gps传感器原理_gps接收机气象传感器

1.卫星定位的新世纪

2.GPS有什么功能？具体的功能有那些？

3.RS、GIS和GPS集成——3S技术系统

4.了解汽车GPS卫星定位系统的帮忙，谢谢

5.工程测量常用方法与仪器

RS是指遥感，是指非接触的，远距离的探测技术。一般指运用传感器/遥感器对物体的电磁波的辐射、反射特性的探测。 遥感是通过遥感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标地物，获取其反射、辐射或散射的电磁波信息（如电场、磁场、电磁波、地震波等信息），并进行提取、判定、加工处理、分析与应用的一门科学和技术。

遥感技术已广泛应用于农业、林业、地质、海洋、气象、水文、军事、环保等领域。在未来的十年中，预计遥感技术将步入一个能快速，及时提供多种对地观测数据的新阶段。遥感图像的空间分辨率，光谱分辨率和时间分辨率都会有极大的提高。其应用领域随着空间技术发展，尤其是地理信息系统和全球定位系统技术的发展及相互渗透，将会越来越广泛。

GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS 。主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报搜集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。

其实GPS可以：

GPS的应用都是基于两个基本服务

1.空间位置服务

GPS应用范围

GPS应用范围

①.定位：如汽车防盗、地面车辆跟踪和紧急救生。

②.导航：如船舶远洋导航和进港引水、飞机航路引导和进场降落、智能交通、汽车自主导航及导弹制导。

③测量：主要用于测量时间、速度、及大地测绘，如水下地形测量、地壳形变测量，大坝和大型建筑物变形监测及浮动车数据，利用GPS定期记录车辆的位置和速度信息。从而计算道路的拥堵情况。

2、时间服务

①系统同步：如CDMA通信系统和电力系统

②授时：准确时间的授入、准确频率的授入

地理信息系统（Geographic Information System或 Geo－Information system，GIS）有时又称为“地学信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

许多学科受益于地理信息系统技术。活跃的地理信息系统市场导致了GIS组件的硬件和软件的低成本和持续改进。这些发展反过来导致这项技术在科学、、企业和产业等方面更广泛的应用，应用包括房地产、公共卫生、犯罪地图、国防、可持续发展、自然、景观建筑、考古学、社区规划、运输和物流。

由此可见，GPS只能解决“在哪里”的问题，RS只能解决“是什么样”的问题，把这些信息放到GIS里，它们才变得全面而且有意义。

比如巡航导弹，你光有目标的GPS坐标没用，以前得派遥感卫星查清飞行路线沿途的地理状态，把这些海拔高度数据输入导弹，它才知道怎样绕过山岭，沿着地形不断自动调整高度，实现全程超低空突防。这种纯GPS与RS的结合比较费劲，如果有了GIS数据库，一查就知道沿途的状态，不必每次都派卫星去侦察一番。

1.地理信息系统（GIS，Geographic Information System）是一门综合性学科，结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学，已经广泛的应用在不同的领域，是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统，GIS是一种基于计算机的工具，它可以对空间信息进行分析和处理（简而言之，是对地球上存在的现象和发生的进行成图和分析）。 GIS 技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起。

资料来源：百度百科-地理信息系统

2.遥感（remote sensing）是指非接触的，远距离的探测技术。一般指运用传感器/遥感器对物体的电磁波的辐射、反射特性的探测。遥感是通过遥感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标地物。

资料来源：百度百科-遥感

3.利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球卫星定位系统，简称GPS。GPS是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息，是卫星通信技术在导航领域的应用典范，它极大地提高了地球社会的信息化水平，有力地推动了数字经济的发展。

资料来源：百度百科-GPS

卫星定位的新世纪

在现代精准农业技术体系中，定位技术起到十分关键的作用。由于精准农业是研究农田中小区的差异性，所以必须使用定位技术引导信息集和田间作业。在目前精细农业的研究和应用中，GPS技术以其快速高精度的定位结果成为首选。GPS技术的关键作用主要表现在如下3个方面:

2.1 农田定位

在精准农业中，GPS的应用必须与GIS紧密结合， GPS的定位信息通过GIS转化成相应的图形，同田间的各种信息结合，形成反映该信息的专题图和处方图，如肥力分布图、病虫害分布图等。首先要生成田地边界图层，随后的各项田间作业，如田间样、田间监测、灌溉等，都要在边界图层上生成相应的图层，如样图层、监测图层等。GIS中经GPS定位形成的图形数据为矢量结构，其坐标用高斯平面坐标，从GPS接收机得到的数据经过坐标转换到国家通用高斯平面坐标后，其数值一般较大。现行做法一般是以某一点为农田平面坐标的原点，建立农田独立坐标系，用所有点的坐标同该点坐标相减，得到相对该点的平面坐标，此时再对数据进行应用。对于各个图层，都要有田地识别号、日期、时间这些公共属性，然后是各自的有关属性， GPS在农田的定位应用如下:

2.1.1田地边界层使用GPS进行田地边界的测量，是目前精准农业中常用的方法。一般做法是用带有GPS装置的车辆(对于小面积的田地，人背负GPS装置即可) ，绕田地边界行走1圈，GPS接收机每秒钟输出1次数据，记录下这一圈的所有点的位置信息，然后进行数据处理，从而最终使田地边界生成矢量化的数据。

2.1.2样层田地各种属性的集是通过田间样得到的。样一般使用栅格样法，确定样栅格的大小，然后由GPS引导在栅格中心定点样。具体应用时，确定栅格的大小后，则生成1个栅格的格网，覆盖在边界图层上，确定栅格格网的起始坐标后，即可确定栅格中心的坐标，从而形成包含各样点坐标的样层。

2.1.3作业层 每次进行田间作业前，应生成相应的作业分布图层，包括播种层、施肥层、喷药层、施水层和收割层等。各作业层可以由GIS先根据样后的分析，根据相应的专家系统或决策支持系统生成各作业处方图层，然后由GPS进行导航作业，生成记录实际的作业层。

2.2 农机作业导航

2.2.1精准施肥传统施肥方式因土壤肥力在地块不同区域差异较大，所以在平均施肥情况下，肥力低而其它生产性状好的区域往往施肥量不足，而某种养分含量高而丰产性状不好的区域则引起过量施肥。GPS为控制施肥提供空间定位和导航支持，基于GPS的变量施肥技术能根据不同地区、不同土壤类型、土壤中各种养分的盈亏情况、作物类别和产量水平，将微量元素与有机肥加以科学配方，做到有目的地科学施肥。

2.2.2精准灌溉精确灌溉既能满足作物生长过程中对灌水时间、灌水量、灌水位置、灌水成分的精确要求，又能按照田间的每个操作单元的具体条件，精细准确地调整农业用水管理措施，最大限度地提高水的利用效率和利用率。在田间运用GPS土地参数样器集植物生长的环境参数，如土壤湿度、地温等，通过GPS中心控制基站利用专家系统进行植物分析，可以调控植物生长环境，精确凋控节水灌溉系统。

2.2.3精准喷药运用GPS监测病虫草害是预测预报的新手段，通过GPS系统连接高质量摄像系统拍摄分析图像，可以收集原始数据，监测大田作物，得出田间病虫草害分布大小位置，并可以通过逐次拍摄确认害虫的迁飞路线、种群数量和为害程度，以及病虫草害发展方向及流行趋势。

2.2.4精准耕作将GPS,GIS和精细农业、旱作节水农业相结合，开发精细农业和田间实时导航监控相结合的地理信息管理系统，实现了田间车辆多目标监控;建立农业机械装备数据库和查询系统，可方便地进行100多种农业机械装备数据的查询、添加、删除、保存等操作;通过获取车辆的实时信息，调取地图中的信息，将田间动态的车辆信息与农业机械装备相结合实现了信息的可交互性、可扩展性和通用性。

2.3农田产量监测目前，先进的谷物联合收割机均装配了GPS接收机和产量监控器，产量监控器所获得的产量数据可以通过GIS技术绘制成产量图直观表达出来，结合土壤分布情况，可提出当前影响作物产量的相关因素，帮助种植者评估天气、土壤养分和作业管理对作物产量的影响，为翌年生产布局和科学施肥提供决策参考，实行更精细的田间养分管理。产量监控器由谷物流量传感器、地面速度传感器、谷物湿度传感器、计算机系统、数据存储设备和卫星接收机等部件组成。在收获大多数谷物时，传感器置于收割机内谷物流经的地方，测量谷物的流速和湿度，根据收割谷物时收割机实时的具体位置进行数据转换，用流速除以收割面积即可得出单位面积产量。在这个过程中， GPS接收机是产量监控器必不可少的组件之一，在农田产量监测中发挥了关键作用。

GPS有什么功能？具体的功能有那些？

进入21世纪，全球定位系统（GPS）在各方面的应用都将加强和发展。本文对GPS走向21世纪时的最新发展情况，特别是当前国际GPS服务（1GS）的产品内容、应用和服务等方面作重点介绍。

一 、GPS连续运行站网和综合服务系统的发展

在全球地基GPS连续运行站（约200个）的基础上所组成的IGS(International GPS Service），是GPS连续运行站网和综合服务系统的范例。它无偿向全球用户提供GPS各种信息，如GPS精密星历、快速星历、预报星历、IGS站坐标及其运动速率、IGS站所接收的GPS信号的相位和伪距数据、地球自转速率等。这些信息在大地测量和地球动力学方面支持了无数的科学项目，包括电离层、气象、参考框架、精密时间传递、高分辨的推算地球自转速率及其变化、地壳运动等。

（1） IGS现在提供的轨道有三类：一是最终（精密）轨道，要在10—12天以后得到它，常用于精密定位；二是快报轨道，要在1天以后得到，它常用于大气的水汽含量、电离层计算等；还有一类是预报轨道。

