測繪畢業(yè)論文---gps rtk在地形圖測量中的應(yīng)用(含外文翻譯）

1、<p>　　題目：GPS RTK在地形圖測量中的應(yīng)用</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文介紹了GPS全球定位系統(tǒng)的建立，GPS系統(tǒng)的組成，GPS系統(tǒng)的原理，以及GPS導(dǎo)航定位誤差，著重介紹了GPS RTK技術(shù)的基本原理，RTK的組成及工作條件，RTK測量的精度和誤差來源，并結(jié)合一個具體例子——陽煤集團(tuán)和順化工場面現(xiàn)狀場面地形

2、圖的測量工作，詳細(xì)闡述了RTK技術(shù)在地形圖測量方面的應(yīng)用，可以有效的提高作業(yè)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，并提出RTK技術(shù)作業(yè)過程中存在的一些問題，RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，在測量方面局限性和今后的發(fā)展方向。</p><p>　　關(guān)鍵詞：GPS； RTK技術(shù)； 地形圖測量測量</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This int

3、roduced a GPS global positioning system, GPS system, the composition of GPS systems theory, and GPS positioning error, highlights the basic principles Gpsrtk technology, the composition and working conditions languages,

4、RTK measurement precision and error sources and in the context of a specific example -- Yang coal group and chemical scene situation scene topographic survey work, elaborated the RTK technology in topographic survey appl

5、ications, surveying and line measurements of the ver</p><p>　　Key words : GPS； RTK； Surveying topographic</p><p><b>　　一般部分6</b></p><p><b>　　1 緒論7</b><

6、/p><p>　　1.1 GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用前景7</p><p>　　1.2. GPS定位技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀10</p><p>　　1.3. 我國GPS定位技術(shù)的發(fā)展12 </p><p>　　2 GPS衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)概述14</p><p>　　2.1 GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)概論14 <

7、;/p><p>　　2.2 GPS系統(tǒng)的組成14</p><p>　　3 GPS在測量工作中的應(yīng)用及其工作原理18</p><p>　　3.1 GPS在測量上的應(yīng)用18</p><p>　　3.2 GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航定位信號20</p><p>　　3.3 GPS衛(wèi)星定位原理與方法21</p>

8、<p>　　3.4 GPS導(dǎo)航定位誤差26</p><p>　　4 GPS定位測量設(shè)計(jì)31</p><p>　　4.1 影響GPS測量技術(shù)設(shè)計(jì)的因素31</p><p>　　4.2 布網(wǎng)方案31</p><p>　　4.3 選點(diǎn)原則32</p><p>　　4.4 GPS接收機(jī)的選

9、用33</p><p>　　5 GPS定位測量中的數(shù)據(jù)處理34</p><p>　　5.1 WGS-84大地坐標(biāo)系34</p><p>　　5.2 54北京坐標(biāo)系34</p><p>　　5.3 1980年國家大地坐標(biāo)系35</p><p>　　5.4 新1954年北京坐標(biāo)系35</p&g

10、t;<p>　　5.5 GPS時間系統(tǒng)35</p><p>　　5.6 數(shù)據(jù)處理36</p><p>　　6 RTK技術(shù)及其在地形圖中的應(yīng)用44</p><p>　　6.1 RTK技術(shù)概述44</p><p>　　6.2 RTK技術(shù)在地形圖測量中的應(yīng)用52</p><p>　　第二篇 專

11、題部分64</p><p>　　第一節(jié) 概述64</p><p>　　第二節(jié) 程序設(shè)計(jì)66</p><p>　　第三節(jié) 程序演示與代碼67</p><p><b>　　總結(jié)74</b></p><p><b>　　英文文獻(xiàn)77</b></p>

12、<p><b>　　中文文獻(xiàn)81</b></p><p><b>　　致 謝83</b></p><p><b>　　一般部分</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)

13、展及應(yīng)用前景</p><p>　　20世紀(jì)60年代第一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——子午衛(wèi)星系統(tǒng)（Transit）正式建成并投入軍用，該系統(tǒng)采用多普勒測量的方法進(jìn)行導(dǎo)航和定位。由于其存在的種種局限性，由美國國防部等多家機(jī)構(gòu)組成的聯(lián)合工作辦公室（JPO）提出了一個綜合性方案——GPS系統(tǒng)并于20世紀(jì)90年代建成并投入運(yùn)行。該系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，它具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時性的精密三維導(dǎo)

14、航與定位功能，而且具有良好的抗干擾性和保密性。GPS系統(tǒng)做為新一代的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)在導(dǎo)航、測繪、資源調(diào)查行業(yè)帶來了一系列革命，并廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。 </p><p>　　GPS的英文全稱是NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Position System（導(dǎo)航星測時

15、與測距全球定位系統(tǒng)），簡稱GPS，有時也被稱作NAVSTAR GPS，是美國國防部建立的衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)?？臻g部分設(shè)計(jì)為21+3顆衛(wèi)星組成的星座（其中有三顆為備用衛(wèi)星），這些衛(wèi)星分布在6個軌道面上，每個軌道面布設(shè)4顆衛(wèi)星，衛(wèi)星高度為20 200km ,軌道傾角為55度，衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)周期為11時58分(恒星時為12個小時)，這樣的分布可保證在地球的任何地方可同時看到4-12顆衛(wèi)星(截止高度角為10度時)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)地球表面及其上空任何地點(diǎn)、

16、任意時刻的三維坐標(biāo)、測速、定時。</p><p>　　GPS的發(fā)展迄今為止主要經(jīng)歷下面四個階段：</p><p>　　1、 GPS系統(tǒng)的方案論證階段（1974-1978）</p><p>　　2、 GPS系統(tǒng)系統(tǒng)論證階段（1979-1987） </p><p>　　3、 GPS系統(tǒng)建成并進(jìn)入完全運(yùn)作能力階段(1988-1999)</p&

17、gt;<p>　　4、 GPS系統(tǒng)現(xiàn)代化更新階段（2000-2010）</p><p>　　GPS發(fā)展進(jìn)程時間一覽表：</p><p>　　1.2 GPS定位技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀</p><p>　　如人們所說："GPS的應(yīng)用，僅受人們的想象力制約。"GPS問世以來，已充分顯示了其在導(dǎo)航定位領(lǐng)域的霸主地位。許多領(lǐng)域也由于GPS的出現(xiàn)而發(fā)

18、生了革命性變化。目前，幾乎全世界所有需要導(dǎo)航定位的用戶，都被GPS的高精度，全天候，全球覆蓋，方便靈活和優(yōu)質(zhì)價廉所吸引。</p><p>　　. GPS的應(yīng)用按其使用領(lǐng)域簡單介紹如下</p><p>　　1. GPS應(yīng)用于測量GPS技術(shù)給測繪界帶來了一場革命。 </p><p>　　利用載波相位差分技術(shù)（RTK），在實(shí)時處理兩個觀測

19、站的載波相位的基礎(chǔ)上，可以達(dá)到厘米級的精度。與傳統(tǒng)的手工測量手段相比，GPS技術(shù)有著巨大的優(yōu)勢： 測量精度高; 操作簡便，儀器體積小，便于攜帶; 全天候操作;觀測點(diǎn)之間無須通視;測量結(jié)果統(tǒng)一在WGS84坐標(biāo)下，信息自動接收、存儲，減少繁瑣的中間處理環(huán)節(jié)。 當(dāng)前，GPS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于大地測量、資源勘查、地殼運(yùn)動、地籍測量等領(lǐng)域。 </p><p>　　2.GPS應(yīng)用于交通出租車、租車服務(wù)、物流配送等行業(yè)利用GP

20、S技術(shù)對車輛進(jìn)行跟蹤、調(diào)度管理，合理分布車輛，以最快的速度響應(yīng)用戶的乘車或送請求，降低能源消耗，節(jié)省運(yùn)行成本。 GPS在車輛導(dǎo)航方面發(fā)揮了重要的角色，在城市中建立數(shù)字化交通電臺，實(shí)時發(fā)播城市交通信息，車載設(shè)備通過GPS進(jìn)行精確定位，結(jié)合電子地圖以及實(shí)時的交通狀況，自動匹配最優(yōu)路徑，并實(shí)行車輛的自主導(dǎo)航。 民航運(yùn)輸通過GPS接收設(shè)備，使駕駛員著陸時能準(zhǔn)確對準(zhǔn)跑道，同時還能使飛機(jī)緊湊排列，提高機(jī)場利用率，引導(dǎo)飛機(jī)安全進(jìn)離場。</p&g

