摘 要 综合介绍了全球定位系统(GPS[])，包括它的卫星系统和接收机，近期和今后的发展情况。评述了GPS[]在各方面的重要应用，包括地基GPS[]的动态和静态应用。重点介绍了当前GPS[]应用的前沿，即空基和星基GPS[]的应用。最后推荐了国际地球动力学GPS[]服务(IGS)的内容和产品，并对我国GPS[]综合服务系统提出了建议。
关键词 全球定位系统(GPS[])
分类号 P228
Toward the twenty-first century Global Positioning System
and its application
Chen Junyong
(National Bureau of Surveying and Mapping, Beijing,100830)
Abstract The future development and improvement of Global Positioning System (GPS[]), including its satellite system and receiver are introduced. The application in different fields, including the application of kinematic and static positioning of the earth based GPS[] is reviewed. The most advanced application of the air-based and satellite-based GPS[] are specially introduced here. The contents and products of International GPS[] Service for Geodynamics (IGS) are recommended. Besides the establishment for Chinese GPS[] comprehensive service system is proposed.
Keywords Global Positioning System (GPS[])
1 全球定位系统
美国早已宣布将在2006年左右GPS[]卫星系统终止执行SA政策，并向用户继续免费提供标准定位服务(SPS)。这意味着届时用户GPS[]实时单点定位的精度将从现在的100 m提高到30 m左右。最近美国军方透露，SA终止时间有可能提前，这意味着在下一世纪初GPS[]定位工作的效率将有较大幅度的提高。
目前在天空中运动的GPS[]卫星大部分都是II型卫星中的第一代，即II和IIA型卫星。从1997年开始，发射了II型的第二代卫星中的第一颗IIR型卫星。今后IIR型卫星将逐渐取代现有的II和IIA型卫星。相对于II和IIA型卫星而言，IIR型卫星备有频率稳定性能要高一个量级的新的铷原子钟；用户所收到的L1、L2信号的功率比以前的要大；它能够发送和接收其他GPS[]卫星的导航数据，以形成GPS[]卫星间互相定位的能力，这将减少GPS[]卫星数据传输的时延。
目前美国正在开发II型GPS[]卫星的第三代，即IIF型卫星。第一颗IIF卫星将于2002年发射。IIF卫星在性能方面最主要的改善是增加了卫星的有效负载，特别是增大了太阳能电池板，因而能够支持卫星体系引进更多的功能和完成更多的任务，例如加载第二民用C/A码信号和增设第三民用频率等。估计到2007年，将有二分之一到三分之二的GPS[]卫星带有L2频率上加载C/A码的伪距信号。这样普通民用GPS[]接收机在伪距定位时，不仅能够较好地削弱电离层影响，其伪距的等效距离精度也将得到很大提高。这一措施不仅能较大地改善实时定位和导航精度，而且对今后提高单频RTK定位、单频GPS[]快速静态定位的精度和缩短初始化时间等方面都会有重要的作用［6］。GPS[]所采用的参考框架和计算常数在1994年有一次大的改进［1］，形成了WGS84(G730)。1996年又作了一些改进［2］，形成了WGS84(G873)。目前它的参考框架和ITRF94的一致性在±5 cm，与IGS的精密星历各分量的差别在±3 cm左右。WGS84目前所采用的计算常数为
旋转椭球长半轴(A)＝6 378 137.0 m
旋转椭球扁率倒数(1/f)＝298.257 223 563
引力常数(含大气)(GM)＝3 986 004.418×108m8 s-2
自转平均角速度(ω)＝7292115.0×10-11rad s-1
2 GPS[]接收机的改进
在GPS[]接收机方面的改进主要是提出应用模块(GRAM)的新概念。GRAM不是一种硬件模块，而是满足确定任务和用途的GPS[]接收机必须遵循的一种标准。即未来的GPS[]接收机必须按照这个统一的标准做成能适应多种用途的基础集成片。GRAM提倡制成一种通用的GPS[]标准件，而不是制成一种随工厂不同，用途不同的专用器件，把接收机设计从非标准的专有技术型设计阶段带入到非专有技术型的标准化设计阶段。这是一次试图将GPS[]接收机生产方式规格化标准化的尝试。
GPS[]接收机往往要在恶劣的工程环境中，如在高压线附近、高电磁干扰环境下和各种地形、地物环境下工作，这就要求GPS[]接收机必须具有良好的抗干扰，其中包括抗多路径效应的性能。因此接收机抗干扰技术是目前改善接收机性能研究中的主攻方向。
由于GPS[]信号固有的抗干扰性差的特性，因此发展GPS[]导航中的一个重要方向就是它与惯性系统(INS)的组合。从90年代中期开始，嵌入式的GPS[]/INS系统已逐步取代传统的导航，已开始走向广泛的应用阶段［3］。 专业的3S站 3s8.cn
3 “国际地球动力学的GPS[]服务”的产品
“国际地球动力学的GPS[]服务”(International GPS[] Service for Geodynamics,IGS)的产品有四大类，即GPS[]星历、地球自转参数(EOP)、IGS站的站坐标及其运动速率、GPS[]卫星钟差和上述IGS站的站钟差。以大家比较关心的星历为例，IGS所提供的GPS[]卫星星历分三种：(1) 预报星历(IGP)——IGS提供24 h的预报星历；(2) 快速星历(IGR)——IGS提供48 h前较精密的星历；(3) 精密星历(IGS)——IGS提供二周前的精密星历。上述三种星历的精度分别为50 cm,10 cm,5 cm不等［5,8］。IGS所提供产品的详情参见表1［8］(截止日期为1998年3月)。
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表1
| 预报(IGP) | 快速(IGR) | 精密(IGS) | ||
| 星 历 |
时间 | 实时 | 1～2天后 | 10～12天后 |
| 精度 | 50 cm | 10 cm | 5 cm | |
| 星 中国3S吧 3s8.cn 钟 |
时间 | 实时 | 1～2天后 | 10～12天后 |
| 精度 | 150 ns | 0.5 ns | 0.3 ns | |
| 极 移 |
时间 | - | 1～2天后 | 10～12天后 |
| 精度 | - | 0.2 mas | 0.1 mas | |
| 极速 中国3S吧 3s8.cn 移率 |
时间 | - | 1～2天后 | 10～12天后 |
| 精度 | - | 0.4 mas/天 | 0.2 mas/天 | |
| 世界 时 |
时间 | - | 1～2天后 | 10～12天后 |
| 精度 | - | 300 μs | 50 μs | |
| 周日 专业的3S站 3s8.cn 长 |
时间 | - | 1～2天后 | 10～12天后 |
| 精度 | - | 60 μs/天 | 30 μs/天 | |
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