关于对GPS星钟偏差方面的估计，只有两个IGS分析中心提供。IGS近200个永久连续运行的全球跟踪站中，使用的外部频率标准近70个，其中约30个使用氢钟，约20个使用铯原子钟，约20个使用铷原子钟，其余的使用GPS内部的晶体震荡器。

（2） IGS还提供极移和世界时信息。IGS公布的最终的每日极坐标（x，y），其精度为±0.1mas，快报的相应精度为±0.2mas。GPS作为一种空间大地测量技术，本身并不具备测定世界时（UT）的功能，但由于一方面GPS卫星轨道参数和UT相关，另一方面，也和测定地球自转速率有关，而自转速率又是UT的时间导数，因此IGS仍能给出每天的日长（LOD）值。IGS还能进一步求定章动项和高分辨率的极移（达每2小时1次，而不是1天1次），后者主要源于IGS各观测站观测质量的提高，数据传输迅速和及时，以及数据处理方法的改进，并没有本质的改变，而前者却是技术上的一个跨跃。

（3） IGS提供的一个极为有用和重要的信息是IGS的那些连续运行站（跟踪站）的坐标、相应的框架、历元和站移动速度。前者精度好于1cm，后者精度好于1mm/y。IGS站坐标所用的坐标参考框架是和IERS互相协调的。1993年末开始使用ITRF91，1994年使用ITRF92，1995年到1996年中期使用ITRF93，1996年中期到1998年4月一直使用ITRF94，1998年3月1日转而用ITRF96，1999年8月1日开始IGS用ITRF。

（4） IGS在测定短期章动方面的新贡献。

GPS技术不能确定UT，而只能确定日长。同样这一原则也适用于章动，即GPS数据不能测定章动的经度和倾角，但能确定这些量的时间变率（对时间的导数）。基于这一原理，用了3年的每天的ψ和ε值的资料，估算短期章动项的章动振幅，并与VLBI结果作了比较。结论认为，就测定章动短周期项而言，GPS方法优于VLBI，而对超过1个月以上的长周期而言，VLBI较优。

由于对GPS技术的IGS作出了如此大的成绩和贡献，因此1999年9月各国的VLBI站和SLR站决定也组织类似于IGS的相应的IVS和IVRS。法国的DORIS和德国的PRARE也正在考虑成立类似模式的国际组织。力求使这类空间大地测量观测系统组织起来，提高效率、提高精度和可靠性。

就地区性的GPS连续运行站网和综合服务系统而言，发达国家也已做了很多这方面工作，取得了进展。在美国布设了GPS“连续运行参考站”（CORS）系统。它由美国大地测量局（NGS）负责，该系统的当前目标是（1）使美国各地的全部用户能更方便的利用它来达到厘米级水平的定位和导航；（2）促进用户利用CORS来发展GIS；（3）监测地壳形变；④求定大气中水汽分布；⑤监测电离层中自由电子浓度和分布。

截止1999年9月CORS已有156个站，而美国NGS宣布为了强化CORS系统，以每个月增加3个站的速度来改善该系统的空间覆盖率。此外，CORS的数据和信息包括接收的伪距和相位信息、站坐标、站移动速率矢量、GPS星气、站四周的气象数据等，用户可以通过信息网络，如Internet很容易下载而得到。

英国建立的“连续运行GPS参考站”（COGPS）系统的功能和目标类似于上述CORS，但结合英国本土情况还多了一项监测英伦三岛周围的海平面相对和绝对变化的任务。英国的COGPS由测绘局、环保局、气象局、农业部、海洋实验室共同负责。已有近30个GPS连续运行站，今后的打算是扩建COGPS系统和建立一个中心，其主要任务是传输、提供、归档、处理和分析GPS各站数据。

日本已建成全国近1200个GPS连续运行站网的综合服务系统。它在以监测地壳形变、预报地震为主功能的基础上，结合气象和大气部门开展GPS大气学的服务。

二、 GPS应用于电离层监测

GPS在监测电离层方面的应用，也是GPS空间气象学的开端。太空中充满了等离子体、宇宙线粒子、各种波段的电磁辐射，由于太阳常在1秒钟内抛出百万吨量级的带电物，电离层由此而受到强烈干扰，这是空间气象学研究的一个对象。通过测定电离层对GPS讯号的延迟来确定在单位体积内总自由电子含量（TEC），以建立全球的电离层数字模型。

GPS卫星发射L1和L2。两个载波。由这两个载波可以削弱电离层对GPS定位的影响，或者说可以求定电离层折射。因为这一折射和载波频率有关。

当人们建立地区或全球电离层数字模型时，总是作简化的定，所有自由电子含量都表示在一个单层面上，该面离地面高为H。这样的话，电子含量正可以用在接收机和卫星连线与此单层面交点（刺入点）处的电子含量Es表示，它可以视为E与刺入点处天顶距Z'的函数Ecos Z'=Es。可以将在球面上的电子浓度Es加以模型化，例如写成经纬度的球谐函数等，这方面有很多专家提出了各种模型。IGS提出了一种电离层地图的交换格式（10nosphere Map Exchange Format，IONEX—Format），它的作用是使基于各种理论和技术所获得的电离层地图能在统一规格的基础上进行综合和比较。电离层模型有各不相同的理论基础，而取得的数据来源的技术也不同，数据覆盖面也不完整，所以只能将IGS和全球各种TEC的图和GPS卫星讯号的差分码偏差（differential code biases—DCBS）用IONEX形式向全世界用户提供，下一步将通过比较，逐步联合起来。

三、 GPS应用于对流层监测

在GPS应用中，早期主要是轨道误差影响定位精度，而且早期的GPS基线相对来说比较短，高差不大，因此对对流层的研究没有给予很大的重视。直到由于GPS轨道精度大大提高后，对流层折射已成为限制GPS定位精度提高的一个重要障碍。设一个高程基本为零的地区，接收机所接收的GPS讯号从天顶方向传来的话，其延迟可以达到2．2—2．6m这一量级，而2小时内这一延迟变化可达10cm不是少见的（所以IGS分析中心提供的对流层参数是用2小时间隔一次）。也由于这个实际情况，对流层折射要顾及其随机过程的变化来加以模型化。

在GPS应用于对流层研究中，IGS的快速轨道和预报轨道信息对于天气预报会起重大作用。此外，IGS通过德国GFZ的“IGS对流层比较和协调中心”提供的每2小时的对流层天顶延迟系列就象是控制点，对于区域性或局部性的对流层研究来说，可以起到对流层延迟绝对值的标定作用。

与地基GPS大气监测不同，星基或空基GPS掩星法测定气象的技术有覆盖面广，垂直分辨好，数据获取速度快的优点。这一技术的原理是将GPS接收机放在某一低轨卫星（LEO）或飞行器的平台上，该GPS接收机一方面起到对该卫星（或飞行器）精确定轨的作用，同时又应用GPS掩星技术起到大气探测器的作用。在19年进行的GPS/MET研究项目，证实了这个设想是可行的。预定于2000年4月发射的CHAMP卫星要利用GPS掩星法进行全球对流层折射（包括大气可降水分）的测定。

在今后几年中，还有阿根廷的SAC—C，的COS—MIC，这些LEO卫星都要用星载GPS来定轨和利用掩星法测大气。

今后利用星载GPS的气象和电子浓度截面数值，结合地面GPS站数据，作成层折图像提供使用。今后3年中GPS/MET项目研究还要进行6次，预计它将在天气预报、空间天气预报、气象监测方面做出巨大贡献。

四 、GPS作为卫星测高仪的应用

多路径效应是GPS定位中的一种噪音，至今仍是高精度GPS定位中一个很不容易解决的“干扰”。过去几年利用大气对GPS信号延迟的噪声发展了GPS大气学，也正在利用GPS定位中的多路径效应发展GPS测高技术，即利用空载GPS作为测高仪进行测高。它是通过利用海面或冰面所反射的GPS信号，求定海面或冰面地形，测定波浪形态，洋流速度和方向。通常卫星测高或空载测高测的是一个点，连续测量结果在反向面上是一个截面，而GPS测高则是测量有一定宽度的带，因此可以测定反射表面的起伏（地形）。据报告，试验时在空载平面安装2台GPS接收机，1台天线向上用于对载体的定位，1台天线向下，用于接收GPS在反射面上的讯号。美国在海上作了测定洋流和波浪的试验。丹麦在格凌兰作了测定冰面地形及其变化的试验。

五 、卫星一卫星追踪技术

卫星对卫星的追踪（SST）技术的实质是高分辨率的测定2颗卫星间的距离变化，一般它分为两类，即高低卫星追踪和低低卫星追踪。前一类是高轨卫星（如对地静止卫星，GPS卫星等）追踪低轨（LEO）卫星或空间飞行器，后一类是处于大体为同一低轨道（LEO）上的2颗卫星之间的追踪，2颗卫星间可以相距数百千米，这两类SST技术都将LEO卫星作为地球重力场的传感器，以卫星间单向或双向的微波测距系统测定卫星间的相对速度及其变率。这一速度的不规则变化所反映的信息中，就包含了地球重力场信息。卫星轨道愈低，这一速度变化受重力场的影响愈明显，所反映重力场的分辨率也愈高。

这两类SST技术中，以高低卫星追踪所获得的信息比较丰富，这是因为：

高轨卫星，特别是有多个高轨卫星（如GPS）能获得低轨卫星处于大部分轨道上所传递的信息；（2）对地面重力场的中波、长波、短波信息都能恢复；（3）不同于低轨卫星，高轨卫星受重力场影响比较小，因此卫星间速度变化能比较好的反映重力场信息，同时高卫星的轨道也比较容易精确的求定。

