GPS技術在機場工程建設中的應用

摘要：全球定位系統（GPS）是一種高科技的空間對地、空間對空間、地對空間的定位技術。通過對GPS定位技術原理的簡要分析，總結其技術特點，提出應用於機場工程建設的技術路線和技術方法，旨在提高機場工程的技術含量，為機場工程建設服好務。

關鍵詞：GPS技術機場工程建設應用

全球定位系統GPS（Navigation Timing and Ranging/Global Positioning System），是美國國防部於1993年底建成的“授時與測距導航/全球定位系統”的簡稱。是一種可以授時和測距的空間交會定點的軍民兩用衛星導航定位系統，不僅可向用戶提供連續、實時、高精度的三維位置、速度和時間信息等技術參數，而且具有良好的抗干擾和保密性。

　　一、GPS全球定位技術概述

　　1、GPS系統的組成

GPS主要由空間部分、地面控制部分和用戶設備組成。

1.1 空間部分GPS的空間部分由均勻分佈在6個相對於赤道面傾角為550的近似圓形軌道上繞地球運行的21顆工作衛星和3顆備用衛星組成，軌道面的夾角為600，每個軌道上有4顆衛星，衛星的平均高度為20200km。每顆GPS工作衛星以L1=1575.42兆赫和L2=1227.6兆赫兩種頻率發送導航信號，導航信號採用偽隨機噪音編碼調製，L1用P碼和C/A碼調製；L2用P碼調製。其中C/A碼開放民用，平均運行週期為11h58min，以確保全球任何地方在任何時侯都能同時接收到4顆以上衛星信號。

1.2 地面控制部分GPS 的地面控制部分由分佈在全球的一個主控站、五個監控站和三個注入站構成。主控站的作用是根據各監控站對GPS的觀測數據計算衛星的星曆和衛星鐘的差和大氣層修正參數等並將這些數據通過注入站注入到衛星中去；同時還對衛星進行控制，提供時間基準，向衛星發布指令，調度備用衛星等。監控站的作用是接收衛星信號，監測衛星工作狀態。注入站的作用是將主控站推算和編制的衛星星曆、鐘差、導航電文及其他控制指令等數據注入到相應衛星的存儲系統中，並監測注入信息的正確性。

1.3 用戶設備GPS的用戶設備由GPS接收機、數據處理軟件及相應的用戶終端設備如計算機、氣象儀器等組成，其作用是接受GPS衛星發射的信號，利用信號進行導航定位等。

　　2、GPS定位原理

GPS系統是一種採用距離交會法的衛星導航定位系統，根據用戶接收機天線在測量中所處的狀態，可分為靜態定位和動態定位。如圖l示：在需要的位置P點架設GPS接收機，在某一時刻ti同時接收了3顆（A、B、C）以上的GPS衛星所發出的導航電文，通過一系列數據

處理和計算可求得該時刻GPS接收機至GPS衛星的距離SAP、SBP、SCP，同樣通過接收衛星星曆可獲得該時刻這些衛星在空間的位置（三維坐標）。從而用距離交會的方法求得P點的三維坐標（Xp，Yp，Zp）。

　　3、GPS坐標系統

GPS通常採用兩類坐標系統，一類是在空間固定的坐標系統，另一類是與地球體相固聯的坐標系統，也稱地固坐標系統，如在測繪領域常用的WGS-84（即Geodical System-84世界大地坐標系-84 ）、1954年北京坐標系（簡稱P54）和1980年西安大地坐標系（簡稱C80），在實際使用中需要根據坐標系統間的轉換參數進行坐標系統的變換，求出所使用的坐標系統的坐標。這樣更有利於表達地面控制點的位置和處理GPS觀測成果。

　　4、GPS技術的特點

GPS是一種多用途、多機型、多模式的空間定位技術，主要具有以下特點：

4.1 定位精度高一般雙頻GPS接收機基線解精度為5mm+1ppm，而紅外儀標稱精度為5mm+5ppm，觀測的精度明顯高於一般常規測量方法，GPS基線向量的相對精度一般在10- 5～10-9之間。

4.2 選點靈活、費用低GPS測量對測站間是否相互通視，以及控製網的幾何圖形均無嚴格要求，使得選點更加靈活方便，其作業成本低，同時也大大降低了佈網費用。據有關部門實際測算，GPS技術比常規大地測量至少要節約70%的外業費用。

4.3 全天候全球性作業在任何地點、任何時間、任何氣候條件下均可以進行GPS連續觀測，極大地方便了測量作業。

4.4 觀測速度快採用GPS佈設控製網時每個測站上的觀測時間一般在30～40min左右，採用快速靜態定位方法，觀測時間更短。例如使用Timble4800GPS接收機的RTK法可在5s以內求得測點坐標。

4.5 功能齊全、應用廣泛在精確測定觀測點平面位置坐標的同時，還可測定其大地高程。利用實時動態定位還能進行數字地形圖的測繪及工程施工放樣工作。

　　4.6

自動化程度高，操作簡便目前GPS接收機已趨於小型化和操作全自動化，作業人員只需按