21、t;<p>　　3.GPS應(yīng)用于救援 </p><p>　　利用GPS定位技術(shù)，可對火警、救護(hù)、警察進(jìn)行應(yīng)急調(diào)遣，提高緊急事件處理部門對火災(zāi)、犯罪現(xiàn)場、交通事故、交通堵塞等緊急事件的響應(yīng)效率。特種車輛（如運(yùn)鈔車）等，可對突發(fā)事件進(jìn)行報警、定位，將損失降到最低。 有了GPS的幫助，救援人員就可在人跡罕至、條件惡劣的大海、山野、沙漠，對失蹤人員實(shí)施有效的搜索、拯救。裝有GPS裝置的漁船，在發(fā)生險情時，

22、可及時定位、報警，使之能更快更即使地獲得救援。</p><p>　　4.GPS應(yīng)用于農(nóng)業(yè)</p><p>　　當(dāng)前，發(fā)達(dá)國家已開始把GPS技術(shù)引入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，即所謂的"精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)耕作"。該方法利用GPS進(jìn)行農(nóng)田信息定位獲取，包括產(chǎn)量監(jiān)測、土樣采集等，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過對數(shù)據(jù)的分析處理，決策出農(nóng)田地塊的管理措施，把產(chǎn)量和土壤狀態(tài)信息裝入帶有GPS設(shè)備的噴施器中，從而精確地給農(nóng)田地

23、塊施肥、噴藥。通過實(shí)施精準(zhǔn)耕作，可在盡量不減產(chǎn)的情況下，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，有效避免資源浪費(fèi)，降低因施肥除蟲對環(huán)境造成的污染。</p><p>　　5.GPS應(yīng)用于娛樂消遣</p><p>　　隨著GPS接收機(jī)的小型化以及價格的降低，GPS逐漸走進(jìn)了人們的日常生活，成為人們旅游、探險的好幫手。通過GPS，人們可以在陌生的城市里迅速地找到目的地，并且可以最優(yōu)的路徑行駛；野營者攜帶GPS接收機(jī)，

24、可快捷地找到合適的野營地點(diǎn)，不必?fù)?dān)心迷路；甚至一些高檔的電子游戲，也使用了GPS仿真技術(shù)。</p><p>　　1.3 我國GPS定位技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用</p><p>　　1.3.1我國GPS定位技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　中國成立后，我國的航天科技事業(yè)在自力更生、艱苦創(chuàng)業(yè)的征途上，逐步建立和發(fā)展起來，現(xiàn)已躋身于世界先進(jìn)水平的行列，成為世界空間強(qiáng)國之一。從197

25、0年4月把第一顆人造衛(wèi)星 送入軌道以來，我國已成功地發(fā)射了三十多顆人造衛(wèi)星，為空間大地測量工作的開展創(chuàng)造了有利條件。</p><p>　　70年代后期，有關(guān)單位在從事多年理論研究的同時，引進(jìn)并試制成功了各種人造衛(wèi)星觀測儀器。 其中有人衛(wèi)攝影儀、衛(wèi)星激光測距儀和多普勒接收機(jī)。根據(jù)多年的觀測實(shí)踐，完成了全國天文大地網(wǎng)的 整體平差，建立了1980年國家大地坐標(biāo)系，進(jìn)行了南海群島的聯(lián)測。</p><p

26、>　　80年代初，我國一些院校和科研單位已開始研究GPS技術(shù)。十多年來，我國的測繪工作者 在GPS定位基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用開發(fā)方面作了大量工作。</p><p>　　80年代中期，我國引進(jìn)GPS接收機(jī)，并應(yīng)用于各個領(lǐng)域。同時著手研究建立我國自己的 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。至今十多年來，據(jù)有關(guān)人士估計(jì)，目前我國的GPS接收機(jī)擁有量約在 4萬臺左右，其中測量類約500—700臺，航空類約幾百臺，航海類約3萬多臺，車載類數(shù)千

27、臺。 而且以每年兩萬臺的速度增加。足以說明GPS技術(shù)在我國各行業(yè)中應(yīng)用的廣泛性。</p><p>　　1.3.2我國GPS定位技術(shù)的應(yīng)用</p><p>　　在大地測量方面，利用GPS技術(shù)開展國際聯(lián)測，建立全球性大地控制網(wǎng)，提供高精度的地心坐標(biāo)，測定和精化大地水準(zhǔn)面。組織各部門（10多個單位，30多臺GPS雙頻接收機(jī)）參加革命992年全國GPS定位大會戰(zhàn)。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，GPS網(wǎng)點(diǎn)地心坐標(biāo)精

28、度優(yōu)于0。2M，點(diǎn)間位置精度優(yōu)于10-8。在我國建成了平均邊長約為100KM的GPS A級網(wǎng)，提供了亞米級精度地心坐標(biāo)基準(zhǔn)。此后，在A級網(wǎng)的基礎(chǔ)上，我國又布設(shè)了邊長為此30—100KM的B級網(wǎng)，全國約2500個點(diǎn)。A、B級GPS網(wǎng)點(diǎn)都聯(lián)測了幾何水準(zhǔn)。這樣，就為我國各部門的測繪工作，建立各級測量控制網(wǎng)，提供了高精度的平面和高程三維基準(zhǔn)。我國已完成西沙、南沙群島各島嶼與大陸的GPS聯(lián)測，使海島與全國大地網(wǎng)聯(lián)成一整體。</p>

29、<p>　　在工程測量方面，應(yīng)用GPS靜態(tài)相對定位技術(shù)，布設(shè)精密工程控制網(wǎng)，用于城市和礦區(qū)油田地面沉降監(jiān)測、大壩變形監(jiān)測、高層建筑變形監(jiān)測、隧道貫通測量等精密工程。加密測圖控制點(diǎn)，應(yīng)用GPS實(shí)時動態(tài)定位技術(shù)（簡稱RTK）測繪各種比例尺地形圖和用于施工放樣。</p><p>　　在航空攝影測量方面，我國測繪工作者也應(yīng)用GPS技術(shù)進(jìn)行航測外業(yè)控制測量、航攝飛行導(dǎo)航、機(jī)載 GPS航測等航測成圖的各個階段。&l

30、t;/p><p>　　在地球動力學(xué)方面，GPS技術(shù)用于全球板塊運(yùn)動監(jiān)測和區(qū)域板塊運(yùn)動監(jiān)測。我國已開始用兵GPS技術(shù) 監(jiān)測南極洲板塊運(yùn)動、青藏高原地殼運(yùn)動、四川鮮水河地殼斷裂運(yùn)動，建立了中國地殼形變觀測網(wǎng)、 三峽庫區(qū)形變觀測網(wǎng)、首都圈GPS形變監(jiān)測網(wǎng)等。</p><p>　　GPS技術(shù)已經(jīng)用于海洋測量、水下地形測繪。</p><p>　　我國的《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量

31、規(guī)范》已于己于人1992年10月1日起實(shí)施。此外，在軍事部門、交通部門、郵電部門、地礦、煤礦、石油、建筑以及農(nóng)業(yè)、氣象、土地管理、 金融、公安等部門和行業(yè)，在航空航天、測時授時、物理探礦、姿態(tài)測定等領(lǐng)域，也都開展了GPS技術(shù)的 研究和應(yīng)用。</p><p>　　在靜態(tài)定位和動態(tài)定位應(yīng)用技術(shù)及定位誤差方面作了深入的研究，研制開發(fā)了GPS靜態(tài)定位和高動態(tài)高精度定位軟件以及精密定軌軟件。在理論研究與應(yīng)用開發(fā)的同時，培養(yǎng)

32、和造就了一大批技術(shù)人才和產(chǎn)業(yè)隊(duì)伍。 近幾年，我國已建成了北京、武漢、上海、西安、拉薩、烏魯木齊等永久性的GPS跟蹤站，進(jìn)行對GPS 衛(wèi)星的精密定軌，為高精度的GPS定位測量提供觀測數(shù)據(jù)和精密星歷服務(wù)，致力于我國自主的廣域差 分GPS（WADGPS）方案的建立，參與全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）和GPS增強(qiáng)系統(tǒng)（WAAS） 的籌建。同時，我國已著手建立自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（雙星定位系統(tǒng)），能夠生產(chǎn)導(dǎo)航 型GPS接收機(jī)。GPS技術(shù)的應(yīng)用正向更深

