧＰＳ由三大子系统构成：空间卫星系统、地面监控系统和用户接收系统。１．１空间卫星系统

该系统主要指空间导航卫星，这些卫星分别设置在升交点赤经互隔６０°的６条近圆轨道上，每条轨道上均匀分布４颗卫星，目前有２７颗导航卫星（其中３颗为备用）在距离地面约

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２×１０ｋｍ的轨道上运行。地球上任何地点都可以同时接收到７￣９颗导航卫星向地面发送的导航信号，这些信号包含着卫星开始时刻的轨道参数、电波的发送时刻等信息。１．２地面监控系统

该系统由均匀分布在美国本土和三大洋的美军基地上的５个监测站、１个主控站和３个注入站构成。该系统的功能是：对空间卫星系统进行监测、控制，并向每颗卫星注入更新的导航电文。

主控站控制整个地面站的工作，其作用相当于计算中心，它根据各监测站的数据，计算与编制各个卫星的星历与卫星钟的校正参量等。监测站负责跟踪接收各个卫星发射的导航信号，完成测量卫星至监测站的伪距离及其变化率等任务，并将数据预处理后送到主控站。注入站负责将主控站传递的卫星星历等信息注入给卫星。１．３用户接收系统

用户接收系统主要由以无线电传感和计算机技术支撑的ＧＰＳ卫星接收机和ＧＰＳ数据处理软件构成。

ＧＰＳ卫星接收机的基本结构是天线单元和接收单元两部分。天线单元的主要作用是：当ＧＰＳ卫星从地平线上升起时，能捕获、跟踪卫星，接收放大ＧＰＳ信号。接收单元的主要作用是：记录ＧＰＳ信号并对信号进行解调和滤波处理，还原出ＧＰＳ卫星发送的导航电文，解求信号在站星间的传播时间和载波相位差，实时地获得导航定位数据或采用测后处理的方式，获得定位、测速、定时等数据。

ＧＰＳ数据处理软件是ＧＰＳ用户系统的重要部分，其主要功能是对ＧＰＳ接收机获取的卫星测量记录数据进行“粗加工”、“预处理”，并对处理结果进行平差计算、坐标转换及分析综合处理。解得测站的三维坐标，测体的坐标、运动速度、方向及精确时刻。

２ＧＰＳ在公路工程中的运用

随着我国国民经济的快速增长以及国家实施“中部崛起”的

战略，山西省的高等级公路建设迎来前所未有的发展机遇，这就对勘测设计提出了更高的要求。随着公路设计行业软件技术和硬件设备的发展，公路设计已实现ＣＡＤ化，有些软件本身还要求提供地面数字化测绘产品的支持；建立勘测、设计、施工、后期管理一体化的数据链。减少数据转抄、输入等中间环节，是公路勘测设计“内外业一体化”的要求，也是影响高等级公路设计技术发展的“瓶颈”所在。目前公路勘测中虽已采用全站仪等先进仪器设备，但常规测量方法受横向通视和作业条件的限制，作业强度大，且效率低，大大延长了设计周期。勘测技术的进步在于设备引进和技术改造，在目前的技术条件下引入ＧＰＳ技术应当是首选。当前，用ＧＰＳ静态或快速静态方法建立沿线总体控制测量，为勘测阶段测绘带状地形图和路线平面、纵面测量提供依据，以及在施工阶段为桥梁，隧道建立施工控制网，这都是ＧＰＳ在公路工程中的初步应用。下面我们具体探讨之。

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