GPS技术在机场工程建设中的应用

摘要：全球定位系统（GPS）是一种高科技的空间对地、空间对空间、地对空间的定位技术。通过对GPS定位技术原理的简要分析，总结其技术特点，提出应用于机场工程建设的技术路线和技术方法，旨在提高机场工程的技术含量，为机场工程建设服好务。

　　关键词：GPS技术　机场　工程建设　应用

　　全球定位系统GPS（Navigation Timing and Ranging/Global Positioning System），是美国国防部于1993年底建成的“授时与测距导航/全球定位系统”的简称。是一种可以授时和测距的空间交会定点的军民两用卫星导航定位系统，不仅可向用户提供连续、实时、高精度的三维位置、速度和时间信息等技术参数，而且具有良好的抗干扰和保密性。

　　一、GPS全球定位技术概述

　　1、GPS系统的组成

　　GPS主要由空间部分、地面控制部分和用户设备组成。

　　1.1 空间部分　GPS的空间部分由均匀分布在6个相对于赤道面倾角为550的近似圆形轨道上绕地球运行的21颗工作卫星和3颗备用卫星组成，轨道面的夹角为600，每个轨道上有4颗卫星，卫星的平均高度为20200km。每颗GPS工作卫星以L1=1575.42兆赫和L2=1227.6兆赫两种频率发送导航信号，导航信号采用伪随机噪音编码调制，L1用P码和C/A码调制；L2用P码调制。其中C/A码开放民用，平均运行周期为11h58min，以确保全球任何地方在任何时侯都能同时接收到4颗以上卫星信号。

　　1.2 地面控制部分　GPS 的地面控制部分由分布在全球的一个主控站、五个监控站和三个注入站构成。主控站的作用是根据各监控站对 GPS的观测数据计算卫星的星历和卫星钟的差和大气层修正参数等并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时还对卫星进行控制，提供时间基准，向卫星发布指令，调度备用卫星等。监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星工作状态。注入站的作用是将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文及其他控制指令等数据注入到相应卫星的存储系统中，并监测注入信息的正确性。

　　1.3 用户设备　GPS的用户设备由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户终端设备如计算机、气象仪器等组成，其作用是接受GPS卫星发射的信号，利用信号进行导航定位等。

　　2、GPS定位原理

　　GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统，根据用户接收机天线在测量中所处的状态，可分为静态定位和动态定位。如图 l示：在需要的位置P点架设GPS接收机，在某一时刻ti同时接收了3颗（A、B、C）以上的GPS卫星所发出的导航电文，通过一系列数据

　　处理和计算可求得该时刻GPS接收机至GPS卫星的距离SAP、SBP、SCP，同样通过接收卫星星历可获得该时刻这些卫星在空间的位置（三维坐标）。从而用距离交会的方法求得 P点的三维坐标（Xp，Yp，Zp）。

　　3、GPS坐标系统

　　GPS通常采用两类坐标系统，一类是在空间固定的坐标系统，另一类是与地球体相固联的坐标系统，也称地固坐标系统，如在测绘领域常用的WGS-84（即Geodical System-84世界大地坐标系-84 ）、1954年北京坐标系（简称P54）和1980年西安大地坐标系（简称C80），在实际使用中需要根据坐标系统间的转换参数进行坐标系统的变换，求出所使用的坐标系统的坐标。这样更有利于表达地面控制点的位置和处理GPS观测成果。

　　4、GPS技术的特点

　　GPS是一种多用途、多机型、多模式的空间定位技术，主要具有以下特点：

　　4.1 定位精度高  一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，观测的精度明显高于一般常规测量方法，GPS基线向量的相对精度一般在10-5～10-9之间。

　　4.2 选点灵活、费用低　GPS测量对测站间是否相互通视，以及控制网的几何图形均无严格要求，使得选点更加灵活方便，其作业成本低，同时也大大降低了布网费用。据有关部门实际测算，GPS技术比常规大地测量至少要节约70%的外业费用。

　　4.3 全天候全球性作业  在任何地点、任何时间、任何气候条件下均可以进行GPS连续观测，极大地方便了测量作业。

　　4.4 观测速度快 采用GPS布设控制网时每个测站上的观测时间一般在30～40min左右，采用快速静态定位方法，观测时间更短。例如使用Timble4800GPS接收机的RTK法可在5s以内求得测点坐标。

　　4.5 功能齐全、应用广泛 在精确测定观测点平面位置坐标的同时，还可测定其大地高程。利用实时动态定位还能进行数字地形图的测绘及工程施工放样工作。

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