1. 总述

GPS是一种可以定时和测距的空间交会定点导航系统,它可以向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时 间信息,满足军事部门和民用部门的需要。^[1]1973年12月，美国国防部批准它的陆海空三军联合研制新的卫星导航系统。^[2] GPS卫星是通过卫星发射含有轨道信息的导航电文给用户，用用户接收机接受信号，经过解码便可获得所需要的卫星星历。^[3]因具有实时易取的特点，一杯众多实时导航和定位用户所使用。 ^[4]GPS整个发展过程可分为以下3个阶段。第1阶段为原理方案可行性验证阶段，从1978年~1979年， 共发射了4颗试验卫星，建立了地面跟踪网，研制了地面GPS接收机，对系统的硬件和软件进行了嗽验，试验结果令人满意。第2阶段为系统的研制与试验阶段，从1979年~ 1984年，又 陆续发射T 7颗试验卫星。第1阶段和第2阶段共发射11颗试 验卫星,这些试验卫星称为第1代卫星#8212;#8212;Block 1 。研制了各种导航型接收机和测地型接收机，试验表明，Gps的定位 精度大大超过设计标准,其中粗码(C/A码)的定位精度远远超过 设计指标，高达20m。 由此证明，GPS计划是成功的。第3阶段为最后的工程发展与完成阶段。1989年的2月4日，发射了GPS第一颗工作卫星，到1994年3月10日共研制发射了28颗工作卫星。这些工作卫星称为Block. II和Block. II A卫星。除了在军事领域的应用之外,近十余年来，Gps精密定位技术，已经广泛地渗 透到经济建设和科学实验的各个领域。比如:它已成功地应用于大地測量和城市 控制网；GPS技术的高精度和自动化深刻地影响着地球动力 学、大地測量学、天文学及其相关学科领域，它在这些基础学科的应用研究与开拓 工作方面都取得了迅速的发展和卓越的成就，展示了GPS巨大的优势和潜力。近几年来，Gps技术已进入到人们的日常生活中，比如应用于车辆跟踪、汽车 导航、旅游、探险、狩猎、公安、地理信息、农业和通信定位等方面。^[5]

GPS卫星的星历，是描述卫星运行轨道的一组数据。利用gps 进行导航或定位，就是根GPS卫星发布的卫星轨道信息结合GPS用户(接收机)的现测资料，通过数据处理来确定用户（接收机)的位置、速度乃至姿态等参数。所以，精确的描述轨道的一组数据(星历)是实现精确定位与导航的基础。 ^[6]

有了卫星星历就可以计算出任一时刻的卫星位置及其速度。GPS卫星星历分

为预报星历和后处理星历。^[7]

预报星历是指相对参考历元的外椎星历。参考历元瞬间的卫星星历（即参考 星历)，由Gps系统的地面监控站根据大约一周的观测资料计算而得，为参考历元練间卫星的轨道参数。在其邻近时刻，由于摄动力影响，卫星的实际轨道将逐 渐偏离参考轨道，且偏离的程度取决于观测历元与参考历元间的时间间隔。因此，为了保证预报星历的精度，采用限制外推时间间隔的方法。GPS卫星的参考星历每小时更新一次，参考历元选在两次更新星历的中央时刻，这样由参考历元外椎的时间间隔限制为0.5h。由于Gps卫星的广播星历包含外推误差，因此它的補度受到限制，不能满足某些从事粒密定位工作的用户的要求。例如，在应用GPS技术作地球动力学研究时,要求达到10^-7甚至10^-8的定位精度，相应的卫星星历精度就要求达到米级甚至分来级。广播星历显然不能适应这种高精度定位的要求。后处理星历是不含外推误差的实测精密星历，它由地面跟踪站根据精密观测 资料计算而得，可向用户提供用户观测时刻的卫星精密星历，其精度可迷米级甚 至分來级。但是，用户不能实时通过卫星信号获得后处理星历，只能在事后通过 INTERNET网、电传、磁带等通讯媒体向用户传递。^[8]

2.卫星位置的计算步骤[^9]

平均角速度： ( 1)

规化时刻：为参考历元 为参考历元 (2)

平近点角： (3)

偏近点角： （需要做迭代运算） (4)