全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）是由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统，这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。这项技术可以用来引导飞机、船舶、车辆以及个人，安全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地。GPS的主要特点有：全天候；全球覆盖；三维定速定时高精度；快速省时高效率；应用广泛多功能；⑥操作简便。

GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统，其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通信等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98％的24颗GPS卫星星座已布设完成。现在GPS的应用不仅局限在军事领域，而是发展到汽车导航、大气观测、地理勘测、海洋救援、载人航天器防护探测等各个领域。

（一）组成

GPS由三部分组成：空间部分——GPS星座；地面控制部分——地面监控系统；用户接收部分——GPS信号接收机。

1.空间部分

GPS的空间部分由24颗工作卫星组成，它位于距地表20200km的上空，均匀分布在6个轨道面上（每个轨道面4颗），轨道倾角为55°。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图像。GPS卫星每隔12h绕地球一周，使地球上任一地点能够同时接收7～9颗卫星的信号。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。GPS卫星产生两组电码，一组称为C／A码（Coarse／Acquisition Code，1.023MHz）；一组称为P码（Procise Code，10.23MHz），P码因频率较高，不易受干扰，定位精度高，因此受美国军方管制，并设有密码，一般民间无法解读，主要为美国军方服务。C／A码人为采取措施而刻意降低精度后，主要开放给民间使用。

2.地面控制部分

地面控制部分由一个主控站、5个全球监测站和3个地面控制站组成，负责对卫星的监视、遥测、跟踪和控制。它们负责对每颗卫星进行观测，并向主控站提供观测数据。监测站将取得的卫星观测数据，包括电离层和气象数据，经过初步处理后，传送到主控站。主控站从各监测站收集跟踪数据，计算出卫星的轨道和时钟参数，然后将结果送到3个地面控制站。地面控制站在每颗卫星运行至上空时，把这些导航数据及主控站指令注入卫星，对每颗GPS卫星每天注入一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入，卫星再将这些数据通过无线电波向地面发射至用户接收端设备。监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接收机。如果某地面站发生故障，那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间，但导航精度会逐渐降低。

3.用户接收部分

用户接收部分即GPS信号接收机，其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时，机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。目前各种类型的接收机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。

（二）GPS工作原理

GPS的基本原理是，测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。

（1）不断地发射导航电文 卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到。由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR），当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS使用的伪码一共有两种，分别是民用的C／A码和军用的P（Y）码。C／A码频率为1.023MHz，重复周期为1ms，码间距为1μs，相当于300m；P码频率为10.23MHz，重复周期为266.4天，码间距为0.1μs，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50bit／s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧，每帧长6s。前三帧各10个字码，每30s重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000bit。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码和第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接收到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置、速度等信息便可得知。可见GPS卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。

（2）接收 由于用户接收机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。GPS接收机可接收到：可用于授时的准确至纳秒级的时间信息、用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历、用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）以及GPS信息，如卫星状况等。

GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20m左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2m左右。GPS接收机对收到的卫星信号进行解码或采用其他技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位精度也只能采用相位观测值。

按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。

在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高、接收机间距离较远时（大气有明显差别），应选用双频接收机。

相对论为GPS提供了所需的修正。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接收器就要用到相对论效应。准确度在30m之内的GPS接收器意味着它已经利用了相对论效应。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。每个GPS卫星每小时跨过大约1.4万km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_μs。而引力对时间施加了更大的相对论效应。大约2万km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45μs，GPS要计入共38μs的偏差。如果卫星上没有频率补偿，每天将会增大11km的误差（这种效应事实上更为复杂，因为卫星沿着一个偏心轨道运行，有时离地球较近，有时又离得较远）。

（三）GPS的应用

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，美国政府宣布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100m提高到20m，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。在美国，单单是汽车GPS，2000年后的市场就已超过30亿美元，我国汽车导航的市场超过50亿元人民币。