33、層次發(fā)展。為了適應(yīng)GPS技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，1995年成立了中國GPS協(xié)會，協(xié)會下設(shè)四個專業(yè)委員會， 希望通過廣泛的交流與合作，發(fā)展我國的GPS應(yīng)用技術(shù)。</p><p>　　2 GPS衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)概述</p><p>　　2.1 GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)概論</p><p>　　全球定位系統(tǒng)（Global Position System-GPS）是美國國防部主要為滿

34、足軍事對海上、陸地和空中設(shè)施進(jìn)行高精度導(dǎo)航和定位的需要而建立的。該系統(tǒng)從本世紀(jì)70年代初開始設(shè)計(jì)、研制，歷經(jīng)約20年，于1993年6月建成，并投入使用。GPS定位系統(tǒng)由三個部分組成：GPS衛(wèi)星星座（空間部分）、地面監(jiān)控系統(tǒng)（地面控制部分）、GPS信號接收機(jī)（用戶設(shè)備部分），空間星座和地面監(jiān)控部分由美國國防部控制，用戶使用GPS接收機(jī)接收衛(wèi)星信號進(jìn)行高精度的精密定位以及高精度的時間傳遞。目前，二十多顆GPS衛(wèi)星已覆蓋了全球，每顆衛(wèi)星均在不

35、間斷地向地球播發(fā)調(diào)制在兩個頻段上的衛(wèi)星信號。在地球上任何一點(diǎn)，均可連續(xù)地同步觀測至少4顆GPS衛(wèi)星，從而保障了全球、全天候的連續(xù)的三維定位。</p><p>　　2.2 GPS系統(tǒng)的組成</p><p>　　GPS定位系統(tǒng)由三個部分組成：GPS衛(wèi)星星座（空間部分）、地面監(jiān)控系統(tǒng)（地面控制部分）、GPS信號接收機(jī)（用戶設(shè)備部分）。各部分的組成如圖1-1</p><p>

36、;　　圖1-1 GPS三組成部分關(guān)系圖</p><p>　　2.2.1 GPS工作衛(wèi)星及其星座</p><p>　　GPS的空間部分是由24顆GPS工作衛(wèi)星所組成的。這些GPS工作衛(wèi)星共同組成了GPS衛(wèi)星星座。其中21為可用于導(dǎo)航的衛(wèi)星，3顆為活動的備用衛(wèi)星，這24顆衛(wèi)星分布在6個傾角為55°的軌道上繞地球運(yùn)行。（如圖1-2）</p><p>　　圖1-

37、2 GPS網(wǎng) </p><p>　　衛(wèi)星的運(yùn)行周期約為12恒星時，每顆GPS工作衛(wèi)星都發(fā)出用于導(dǎo)航定位的信號，GPS用戶正是利用這些信號來進(jìn)行工作的。</p><p>　　在兩萬公里高空的GPS衛(wèi)星,當(dāng)?shù)厍驅(qū)阈莵碚f自轉(zhuǎn)一周時,它們繞地球運(yùn)行二周,即繞地球一周的時間為12恒星時。這樣，對于地面觀測者來說，每天將提前4分鐘見到同一顆GPS衛(wèi)星。位于地平線以上的衛(wèi)星顆數(shù)隨著時間和地點(diǎn)的不同

38、而不同，最少可見到4顆，最多可以見到11顆。在用GPS信號導(dǎo)航定位時，為了解算測站的三維坐標(biāo)，必須觀測4顆GPS衛(wèi)星，稱為衛(wèi)星星座。這4顆衛(wèi)星在觀測過程中的幾何位置分布對定位精度有一定的影響。對于某地某時，甚至不能測得精確的點(diǎn)位坐標(biāo)，這種時間段叫做“間隙段”。但這種時間間隙段是很短暫的，并不影響全球絕大多數(shù)地方的全天候、高精度、連續(xù)實(shí)時的導(dǎo)航定位測量。</p><p>　　GPS工作衛(wèi)星的編號和試驗(yàn)衛(wèi)星基本相同。

39、其編號方法有：按發(fā)射先后次序編號；按PRN（衛(wèi)星所采用的偽隨機(jī)噪聲碼）的不同編號；NASA編號（美航空航天局對GPS衛(wèi)星的編號）；國際編號（第一部分為該星發(fā)射年代，第二部分為該年中發(fā)射衛(wèi)星的序號，字母A表示發(fā)射的有效負(fù)荷）；按軌道位置順序編號等。在導(dǎo)航定位測量中，一般采用PRN編號。</p><p>　　在GPS系統(tǒng)中，GPS衛(wèi)星的作用如下：</p><p>　　1 用L波段的兩個無線載

40、波（19cm和24cm波）向廣大用戶連續(xù)不斷地發(fā)輸導(dǎo)航定位信號。每個載波用導(dǎo)航信息D(t)和偽隨機(jī)碼（PRN）測距信號進(jìn)行雙相調(diào)制。用于捕獲信號及粗略定位的偽隨機(jī)碼叫C\A碼（又叫S碼），精密測距碼（用于精密定位）叫P碼。有導(dǎo)航電文可以知道該衛(wèi)星當(dāng)前的位置和衛(wèi)星的工作情況。</p><p>　　在衛(wèi)星飛越注入站上空時,接收由地面注入站用S波段(10cm)</p><p>　　發(fā)輸?shù)叫l(wèi)星的導(dǎo)

41、航電文和其他有關(guān)信息,并通過GPS信號電路,適時地發(fā)輸給 廣大用戶。</p><p>　　接收地面主控站通過注入站發(fā)輸?shù)叫l(wèi)星的調(diào)度命令，適時地改</p><p>　　正運(yùn)行偏差或啟用備用時鐘等。</p><p>　　GPS衛(wèi)星的核心部件是高精度的時鐘、導(dǎo)航電文存儲器、雙頻發(fā)射和接收機(jī)以及微處理機(jī)。而對于GPS定位成功的關(guān)鍵在于高穩(wěn)定度的頻率標(biāo)準(zhǔn)。這種高穩(wěn)定的頻率標(biāo)準(zhǔn)

42、由高度精確的時鐘提供。因?yàn)?0-9s時間誤差將會引起30cm的站星距離誤差。為此，每顆GPS工作衛(wèi)星一般安設(shè)兩臺銣原子鐘和兩臺銫原子鐘，并計(jì)劃未來采用更穩(wěn)定的氫原子鐘。GPS衛(wèi)星雖然發(fā)輸幾種不同頻率的信號，但是它們均源于一個基準(zhǔn)信號，所以只需啟用一臺原子鐘，其余作為備用。衛(wèi)星鐘由地面站檢驗(yàn)，其鐘差、鐘速連同其它信息由地面站注入衛(wèi)星后，再轉(zhuǎn)發(fā)給用戶設(shè)備。</p><p>　　2.2.2地面監(jiān)控系統(tǒng)</p>

43、;<p>　　對于導(dǎo)航定位來說，GPS衛(wèi)星是一動態(tài)已知點(diǎn)。星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷----描述衛(wèi)星及其軌道的參數(shù)算得的。每顆衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運(yùn)行，都要由地面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一 重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時間標(biāo)準(zhǔn)——GPS時間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測各顆衛(wèi)星的時間，求出鐘差，然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文

44、發(fā)給用戶設(shè)備。</p><p>　　GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個主控站、三個注入站和五個監(jiān)測站。</p><p>　　主控站設(shè)在美國本士科羅拉多。主控站的任務(wù)是收集、處理本站和監(jiān)測站收到的全部資料，編算出每顆衛(wèi)星的星歷和GPS時間系統(tǒng)，將預(yù)測的衛(wèi)星星歷、鐘差、狀態(tài)數(shù)據(jù)以及大氣傳播改正編制成導(dǎo)航電文傳輸?shù)阶⑷胝?。主控站還負(fù)責(zé)糾正衛(wèi)星的軌道偏離，必要時調(diào)度衛(wèi)星，讓備用衛(wèi)星取代失效的工作