SST技术的第一次试验是在15年进行的，高轨卫星是对地静止卫星（GEO)ETS一6，而低轨卫星为NIMBUS—6和APOLLO—SYYUS，但由于观测值的分辨率和精度太低（低于10μm/s），而没有取得很满意的成果，因此NASA放弃了此项研究；一直到1991年，利用GPS卫星作高轨卫星再次进行了试验，用LANDSAT作为低轨卫星，在该卫星平面上装GPS接收机，进行定轨和测定高低卫星间距离及其变率的试验，后来在T/P海洋测高卫星上也作过类似试验，也由于测定距离及其变率的分辨率和精度不高，而没有令人满意的结果；这次欧空局(ESA）在德国（GFZ）主持下所发射的CHAMP，GRACE和GOCE3颗卫星，在今后10年中将专门进行SST和卫星重力梯度测量(SGG）的试验，以改善对地球重力场的认识。

IGS认为持续地支持低轨卫星（LEO）是它的一项重要任务方面，因此专门建立了LEO工作组。LEO工作组制定了工作，并提出了一些建议：①建立IGS为追踪LEO的相应标准化地面站网，以满足LEO的要求；②IGS以短于24小时速率，对这些地面站网的数据进行传输和处理，提供LEO所需要的数据和产品；③为地面站网的GPS 1 Hz样率数据建立相应的GPS数据交换格式；④了解调查IGS精密轨道对LEO平台上GPS数据集的作用和意义。

1994年GPS就全面进入正式运行，该系统由21颗卫星组成，分别沿6个轨道平面运行，还有3颗卫星一直处于热备份状态，总计24颗.但在轨道上运行的GPS卫星总数实际上是变动的，在1998年就有27颗GPS卫星在轨道上运行.若从与赤道面55°倾角算第一个轨道面，则其他5个轨道面均以此为基础，彼此各以60°角度相交.

（2）关于对GPS星钟偏差方面的估计，只有两个IGS分析中心提供.IGS近200个永久连续运行的全球跟踪站中，使用的外部频率标准近70个，其中约30个使用氢钟，约20个使用铯原子钟，约20个使用铷原子钟，其余的使用GPS内部的晶体震荡器.

（3）IGS还提供极移和世界时信息（参见表1）.IGS公布的最终的每日极坐标（x,y），其精度为±0. 1m a s，快报的相应精度为±0. 2m a s.GPS作为一种空间大地测量技术，本身并不具备测定世界时（U T）的功能，但由于一方面GPS卫星轨道参数和U T相关，另一方面，也和测定地球自转速率有关，而自转速率又是U T的时间导数，因此IGS仍能给出每天的日长（LOD）值.IGS还能进一步求定章动项和高分辨率的极移（达每2小时1次，而不是1天1次），后者主要源于IGS各观测站观测质量的提高，数据传输迅速和及时，以及数据处理方法的改进，并没有本质的改变，而前者却是技术上的一个跨跃.

（4）IGS提供的一个极为有用和重要的信息是IGS的那些连续运行站（跟踪站）的坐标，相应的框架，历元和站移动速率，前者精度好于1cm，后者精度好于1mm a.IGS站坐标所用的坐标参考框架是和IER S互相协调的.1993年末开始使用ITR F91,1994年使用ITR F92,1995年到1996年中期使用ITR F93,1996年中期到1998年4月一直使用ITR F94,1998年3月1日转而用ITR F96,1999年8月1日开始IGS用1TR F.

（5）IGS在测定短期章动方面的新贡献.众所周知，地球自转轴在地球表面上的移动称为极移，而它在惯性空间中的运动称为岁差和章动.GPS技术不能确定U T，而只能确定日长.同样这一原则也适用于章动，即GPS数据不能测定章动的经度和倾角，但能确定这些量的时间变率（对时间的导数）.基于这一原理，用了3年的每天的W和E值的资料，估算短期章动项的章动振幅，并与VLB I结果作了比较，结论认为，就测定章动短周期项而言，GPS方法优于VLB I，而对超过一个月以上的长周期而言，VLB I较优.

由于对于GPS技术的IGS作出了如此大的成绩和贡献，因此在1999年9月各国的VLB I站和SL R站决定组织类似于IGS的相应的IV S和IL R S.法国的DO R IS和德国的PRA R E也正在考虑成立类似模式的国际组织.力求使这类空间大地测量观测系统组织起来，提高效率，提高精度和可靠性.

RS、GIS和GPS集成——3S技术系统

GPS的工作原理，简单地说来，是利用我们熟知的几何与物理上一些基本原理。首先我们定卫星的位置为已知，而我们又能准确测定我们所在地点A至卫星之间的距离，那么A点一定是位于以卫星为中心、所测得距离为半径的圆球上。进一步，我们又测得点A至另一卫星的距离，则A点一定处在前后两个圆球相交的圆环上。我们还可测得与第三个卫星的距离，就可以确定A点只能是在三个圆球相交的两个点上。根据一些地理知识，可以很容易排除其中一个不合理的位置。当然也可以再测量A点至另一个卫星的距离，也能精确进行定位。 以上所说，要实现精确定位，要解决两个问题：

其一是要确知卫星的准确位置；

其二是要准确测定卫星至地球上我们所在地点的距离。下面我们看看怎样来做到这点。

GPS导航示意图

怎样确知卫星的准确位置

要确知卫星所处的准确位置。首先，要通过深思熟虑，优化设计卫星运行轨道，而且，要由监测站通过各种手段，连续不断监测卫星的运行状态，适时发送控制指令，使卫星保持在正确的运行轨道。将正确的运行轨迹编成星历，注入卫星，且经由卫星发送给GPS接收机。正确接收每个卫星的星历，就可确知卫星的准确位置。

这个问题解决了，接下来就要解决准确测定地球上某用户至卫星的距离。卫星是远在地球上层空间，又是处在运动之中，我们不可能象在地上量东西那样用尺子来量，那么又是如何来做的呢？

如何测定卫星至用户的距离

我们过去都学过这样的公式：时间X速度=距离。我们也从物理学中知道，电波传播的速度是每秒钟三十万公里，所以我们只要知道卫星信号传到我们这里的时间，就能利用速度乘时间等于距离这个公式，来求得距离。所以，问题就归结为测定信号传播的时间。

要准确测定信号传播时间，要解决两方面的问题。一个是时间基准问题。就是说要有一个精确的时钟。就好比我们日常量一张桌子的长度，要用一把尺子。如尺子本身就不标准，那量出来的长度就不准。另一个就是要解决测量的方法问题。

时间基准问题

GPS系统在每颗卫星上装置有十分精密的原子钟，并由监测站经常进行校准。卫星发送导航信息，同时也发送精确时间信息。GPS接收机接收此信息，使与自身的时钟同步，就可获得准确的时间。所以，GPS接收机除了能准确定位之外，还可产生精确的时间信息。

测定卫星信号传输时间的方法

为了避免用过多的技术术语，我们先作一个不太恰当的比喻。我们在所处的地点和卫星上同时启动录音机来播放“东方红”乐曲，那么，我们应该能听到一先一后两支“东方红”的曲子（实际上，卫星上播放的曲子，我们不可能听见，只是想能够听到），但一定是不合拍的。为了使两者合拍，我们延迟启动地上录音机的时间。当我们听到两支曲子合拍时，启动录音机所延迟的时间就等于曲子从卫星传送到地上的时间。当然，电波比声波速度高得多，电波也不能用耳朵来接收。所以，实际上我们播送的不是“东方红”乐曲，而是一段叫做伪随机码的二进制电码。延迟GPS接收机产生的伪随机码，使与接收到卫星传来的码字同步，测得的延迟时间就是卫星信号传到GPS接收机的时间。至此，我们也就解决了测定卫星至用户的距离。当然，上面说的都还是十分理想的情况。实际情况比上面说的要复杂得多，所以我们还要取一些对策。例如：电波传播的速度，并不总是一个常数。在通过电离层中电离子和对流层中水气的时候，会产生一定的延迟。一般我们这可以根据监测站收集的气象数据，再利用典型的电离层和对流层模型来进行修正。还有，在电波传送到接收机天线之前，还会产生由于各种障碍物与地面折射和反射产生的多径效应。这在设计GPS接收机时，要取相应措施。当然，这要以提高GPS接收机的成本为代价。 原子钟虽然十分精确，但也不是一点误差也没有。GPS接收机中的时钟，不可能象在卫星上那样，设置昂贵的原子钟，所以就利用测定第四颗卫星，来校准GPS接收机的时钟。我们前面提到，每测量三颗卫星可以定位一个点。利用第四颗卫星和前面三颗卫星的组合，可以测得另一些点。理想情况下，所有测得的点，都应该重合。但实际上，并不完全重合。利用这一点，反过来可以校准GPS接收机的时钟。测定距离时选用卫星的相互几何位置，对测定的误差也不同。为了精确的定位，可以多测一些卫星，选取几何位置相距较远的卫星组合，测得误差要小。在我们提到测量误差时，还有一点要提到，就是美国的SA政策。美国在GPS设计中，提供两种服务。一种为标准定位服务（SPS），利用粗码（C/A）定位，精度约为100m，提供给民用。另一种为精密定位服务（PPS），利用精码（P码）定位，精度达到10m，提供给军方和特许民间用户使用。由于多次试验表明，SPS的定位精度已高于原设计，美国出于对自身安全的考虑，对民用码进行了一种称为“选择可用性SA(Selective Availability)”的干扰，以确保其军用系统具有最佳的有效性。由于SA通过卫星在导航电文中随机加入了误差信息，使得民用信号C/A码的定位精度降至二维均方根误差在100米左右。