1.全球定位系统的主要用途

1）陆地应用，主要包括车辆导航、地面车辆跟踪和城市智能交通管理、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、道路工程测量、地壳形变测量、大坝和大型建筑物变形监测、地壳运动监测、市政规划控制、个人通信终端、电力、邮电、通信等网络的时间同步（准确时间的授入、准确频率的授入）、精细农业等。

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、水下地形测量等。

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。

2.GPS技术在导航仪中的应用举例

（1）GPS导航仪 简单地说，GPS导航仪就是能够帮助用户准确定位当前位置，并且根据既定的目的地计算行程，通过地图显示和语音提示两种方式引导用户行至目的地的汽车驾驶辅助设备。一部完整的GPS汽车导航仪是由芯片、天线、处理器、内存、显示屏、扬声器、按键、扩展功能插槽、电子地图、导航软件10个主要部分组成的。但就目前情况看来，市场中的GPS汽车导航仪在硬件上的差距并不大，主要区别还是集中在内置的软件和地图上。所谓地图其实只是数据，而软件是搜索引擎。地图中各种地理信息综合在一起的庞大数据要被用户所应用，要反应到导航界面中，这需要借助于软件来实现。因此导航地图离不开软件的支持，同时，优秀的软件系统也需要详细的地图数据。主要参数有：坐标（Co-ordinate），有二维和三维两种表示；路标（Landmark or Waypoint），GPS内存的一个坐标值；路线（Route），路线是GPS内存中存储的一组数据，包括一个起点和一个终点的坐标，还可以包括若干中间点的坐标，每两个坐标之间的线段叫一条腿；前进方向（Heading），GPS没有指北针的功能，静止不动时是不知道方向的；导向（Bearing）；日出日落时间（Sun set／raise time）；足迹线（Plot trail）。

（2）GPS在道路工程中的应用 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，国内已逐步采用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2cm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，因此可构成较强的网形，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。

（3）GPS在交通管理中的应用 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。

（四）GPS种类

GPS卫星接收机种类很多。

1）根据型号分为测地型、授时型、全站型、定时型、手持型、集成型。

2）根据用途分为导航式、车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。

3）按接收机的载波频率分为单频接收机、双频接收机。

①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。

②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。

4）按接收机通道数分为多通道接收机、序贯通道接收机、多路多用通道接收机。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。

5）按接收机工作原理分为码相关型接收机、平方型接收机、混合型接收机、干涉型接收机。

①码相关型接收机是利用码相关技术得到伪距观测值。

②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。

③混合型接收机综合了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。

④干涉型接收机是将GPS卫星作为射电源，采用干涉测量方法，测定两个测站间距离。

GPS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。经过20余年的实践，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。

（五）主要厂商

国际上较为知名的生产厂商有美国Trimble（天宝）导航公司、Ahada（艾航达）、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。

1）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。它作为美国军方控股企业，是世界上最早研究与生产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Trim-ble 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2.5W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。

2）国际领先GPS导航仪品牌Ahada（艾航达）源自美国硅谷，产品的核心功能有：地图查询；可以在操作终端上搜索目的地位置；可以记录要去地方的位置信息，并保留下来，也可以和别人共享这些位置信息；模糊地查询你附近或某个位置附近的如加油站、宾馆、取款机等信息；路线规划；自动导航；语音导航；画面导航；重新规划线路。(www.daowen.com)

3）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。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30km时的可靠性是99.99％。

4）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＋GLO-NASS＋GALIEO）的所有可用信号，不仅仅是世界上最早研发出能同时接收美国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，采用抗2m摔落坚固设计，支持蓝牙通信，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。

5）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采集关键参数卫星高度角和采样间隔。RTK产品主要有珠峰HD-5800、V8 CORS RTK、V8 GNSS RTK。RTK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）。

6）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。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10～30km的作用范围（因实际地域情况有所差别），既可以承受从3m高度跌落到坚硬的地面，也可浸入水下1m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。