45、衛(wèi)星。另外還負(fù)責(zé)監(jiān)測整個地面監(jiān)測系統(tǒng)的工作，檢驗(yàn)注入給衛(wèi)星的導(dǎo)航電文，監(jiān)測衛(wèi)星是否將導(dǎo)航電文發(fā)輸給了用戶。</p><p>　　五個監(jiān)測站除了位于主控站和三個注入站之外的四個站以外，還在夏威夷設(shè)立了一個監(jiān)測站。監(jiān)測站的主要任務(wù)是為主控站提供衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)。每個監(jiān)測站均用GPS信號接收機(jī)對每顆可見衛(wèi)星每6分鐘進(jìn)行一次偽距測量和積分多普勒觀測，采集氣象要素等數(shù)據(jù)。在主控站的遙控下自動采集定軌數(shù)據(jù)并進(jìn)行各項(xiàng)改正，每15

46、分鐘平滑一次觀測數(shù)據(jù)，依次推算出每2分鐘間隔的觀測值，然后將數(shù)據(jù)發(fā)輸給主控站。</p><p>　　GPS信號接收機(jī)的任務(wù)是：能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對所接收到的GPS信號進(jìn)行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)輸?shù)膶?dǎo)航電文，實(shí)時地計(jì)算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間。</p><p&g

47、t;　　靜態(tài)定位中，GPS接收機(jī)在捕獲和跟蹤GPS衛(wèi)星的過程中固定不變，接收機(jī)高精度地測量GPS信號的傳播時間，利用GPS衛(wèi)星在軌的已知位置，解算出接收機(jī)天線所在位置的三維坐標(biāo)。而動態(tài)定位則是用GPS接收機(jī)測定一個運(yùn)動物體的運(yùn)行軌跡。GPS信號接收機(jī)所位于的運(yùn)動物體叫做載體。載體上的GPS接收機(jī)天線在跟蹤GPS衛(wèi)星的過程中相對地球而運(yùn)動，接收機(jī)用GPS信號實(shí)時地測得運(yùn)動載體的狀態(tài)參數(shù)。</p><p>　　接收機(jī)

48、硬件和機(jī)內(nèi)軟件以及數(shù)據(jù)的后處理軟件包，構(gòu)成完整的GPS用戶設(shè)備。GPS接收機(jī)的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收機(jī)單元兩大部分。對于測地型接收機(jī)來說，兩個單元一般分兩個獨(dú)立的部件，接收單元置于測站附近的適當(dāng)?shù)胤?，用電纜線兩者連接成一個整機(jī)。也有的將天線單元制作成一個整體，觀測時將其安置在測站點(diǎn)上。</p><p>　　GPS接收機(jī)一般用蓄電池作電源。同時采用機(jī)內(nèi)外兩種直流電源。設(shè)置機(jī)內(nèi)電池的目的在于更換外電池時不中斷連續(xù)觀測

49、。在用機(jī)外電池的過程中，機(jī)內(nèi)電池自動充電。關(guān)機(jī)后，機(jī)內(nèi)電池為RAM存儲器供電，以防止丟失數(shù)據(jù)。</p><p>　　近幾年，國內(nèi)引進(jìn)了許多種類型的GPS測地型接收機(jī)。各種類型的GPS測地型接收機(jī)用于精密相對定位時，其雙頻接收機(jī)精度可達(dá)5mm+1ppm.D,單頻接收機(jī)在一定距離內(nèi)精度可達(dá)10mm+2ppm.D。用于差分定位其精度可達(dá)亞米級至厘米級。</p><p>　　目前，各種類型的GPS

50、接收機(jī)體積越來越小，重量越來越輕，便于野外觀測。GPS和GLONASS兼容的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)接收機(jī)已經(jīng)問世。</p><p>　　3 GPS在測量工作中的應(yīng)用及其工作原理</p><p>　　3.1 GPS在測量上的應(yīng)用</p><p>　　全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的迅速發(fā)展，引起了各國軍事部門和廣大民用部門的普遍關(guān)注。GPS定位技術(shù)的高度自動化及其達(dá)到的精度和具有的潛力，

51、也引起了廣大測量工作者的極大興趣。特別是近二十年來，GPS定位技術(shù)在應(yīng)用基礎(chǔ)的研究、新應(yīng)用領(lǐng)域的開拓、軟件和硬件的開發(fā)等方面都取得了迅速的發(fā)展。目前，這一定位技術(shù)已普遍應(yīng)用在大地測量、工程測量、工程和地殼變形測量、地籍測量、航空攝影和海洋測量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、資源勘察、地球動力學(xué)等諸多測量領(lǐng)域。可以認(rèn)為，GPS定位技術(shù)已經(jīng)使經(jīng)典的測量技術(shù)經(jīng)歷了一場意義深遠(yuǎn)的變革，從而進(jìn)入一個嶄新的時代。</p>

52、;<p>　　由于對測量而言，導(dǎo)航定位的精度太低，因此，主要利用相對定位的方式進(jìn)行測量，即同時使用兩臺以上的GPS接收機(jī)進(jìn)行測量。由于同時工作的相鄰的兩臺GPS接收機(jī)的信號具有共同的誤差特性，在差分解算的過程中這些公共誤差將被抵消，最后可得到具有較高精度的兩臺接收機(jī)之間的相對坐標(biāo)。通常一臺接收機(jī)固定不動，作為已知站，另一臺作為未知站，以固定的方式（靜態(tài)）或流動的方式（動態(tài)）放置。如圖2-3所示，固定站和流動站同時觀測相同的

53、衛(wèi)星固定站將觀測的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)鏈（DATA LINK）傳輸?shù)搅鲃诱荆鲃诱緦⒃摂?shù)據(jù)與本身觀測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行差分解算，從而得到流動站與固定站之間的相對位置，這種相對位置具有較高的精度。</p><p>　　在測量上，這種差分形式具體可分為三類，第一種為實(shí)時差分（Real Time Difference），即在運(yùn)動中利用偽距進(jìn)行實(shí)時差分解算，精度可達(dá)米級；第二種為靜態(tài)測量，即靜態(tài)的采集載波相位觀測值，然后再對這種觀測值

54、進(jìn)行后處理，其精度可達(dá)數(shù)毫米，是目前精度最高的一種定位方式；第三種為實(shí)時動態(tài)（Real Time Kinematic）即在運(yùn)動中利用載波相位進(jìn)行實(shí)時差分解算，精度可達(dá)厘米級。</p><p>　　相對于經(jīng)典測量技術(shù)來說，這一新技術(shù)的主要特點(diǎn)如下：</p><p>　　（1）觀測站之間無需通視 </p><p><b>　　定位精度高 </b>

55、;</p><p>　?。?）提供三維坐標(biāo) </p><p>　　（4）操作簡便 </p><p>　?。?）全天侯作業(yè) </p><p>　?。?）觀測時間短 </p><p>　　正因?yàn)樯鲜鰞?yōu)點(diǎn)，使GPS接收機(jī)成為當(dāng)今最主要的測量儀之一。例如，常規(guī)的控制測量已幾乎全部采用GPS進(jìn)行；GPS用于水上測

56、量更使工作效率提高了數(shù)十倍；實(shí)時動態(tài)的出現(xiàn)，更使GPS用于地形、放樣等等常規(guī)測量成為可能。正因?yàn)镚PS測量所具有的先進(jìn)性、優(yōu)越性和跨學(xué)科的特點(diǎn)才使GPS定位技術(shù)成為當(dāng)今測量的前沿學(xué)科，與地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感（RS）并稱為3S。</p><p>　　3.1.1 GPS技術(shù)的陸地應(yīng)用</p><p>　　各種車輛的行駛狀態(tài)監(jiān)測；旅游者或者旅游車的景點(diǎn)導(dǎo)游；應(yīng)急車輛的快速引行和探尋；大

57、氣物理監(jiān)測；地球物理資源勘探；工程建設(shè)的施工放樣測量；大型建筑和煤氣田的沉降監(jiān)測；陸地海洋大地測量基準(zhǔn)的測定。</p><p>　　3.1.2 GPS技術(shù)的海洋應(yīng)用</p><p>　　遠(yuǎn)洋船舶的最佳航線測定；遠(yuǎn)洋船隊(duì)在途航行的實(shí)時調(diào)度和監(jiān)測；海洋救援的探尋和定點(diǎn)測量；海洋油氣平臺的就位和復(fù)位測定；水文測量；海岸地形的精細(xì)測量海底大地測量控制網(wǎng)的布設(shè)。</p><p&

