摘要：本文系統介紹了GPS的原理和其三大子系統，著重介紹了GPS系統在交通運輸中的應用，包括在道路工程、汽車導航和交通管理中的應用以及其他應用

　　一、全球定位系統GPS簡介

　　全球衛星定位系統GPS是美軍70年代初在“子午儀衛星導航定位”技術上發展而起的具有全球性、全能性（陸地、海洋、航空與航天）、全天候性優勢的導航定位、定時、測速系統。GPS由三大子系統構成：空間衛星系統、地面監控系統、用戶接收系統。

　　空間衛星系統空間衛星系統由均勻分布在6個軌道平面上的24顆高軌道工作衛星構成，各軌道平面相對于赤道平面的傾角為550，軌道平面間距600。在每一軌道平面內，各衛星升交角距差900，任一軌道上的衛星比西邊相鄰軌道上的相應衛星超前300。事實上，空間衛星系統的衛星數量要超過24顆，以便及時更換老化或損壞的衛星，保障系統正常工作。該衛星系統能夠保證在地球的任一地點向使用者提供4顆以上可視衛星。

　　空間系統的每顆衛星每12小時（恒星時）沿近圓形軌道繞地球一周，由星載高精度原子鐘（基頻F=10.23MHZ）控制無線電發射機在“低噪音窗口”（無線電窗口中，2至8區間的頻區天線噪聲最低的一段是空間遙測及射電干涉測量優先選用頻段）附近發射L1、L2兩種載波，向全球的用戶接收系統連續地播發GPS導航信號。GPS工作衛星組網保障全球任一時刻、任一地點都可對4顆以上的衛星進行觀測（最多可達11顆），實現連續、實時地導航和定位。

　　GPS衛星向廣大用戶發送的導航電文是一種不歸零的二進制數據碼D（t），碼率fd=50HZ.為了節省衛星的電能、增強GPS信號的抗干擾性、保密性，實現遙遠的衛星通訊，GPS衛星采用偽噪聲碼對D碼作二級調制，即先將D碼調制成偽噪聲碼（P碼和C/A碼），再將上述兩噪聲碼調制在L1、L2兩載波上，形成向用戶發射的GPS射電信號。因此，GPS信號包括兩種載波（L1、L2）和兩種偽噪聲碼（P碼、C/A碼）。這四種GPS信號的頻率皆源于10.23MHZ（星載原子鐘的基頻）的基準頻率。基準頻率與各信號頻率之間存在一定的比例。其中，P碼為精確碼，美國為了自身的利益，只供美國軍方、政府機關以及得到美國政府批準的民用用戶使用，C/A碼為粗碼，其定位和時間精度均低于P碼，目前，全世界的民用客戶均可不受限制地免費使用。

　　地面監控系統地面監控系統由均勻分布在美國本土和三大洋的美軍基地上的5個監測站、一個主控站和三個注入站構成。該系統的功能是：對空間衛星系統進行監測、控制，并向每顆衛星注入更新的導航電文。

　　地面監控系統各站的主要任務是：

　　監測站用GPS接收系統測量每顆衛星的偽距和距離差，采集氣象數據，并將觀測數據傳送給主控點。5個監控站均為無人守值的數據采集中心。

　　主控站主控站接收各監測站的GPS衛星觀測數據、衛星工作狀態數據、各監測站和注入站自身的工作狀態數據。根據上述各類數據，完成以下幾項工作：

　　及時編算每顆衛星的導航電文并傳送給注入站……控制和協調監測站間、注入站間的工作，檢驗注入衛星的導航電文是否正確以及衛星是否將導航電文發給了GPS用戶系統……診斷衛星工作狀態，改變偏離軌道的衛星位置及姿態，調整備用衛星取代失效衛星。

　　注入站接受主控站送達的各衛星導航電文并將之注入飛越其上空的每顆衛星。

　　用戶接收系統用戶接收系統主要由以無線電傳感和計算機技術支撐的GPS衛星接收機和GPS數據處理軟件構成。

　　GPS接收機GPS衛星接收機的基本結構是天線單元和接收單元兩部分。天線單元的主要作用是：當GPS衛星從地平線上升起時，能捕獲、跟蹤衛星，接收放大GPS信號。接收單元的主要作用是：記錄GPS信號并對信號進行解調和濾波處理，還原出GPS衛星發送的導航電文，解求信號在站星間的傳播時間和載波相位差，實時地獲得導航定位數據或采用測后處理的方式，獲得定位、測速、定時等數據。

　　微處理器是GPS接收機的核心，承擔整個系統的管理、控制和實時數據處理。視屏監控器是接收機與操作者進行人機交流的部件。

　　目前，國際上已推出幾十種測量用GPS接收機，各廠商的產品朝著實用、輕便、易于操作、美觀價廉的方向發展。

　　GPS數據處理軟件GPS數據處理軟件是GPS用戶系統的重要部分，其主要功能是對GPS接收機獲取的衛星測量記錄數據進行“粗加工”、“預處理”，并對處理結果進行平差計算、坐標轉換及分析綜合處理。解得測站的三維坐標，測體的坐標、運動速度、方向及精確時刻。

　　GPS定位技術是正在發展中的高新技術，數據處理技術也處在不斷更新之中，各系列GPS接收機制造廠家研制的處理軟件也各具特色。

　　GPS定位的基本方法GPS定位采用空間被動式測量原理，即在測站上安置GPS用戶接收系統，以各種可能的方式接收GPS衛星系統發送的各類信號，由計算機求解站星關系和測站的三維坐標。

　　由對GPS信號觀測量的不同，GPS定位的基本方法有以下幾種形式：

　　偽距測量。載波相位測量。多普勒測量。衛星射電干涉測量

　　為了精密定位，一臺GPS接收機往往不是單純采用一種測量方式，而是以某種方式為主，并輔以其他方法。

　　目前，全球定位系統已廣泛應用于軍事和民用等眾多領域中。GPS技術按待定點的狀態分為靜態定位和動態定位兩大類。靜態定位是指待定點的位置在觀測過程中固定不變的，如GPS在大地測量中的應用。動態定位是指待定點在運動載體上，在觀測過程中是變化的，如GPS在船舶導航中的應用。靜態相對定位的精度一般在幾毫米幾厘米范圍內，動態相對定位的精度一般在幾厘米到幾米范圍內。對GPS信號的處理從時間上劃分為實時處理及后處理。實時處理就是一邊接收衛星信號一邊進行計算，獲得目前所處的位置、速度及時間等信息；后處理是指把衛星信號記錄在一定的介質上，回到室內統一進行數據處理。一般來說，靜態定位用戶多采用后處理，動態定位用戶采用實時處理或后處理。

　　二、GPS在

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