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GPS在新世纪的发展

进入21世纪，全球定位系统（GPS）在各方面的应用都将加强和发展。本文对GPS走向21世纪时的最新发展情况，特别是当前国际GPS服务（1GS）的产品内容、应用和服务等方面作重点介绍。

一 、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；还有一类是预报轨道。

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内部的晶体震荡器。

（2） IGS还提供极移和世界时信息。IGS公布的最终的每日极坐标（x，y），其精度为±0.1mas，快报的相应精度为±0.2mas。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。

（3） IGS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、历元和站移动速度。前者精度好于1cm，后者精度好于1mm/y。IGS站坐标所采用的坐标参考框架是和IERS互相协调的。1993年末开始使用ITRF91，1994年使用ITRF92，1995年到1996年中期使用ITRF93，1996年中期到1998年4月一直使用ITRF94，1998年3月1日转而采用ITRF96，1999年8月1日开始IGS采用ITRF97。

（4） IGS在测定短期章动方面的新贡献。众所周知，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年的每天的ψ和ε值的资料，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1个月以上的长周期而言，VLBI较优。

由于对GPS技术的IGS作出了如此大的成绩和贡献，因此1999年9月各国的VLBI站和SLR站决定也组织类似于IGS的相应的IVS和IVRS。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。

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（1）使美国各地的全部用户能更方便的利用它来达到厘米级水平的定位和导航；（2）促进用户利用CORS来发展GIS；（3）监测地壳形变；④求定大气中水汽分布；⑤监测电离层中自由电子浓度和分布。

截止1999年9月CORS已有156个站，而美国NGS宣布为了强化CORS系统，从现在起，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，如Internet很容易下载而得到。

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。

GPS今后的发展趋势将体现在以下几方面：

● 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。

● 双频高精度测地型接收机将继续高度垄断在几个技术领先的GPS厂家手中，美国将继续保持其绝对优势。

● 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。

● GPS技术在手机上的应用将得以迅速普及，全民定位导航时代很快到来。