58、gt;　　3.1.3 GPS技術(shù)的航空應(yīng)用</p><p>　　民航飛機(jī)的在途自主導(dǎo)航；航空救援的探尋和定點(diǎn)測量；機(jī)載地球物理勘探；飛機(jī)探測災(zāi)區(qū)大小和標(biāo)定測量；攝影和遙感飛機(jī)的七維狀態(tài)參數(shù)和三維姿態(tài)參數(shù)測量。</p><p>　　3.1.4 GPS技術(shù)的航天應(yīng)用</p><p>　　低軌通訊衛(wèi)星群的實(shí)時軌道測量；衛(wèi)星入軌和衛(wèi)星收回的實(shí)時點(diǎn)位測量；載人航天器的在軌

59、防護(hù)探測；對地觀測衛(wèi)星的七維狀態(tài)參數(shù)和三維姿態(tài)參數(shù)測量。</p><p>　　3.2 GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航定位信號</p><p><b>　　3.2.1 概述</b></p><p>　　GPS衛(wèi)星向廣大用戶發(fā)輸?shù)膶?dǎo)航定位信號，均采用L（22CM）波段作載波，而且采用擴(kuò)頻技術(shù)傳輸衛(wèi)星導(dǎo)航電文，所謂“擴(kuò)頻”，是將原擬發(fā)輸?shù)膸资忍厮俾实碾娢淖儞Q

60、成發(fā)輸幾兆至上十兆比特速率的由電文和偽隨機(jī)噪聲碼組成的組合碼。GPS衛(wèi)星向廣大用戶發(fā)輸?shù)膶?dǎo)航電文，是一種不歸零二進(jìn)制碼組成的編碼脈沖串，稱之為數(shù)據(jù)碼，記作D，其速率為50bit/s。換言之，D碼的碼率f=50Hz。對于距離地面20000KM之遙，而電能緊張的GPS衛(wèi)星，擴(kuò)頻技術(shù)能夠有效地將很低碼率的導(dǎo)航電文發(fā)輸給用戶，。其方法是：用很低碼率的數(shù)據(jù)碼作二級調(diào)制（擴(kuò)頻）：第一級，用50Hz的D碼調(diào)制一個偽噪聲碼。在D碼調(diào)制偽噪聲碼以后，再用

61、它們的組合碼去調(diào)制L波段的載波，實(shí)現(xiàn)D碼的第二級調(diào)制，而形成向廣大用戶發(fā)輸?shù)囊颜{(diào)波。為了簡便起見，將每顆GPS衛(wèi)星發(fā)輸?shù)膬煞N已調(diào)波，分別叫做第一導(dǎo)航定位信號和第二導(dǎo)航定位信號，總稱為GPS信號。</p><p>　　3.2.2 GPS衛(wèi)星的偽噪聲碼</p><p>　　導(dǎo)航衛(wèi)星向廣大用戶發(fā)輸?shù)膶?dǎo)航定位信號，也是一種已調(diào)波，但有別于常用的無線電廣播電臺發(fā)輸?shù)恼{(diào)頻調(diào)幅信號，而是利用偽隨機(jī)噪聲碼

62、傳輸導(dǎo)航電文的調(diào)相信號。GPS信號的調(diào)制波是衛(wèi)星導(dǎo)航電文和偽隨機(jī)噪聲碼的組合碼，稱為偽噪聲碼。</p><p>　　3.2.2.1偽噪聲碼的生成</p><p>　　移位寄存器，是產(chǎn)生偽噪聲碼的基礎(chǔ)電路。移位寄存器不僅具有暫時存放數(shù)據(jù)和指令的功能，而且具有移位功能。所謂“移位功能”，是寄存器中所存放的數(shù)據(jù)，可以在移位脈沖的作用下，逐次向左移動或向右移動。</p><p&

63、gt;　　偽噪聲碼的產(chǎn)生，不能用一般的移位寄存器，而必須采用一種具有特殊反饋電路的移位寄存器，稱為最長線性移位寄存器，它所產(chǎn)生的偽噪聲碼也稱為m序列。下圖4表示一個四級最長線性移位寄存器。它包括4個D型觸發(fā)器(D1D2D3D4)、模二和反饋電路和時鐘脈沖產(chǎn)生器。圖中的置“1”脈沖，將使m序列發(fā)生器的各個觸發(fā)器之初始狀態(tài)均為“1”，稱為全“1”狀態(tài)。x1表示反饋到觸發(fā)器D4的序列，該反饋序列是觸發(fā)器D1D2輸出脈沖串的模二和。所需要的m序

64、列x0是從觸發(fā)器D1輸出的。</p><p>　　3.3 GPS衛(wèi)星定位原理與方法</p><p><b>　　3.3.1 概述</b></p><p>　　測量學(xué)中有測距交會確定點(diǎn)位的方法。與其相似，無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)、衛(wèi)星激光測距定位系統(tǒng)，其定位原理也是利用測距交會的原理確定點(diǎn)位。</p><p>　　就無線電導(dǎo)

65、航定位來說，設(shè)想在地面上有三個無線電信號發(fā)射臺，其坐標(biāo)為已知，用戶接收機(jī)在某一時刻采用無線電測距的方法分別測得了接收機(jī)至三個發(fā)射臺的距離d1,d2,d3。只需以三個發(fā)射臺為球心，以d1,d2,d3為半徑作三個定位球面，即可交會出用戶接收機(jī)的空間位置。如果只有兩個無線電發(fā)射臺，則可根據(jù)用戶接收機(jī)的概略位置交會出接收機(jī)的平面位置。這種無線電導(dǎo)航定位是迄今為止仍在使用的飛機(jī)、輪船的一種導(dǎo)航定位方法。</p><p>　

66、　近代衛(wèi)星大地測量中的衛(wèi)星激光測距定位也是應(yīng)用了測距交會定位的原理和方法。雖然用于激光測距的衛(wèi)星（表面上安裝有激光反射棱鏡）是在不停的運(yùn)動中，但總可以利用固定于地面上三個已知點(diǎn)上的衛(wèi)星激光測距儀同時測定某一時刻至衛(wèi)星的空間距離，d1,d2,d3，應(yīng)用測距交會的原理變可確定該時刻衛(wèi)星的空間位置。如此，可以確定三顆以上衛(wèi)星的空間位置。如果在第四個地面點(diǎn)上（坐標(biāo)未知）也有一臺衛(wèi)星激光測距儀同時參與測定了該點(diǎn)至第三顆衛(wèi)星點(diǎn)的空間距離，則利用所測

67、定的三個空間距離可以交會出該地面點(diǎn)的位置。</p><p>　　將無線電信號發(fā)射臺從地面點(diǎn)搬到衛(wèi)星上，組成一顆衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，應(yīng)用無線點(diǎn)測距交會的原理，便可由三個以上地面已知點(diǎn)（控制點(diǎn)）交會出衛(wèi)星的位置，反之利用三顆以上衛(wèi)星的已知空間位置又可交會出地面未知點(diǎn)（用戶接收機(jī)）的位置。這便是GPS衛(wèi)星定位的基本原理。</p><p>　　GPS衛(wèi)星發(fā)射測距信號和導(dǎo)航電文，導(dǎo)航電文中含有衛(wèi)星的位

68、置信息。用戶用GPS接收機(jī)在某一時刻同時接收三顆以上的衛(wèi)星信號，測量出測站點(diǎn)（接收機(jī)天線中心）P至三顆以上衛(wèi)星的距離并解算出該時刻GPS衛(wèi)星的空間坐標(biāo)，據(jù)此利用距離交會法解算出測站P的位置。如下圖7所示，設(shè)在時刻ti 在測站點(diǎn)P用GPS接收機(jī)同時測得P點(diǎn)至三顆GPS衛(wèi)星S1，S2，S3的距離ρ1，ρ2，ρ3，通過GPS電文解譯出該時刻三顆GPS衛(wèi)星的三維坐標(biāo)分別為（Xj，Yj，Zj）j=1，2，3。用距離交會的方法求解P點(diǎn)的三維坐標(biāo)（X

