全球定位系统(GPS)技术的发展现状及未来发展趋势

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全球定位系统（GPS）作为新一代卫星导航与定
位系统，以其全球性、全天候、高精度、自动化、高效
益等显著特点，在我国大地测量、工程测量、水利、电
力、交通、资源勘探和航海等领域有着广泛的应用。
在国家重点工程“三峡工程、青藏铁路、西气东输”等
重大项目的建设中，GPS接收机被用来进行控制测
量、地形测量、地质灾害预警和滑坡检测等工作，在
保证工程质量和加快工程建设方面发挥了重要作
技术 TECHNOLOGY 现代计量仪器与技术
全球定位系统（GPS）
技术的发展现状及未来发展趋势
□张惠张健刘超
2012. 1 China Metrology 中国计量71
现代计量仪器与技术 TECHNOLOGY 技术
用。此外，GPS技术在民用领域发展潜力巨大，伴随着
车载GPS导航系统的大量应用和GPS手机的出现，
GPS也在逐步走入我们的生活，这是未来GPS市场的
巨大增长点。
当前，GPS产业已经成为国际上八大无线产业之
一， 也是目前世界上发展最快的三大信息产业之一，
世界各国都在瞄准这一巨大市场。与此同时，GPS在我
国国民经济发展中发挥着越来越重要的作用，我国不
仅在加快国产GPS产业化的步伐， 也在努力发展自己
的“北斗”卫星导航系统。
山东省计量科学研究院作为全国第一个建立
“GPS接收机校准装置”的省级计量技术机构，多年来
一直跟踪GPS技术的最新发展， 并对当前GPS技术的
发展现状和未来发展趋势进行研究和探讨。
一、GPS技术的发展现状
1.GNSS系统是当前卫星导航技术的热点
随着全球卫星导航技术的不断发展， 俄罗斯、中
国和欧盟也都在建立自己的卫星导航系统，GPS一词
也正在被GNSS（Global Navigation Satellite System）一词
所取代。GNSS包含了美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、
中国的Compass（北斗）、欧盟的GALILEO系统，可用的
卫星数目将达到100颗以上，可以说过去美国GPS一统
天下的局面正逐步被打破。
近年来，双星GPS，甚至多星GPS是GPS技术发展
的一个重要方向。目前，国内外GPS生产厂家都推出了
各自的GNSS产品。
可以说，GNSS技术是当前卫星导航技术发展的一
大热点，也是未来GPS技术发展的重要方向。
2.国产GPS产业化步伐加速
随着GPS技术的迅速发展， 在我国国民经济中发
挥了越来越重要的作用， 国产GPS的产业化步伐也在
不断加速，主要表现在以下两个方面：
（1）瞄准并引进世界上最先进的GPS技术
近年来， 国内知名GPS厂商都瞄准了世界上最先
进的GPS技术，南方测绘、中海达、华测和苏一光都纷
纷引进美国天宝最先进的BD970主板。美国天宝是世
界GPS产业的领先者， 拥有世界上最先进的多项GPS
专利技术。
目前，南方测绘的新产品灵锐S82T、S86T（T代表
天宝主板）， 中海达推出的新产品V30、V50 GNSS
RTK，上海华测推出的M600 GPS接收机和苏一光推出
的新产品A20 GNSS都采用了美国天宝的BD970主板。
采用国际一流的天宝BD970多星多系统内核，把
美国Trimble公司的嵌入式定位技术作为精确定位应
用的核心，提供长期的无障碍运行保证。该系统拥有
220个信道，支持多星GNSS系统。系统模块不仅支持包
括美国的GPS L2C、L5以及俄罗斯的GLONASS L1/L2
信号在内的各种卫星信号，还能够跟踪欧盟伽利略卫
星系统GIOVE-A和GIOVE-B实验卫星，并已经为中国
“北斗”卫星导航系统做好准备。
同时引进了先进的机载多路径抑制技术和先进
的低角度卫星跟踪技术，显著改善了RTK初始化。长
期以来， 低仰角卫星跟踪是国产GPS的一大弱点，在
一定程度上影响着GPS品质和测量成果质量。而天宝
拥有世界上最先进的低仰角跟踪技术， 这在很大程
度上提升了国产GPS产品的性能和质量。可以说，该
技术的引进在一定程度上加快了国产GPS产业化的
步伐， 可以让国内用户以低廉的价格享受高品质的
成果。
此外，南方测绘、中海达、易测GPS接收机都采用
了目前最先进的存储技术，即插即用式U盘设计，方便
了数据的读取，提高了工作效率，让客户体验到了高
科技的魅力。
（2）开发自主知识产权的主板技术
2010年8月， 上海华测推出了自主研发的GPS主
板，该技术的研发历时5年，取得了多项发明专利和
软件著作权。同时推出了新产品R30 GPS接收机，这
是中国首款拥有自主知识产权的双频高精度GPS接