7）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采用一体化设计，集成GPS天线、UHF数据链、OEM主板、蓝牙通信模块、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）。

（六）几种GPS的应用

1.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，称为第三方。所以GPS中还包含了GSM网络通信（手机通信），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网络通信功能，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。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信，还可以把车辆被抢、司机被劫、被绑架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。

2.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300m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。

3.智能GPS

智能GPS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采取必要措施。

（七）GPS在新世纪的发展

1.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；三是预报轨道。

关于对GPS星钟偏差方面的估计，目前只有两个IGS分析中心提供。IGS目前近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内部的晶体振荡器。

2）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：使美国各地的全部用户能更方便地利用它来达到厘米级水平的定位和导航；促进用户利用CORS来发展GIS；监测地壳形变；求定大气中水汽分布；监测电离层中自由电子浓度和分布。

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。目前已有近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。目前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。

3）IGS持续地支持低轨卫星（LEO），专门建立了LEO工作组。LEO工作组制定了工作计划。

①提供极移和世界时（格林尼治时间，简称UT）信息。IGS公布的最终每日极坐标（x，y），其精度为±0.1m，快报的相应精度为±0.2m。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现在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，而不是现在的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。

②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。IGS站坐标所采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日转而采用ITR F96，1999年8月1日开始IGS采用1TR F97。

③IGS在测定短期章动方面的新贡献。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年中每天的W和E值资料，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，而对超过一个月以上的长周期而言，VLBI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VLBI站和SLR站决定组织类似于IGS的相应的IVS和ILRS。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。

4）LEO工作组提出了一些建议：

①建立IGS为追踪LEO的相应标准化地面站网。

②IGS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 1Hz采样率数据，建立GPS数据交换格式。

④调查IGS精密轨道对LEO平台上GPS数据采集的作用和意义。

2.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1s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信号的延迟来确定在单位体积内的总自由电子含量（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，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，总是做简化的假定，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，电子含量就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E_s表示，它可以视为E与刺入点处天顶距Z’的函数EcosZ’=E_s。可以将在球面上的电子浓度E_s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，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，而取得数据来源的技术也不同，数据覆盖面也不完整，所以目前只能将IGS和全球各种TEC的图和GPS卫星信号的差分码偏差用IONEX形式向全世界用户提供，通过比较，逐步联合起来。

3.GPS应用于对流层监测

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。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”提供的每两小时的对流层天顶延迟系列就像是控制点，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。

4.GPS作为卫星测高仪的应用

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）。测量时在空载平面安装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在反射面上的信号。美国在海上作了测定洋流和波浪的试验。丹麦在格陵兰作了测定冰面地形及其变化的试验。

5.卫星-卫星追踪技术（SST）

SST技术的实质是高分辨率地测定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。卫星轨道越低，这一速度变化受重力场的影响越明显，所反映重力场的分辨率也越高。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；对地面重力场的中波、长波、短波信息都能恢复；不同于低轨卫星，高轨卫星受重力场影响比较小，因此卫星间的速度变化能比较好地反映重力场信息，同时高卫星的轨道也比较容易精确地求定。欧空局（ESA）在德国（GFZ）主持下所发射的CHAMP、GRACE和GOCE三颗卫星，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，以改善人们对地球重力场的认识。

6.GPS今后的发展趋势

1）卫星系统的更新与多个卫星定位系统共存，将明显改善卫星导航定位的精度和可靠性。

2）双频高精度测地型接收机将继续高度被几个技术领先的GPS厂家所垄断，美国将继续保持其绝对优势。

3）单频测地型接收机和导航接收机OEM板产业将扩散到世界各地，虽是低档次的GPS产品，但用途广、用户多、市场大。美国把GPS单频OEM板的生产技术转让出口，因而推动了世界各地企业投资GPS OEM的生产。陆地导航定位产品将成为发展最快的GPS产业。