69、，Y，Z）的觀測方程為下式（1.1）：</p><p><b>　　（1.1） </b></p><p>　　圖1-7 GPS衛(wèi)星定位原理</p><p>　　在GPS定位中，GPS衛(wèi)星是高速運(yùn)動的衛(wèi)星，其坐標(biāo)值隨時間在快速變化著。需要實(shí)時地由GPS衛(wèi)星信號測量出測站至衛(wèi)星之間的距離，實(shí)時地由衛(wèi)星的導(dǎo)航電文解算出衛(wèi)星的坐標(biāo)值，并進(jìn)行測站

70、點(diǎn)的定位。依據(jù)測距的原理，其定位原理與計(jì)算方法主要有偽距法定位，載波相位測量定位以及差分GPS定位等。對于待定點(diǎn)來說，根據(jù)運(yùn)動狀態(tài)可以將GPS定位分為靜態(tài)定位和動態(tài)定位。靜態(tài)定位指的是對于固定不動的待定點(diǎn)，將GPS接收機(jī)置于其上，觀測數(shù)分鐘乃至更長的時間，以確定該點(diǎn)的三維坐標(biāo)，又叫絕對定位。若以兩臺GPS接收機(jī)分別置于兩個固定不變的待定點(diǎn)上，則通過一定時間的觀測，可以確定兩個待定點(diǎn)間的相對位置，又叫相對定位。而動態(tài)定位則至少有一臺接收機(jī)

71、處于運(yùn)動狀態(tài)，測定的是各觀測時刻（觀測歷元）運(yùn)動中的接收機(jī)的點(diǎn)位（絕對點(diǎn)位或相對點(diǎn)位）。</p><p>　　利用接收到的衛(wèi)星信號（測距碼）或載波相位，均可進(jìn)行靜態(tài)定位。實(shí)際應(yīng)用中，為了減弱衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及電離層和對流層的折射誤差的影響，常采用載波相位觀測值的各種線形組合（即差分值）作為觀測值，獲得兩點(diǎn)之間高精度的GPS基線向量（即坐標(biāo)差）。</p><p>　　3

72、.3.2 偽距測量定位</p><p>　　偽距法定位是由GPS接收機(jī)在某一時刻測出得到四顆以上GPS衛(wèi)星的偽距以及已知的衛(wèi)星位置，采用距離交會的方法求定接收機(jī)天線所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)。所測偽距就是由衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達(dá)GPS接收機(jī)的傳播時間乘以光速得到的量測距離。由于衛(wèi)星鐘、接收機(jī)鐘的誤差以及無線電信號經(jīng)過電離層和對流層中的延遲，實(shí)際測出的距離ρ/與衛(wèi)星到接收機(jī)的幾何距離ρ有一定的差值，因此一般稱量出的距離為偽

73、距。用C/A碼進(jìn)行測量的偽距為C/A碼偽距。用P碼測出的偽距為P碼偽距。偽距法定位雖然一次定位精度不高（P碼定位誤差約為10m，C/A碼定位誤差為20~30m），但因其具有定位速度快，且無多值性問題等優(yōu)點(diǎn)，仍然是GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航的最基本方法。同時，所測偽距又可作為載波相位測量中解決整周數(shù)不確定問題（模糊度）的輔助資料。</p><p>　　3.3.3載波相位測量定位</p><p>

74、　　利用測距碼進(jìn)行偽距測量是GPS定位系統(tǒng)的基本測距方法。然而由于測距碼的碼元長度較大，對于一些高精度應(yīng)用來講其測距精度還顯的過低無法滿足需要。如果觀測精度均取至測距碼波長的百分之一，則偽距測量對P碼而言量測精度為30cm，對C/A碼而言為3m左右。而如果把載波作為量測信號，由于載波的波長短19cm；24cm，所以就可達(dá)到很高的精度。目前的大地型接收機(jī)的載波相位測量精度一般為1～2mm，有的精度更高。但載波信號是一種周期性的正弦信號，而

75、相位測量又只能測定其不足一個波長的部分，因而存在著整周數(shù)不確定性的問題，使解算過程變地十分復(fù)雜。</p><p>　　在GPS信號中由于已用相位調(diào)整的方法在調(diào)制了測距碼和導(dǎo)航電文，因而接收到的載波的相位已不再連續(xù)，所以在進(jìn)行載波相位測量以前，首先要進(jìn)行解調(diào)工作，設(shè)法將調(diào)制在載波上的測距碼和衛(wèi)星電文去掉，重新獲取載波，這一工作稱為重建載波。重建載波一般可采用兩種方法，一種是碼相關(guān)法，另一種是平方法。采用前者，用戶可

76、同時提取測距信號和衛(wèi)星電文，但用戶必須知道測距碼的結(jié)構(gòu)；采用后者，用戶無須掌握測距碼的結(jié)構(gòu)，但只能獲取載波信號而無法獲得測距碼和衛(wèi)星電文</p><p>　　3.3.4差分GPS定位</p><p>　　差分技術(shù)很早就被人們所應(yīng)用。比如相對定位中，在一個測站上對兩個觀測目標(biāo)進(jìn)行觀測，將觀測值求差；或在兩個測站上對一個目標(biāo)進(jìn)行觀測，將觀測值求差；或在一個測站上對一個目標(biāo)進(jìn)行兩次觀測求差。其目

77、的是消除公共誤差，提高定位精度。利用求差后的觀測值解算兩觀測站之間的基線向量，這種差分技術(shù)已經(jīng)用于靜態(tài)相對定位。</p><p>　　該部分所講述的差分GPS定位技術(shù)是將一臺接收機(jī)安置在基準(zhǔn)站上進(jìn)行觀測。根據(jù)基準(zhǔn)站已知精密坐標(biāo)，計(jì)算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離改正數(shù)，并由基準(zhǔn)站實(shí)時地將這一改正數(shù)發(fā)輸出去。用戶接收機(jī)在進(jìn)行GPS觀測的同時，也接收到基準(zhǔn)站的改正數(shù)，并對其定位結(jié)果進(jìn)行改正，從而提高定位精度。</p>

78、;<p>　　GPS定位中，存在著三部分誤差：一是多臺接收機(jī)公有的誤差，如：衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差；二是傳播延遲誤差，如：電離層誤差、對流層誤差；三是接收機(jī)固有的誤差，如：內(nèi)部噪聲、通道延遲、多路徑效應(yīng)。采用差分定位，可完全消除第一部分誤差，可大部分消除第二部分誤差（視基準(zhǔn)站至用戶的距離）。</p><p>　　差分可分為單基準(zhǔn)站差分、具有多個基準(zhǔn)站的局部區(qū)域差分和廣域差分三種。詳情見下表3：<

79、/p><p>　　表3 幾種定位模式比較</p><p>　　3.4 GPS導(dǎo)航定位誤差</p><p>　　3.4.1與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差</p><p>　　與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差主要包括衛(wèi)星的軌道誤差和衛(wèi)星鐘的誤差。（1）衛(wèi)星鐘差    由于衛(wèi)星的位置是時間的函數(shù)，因此，GPS的觀測量均發(fā)精密測時

80、為依據(jù)，而與衛(wèi)星位置相對應(yīng)的信息，是通過衛(wèi)星信號的編碼信息傳輸給接收機(jī)的。在GPS定位中，無論是碼相位觀測或是載波相位觀測，均要求衛(wèi)星鐘與接收機(jī)時鐘保持嚴(yán)格的同步。實(shí)際上，盡管GPS衛(wèi)星均設(shè)有高精度的原子鐘（銣鐘和銫鐘），但是它們與理想的GPS時之間，仍存在著難以避免的偏差和漂移。這種偏差的總量約在1ms以內(nèi)。    對于衛(wèi)星鐘的這種偏差，一般可由衛(wèi)星的主控站，通過對衛(wèi)星鐘運(yùn)行狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)測確定，并通過衛(wèi)

81、星的導(dǎo)航電文提供給接收機(jī)。經(jīng)鐘差改正后，各衛(wèi)星之間的同步差，即可保持在20ns以內(nèi)。    在相對定位中，衛(wèi)星鐘差可通過觀測量求差（或差分）的方法消除。（2）衛(wèi)星軌道偏差    估計(jì)與處理衛(wèi)星的軌道偏差較為困難，其主要原因是，衛(wèi)星在運(yùn)行中要受到多種攝動力的復(fù)雜影響，而通過地面監(jiān)測站，以難以充分可靠的測定這作用力，并掌握它們的作用規(guī)律，目前，衛(wèi)星軌道信息是通過導(dǎo)航電文等到的