收机。
华测GPS主板的研制成功，结束了我国GPS接收
机主板依靠进口的历史，将GPS接收机的国产化步伐
推进了一大步，从此打破了国外对我国的技术封锁，
标志着我国GPS产业化步伐的加速。同时，对我国自
主知识产权“北斗”导航系统的建设具有重要意义。
3.蓝牙无线传输技术是当前的一大热点
近年来，蓝牙技术作为一种新的短距离无线通信
技术标准，受到全世界越来越多工业界生产厂家和研
究机构的广泛关注。蓝牙技术可以取代数据电缆，支
中国计量China Metrology 2012. 1
持无线通信进行数据和语音传输， 传输速率可达到
10M/s。该技术已广泛应用于手机等无线设备、照相机
等图像处理设备、MP3和耳机等消费娱乐设备。
目前，蓝牙技术在GPS接收机上得到了广泛应用，
国内外GPS生产厂商的大部分产品中都采用了此技
术。如国产南方测绘灵锐S8x系列，中海达的V系列，瑞
士徕卡RX1250、GS10、GS15 GPS接收机， 美国天宝的
5800、R8系列GPS接收机都采用了蓝牙通信技术。
蓝牙技术的应用使得一直困扰GPS测量人员的连
接线问题得到了解决， 实现了GPS接收机的“无线测
量”，工作效率得到了极大提高。当然，在蓝牙的使用
过程中也会遇到一些问题，比如大部分用户在设置和
蓝牙连接时会面临一些困难，并且蓝牙的稳定性仍需
进一步提高。
二、GPS技术的未来发展趋势
1.卫星导航的多系统并存
未来几年内， 卫星导航系统将进入一个新的阶
段。首先， 用户将面临四大系统（GPS/GLONASS/
Galileo/北斗）近百颗导航卫星同时并存、互相兼容的
局面，而它们的民用部分也将呈现彼此补充、共享的
态势。其次，用户将面临多系统导航卫星信号的组合、
选用和最优化问题。用户要根据各个导航卫星系统的
不同特点和优势，针对用户所需的准确度、可靠性和
费用， 选择如何最佳综合利用多系统导航卫星的信
息。第三，在多领域、多层次的导航卫星应用。导航卫
星系统将为导航、定位、授时、测速、测向、测形变、降
雨和电离层探测等方面提供服务。最后导航卫星领域
必将在硬件、应用技术和数据处理等方面会继续不断
的改善和提高，价格更便宜、硬件更小型更轻型、应用
多功能，使用智能化；它的各类成果在准确度和可靠
性方面将大幅度提高，并将在各个相关领域里得到越
来越广泛的应用。
2.中国“北斗”卫星导航系统的广泛应用
“北斗”卫星导航系统是中国独立发展、自主运行
的全球卫星导航系统，同时也是国家正在建设的重要
空间信息基础设施。“北斗”系统的建设，促进了全球
卫星导航领域的合作发展与技术进步。
“北斗”卫星导航系统由空间端、地面端和用户端
三部分组成，空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非
静止轨道卫星，地面端包括主控站、注入站和监测站
等若干个地面站， 用户端由北斗用户终端以及与美
国GPS、俄罗斯GLONASS、欧洲GALILEO等其他卫星
导航系统兼容的终端组成。提供两种服务方式，即开
放服务和授权服务。开放服务是在服务区免费提供
定位、测速和授时服务，定位准确度为10m，授时准确
度为50ns，测速准确度0.2m/s。授权服务是向授权用
户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系
统完好性信息。
根据系统建设总体规划，按照“三步走”的发展战
略，2012年左右， 系统将首先具备覆盖亚太地区的定
位、导航和授时以及短报文通信服务能力；2020年左
右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。
经过不断发展和建设，“北斗”卫星导航系统已在
我国的测绘、渔业、交通运输、电信、水利、森林防火、
减灾救灾和国家安全等诸多领域得到应用，产生了显
著的经济效益和社会效益，特别是在四川汶川、青海
玉树抗震救灾中发挥了非常重要的作用。
可以说， 未来自主知识产权导航系统的应用，将
打破国外对我国技术的垄断和限制，尤其在军事领域
拥有自主权，将在国家安全防护和国民经济的建设中
发挥更重要的作用。
3.GPS车载导航系统市场发展潜力巨大
近年来，汽车业的飞速发展，特别是私家车的日
益普及，催生了GPS车载导航系统这一巨大市场。截止
到目前， 中国的汽车保有量已达到8000万辆以上，汽
车保有量仅次于美国（2亿多辆）。未来中国汽车市场
的潜力巨大，而且汽车市场远未饱和，还有很大的增
长空间。据业内专家保守估计，未来中国汽车保有量
能够达到4.9亿辆左右。
GPS车载导航系统通过接收GPS卫星信号，可以在
市区道路、郊外公路，甚至人迹罕见的沙漠、戈壁、草