用差分GPS技术(DGPS)，可消除以上所提到大部分误差，以及由于SA所造成的干扰，从而提高卫星导航定位的总体精度，使系统误差达到10到15米之内。

GPS技术的错差

在GPS定位过程中，存在三部分误差。一部分是对每一个用户接收机所共有的，例如：卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差等；第二部分为不能由用户测量或由校正模型来计算的传播延迟误差；第三部分为各用户接收机所固有的误差，例如内部噪声、通道延迟、多径效应等。利用差分技术第一部分误差可完全消除，第二部分误差大部分可以消除，这和基准接收机至用户接收机的距离有关。第三部分误差则无法消除，只能靠提高GPS接收机本身的技术指标。对美国SA政策带来的误差，实质上它是人为地增大前两部分误差，所以差分技术也相应克服SA政策带来的影响。

差分GPS技术消除公共误差原理

如在距离用户500公里之内，设置一部基准接收机。它和用户接收机同时接收某一卫星的信号，那么我们可以认为信号传至两部接收机所途经电离层和对流层的情况基本是相同，故所产生的延迟也相同。由于接收同一颗卫星，故星历误差、卫星时钟误差也相同。若我们通过其它方法确知所处的三维座标（也可以用精度很高的GPS接收机来实现，其价格比一般GPS接收机高得多），那就可从测得伪距中，推算其中的误差。将此误差数据传送给用户，用户就可从测量所得的伪距中扣除误差，就能达到更精确的定位。

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。

GPS定位技术是正在发展中的高新技术，数据处理技术也处在不断更新之中，各系列GPS接收机制造厂家研制的处理软件也各具特色。 全球定位系统GPS是近年来开发的最具有开创意义的高新技术之一，其全球性、全能性、全天候性的导航定位、定时、测速优势必然会在诸多领域中得到越来越广泛的应用。在发达国家，GPS技术已经开始应用于交通运输和道路工程之中。目前，GPS技术在我国道路工程和交通管理中的应用还刚刚起步，相信随着我国经济的发展，高等级公路的快速修建和GPS技术应用研究的逐步深入，其在道路工程中的应用也会更加广泛和深入，并发挥更大的作用。 GPS导航系统与电子地图、无线电通信网络及计算机车辆管理信息系统相结合，可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能，这些功能包括： 车辆跟踪 利用GPS和电子地图可以实时显示出车辆的实际位置，并任意放大、缩小、还原、换图；可以随目标移动，使目标始终保持在屏幕上；还可实现多窗口、多车辆、多屏幕同时跟踪。利用该功能可对重要车辆和货物进行跟踪运输。

提供出行路线规划和导航 提供出行路线规划是汽车导航系统的一项重要功能，它包括自动线路规划和人工线路设计。自动线路规划是由驾驶者确定起点和目的地，由计算机软件按要求自动设计最佳行驶路线，包括最快的路线、最简单的路线、通过高速公路路段次数最少的路线等的计算。人工线路设计是由驾驶者根据自己的目的地设计起点、终点和途经点等，自动建立线路库。线路规划完毕后，显示器能够在电子地图上显示设计线路，并同时显示汽车运行路径和运行方法。

信息查询 为用户提供主要物标，如旅游景点、宾馆、医院等数据库，用户能够在电子地图上根据需要进行查询。查询资料可以文字、语言及图象的形式显示，并在电子地图上显示其位置。同时，监测中心可以利用监测控制台对区域内的任意目标所在位置进行查询，车辆信息将以数字形式在控制中心的电子地图上显示出来。

（4）话务指挥

指挥中心可以监测区域内车辆运行状况，对被监控车辆进行合理调度。指挥中心也可随时与被跟踪目标通话，实行管理。

（5）紧急援助

通过GPS定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。监控台的电子地图显示求助信息和报警目标，规划最优援助方案，并以报警声光提醒值班人员进行应急处理。

GPS技术在汽车导航和交通管理工程中的研究与应用目前在中国刚刚起步，而国外在这方面的研究早已开始并已取得了一定的成果。加拿大卡尔加里大学设计了一种动态定位系统，该系统包括一台捷联式惯性系统，两台GPS接收机和一台微机，可测定已有道路的线形参数，为道路管理系统服务。美国研制了应用于城市的道路交通管理系统，该系统利用GPS和GIS建立道路数据库，在数据库中包含有各种现时的数据资料，如道路的准确位置、路面状况、沿路设施等，该系统于1995年正式运行，为城市道路交通管理起到重要作用。近些年来国外研制了各种用于车辆诱导的系统，其中车辆位置的实时确定以往主要依据惯性测量系统以及车轮传感器，随着GPS的发展和所显示出的优越性，有取代前两种方法的趋势。用于城市车辆诱导的GPS定位一般是在城市中设立一个基准站，车载GPS实时接收 基准站发射的信息，经过差分处理便可计算出实时位置，把目前所处位置与所要到达的目标在道路网中进行优化计算，便可在道路电子地图上显示出到达目标的最优化路线，为公安、消防、抢修、急救等车辆服务。

了解汽车GPS卫星定位系统的帮忙，谢谢

当前，以地理信息系统为核心的三S技术（遥感技术RS、地理信息系统GIS、全球定位系统GPS）与多媒体（MM）技术有机结合一体化，以其强大的空间信息（数据）集、处理、分析综合和表达与管理能力，为各行业实际应用部门提供了各种有用的决策信息，大大提高应用部门的生产力及其管理水平，已成为直接为国土勘查、生态环境和自然灾害调查、评价、监测与防治等工作及社会生产与管理部门服务的一种实用技术方法。

20.2.1 地理信息系统（GIS）

20.2.1.1 地理信息系统的概念及其作用

地理信息系统（Geographical Information System，简称GIS）集计算机科学、地理学、测绘、环境科学、空间科学、地质学、信息科学和管理科学等为一体的多学科结合的新兴边缘学科。它以空间数据为研究对象，以计算机为工具，通过人的参与进行一系列空间操作和分析，为地球科学、环境科学、灾害监测与评价、工程设计乃至企业经营等工作提供规划管理的决策科学信息。

地理信息系统已被广泛用于国土勘查和环境监测与评价等方面，特别在遥感制图、矿产定量预测、工程布置的点位优选、勘探靶区优选等等方面，已有相当的成功实例与经验。目前，地理信息系统已经作为一种主要的信息产业，取得了显著的社会与经济效益。实际上，地理信息系统所研究的对象及覆盖面远远超出了地理学的范畴。

地理信息系统是管理空间数据的计算机系统。空间数据是指不同来源的用遥感和非遥感手段所获取的数据，它有多种数据类型，包括地图、遥感影像、统计数据等，其共同特点是都有确定的空间位置——地理坐标参照系统。其工作过程主要是通过空间实体的空间位置与空间关系来进行的，当然也可以通过它们的属性来进行。它对空间数据除管理、检索、查询外，还必须进行各种运算和分析。其输出除表格、文字、数据外，主要的形式是图形。地理信息系统主要用来分析和管理在一定地理区域内分布的各种地学、社会现象和过程。它是地学、计算机、系统工程等学科知识的融合，是跨学科的技术系统。

遥感是地理信息系统重要的数据源和强有力的数据更新手段。遥感的多时相、量纲统一的、动态的全球范围内的快速监测数据，是其他手段所不能替代和比拟的，因而地理信息系统作为一种空间数据管理、分析的有效技术，可为遥感提供各种有用的信息和分析手段。目前，地理信息系统的一个重要发展趋势，是加强空间信息管理系统与遥感图像处理系统的结合，以提高与环境信息系统在动态分析、监测与预报方面的能力，改善遥感分析的精度。

20.2.1.2 系统构成

地理信息系统主要是由GIS的硬件、软件、地理数据（库）和系统的管理操作人员四个部分组成。

GIS硬件主要是计算机，包括必备的外部设备如数字化仪、打印机及绘图仪。可选设备有扫描仪、激光绘图仪及打印机、磁带机等。

地理空间数据是指以地球表面空间位置作为参照系的各种景观数据（如自然的、社会的、人文经济的等）。这些数据可以是图形、图像、文字、表格和数字等形式，由系统的建立者通过有关的量化工具和介质输入GIS，是系统程序作用的对象，是GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。

早期的GIS一直是以各种类型的地图作为主要的数据源。随着遥感技术的兴起，遥感信息以其周期性、动态性、信息丰富、获取效率高并可直接以数字方式记录传送等优点成为重要的GIS信息源和数据更新手段。遥感与GIS的结合是空间技术发展的趋势。

系统开发、管理和使用人员是GIS的重要构成因素。因为GIS是一个动态的地理模型，光有系统软硬件和数据不能构成完整的GIS，需要由人进行系统的组织、管理、维护和数据更新，使系统不断得到完善，并合理使用地理分析模型提取多种信息，为研究和决策服务。

GIS软件是GIS技术的核心，它既是GIS技术的集中体现，又是这一技术的应用基础。一般商品化产品，如美国的ARC／INFO系统，中国的MAPGIS，主要由数据集、数据管理、数据分析、数据转换和数据输出五部分构成。

（1）数据集

其功能是完成地学数据集与输入工作，可用扫描仪、数字化仪、图形终端或其他系统的磁盘数据文件输入。主要的信息源有：专题地图（包括地形图）、统计表格、遥感影像、实测数据以及其他系统的数据文件。

数据集方式主要有以下几种：① 手工式，是早期和试验时用的方法，效率和精度均低。② 手扶跟踪数字化，是当前最有效的地图数字化方式，在手扶跟踪数字化仪和数字化板支持下进行。通过这种方式可得到矢量格式的地图数字化数据。③ 自动扫描，是最有前途的数字化方式。由扫描仪进行，扫描仪可以每英寸300～600点（线）集地图或影像的灰度或颜色，形成点阵像元数据或多波段数据。④ 数据通讯，是在联网方式下获取有关的其他信息系统的一种方式。无论用何种方式集，其目的都是要把数据源变为GIS可以存贮管理和分析的形式。

（2）数据管理

其功能是实现空间（几何）数据和属性（非几何）数据的存储、检索、查询、编辑、修改。GIS与其他信息系统最大的不同之处是对空间数据的管理。如何实现空间数据与属性数据的统一存储、检索、查询、编辑和修改是评价GIS的一个重要方面。