82、。    應(yīng)該說，衛(wèi)星軌道誤差是當(dāng)前GPS測量的主要誤差來源之</p><p>　　3.4.2與衛(wèi)星信號傳播有關(guān)的誤差</p><p>　　與衛(wèi)星信號有關(guān)的誤差主要包括大氣折射誤差和多路徑效應(yīng)。（1） 電離層折射的影響    GPS衛(wèi)星信號的其它電磁波信號一樣，當(dāng)其通過電離層時，將受到這一介質(zhì)彌散特性的影響，便其信號的傳播路

83、徑發(fā)生變化。當(dāng)GPS衛(wèi)星處于天頂方向時，電離層折射對信號傳播路徑的影響最小，而當(dāng)衛(wèi)星接近地平線時，則影響最大。    為了減弱電離層的影響，在GPS定位中通常采用下面措施： 1)利用雙頻觀測    由于電離層的影響是信號頻率的函數(shù)，所以利用不同頻率的電磁波信號進(jìn)行觀測。便能多確定其影響，而對觀測量加以修正。因此，具有雙頻的GPS接收機(jī)，在精密定位中測量中得到廣泛的應(yīng)用。不

84、過應(yīng)當(dāng)明確指出，在太陽輻射的正午或在太陽黑子活動的異常期，應(yīng)盡量避免觀測。在尤其是精密定位測量。 2)利用電離層模型加以修正    對于單頻GPS接收機(jī)，為了減弱電離層的影響，一般是采用導(dǎo)航電文提供的電離層模型，或其它適合的電離層模型對觀測量加以修正，但是這種模型至今仍在完善之中，目前模型改正的有效率約為75％。 3)利用同步觀測值求差    這一方法是利用兩臺或多臺接

85、收機(jī)，對同一衛(wèi)星的同步觀測的求差，以減弱電離層折射</p><p>　　3.4.3接收設(shè)備有關(guān)的誤差</p><p>　　與GPS接收機(jī)設(shè)備有關(guān)的誤差主要包括觀測誤差，接收機(jī)鐘差，天線相位中心誤差和載波相位觀測的整周不定性影響。（1） 觀測誤差（2） 接收機(jī)的鐘差   （3） 載波相位觀測的整周未知數(shù)（4） 天線的相位中心位置偏差 

86、0;          </p><p>　　4 GPS定位測量設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 影響GPS測量技術(shù)設(shè)計(jì)的因素</p><p>　　GPS外業(yè)涉及面很廣，因而外業(yè)階段的技術(shù)設(shè)計(jì)是一個復(fù)雜的技術(shù)管理問題，經(jīng)綜合大致有以下一些因素應(yīng)加以考慮：   

87、 (1)同測站有關(guān)的因素：網(wǎng)點(diǎn)密度；布網(wǎng)方案；時段分配、重復(fù)設(shè)站和重合點(diǎn)的設(shè)計(jì)；    (2)同觀測衛(wèi)星有關(guān)的因素：觀測衛(wèi)星數(shù)；衛(wèi)星信號質(zhì)量；圖形強(qiáng)度因子；衛(wèi)星高度角；星歷來源。    (3)同儀器有關(guān)的因素：接收機(jī)，用于精密相對定位時至少為兩臺；天線，若天線設(shè)計(jì)質(zhì)量和穩(wěn)定性欠佳，會帶來一系列的誤差；記錄設(shè)備，可以是盒式數(shù)據(jù)磁帶或軟磁盤。&#

88、160;   (4)后勤方面的因素：動用接收機(jī)臺數(shù)及其來源和使用期間；測區(qū)內(nèi)各時段，機(jī)組的調(diào)度；其他外業(yè)裝備，主要是效能工具和通訊設(shè)備。</p><p>　　4.2 布網(wǎng)方案</p><p>　　4.2.1 GPS網(wǎng)精度類級</p><p>　　各級GPS網(wǎng)的定位精度，可按相鄰間基線向量的中誤差來衡量如下式： 

89、0;   （3.1）式（3.1）中：m。為基線向量中誤差；             a為固定誤差， b為比例誤差；  D為相鄰間距離。    各級GPS網(wǎng)最后結(jié)果的水平分量的中誤差，不得超過表4的規(guī)定。<

90、;/p><p>　　表4 各級GPS網(wǎng)水平分量的中誤差</p><p>　　4.2.2 GPS網(wǎng)的布設(shè)   </p><p>　?。?）所選點(diǎn)位要便于低等級常規(guī)測量的使用，每一個GPS點(diǎn)應(yīng)與兩個或兩個以上的控制點(diǎn)通視，困難情況下也至少保持與相鄰一個控制點(diǎn)通視，否則，需埋設(shè)方位樁，且用GPS聯(lián)測。   （2

91、）GPS點(diǎn)間距離應(yīng)按規(guī)范要求設(shè)計(jì)，可考慮靈活變動，以便于低等級控制點(diǎn)加密，小間中距相鄰點(diǎn)位應(yīng)進(jìn)行直接聯(lián)測。   （3）GPS網(wǎng)點(diǎn)中各同步邊應(yīng)盡可能構(gòu)成若干個閉合環(huán)，在完成各邊的平差后，可檢驗(yàn)閉合差是否滿足相應(yīng)等級要求。一等以上GPS網(wǎng)中至少包含三個閉合環(huán)且彼此線性無關(guān)；二、三、四等也應(yīng)有兩個以上的閉合環(huán)；五等網(wǎng)也至少有一個閉合環(huán)。   （4）考慮將測區(qū)內(nèi)原有的國家或地方測設(shè)

92、的三角點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，有利于兩系統(tǒng)成果的變換，聯(lián)測點(diǎn)應(yīng)盡量均勻分布在整個測區(qū)的里面和外圍。為精確求定轉(zhuǎn)換參數(shù)，(GPS網(wǎng)要盡可能多地聯(lián)測高等級的大地控制點(diǎn)，聯(lián)測點(diǎn)和重合點(diǎn)的個數(shù)不得少于3個，特殊情況下也不得少于2個。</p><p>　　4.3 選點(diǎn)原則</p><p>　　選取GPS網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)滿足下列基本要求：    (1)點(diǎn)位周圍應(yīng)視野較開闊，如

93、公園、運(yùn)動場、地面停車場內(nèi)或建筑物樓頂，以利于安置接收設(shè)備和擴(kuò)展、聯(lián)測。    (2)GPS網(wǎng)點(diǎn)視場內(nèi)不應(yīng)有大于仰角15°的成片障礙物，以免阻擋來自衛(wèi)星的信號接收。    (3)選定能便于長期保存，穩(wěn)定堅(jiān)固的地方設(shè)點(diǎn)，國家和地方基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)固定的標(biāo)石或儀器墩用于安置接收機(jī)天線、墩標(biāo)設(shè)于樓頂時，要對大樓的穩(wěn)定性和形變定期監(jiān)測。 

94、60;  (4)GPS網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)避開高壓輸電線、變電站等設(shè)施，其最近處不得小于100m，同時距離省市級強(qiáng)輻射電臺、電視臺、微波中繼站不得小于300m，需要在這些地點(diǎn)設(shè)站時，必須在停止播發(fā)的時間段上進(jìn)行定位作業(yè)。    (5)交通便利點(diǎn)位離開附近可通輕便車的輸電線路不應(yīng)超過500m，且在點(diǎn)位30m內(nèi)有足夠的空間安置接收機(jī)和方便操作進(jìn)行。   

95、0;(6)GPS網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)避開對電磁波接收有強(qiáng)烈吸收和反射影響的金屬和其他障礙物，側(cè)面傾向測站的各種平面物體，大范圍水面等等。</p><p>　　4.4 GPS接收機(jī)的選用</p><p>　　4.4.1 GPS接收機(jī)的選用</p><p>　　對于不同的GPS網(wǎng)的類級和控制等級，精度要求不一，此處提出選用接收機(jī)的基本要求，見表5：</p><p&

96、gt;　　表5 GPS接收機(jī)的選用</p><p>　　4.4.2接收機(jī)及附屬設(shè)備的檢驗(yàn)與維護(hù)</p><p>　　按以下步驟進(jìn)行檢驗(yàn)和維護(hù)：  </p><p>　?。?）接收機(jī)、天線及其他設(shè)備是否完整齊全，可隨時出測。（2）各設(shè)備及電纜外部有無損傷、銹蝕，能否確保安全連接。（3）充電后信號燈、按鍵、顯示系統(tǒng)以及儀表工作是否正常，可用自測試