原等区域为汽车导航，避免司机对道路状况不熟悉带
来的麻烦，满足消费者的需求。可以说汽车业的蓬勃
发展，使得GPS车载导航市场呈现出迅速增长的趋势。
因此， 中国GPS导航系统市场的发展潜力非常巨
大，在未来的数年内，中国将成为全球最大的车载GPS
市场，2006～2009年中国汽车GPS导航系统市场年增长
率均超过50%。由于导航卫星、车载导航设备商业化应
用环境以及卫星导航应用标准的成熟，车载导航系统
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现代计量仪器与技术
中国计量China Metrology 2012. 1
计
将被消费者更加广泛地接受， 产品价格也会逐步下
降，市场规模将不断扩大。
4.GPS卫星导航与无线通信等技术的结合
随着GPS技术的不断发展，未来人们对GPS导航的
需求已从最基本的行车导航、路口转弯提示等基础功
能，向实时信息和增值服务等基于用户体验的功能转
变。
GPS卫星导航与无线通信技术相结合，如GPS接收
机嵌入到手机移动电话、便携式PC、PDA和手表等通
信、安全和消费类电子产品中，从根本上促进IT技术的
整体发展已成为未来GPS技术发展的一个重要方向。
GPS手机导航定位适用于有遇劫、遇困、迷路、走
失、急性病（心脏、高血压）突发等需紧急报警求助的
人群，以及儿童、老人、智障等需监护人群。可以提供
给特需人群遇险时一键报警求援、110、120救护快速
确定目标位置、家长对老幼外出行走位置查询、安全
监护等，是个人安防、亲情关爱的“随身保姆”。
手机等智能设备与GPS的融合是未来的一个重要
发展方向。目前，国内外手机生产厂商都表现出对手
机与GPS融合趋势的普遍认同。包括诺基亚、三星、索
爱、摩托罗拉都发布了支持GPS导航功能的最新手机
产品。同时，手机生产厂商们也把进一步加强手机的
GPS导航功能，作为未来展开竞争的一个砝码。
作者单位【山东省计量科学研究院（山东省计量
检测重点实验室）】
大允许误差为±0.10mL， 即分散区间的半宽度为a=
0.10mL。在此区间都可以服从三角分布（k= 6 %姨 ）。
则移液管引入的不确定度
urel1（VY）=ak
/VY= 0.015mL
6 %姨
/4mL=1.53×10-3
容量瓶引入的不确定度为
urel1（VR）=ak
/VR= 0.10mL
6 %姨
/100mL=4.08×10-4
②温度效应引入的不确定度
实验室的温度在±2℃之间变动。该影响引入的不确
定度可通过估算该温度范围和体积膨胀系数来计算。综
合溶液和容器的体积膨胀，取水的体积膨胀系数约2.1×
10-4/℃。在此区间都可以服从矩形分布（k= 3 %姨 ）。
移液管引入的不确定度
urel2（VY）=ak
= 2.1×10-4×2
3 %姨
=2.42×10-4
容量瓶引入的不确定度为
urel2（VR）=ak
= 2×2.1×10-4
3 %姨
=2.42×10-4
③稀释标准溶液过程中引入的标准不确定度的
合成
移液管引入的不确定度合成为
urel（VY）= u2
rel1（VY）+u2
rel2（VY）
%姨
=1.6×10-3
容量瓶引入的不确定度合成为
urel（VR）= u2
rel1（VR）+u2
rel2（VR）
%姨
=4.74×10-4
稀释标准溶液过程中引入的标准不确定度
urel（V）= u2
rel（VY）+u2
rel（VR）
%姨
=0.17%
（3）输入量Ts
的标准不确定度u（Ts）的合成
urel（Ts）= u2
rel（Ts）+u2
rel（V）
%姨
=1.51%
u（Ts）=urel（Ts）×16=0.24NTU
四、合成标准不确定度的计算
输入量Tm
与Ts
彼此独立互不相关，所以合成标准
不确定度
u（Δ）= c2（Tm）u2（Tm）+c2（Ts）u2（Ts） % 姨
= （0.063×0.13）2+（0.066×0.24）2
%姨
=1.6%
五、扩展不确定的计算
U=k×u（Δ）=3.2%（k=2）
六、测量不确定度的报告与表示
浊度计量程为20NTU， 检定点16NTU的相对示值
误差为Δ=3.2%。
扩展不确定度为U=3.2%（k=2）
JJG880-2006《浊度计》计量检定规程5.4规定，仪
器的示值相对误差应不大于±10%。
被检仪器的扩展不确定度（k=2）与仪器的最大允
许误差之比小于1/3（U/MPEV
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2014-10-1 07:39 上传

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