一个功能强大的GIS产品能够提供一个统一的空间数据库管理系统，提供各种范围内的双向查询、编辑、建模功能，允许快速地修正并更新空间数据及有关的描述数据。例如，最新推出的许多GIS软件都使用了一个优化的、面向目标的数据库管理系统，可以快速地存取大型关系文件，它把现实物体的空间关系、特征和属性存储在同一个网络分布式关系数据库中，所以做图、拓扑数据结构是这种数据模型的特征。

（3）数据分析

数据分析部分借助地学模型（预置式模型或用户自定义模型），完成地理数据的分析和计算工作，是GIS的核心内容。目前比较成熟的分析功能有地面数字高程模型、网络分析模型、邻近分析模型、区域分析模型、拓扑分析模型以及空间距离搜索模型等。

数字地面模型（DTM）在自然地理、地貌、水利、工程设计、管道布线等领域有着广泛的应用。当地图被数字化后，利用等高线通过插值可以生成数字地面高程模型（DEM），并由DEM进一步产生坡度、坡向、沟谷、山脊、地表粗糙度等10多个地形要素，构成DTM数据。利用这些地表信息与植被、土壤、人文要素的相关性，可建立不同的地学应用模型。

网络分析模型在经济地理、市场分析、交通管理等领域有着广泛的应用。此模型根据网络拓扑性质，可以在两点间选择最短路径，并绘出其长度和有关信息，也可以比较各个市场中心服务范围和影响区域。

定距离空间搜索（Buffer）模型和邻近区域分析模型在区域规划、国土整治、土地管理等领域有着广泛的应用。通过指定空间搜索距离，用户可以方便地进行空间检索、查询，了解在一定范围内地理现象的空间分布；通过邻近区域分析模型，用户可方便地进行邻近区域检索、查询、了解区域周围的环境情况。由于用模式来定义表，表和空间数据联系在一起，这样用户能进行集成的空间和属性处理、报表生成、专栏处理、属性标记和相互作用的属性修改、更新等项内容。

点、线、多边形是GIS图形数据的基本单元，与之相应的拓扑分析模型在自然管理、生态评价、土地评价和规划等领域有着广泛的应用。它通过多幅专题图或专题图与图像合并办法，生成新的专题图及新的属性表，为运用不同评价和规划模型，完成地理信息的分析和地理数据的计算提供了极大方便。

上述系统底层通用分析模型仅提供了某些数据分析的工具。在具体应用领域还需结合专业知识和实际要求建立用户的应用模型。

（4）数据转换

是提供不同空间数据集的集成途径。空间数据都是用矢量和栅格格式进行集、存贮和处理的。矢量结构的数据更能表达我们的空间想像，因此它最常用于手工的数据集。但是，数据自动集方式往往产生与计算机的规则结构相匹配的栅格结构数据。因此，现代GIS应兼容矢量和栅格两种数据格式，提供多种方法进行两种数据的相互转换，满足多源信息综合分析的需求。

（5）数据输出

数据输出部分将GIS信息或分析结果以可视的形式表示，如屏幕，绘图仪、打印机输出等。系统同时支持软硬件拷贝显示，使用户能够获得在屏幕上所见结果，即在地图成图之前，用户能预先看到硬拷贝输出的图形。用户还可以在图形窗口内编辑地图，包括彩色设计，图廓整饰、生成比例尺、注记、图例、表格、公里网格等，最后由绘图仪或打印机输出。

20.2.2 全球定位系统（GPS）

全球定位系统（GPS：Global Position System）是美军自20世纪70年代初期开始研制的新一代卫星导航和定位系统。它由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成。工作卫星分布在6个轨道面内，卫星轨道面相对地球赤道面的倾角为55°，每个轨道平面配置3颗卫星，每隔一条轨道平面配备一颗备用卫星，轨道的平均高度约为20200 km，卫星运行周期为11小时58分。因此，在同一测站上，每天出现的卫星分布图相同，只是每天提前几分钟。每颗卫星对地球的可见面积为地球总表面积的38%，每颗卫星每天约有5小时在地平线上。同时位于地平线上的卫星数目最少为4颗，最多为11颗。这样的空间配置，可保证在地球上任何时间，任何地点至少可同时观测到4颗卫星，加上卫星信号的传播和接收不受天气的影响，因此GPS是一种全球、全天候的连续实时导航定位系统。GPS的出现，为大量的野外高精度定位工作提供了极大方便，使定位与导航在精度和速度上都产生了质的飞跃，进入了电子化和自动化时代。

GPS作为新一代卫星导航与定位系统。不仅具有全球性、全天候、连续的精密三维导航与定位能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性等优点，现在已广泛地在全球应用。需要指出，全球定位系统的导航和定位在概念上是有所不同的，所谓定位是指运动载体，如汽车上安装GPS信号接收机，然后实地测出接收天线所在的位置，这称为GPS定位，也称GPS动态定位。动态的意思是指定位是在极短的时间内完成的。如果GPS接收机在测得运动载体实时位置的同时，还测得运动载体的速度，时间和方位等状态参数，进而可“引导”运动载体驶向预定的目标位置，这称为导航。由此可知，导航是一种广义的动态定位。

GPS是从军事方面发展起来的，出于军事目的，它提供两种服务即标准定位服务SPS（Standard Positioning Service）和精确定位服务PPS（Precise Positioning Service）。前者用于民用事业，后者为美国军方服务。美国为限制非军事用户和其他国家使用GPS的精度，分别在 1991年和 1994年实施了“SA（Selective Availability）”技术和“AS（Anti-spoofing）”技术，即“有选择可用性”技术和“反电子欺骗技术”。使SPS服务水平定位精度降低到100 m，而在密码保护下的PPS服务精度提高到1 m。

针对实施的“SA”技术，各国纷纷用技术对策，出现了差分GPS即DGPS（Differential GPS）。“差分”的概念在无线电导航领域早就被用，差分GPS的提出，使差分技术提高到过去从未有过的重要地位。用差分GPS几乎可以完全消除“选择可用性”带来的误差。它利用某些地面发射站送出的已知精确位置的基准信号，将其与GPS的定位信号进行比较和修正。这样，通过建立基准通讯链方式，使GPS数据实现精确校正。目前利用差分技术可使定位精度超过单独使用PPS所得到精度。因此，美国比其他许多国家更快地将DGPS投入到实际使用中，目前其精度可达1 cm，用它可监视地球和冰川的微小运动。2001年美国取消了“SA”技术限制，GPS的定位精度大大提高。

全球卫星定位系统的迅速发展，引起了各国军事部门和广大民用部门的普遍关注。GPS定位技术的高度自动化及其所达到的高精度和具有的潜力，也引起了广大测量工作者的极大兴趣。特别是近十多年来，GPS定位技术在应用基础的研究、新应用领域的开拓、软件和硬件的开发等方面都取得了迅速发展。广泛的科学实验活动为这一新技术的应用展现了极为广阔的前景，经典的大地测量技术经历了一场意义深远的变革，从而进入一个崭新的时代。

目前，GPS精密定位技术已经广泛地渗透到了经济建设和科学技术的许多领域，尤其对经典大地测量学的各个方面产生了极其深刻的影响。它在大地测量学及其相关学科领域，如地球动力学、海洋大地测量学、天文学、地球物理勘探、勘察、航空与卫星遥感、工程变形监测、运动目标的测速以及精密时间传递等方面的广泛应用，充分地显示了这一卫星定位技术的高精度与高效益。

20.2.3 RS、GIS和GPS多功能综合

作为空间信息处理的3S技术系统，在空间信息管理中各具特色，均可独立完成自身的功能。同时，它们所能解决的问题之间又有很多关联性，在解决问题的功能上又各自存在着优点和不足：GIS具有较强的空间查询，分析和综合处理能力，但获取数据困难；RS能高效地获取大面积的区域信息，但受光谱波段的限制，且数据定位及分类精度差；GPS能快速地给出目标的位置，对空间数据的精确定位具有特殊意义，但它本身通常无法给出目标点的地理属性。因此，只有三者有机结合起形成一个多功能综合的技术系统，才能发挥更大的作用（图20-3）。在3S系统中，简单地说，GIS相当中枢神经，RS相当传感器，GPS相当定位器，三者的共同作用将使地球能实时感受到自身的变化，使其在环境和区域管理等众多领域中发挥巨大作用。RS，GIS和GPS三者的结合与集成已成为当今空间信息系统的发展方向，也是空间科学发展的必然趋势。

图20-3 3S技术系统

20.2.3.1 GIS与RS的结合

GIS和RS都是独立发展起来的支撑现代地学的空间科学技术，其中GIS是管理与分析空间数据的有效工具，RS是空间数据集和分类的有效工具，它们的研究对象都是空间实体，二者关系十分密切。

GIS和RS的结合主要表现在RS对GIS动态地提供和更新各种数据，而GIS作为空数据处理分析的技术工具，可大大提高RS空间数据的分析能力及分析精度。在实践中，RS和GIS结合的主要形式是利用遥感图像经过计算机图像处理、信息提取、目视解译等方式，编制各种专题图，而后通过数字化仪等输入设备将专题图上所需信息输入到地理信息系统中，或者遥感数据经图像处理、分类和模式识别等方式提取有关信息直接进入地理信息系统数据库。这种结合方式的实质是用遥感形成专题系列数据库（包括遥感图像库）提供给地理信息系统。数据库中各专题要素因来自同一信息源，保证了时相和图幅位置配准，所以很适合在地理信息系统中进行多重信息的综合与复合分析，从而派生出综合性数据及图件，最大限度地发挥有关数据的作用。例如，在流域综合治理中，根据单要素的坡度图、土壤类型图、地貌类型图及植被类型图，通过地理信息系统中的有关模型分析可得到土地利用评价图及土地利用规划图等。