97、命令進(jìn)行測試。（4）用于A、B級的接收機(jī)，每年出測前至少檢定一次，按規(guī)范要求應(yīng)在不同長度的標(biāo)準(zhǔn)基線或規(guī)定的比較基線或GPS測量檢驗(yàn)場上進(jìn)行測試。（5）新出廠的A、B級GPS觀測的接收設(shè)備應(yīng)進(jìn)行天線相位中心穩(wěn)定性檢驗(yàn)，經(jīng)檢驗(yàn)或更換插板的接收機(jī)，有關(guān)檢驗(yàn)和試測項(xiàng)目需要重新進(jìn)行。（6）通風(fēng)干濕表及空盒氣壓表，至少每三年輸檢一次，天線的圓水準(zhǔn)氣泡和光學(xué)對中器每年至少進(jìn)行一次檢校。（7）儀器在搬運(yùn)過程中應(yīng)注意嚴(yán)格遵守各項(xiàng)安全措施。<

98、/p><p>　　5 GPS定位測量中的數(shù)據(jù)處理</p><p>　　5.1 WGS-84大地坐標(biāo)系</p><p>　　WGS-84大地坐標(biāo)系的幾何定義是：原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，Z軸指向BIH 1984.0定義的協(xié)議地球極（CTP）方向，X軸指向的零子午面和CTP赤道的交點(diǎn)，Y軸與Z、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。對應(yīng)于WGS-84大地坐標(biāo)系有一WGS-84橢球。</p

99、><p>　　WGS-84橢球及有關(guān)常數(shù)采用國際大地測量（IAG）和地球物理聯(lián)合會（IUGG）第17屆大會大地測量常數(shù)的推薦值，四個基本參數(shù)為：</p><p>　　長半軸a=6378137±2m;</p><p>　　大地水準(zhǔn)面高等于由定位測定的點(diǎn)的大地高減去該點(diǎn)的正高。</p><p>　　5.2 54北京坐標(biāo)系</p>

100、;<p>　　上個世紀(jì)50年代，我國采用了克拉索夫斯基橢球參數(shù)，并與前蘇聯(lián)1942年坐標(biāo)系進(jìn)行聯(lián)測，通過計(jì)算建立了我國大地坐標(biāo)系，定名為1954年北京坐標(biāo)系。其中高程異常是以前蘇聯(lián)1955年大地水準(zhǔn)面差距重新平差結(jié)果為依據(jù)，按我國的天文水準(zhǔn)路線傳算過來的。因此1954年北京坐標(biāo)系可以認(rèn)為是前蘇聯(lián)1942年坐標(biāo)系的延伸。它的原點(diǎn)不在北京，而在前蘇聯(lián)的普爾科沃，相應(yīng)的橢球?yàn)榭死鞣蛩够鶛E球。</p><p&

101、gt;　　5.3 1980年國家大地坐標(biāo)系</p><p>　　1980年國家大地坐標(biāo)系的建立原則是：</p><p>　　全國天文大地網(wǎng)整體平差要在新的坐標(biāo)系的參考橢球面上進(jìn)行。為此，首先建立一個新的大地坐標(biāo)系；</p><p>　　1980年國家大地坐標(biāo)系的大地原點(diǎn)定在我國中部，具體選址是陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)；</p><p>　　采用國

102、際大地測量和地球物理聯(lián)合會1975年推薦的四個地球橢球基本參數(shù)，并根據(jù)這四個參數(shù)求解橢球扁率和其它參數(shù)；</p><p>　　1980年國家大地坐標(biāo)系的橢球短軸平行于地球質(zhì)心指向我國地極原點(diǎn)JYD1968.0方向，大地起始子午面平行于格林尼治天文臺的子午面；</p><p>　　橢球定位參數(shù)以我國范圍內(nèi)高程異常值平方和等于最小為條件解。</p><p>　　5.4

103、 新1954年北京坐標(biāo)系</p><p>　　新1954年北京坐標(biāo)系的特點(diǎn)是：</p><p>　　采用克拉索夫斯基橢球參數(shù)。</p><p>　　是綜合80坐標(biāo)系和舊54坐標(biāo)系建立起來的參心坐標(biāo)系。</p><p>　　采用多點(diǎn)定位，但橢球面與大地水準(zhǔn)面在我國境內(nèi)不是最佳擬合。</p><p>　　定向明確，坐標(biāo)軸

104、與80坐標(biāo)系相平行，橢球短軸平行于地球質(zhì)心指向1968.0地極原點(diǎn)JYD1968.0的方向，起始子午面平行與我國天文子午面。</p><p>　　大地原點(diǎn)與80坐標(biāo)系相同，但大地起算數(shù)據(jù)不同。</p><p>　　大地高程基準(zhǔn)采用1956年黃海高程系。</p><p>　　與舊54坐標(biāo)系相比，所采用的橢球參數(shù)相同，其定位相近，但定位不同。</p>&l

105、t;p>　　5.5 GPS時間系統(tǒng)</p><p>　　GPS系統(tǒng)是測時測距系統(tǒng)。時間在GPS測量中是一個基本觀測量。衛(wèi)星的信號，衛(wèi)星的運(yùn)動，衛(wèi)星的坐標(biāo)都與時間密切相關(guān)。對時間的要求既要穩(wěn)定又要連續(xù)。為此，GPS系統(tǒng)中衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘均采用穩(wěn)定而連續(xù)的GPS時間系統(tǒng)。</p><p>　　GPS時間系統(tǒng)采用原子時ATI秒長作為時間基準(zhǔn)，但同時起算的原點(diǎn)定義在1980年1月6日UTC

106、 0時。啟動后不跳秒，保持時間的連續(xù)。以后隨著時間的積累，GPS時與UTC時的整秒差以及秒以下的差異通過時間服務(wù)部門定期公布。衛(wèi)星播發(fā)的衛(wèi)星鐘差也是相對GPS時間系統(tǒng)的鐘差，在利用GPS直接進(jìn)行時間校對時應(yīng)注意到這一問題。</p><p><b>　　5.6 數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　GPS導(dǎo)線數(shù)據(jù)處理分為基線解算和網(wǎng)平差兩個階段，數(shù)據(jù)處理采用南方測繪公

107、司的南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件。經(jīng)基線解算、質(zhì)量檢核、網(wǎng)平差后， 得到GPS控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)。處理過程符合下列技術(shù)要求：</p><p>　　5.6.1 基線解算</p><p>　　基線向量的解算是一個復(fù)雜的平差計(jì)算過程。實(shí)際處理時要顧及時段中信號間斷引起的數(shù)據(jù)剔除、劣質(zhì)觀測數(shù)據(jù)的發(fā)現(xiàn)及提出、星座變化引起的整周未知參數(shù)的增加，進(jìn)一步消除傳播延遲改正以及對接收機(jī)鐘差重新評估等問題。</p

108、><p>　　陽泉市C級控制網(wǎng)的建立采用雙差相位觀測值，其數(shù)學(xué)處理模型采用雙解?；€處理完后應(yīng)對其結(jié)果作以下分析：</p><p><b>　　觀測值殘差分析</b></p><p>　　平差處理是假定觀測值僅存在偶然誤差，當(dāng)存在系統(tǒng)誤差或粗差時，處理結(jié)果將有偏差。理論上，載波相位觀測精度為1%周，即對L1波段信號觀測誤差只有2mm。因而當(dāng)偶然誤差

109、達(dá)1cm時，應(yīng)認(rèn)為觀測值質(zhì)量存在較嚴(yán)重問題。當(dāng)系統(tǒng)誤差達(dá)分米時應(yīng)認(rèn)為處理軟件中的模型不適用。當(dāng)殘差分布中出現(xiàn)突然的跳躍或尖峰時，表明周跳未處理成功。</p><p>　　平差后單位權(quán)中誤差一般其值為0.05周以下，否則，表明觀測值中存在某些問題。可能存在受多路徑干擾、外界無線電信號干擾或接收機(jī)時鐘不穩(wěn)定等影響的低精度的觀測值，觀測值改正模型不適宜，周跳未被完全修復(fù)，也可能整周未知數(shù)解算不成功使觀測值存在系統(tǒng)誤差。