卫星导航的发展与应用

自从五七年第一颗人造卫星上天，六十年代的人造卫星导航定位技术，七十

年代美国军方开始发展

gps 卫星导航定位系统，直至 1995 年 4 月 27 日美国

“

国防部宣部

gps

”

系统已具备全部运作能力 。

gps 计划的实现历时 23 年，耗资

200 多亿美元，前后共发射 35 颗卫星，目前仍在轨道上正常工作的有二 25 颗
卫星，其中

1 颗为实验卫星，24 颗为工作卫星。它具有海、陆、空全方位实时三

维导航与定位能力，是美国第二代卫星导航系统，其特点是全天候、高精度、应
用广，是迄今最好的导航定位系统。它广泛的应用价值，引起了各国科学家的关
注和研究，前苏联和西欧各国的科学家在积极开发利用

gps 信号资源的同时，

还致力于研究开发各自的卫星导航定位系统，如前苏联建成的

glonass 卫星导

航系统，我国也在致力于发展自已的卫星导航定位系统。同时，它的出现也导致

 

了测绘行业一场深刻的技术变革。

gps 系统的组成：由三大部分组成，即空间部分、地面监控部分、用户设备部

 

分。

1、空间部分：gps 系统的空间部分是指 gps 工作卫星星座，其由 24 颗卫

星组成，其中

21 颗工作卫星，3 颗备用卫星，均匀分布在 6 个轨道上。卫星轨

道平面与地球赤道面倾角为

55°，各个轨道平面的升交点赤经相差 60°，轨道

平均高度为

20200km.卫星运行周期为 11 小时 58 分（恒星时），同一轨道上

的各卫星的升交角距为

90°，gps 卫星的上述时空配置，基本保证了地球上任

何地点，在任何时刻均至少可以同时观测到

4 颗卫星，以满足地面用户实时全

天候精密导航和定位。

gps 卫星的主体呈圆柱形，直径约为 1.5m，重约

774kg，两侧各安装两块双叶太阳能电池板，能自动对日定向，以保证卫星正
常工作用电。每颗卫星带有四台高精度原子钟，其中

2 台为铷钟，2 台为铯钟 。

gps 卫星上设有微处理机，可以进行必要的数据处理工作，它主要的 3 个基本
功能：根据地面监控指令接收和储存由地面监控站发来的导航信息，调整卫星
姿态、启动备用卫星；向

gps 用户播送导航电文，提供导航和定位信息；通过

 

高精度卫星钟向用户提供精密的时间标准。

2、地面监控部分：由 5 个地面站组

成。

1 个主控站，其位于美国本土科罗拉多斯平土的联合空间执行中心 csoc，3

个注入站，其分别设在印度洋的迭哥加西、南大西洋的阿松森岛和南太平洋的卡
瓦加兰。

5 个监控站，其中 4 个与主控站、注入站重叠，另外一个设在夏威夷。主

控站的主要任务为：根据各监控站提供的观测资料推算编制各颗卫星的星历、卫
星钟差、和大气层修正参数并把这些数据传送到注入站；提供

gps 系统的时间

标准；调整偏离轨道的卫星，使之沿预定的轨道运行；启用备用卫星以取代失
效的工作卫星。注入站的主要任务为：在主控站的控制下，把主控站传来的各种
数据和指令等正确并适时地注入到相应卫星的存储系统。监测站的主要任务为：
给主控站编算导航电文提供观测数据，每个监控站均用

gps 信号接收机，对每

颗可见卫星每

6 秒钟进行一次伪距测量和积分多普勒观测，并采集气象要素等

 

数据。

3、用户设备部分：由 gps 接收机硬件和相应的数据处理软件以及微处理

机及其终端设备组成。其主要功能是接收

gps 卫星发射的信号，获得必要的导

航和定位信息及观测量，并经简单数据处理实现实时导航和定位，用后处理软
件包对观测数据进行精加工，以获取精密定位结果。

 gps

 

导航定位系统的特点：

gps 导航定位系统之所以在许多领域得到广泛

应用，出现了与

gps 系统相关的产业，这都得益于其本身所具有的诸多优点，

 

概括起来主要有以下几个方面。

1、定位精度高：通过很多应用实践已经证明，