20.2.3.2 RS与GPS的结合

GPS和RS都可看作为GIS的数据源的获取系统，而且，GPS和RS既分别具有独立的功能，又可以互相弥补其不足。

首先，GPS的精确定位功能解决了RS获取目标信息定位困难的问题。在GPS问世以前，地面同步光谱测量、遥感的几何校正和定位等都是通过地面控制点进行大地测量才能确定的，这不但费时费力，而且当无地面控制点时更无法实现，从而严重影响数据实时进入系统。GPS的快速定位为RS数据实时、快速进入GIS系统提供了可能。也就是说，借助GPS可使RS迅速进入GIS分析系统，保证了RS数据及地面同步监测数据获取的动态配准、动态地进入GIS数据库。

其次，利用RS数据实现GPS定位遥感信息查询。此外，利用GPS形成了一系列新技术，如GPS气象遥感技术，利用GPS卫星和接收机之间无线电讯号在大气电离层和对流层中的延迟时间，了解电离层中电子浓度和对流层中温度湿度获得大气参数及其变化情况。因而目前建立和正在建立的全球许多GPS观测网将是提供大气参数的一个重要新数据源。对天气预报尤其是短期天气预报发挥巨大作用。

20.2.3.3 GPS与GIS的结合

GPS和GIS的结合，不仅能取长补短使各自的功能得到充分的发挥，而且还能产生许多更高级功能，从而使GPS和GIS的功能都迈上一个新台阶。

通过GIS系统，可使GPS的定位信息在电子地图上获得实时的，准确的形象的反映及漫游查询。通常GPS接收机所接收信号无法输入底图。若从GPS接收机上获取定位信息后，再要回到地形图或专题图上查找，核实周围地理属性，该工作十分繁杂，而且花费时间长，在技术手段上也是不合理的。如果把GPS的接收机同电子地图相配合，利用实时差分定位技术，加上相应的通信手段组成各种电子导航和监控系统，可广泛用于交通、公安侦破、车船自动驾驶、科学种田和海上等方面。

GPS为GIS及时集、更新或修正数据，例如在外业调查中通过GPS定位得到的数据，输入给电子地图或数据库，可对原有数据进行修正、核实、赋予专题图属性以生成专题图。

工程测量常用方法与仪器

全球定位系统GPS卫星的定时信号提供纬度、经度和高度的信息，精确的距离测量需要精确的时钟。因此精确的GPS接受器就要用到相对论效应。 准确度在30米之内的GPS接受器就意味着它已经利用了相对论效应。华盛顿大学的物理学家Clifford M. Will详细解释说：“如果不考虑相对论效应，卫星上的时钟就和地球的时钟不同步。”相对论认为快速移动物体随时间的流逝比静止的要慢。Will计算出，每个GPS卫星每小时跨过大约1.4万千米的路程，这意味着它的星载原子钟每天要比地球上的钟慢7微秒。 而引力对时间施加了更大的相对论效应。大约2万千米的高空，GPS卫星经受到的引力拉力大约相当于地面上的四分之一。结果就是星载时钟每天快45微秒， GPS要计入共38微秒的偏差。Ashby解释说：“如果卫星上没有频率补偿，每天将会增大11千米的误差。”(这种效应实事上更为复杂，因为卫星沿着一个偏心轨道，有时离地球较近，有时又离得较远。)

编辑本段GPS前景

由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。 随着冷战结束和全球经济的蓬勃发展，美国宣布2000年至2006年期间，在保证美国国家安全不受威胁的前提下，取消SA政策，GPS民用信号精度在全球范围内得到改善，利用C/A码进行单点定位的精度由100米提高到20米，这将进一步推动GPS技术的应用，提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生活质量，刺激GPS市场的增长。据有关专家预测，在美国，单单是汽车GPS导航系统，2000年后的市场将达到30亿美元，而在我国，汽车导航的市场也将达到50亿元人民币。可见，GPS技术市场的应用前景非常可观。

编辑本段GPS特点

全球定位系统的主要特点：(1)全天候；(2) 全球覆盖；(3)三维定速定时高精度；(4)快速省时高效率：(5)应用广泛多功能。

编辑本段GPS功用

全球定位系统的主要用途：(1)陆地应用，主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、 市政规划控制等；(2)海洋应用，包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等；(3)航空航天应用，包括飞机导航、航空遥 感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。

编辑本段GPS应用

主要是为船舶，汽车，飞机等运动物体进行定位导航。例如： 1.船舶远洋导航和进港引水 2.飞机航路引导和进场降落 3.汽车自主导航 4.地面车辆跟踪和城市智能交通管理 5.紧急救生 6.个人旅游及野外探险 7.个人通讯终端（与手机，PDA，电子地图等集成一体） 1.电力，邮电，通讯等网络的时间同步 2.准确时间的授入 3.准确频率的授入 1.各种等级的大地测量，控制测量 2.道路和各种线路放样 3.水下地形测量 4.地壳形变测量，大坝和大型建筑物变形监测 5.GIS应用 6.工程机械（轮胎吊，推土机等）控制 7.精细农业

编辑本段GPS在道路工程中的应用

GPS在道路工程中的应用，目前主要是用于建立各种道路工程控制网及测定航测外控点等。随着高等级公路的迅速发展，对勘测技术提出了更高的要求，由于线路长，已知点少，因此，用常规测量手段不仅布网困难，而且难以满足高精度的要求。目前，国内已逐步用GPS技术建立线路首级高精度控制网，然后用常规方法布设导线加密。实践证明，在几十公里范围内的点位误差只有2厘米左右，达到了常规方法难以实现的精度，同时也大大提前了工期。GPS技术也同样应用于特大桥梁的控制测量中。由于无需通视，可构成较强的网形，提高点位精度，同时对检测常规测量的支点也非常有效。GPS技术在隧道测量中也具有广泛的应用前景，GPS测量无需通视，减少了常规方法的中间环节，因此，速度快、精度高，具有明显的经济和社会效益。

编辑本段GPS在汽车导航和交通管理中的应用

三维导航是GPS的首要功能，飞机、轮船、地面车辆以及步行者都可以利用GPS导航器进行导航。汽车导航系统是在全球定位系统GPS基础上发展起来的一门新型技术。汽车导航系统由GPS导航、自律导航、微处理机、车速传感器、陀螺传感器、CD-ROM驱动器、LCD显示器组成。GPS导航系统与电子地图、无线电通信网络、计算机车辆管理信息系统相结合，可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能。 （1）车辆跟踪 利用GPS和电子地图可以实时显示出车辆的实际位置，并可任意放大、缩小、还原、换图；可以随目标移动，使目标始终保持在屏幕上；还可实现多窗口、多车辆、多屏幕同时跟踪。利用该功能可对重要车辆和货物进行跟踪运输。 （2）提供出行路线规划和导航 提供出行路线规划是汽车导航系统的一项重要的功能，它包括自动线路规划和人工线路设计。自动线路规划是由驾驶者确定起点和目的地，由计算机软件按要求自动设计最佳行驶路线，包括最快的路线、最简单的路线、通过高速公路路段次数最少的路线的计算。人工线路设计是由驾驶员根据自己的目的地设计起点、终点和途经点等，自动建立路线库。线路规划完毕后，显示器能够在电子地图上显示设计路线，并同时显示汽车运行路径和运行方法。 （3）信息查询 为用户提供主要物标、如旅游景点、宾馆、医院等数据库，用户能够在电子地图上显示其位置。同时，监测中心可以利用监测控制台对区域内的任意目标所在位置进行查询，车辆信息将以数字形式在控制中心的电子地图上显示出来。 （4）话务指挥 指挥中心可以监测区域内车辆运行状况，对被监控车辆进行合理调度。指挥中心也可随时与被跟踪目标通话，实行管理。 （5）紧急援助 通过GPS定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。监控台的电子地图显示求助信息和报警目标，规划最优援助方案，并以报警声光提醒值班人员进行应急处理。

编辑本段GPS的其它应用

GPS除了用于导航、定位、测量外，由于GPS系统的空间卫星上载有的精确时钟可以发布时间和频率信息，因此，以空间卫星上的精确时钟为基础，在地面监测站的监控下，传送精确时间和频率是GPS的另一重要应用，应用该功能可进行精确时间或频率的控制，可为许多工程实验服务。此外，还可利用GPS获得气象数据，为某些实验和工程应用。 全球卫星定位系统GPS是今年以来开发的最具有开创意义的高新技术之一，其全球性、全能性、全天侯性的导航定位、定时、测速优势必然会在诸多领域中得到越来越广泛的应用。在发达国家，GPS技术已经开始应用于交通运输和交通工程。目前，GPS技术在中国道路工程和交通管理中的应用还刚刚起步，随着中国经济的发展，高等级公路的快速修建和GPS技术的应用研究的逐步深入，其在道路工程中的应用也会更加广泛和深入，并发挥更大的作用。 数据接口格式：这得细谈谈。GPS可以输出实时定位数据让其他的设备使用，这就牵扯到了数据交换协议。几乎现在所有的GPS接收机都遵循美国国家海洋电子协会(National Marine Electronics Association)所指定的标准规格，这一标准制订所有航海电子仪器间的通讯标准，其中包含传输资料的格式以及传输资料的通讯协议。NMEA协议有0180、0182和0183三种，0183可以认为是前两种的超集，现在正广泛的使用，0183有几个版本，V1.5 V2.1。所以，如果大家的GPS接收机如果要联上笔记本里通用的GPS导航程序，比如OZIEXPLORER和俺的GPSRECEIVER，就应该选择NEMA V2.0以上的协议。NMEA规定的通讯速度是4800 b/S。现在有些接收机也可以提供更高的速度，但说实话，没有什么用，4800就足够了。

