甘卫军

引言

GPS（GlobalPositioningSystem） 是 美国国防部历时20年（1973.12—1994.03）、耗资300亿美元研发建成的第二代全球卫星导航系统，其建设初衷主要是为海、陆、空三军提供全世界、全天候、全时段的导航、定位和授时保障，同时兼顾部分民用。GPS在最初的设计中并未包含高精度测量功能，即GPS空间大地测量技术（图1），是后来由美国宇航局（NASA）和麻省理工学院（MIT）的几位空间大地测量学家基于已有的甚长基线干涉测量（VLBI,VeryLongBaselineInterferometry）原理，额外地开发了这一特别的民用功能，随即被公认为GPS最引人注目的亮点成就之一。

图1 GPS系统及GPS大地测量基本原理示意图

1981年，全球第一套商业化大地测量型GPS设备（TI-4100）在美国问世，这是GPS大地测量技术正式投入使用的里程碑事件。与传统的大地测量相比，现代GPS大地测量技术不仅将精度提高了2～3个数量级，而且将效率提升了千万倍。具体到大地测量应用中最具挑战的地壳运动和构造变形监测——从全球板块运动到局域断层滑动，目前的GPS大地测量技术均能做到“四高四全”的观测，即高精度、高效率、高机动、高动态；全天候、全时段、全自动、全维度。具体而言，①基于静态模式的GPS观测，能够以毫米级精度获得任意观测站在全球参考框架下的精确坐标，水平误差约2mm，垂直误差约4mm，由此可有效分辨站点位置每年几毫米量级的微弱变化。或者，能够以亚厘米甚至更小的观测误差，确定相距数百乃至上千公里的任意两站的精确距离；②基于动态模式的单历元GPS观测，能够以高达50Hz的采样率（或0.02秒的时间步长）和优于15mm的三维坐标精度，获得强震发生时地表高动态变化过程。……