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GPS定位精度及其在海上的应用
王洪军
[摘要]本文论述了GPS系统的组成、定位原理以及误差理论和精度实测分析,比较了GPS的优越性和缺陷性，对GPS在航海上的应用作了一个比较系统的介绍，并着重论述了GPS用于导航报警、测磁罗经自差、航线绘制,也介绍了GPS与电子海图组合应用，高精度定位，测速测向，航线设计，与雷达的配合使用，水下定位等，期望使航海人员更深刻地了解GPS的优缺点，更多地了解GPS的使用方法，更有效的使用GPS，从而提高航运效率，保障船舶的安全。
[关键词]GPS；原理；系统组成；定位精度；误差分析；应用
全球定位系统（GlobalPositioningSystem---GPS）又称为导航星全球定位系统，简称GPS，是一种测距卫星导航系统。美国于1973年12月开始，经过20多年的研制开发在1994年所有卫星就位，1995年10宣布“GPS进入全面运作能力”。GPS是美国继阿波罗登月计划、航天飞机之后的第三项重点空间计划，是20世纪的、也是世界上第一个全球卫星导航系统，对整个世界的经济起着举足轻重的作用。
使用GPS可以获得一种全球、全天候、连续、高精度的定位导航方式。美国政府在GPS的应用中，提供了两种服务方式：一种是利用CA码定位，其精度约为100米，供民间使用；另一种是利用P码定位，其精度可以达到10米甚至更高，供军用。
起初的CA码在试验阶段定位精度为30米，美国采用了S/A政策，使得它的定位精度下降到100米。各种消除S/A影响的措施于是产生了，最典型的是差分GPS，使得定位精度得到显著提高。于是，美国干脆在2000年5月1号就取消了S/A政策，这样使得GPS的应用更加的广泛。目前，GPS的用户越来越多,在航海的使用也是非常的多，这里有必要对GPS的定位精度及其在航海上的应用有个论述。
通过这篇论文的构思，并翻阅了大量的资料，作者想要更深程度的搞清楚GPS的定位精度和优缺点以及GPS在航海上的应用，以便航海人员对GPS有更深刻的了解，并熟悉其在航海上的应用，做到充分发挥其优点，避开其缺点，以保障海上航行的安全和提高营运效率。
GPS系统的组成及工作原理
1.1GPS系统的组成:GPS卫星导航系统是由地面支持网、空中卫星群和用户设备三个子系统组成的。
1.地面支持网：GPS系统的地面支持网由五个监测站、一个主控站和四个注入站组成。监测站收集卫星及当地气象资料送给主控站。主控站根据这些资料计算卫星轨道等导航信息，然后由注入站每隔8h向卫星发送一次，更新卫星资料，以便卫星向用户设备转发导航信息。该子系统的功能是监控卫星并根据测算结果向卫星提供时间改正参数、卫星星历等资料。
2.空中卫星群：GPS系统空中卫星群由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成，共24颗卫星，平均分布在6个轨道上，每一轨道上有4颗卫星。卫星接收地面站发送来的轨道信息、时间修正参数等，进行处理后，以1575.42MHZ和1227.60MHZ两种载波频率，发射CA码和P码两种伪随机码调制导航信号。
3.用户设备：GPS接收机接收卫星发射的时间信号和卫星轨道信息，就得到卫星位置，利用时间信号和伪码相关测量卫星到测者的伪距，并由计算机解算用户位置、速度等参数。
1.2GPS系统工作原理
1.2.1GPS系统的定位原理
GPS系统是一种测距定位系统，GPS导航仪接收卫星分布的信息，根据星历表信息可以求得每颗卫星发射信号时的位置。导航仪测量卫星信号传播的时间间隔，因为这时间间隔中还包含着时钟误差，信号传播延时等影响，所以乘以光速求得是导航仪与卫星的伪距离
1.2.2GPS系统的测速原理
通过测量GPS卫星信号载波的多普勒频移，可以获得伪距离变化率，从而建立伪距离变化率方程。测量4颗卫星信号的多普勒频移，可以建立4个伪距离变化率方程，从而解算出导航仪的速度和时钟钟差变化率。
2.GPS的定位精度及误差分析
2.1定位精度
2.1.1单点定位
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，可用于船舶的导航定位。利用单独的GPS接收机定位的精度为20米（2drms）.这里所指的是二维平面上的包含SA引入的误差的2倍径向距离误差。现在SA已经取消，定位经度提高了。GPS这一定位精度在15—25米之间。落在这一范围内的概率为95.5%。
2.1.2差分定位
差分定位就是根据两台以上的接收机进行定位，其定位精度更高，可靠。具有伪距差分功能的GPS接收机的定位精度在1—10米之间，而相对平滑伪距差分接收机为亚米级的精度，实时载波相对差分可以达到厘米级的精度。
2.2误差分析
GPS定位误差主要来源于卫星与测者间相对几何位置的几何精度因子GDOP、伪距误差以及使用不同测地坐标系而产生的误差
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