编辑本段GPS种类

GPS卫星接收机种类很多，根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型；根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。 GPRS手机

编辑本段按接收机的用途分类

导航型接收机

此类型接收机主要用于运动载体的导航，它可以实时给出载体的位置和速度。这类接收机 一般用C/A码伪距测量，单点实时定位精度较低，一般为±10m，有SA影响时为±100m。 这类接收机价格便宜，应用广泛。根据应用领域的不同，此类接收机还可以进一步分为： 车载型——用于车辆导航定位； 航海型——用于船舶导航定位； 航空型——用于飞机导航定位。由于飞机运行速度快，因此，在航空上用的接收机 要求能适应高速运动。 星载型——用于卫星的导航定位。由于卫星的速度高达7km/s以上，因此对接收机的要求更高。

测地型接收机

测地型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量。这类仪器主要用载波相位观测值 进行相对定位，定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。

授时型接收机

这类接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时，常用于天文台及无线电通讯中时间同步。

编辑本段按接收机的载波频率分类

单频接收机

单频接收机只能接收L1载波信号，测定载波相位观测值进行定位。由于不能有效消除 电离层延迟影响，单频接收机只适用于短基线（<15km）的精密定位。 导航仪

双频接收机

双频接收机可以同时接收L1，L2载波信号。利用双频对电离层延迟的不一样，可以消除电离层 对电磁波信号的延迟的影响，因此双频接收机可用于长达几千公里的精密定位。

编辑本段按接收机通道数分类

GPS接收机能同时接收多颗GPS卫星的信号，为了分离接收到的不同卫星的信号，以实现对卫星信号 的跟踪、处理和量测，具有这样功能的器件称为天线信号通道。根据接收机所具有 的通道种类可分为： 多通道接收机 序贯通道接收机 多路多用通道接收机 4.2.4 按接收机工作原理分类 码相关型接收机 码相关型接收机是利用码相关技术得到伪距观测值。 平方型接收机 平方型接收机是利用载波信号的平方技术去掉调制信号,来恢复完整的载波信号 通过相位计测定接收机内产生的载波信号与接收到的载波信号之间的相位差，测定伪距观测值。 混合型接收机 这种仪器是综合上述两种接收机的优点，既可以得到码相位伪距，也可以得到载波相位观测值。 干涉型接收机 这种接收机是将GPS卫星作为射电源，用干涉测量方法，测定两个测站间距离。 经过20余年的实践证明，GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。 GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。

编辑本段测地型GPS

测地型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量。这类仪器主要用载波相位观测值 进行相对定位，定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。根据使用用途和精度，又分为静态（单频）接收机和动态（双频）接收机即RTK. 目前，在GPS技术开发和实际应用方面，国际上较为知名的生产厂商有美国Trimble（天宝）导航公司、瑞士Leica Geosystems（徕卡测量系统）、日本TOPCON（拓普康）公司、美国Magellan（麦哲伦）公司（原泰雷兹导航）、国内有中海达、上海华测导航、南方测绘等。 Trimble（天宝）的GPS接收机产品主要有SPS751、SPS851、SPS781、SPS881、R8、R8GNSS、R7、R6及5800、5700等。其作为美国军方控股企业，是世界上最早研究与生产的GPS的部分企业之一，其中，SPS881,R8GNSS为72通道GPS/WAAS/EGNOS接收机，它把三频GPS接收机、GPS天线、UHF无线电和电源组合在一个袖珍单元中，具有内置Trimble Maxwell 5芯片的超跟踪技术。即使在恶劣的电磁环境中，仍然能用小于2.5瓦的功率提供对卫星有效的追踪。同时，为扩大作业覆盖范围和全面减小误差，可以同频率多基准站的方式工作。此外，它还与Trimble VRS网络技术完全兼容，其内置的WAAS和EGNOS功能提供了无基准站的实时差分定位。SPS751、SPS851、SPS551还具有接收星站差分改正信息的功能，最高单机定位精度可达到5cm。 Leica Geosystems（徕卡测量系统）是全球著名的专业测量公司，其不仅在全站仪、相机方面对行业产生了很大的影响，而且在测量型GPS的研发及GPS的应用上也做出了极大的贡献，是快速静态、动态RTK技术的先驱。其GPS1200系统中的接收机包括4种型号：GX1230 GG/ATX1230 GG、GX1230/ATX1230、GX1220和GX1210。 其中，GX1230 GG/ATX1230 GG为72通道、双频RTK测量接收机，接收机集成电台、GSM、GPRS和CDMA模块，具有连续检核（SmartCheck+）功能，可防水（水下1m）、防尘、防沙。动态精度：水平10mm+1ppm，垂直20mm+1ppm；静态精度：水平5mm+0.5ppm，垂直10mm+0.5ppm。它在20Hz时的RTK距离能够达到30km甚至更长，并且可保证厘米级的测量精度，基线在30公里时的可靠性是99.99%。 日本TOPCON（拓普康）公司生产的GPS接收机主要有GR-3、GB-1000、Hiper系列、Net-G3等。其中，GR-3大地测量型接收机可100％兼容三大卫星系统（GPS+GLONASS+GALIEO）的所有可用信号，他不仅仅是世界上最早研发出能同时接收美国的GPS与俄罗斯GLONASS两种卫星信号的双星技术的厂家，也是现今世界上唯一可以同时接收所有GNSS卫星的接收机技术，有72个超级跟踪频道，每个通道都可独立追踪三种卫星信号，用抗2米摔落坚固设计，支持蓝牙通讯，内置GSM/GPRS模块（可选）。静态、快速静态的精度：水平3mm+0.5ppm，垂直5mm+0.5ppm；RTK精度：水平10mm+1ppm，垂直15mm+1ppm；DGPS精度：优于25cm。值得一提的是，该款接收机于2007年2月在德国获得了2007年度iF工业设计大奖，这款仪器的外观打破了测量型GPS的常规模式，更具科学性与人性化设计。 中海达测绘的GPS接收机产品主要包括静态一体化接收机HD-8200G和GD-8200X，其中HD-8200G配备有无线遥控器，可远距离查看卫星状况等关键信息，8200X配备有语音导航功能，可通过面板直接设置静态集关键参数卫星高度角和样间隔。RTK产品主要有珠峰HD-5800、V8 CORS RTK、V8 GNSS RTK。RTK作业精度：静态后处理精度： 平面：±2.5mm＋1ppm，高程：±5.0mm＋1ppm，RTK定位精度： 平面：±1cm＋1ppm，高程：±2cm＋1ppm，码差分定位精度：0.45m（CEP），单机定位精度：1.5m（CEP）。V8具有八大创新技术。 华测导航的GPS接收机产品主要有X60CORS、X20单频接收机、X90一体化RTK、X60双频接收机等。国内通过中华人民共和国制造计量器具许可证获得的精度最高的产品，其中，X90为28通道双频GPS接收机，集成双频GPS接收机、双频测量型GPS天线、UHF无线电、进口蓝牙模块和电池，动态精度：水平10mm+1ppm，垂直20mm+1ppm；静态精度：水平5mm+1ppm，垂直10mm+1ppm，能达到10－30公里的作用范围（因实际地域情况有所差别），既可以承受从3米高度跌落到坚硬的地面，也可浸入水下1米深处进行测量。X90具有静态、快速静态、RTK、PPK、码差分等多种测量模式，精度范围为毫米级到亚米级。 而且可与天宝，徕卡等主流品牌联合作业。 南方测绘的GPS接收机产品主要有RTK S82、S86、蓝牙静态GPS、等。其中S82用一体化设计，集成GPS天线、UHF数据链、OEM主板、蓝牙通讯模块、锂电池，其RTK定位精度：平面±（2cm+1ppm），垂直±（3cm+1ppm）；静态后处理精度：平面±（5mm+0.5ppm），垂直±（10mm+1ppm）；单机定位精度：1.5m(CEP)；码差分定位精度：0.45m(CEP)。

编辑本段车载GPS

当通过硬件和软件做成GPS定位终端用于车辆定位的时候，称为车载GPS,但光有定位还不行，还要把这个定位信息传到报警中心或者车载GPS持有人那里，我们称为第三方。所以GPS定位系统中还包含了GSM网络通讯（手机通讯），通过GSM网络用短信的方式把卫星定位信息发送到第三方。通过微机解读短信电文，在电子地图上显示车辆位置。这样就实现了车载GPS定位。 与此同时，在车上安装相应的探测传感器，利用车载GPS定位的GSM网络通讯功能，同样能把防盗报警信息发送到第三方，或者把这个报警电话、短信直接发送到车主手机上，完成车载GPS防盗报警。这里可以看出，车载GPS定位的GSM网络部分实际上是一个智能手机，可以和第三方互相通讯，还可以把车辆被抢，司机被劫、被等信息发送到第三方。 所以说车载GPS定位是定位、防盗、防劫的。

编辑本段类似车载GPS

类似车载GPS终端的还有定位手机、个人定位器等。GPS卫星定位由于要通过第三方定位服务，所以要交纳不等的月/年服务费。 目前所有的GPS定位终端，都没有导航功能。因为再需要增加硬件和软件，成本提高。 我们在电视里看到的车载GPS广告，和上述的车载GPS完全是两回事。它是一种GPS导航产品，当需要导航时，首先定位，也就是导航的起点，这与真正的GPS定位是不同的，它不能把定位信息传送到第三方和持有人那里，因为导航仪中缺少手机功能。比如你把导航仪放在车里，你朋友把车借开走了，导航仪不能发信息给你，那你就无法查找车辆位置。所以导航仪是不能定位的。 你说我买的是导航手机该行了吧，你想想，你把导航手机放在车上，现在车被盗了，那个手机会自己给你或第三方打电话发短信吗？它是需要人来操作的。所以说目前的导航终端都没有定位功能。 导航终端可以导航路线，让你在陌生的地方不迷路，划出路线让你到达目的地，告诉你自己当前位置，和周边的设施等等。 中国目前在GPS应该上取得了很大的市场.其中有很多公司是导航的.但是也有在GPS行业做定位管理的。 各种GPS/GIS/GSM/GPRS车辆监控系统软件、GSM和GPRS移动智能车载终端、系统的二次开发车辆监控系统整体搭建方案.系统广泛应用于公安，医疗，消防，交通，物流等领域。该方案基于NXP的PNX1090 Nexperia移动多媒体处理器硬件和由NXP与合作伙伴ALK Technologies联合开发的软件。NXP声称，该方案提供了设计师搭建一个带导航能力的低成本、多媒体功能丰富的便携式媒体播放器所需的一切，这些多媒体功能包括：MP3播放、标准和晰度播放和录制、FM收音、图像存储和游戏。NXP以其运行于PNX0190上的swGPS Personal软件来实现GPS计算，从而取代了一个GPS基带处理器，进而降低了材料清单(BOM)成本并支持现场升级。 跟随GPS 的一系列关联的应用都设计到数学和算法，和GIS系统，地图投影，坐标系转换! 由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及人为的SA保护政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。为提高定位精度，普遍用差分GPS(DGPS)技术，建立基准站(差分台)进行GPS观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分GPS（DGPS），定位精度可提高到5米。

编辑本段GPS预警器

GPS预警器是通过GPS卫星在GPS预警器中设定坐标来完成的，比如遇到一个电子眼，然后通过相关设备在电子眼的正下方设立一个坐标，这样，使得装上这个坐标点数据的预警器到达这个点时，在达到坐标点的前300米左右就会开始预警，告诉车主前面有电子眼测速，不能超速驾驶，这样就起到一个预警作用。这样的准确率跟数据点的多少是有关系的，主要就是利用卫星的定位来实现了。 试机辨真 记者通过汽车美容店的一朋友协助，挑选了4款所谓的“GPS预警机”，通过调研和试机对比，确认其中一款是冒牌GPS的“电子狗”。并得出以下结论： A. GPS预警器：一个预警点报警一次，单向预警；定点报警，不受干扰；预警准确率可达98%以上。可选择的音乐和语音种类多，音质较好。 B.GPS预警器：同一个预警点报警两次（驶向预警点和离开预警点都报警）；会受某些公共设施如电塔干扰误报警；多有漏报，准确性率低不足70%；报警音乐和语音单一，音质较差 GPStar智能GPS系统 主要由两大部分组成，即：本地的监控中心软件管理平台和远程的GPS智能车载终端。远程的GPS智能车载终端将车辆所处的位置信息、运行速度、运行轨迹等数据传回到监控中心，监控中心接收到这些数据后，会立即进行分析、比对等处理，并将处理结果以正常信息或者报警信息两类形式显示给管理员，由管理员决定是否要对目标车辆取必要措施。

编辑本段卫星定位系统

（positioning system by satellite）利用卫星进行无线电定位的系统。可分为静止卫星定位系统和非静止卫星定位系统两大类。 静止轨道卫星定位系统 一般用有源定位方式，是由相距较远（卫星与地心连线的夹角应大于30°）的2颗或3颗静止卫星、中心地球站及移动用户终端组成。当已知静止卫星的位置、用户的海拔标高，并能测得2颗或3颗静止卫星到用户终端的距离，从而根据几何学三维坐标确定位置的原理可对移动用户终端进行定位。2颗静止卫星构成的定位系统只能获得用户的二维坐标，因此需要知道用户的海拔标高。3颗静止卫星构成的定位系统可直接获得用户的三维坐标。 该系统的定位精度误差一般在几十米，距离赤道越近误差越大，可达百余米。对卫星的仰角过小的高纬度地区或卫星非覆盖区，静止卫星定位系统不能定位。在有源定位方式中，用户终端应具有收发能力和应答功能。中心站通过测量用户的应答信号经不同卫星返回的时间，可求出移动用户的三维空间坐标，自动给出经度和纬度显示，从而实现中心站对用户的定位。这种系统，通常在完成定位的同时，还具有一定的双向数据传输功能。适用于大范围移动车辆的调度。因为是有源定位，移动用户的数量将受限于系统的设计容量。 中国的“北斗”系统属于静止卫星定位系统。 非静止轨道卫星定位系统 一般是由中、低轨上的多颗卫星（星座）和移动用户终端构成的无线电定位系统。通常用无源定位方式，即依靠定位接收机接收来自多颗卫星的导航定位信号进行自定位。典型的系统如美国的GPS和前苏联的GLONASS。

　一、高程测量

　高程测量主要有水准测量和三角高程测量等。

　水准测量是利用水平视线来测量两点间的高差。由于水准测量的精度较高，所以是高程测量中最主要的方法。

　三角高程测量是测量两点间的水平距离或斜距和竖直角(即倾斜角)，然后利用三角公式计算出两点间的高差。三角高程测量一般精度较低，只是在适当的条件下才被用。

　下面主要介绍水准测量的基本方法和仪器。

　1.水准测量的基本方法

　2.水准仪介绍

　微倾式水准仪

　在一般水准测量中使用较广的DS3型微倾式水准仪由下列三个主要部分组成：

　望远镜-它可以提供视线，并可读出远处水准尺上的读数。

　水准器-用于指示仪器或视线是否处于水平位置。

　基座-用于置平仪器，它支承仪器的上部并能使仪器的上部在水平方向转

　自动安平水准仪

　1.原理——望远镜的光路上加有一个补偿器。

　2.使用——粗平后，望远镜内观察警告指示窗应 全部呈绿色;最好状态是指示窗的.三角形尖顶与横指标线

　3.检校——要增加一项补偿器的检验，即：转动脚螺旋，破坏粗平，看警告指示窗是否出现红色。

　电子水准仪

　与电子水准仪配套使用的水准尺为条形编码尺，通常由玻璃纤维或铟钢制成。在电子水准仪中装置有行阵传感器，它可识别水准标尺上的条形编码。电子水准仪摄入条形编码后，经处理器转变为相应的数字，在通过信号转换和数据化，在显示屏上直接显示中丝读数和视距。

　二、角度测量

　角度测量的仪器主要是经纬仪，分为光学经纬仪和电子经纬仪两大类

　光学经纬仪

　光学经纬的水平度盘和竖直度盘用玻璃制成，在度盘平面的周诶边缘刻有等间隔的分划线，两相邻分划线间距所对的圆心角称为度盘的格值，又称度盘的最小分格值。一般以格值的大小确定精度，分为：

　DJ6 度盘格值为1° DJ2 度盘格值为20' DJ1 (T3)度盘格值为4'

　按精度从高精度到低精度分：DJ07,DJ1,DJ2,DJ6,DJ30等(D,J分别为大地和经纬仪的首字母)

　电子经纬仪

　电子测角原理简介

　电子测角仍然是用度盘来进行。与光学测角不同的是，电子测角是从特殊格式的度盘上取得电信号，根据电信号再转换成角度，并且自动地以数字形式输出，显示在电子显示屏上，并记录在储存器中。电子测角度盘根据取得电信号的方式不同，可分为光栅度盘测角、编码度盘测角和电栅度盘测角等。

　三、距离测量

　距离测量分为钢尺测量、视距测量和光电测距。

　1.钢尺测量

　式中： n—整尺段数;

　l—钢尺长度(m);

　q—不足一整尺的余长(m)。

　2.视距测量

　经纬仪视距测距是一种传统的水平距离和高差的间接测量方法。

　使用的工具：经纬仪和视距尺

　3.光电测距

　四、坐标测量

　工程测量的主要任务之一是测量或放样空间点的三维坐标。所使用的仪器主要有全站仪和GPS接收机等。

　全站仪

　全站仪的主要特点(续)

　平角、垂直角、斜距自动显示，自动计算镜站坐标、高程、平距等数据;

　数据记录和存储方式多样：内存、PCMCIA卡、串口通讯;

　对水平角和垂直角自动进行补偿;

　对距离进行气象改正和仪器常数改正;

　提供数字或图形形式的电子气泡用于整平;

　激光对点器;

　坐标测量的基本步骤

　(1)设定测站点的三维坐标。

　(2)设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。当设定后视点的坐标时，全站仪会自动计算后视方向的方位角，并设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。

　(3)设置棱镜常数。

　(4)设置大气改正值或气温、气压值。

　(5)量仪器高、棱镜高并输入全站仪。

　(6)照准目标棱镜，按坐标测量键，全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标。

　各种全站仪简介

　更长的测程：无棱镜测距达400M;

　更快的测距速度：测距速度经实测比同类产品快两倍;

　更长的电池使用时间：先进的电源管理系统，省电30%以上;

　更便捷的人性化设计：SD卡存储功能，自动温度气压传感器;

　更好的防水性能：防水等级IP55。

　SET220K . SET320K . SET520K . SET6120K SET10K系列全站仪具有机体轻巧、功能齐全等特点，带背光全数字键盘使操作更为便捷，在各类工程和测量工作中有着广泛的用途。 双面带背光全数字键盘使数据输入更加便捷( SET620K为单面键盘)。 通用高效测量软件 ,IP66高等级防尘防水性能。应用 放样测量、道路计算与放样、定线测量、混凝土构件组装定位、建筑工程控制、面积测算、变形监测。

　地型GPS

　测地型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量。这类仪器主要用载波相位观测值 进行相对定位，定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。根据使用用途和精度，又分为静态(单频)接收机和动态(双频)接收机即RTK.

　目前，在GPS技术开发和实际应用方面，国际上较为知名的生产厂商有美国Trimble(天宝)导航公司、瑞士Leica Geosystems(徕卡测量系统)、日本TOPCON(拓普康)公司，国内厂家主要有南方测绘、中海达、华测、科力达等。