GPS測量原理與應(yīng)用 復(fù)習(xí)試題

《GPS測量原理與應(yīng)用 復(fù)習(xí)試題》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《GPS測量原理與應(yīng)用 復(fù)習(xí)試題（11頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第一章 1 GPS系統(tǒng)由三部分組成：空間部分、地面控制部分、用戶設(shè)備部分 2 GPS的空間部分 ： GPS衛(wèi)星星座 （1）設(shè)計(jì)星座：21+3，即：21顆正式的工作衛(wèi)星+3顆活動的備用衛(wèi)星 （2）6個軌道面，平均軌道高度20200km，軌道傾角55 ° （3）運(yùn)行周期：11h 58min （4）任何時刻，在高度角15°以上，能夠同時觀測到4顆以上衛(wèi)星 GPS衛(wèi)星作用： ①接收、存儲導(dǎo)航電文 ②生成用于導(dǎo)航定位的信號（測距碼、載波）。 ③發(fā)送用于導(dǎo)航定位的信號（采用雙相調(diào)制法調(diào)制在載波上的測距碼和導(dǎo)航電文）。 ④接受地面指令，進(jìn)行相應(yīng)操作。 ⑤其他特殊用

2、途，如通訊、監(jiān)測核暴等 3 GPS的地面監(jiān)控部分 組成： 主控站：1個、 監(jiān)測站：5個、 注入站：3個、 通訊與輔助系統(tǒng) 4 GPS的用戶部分 組成 ：用戶 、接收設(shè)備（GPS信號接收機(jī)、其它儀器設(shè)備） 第二章 1 坐標(biāo)系統(tǒng)是由原點(diǎn)位置、3個坐標(biāo)軸的指向和尺度所定義，根據(jù)坐標(biāo)軸指向的不同，可劃分為兩大類坐標(biāo)系：天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系。 (1)天球坐標(biāo)系：與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)，描述人造地球衛(wèi)星的位置； (2)地球坐標(biāo)系：隨地球自轉(zhuǎn)，描述地面觀測站的空間位置 2.(1)天球：指以地球?yàn)橹行模瑹o限的向天空伸展的一個球體。地軸延伸與天球有兩個交點(diǎn)，北交點(diǎn)稱為天北極，南交點(diǎn)

3、稱為天南極。 (2)通過地心與黃道面（地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道平面 ）垂直的軸線為黃軸，黃軸與天球的兩個交點(diǎn)分別是北黃極和南黃極。(春分點(diǎn)：即黃道與赤道的交點(diǎn)之一。) (3)天球空間直角坐標(biāo)系的定義: 地球質(zhì)心O為坐標(biāo)原點(diǎn)，Z軸指向天球北極，X軸指向春分點(diǎn)，Y軸垂直于XOZ平面，與X軸和Z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。則在此坐標(biāo)系下，空間點(diǎn)的位置由坐標(biāo)（X，Y，Z）來描述。 (4)天球球面坐標(biāo)系的定義: 地球質(zhì)心O為坐標(biāo)原點(diǎn)，春分點(diǎn)軸與天軸所在平面為天球經(jīng)度（赤經(jīng)）測量基準(zhǔn)——基準(zhǔn)子午面，赤道為天球緯度測量基準(zhǔn)，而建立的球面坐標(biāo)。空間點(diǎn)的位置在天球坐標(biāo)系下的表述為（r，α，δ）。 5

4、地球坐標(biāo)系 (1) 地球直角坐標(biāo)系的定義: 原點(diǎn)O與地球質(zhì)心重合，Z軸指向地球北極，X軸指向地球赤道面與格林尼治子午圈的交點(diǎn)，Y軸在赤道平面里與XOZ構(gòu)成右手坐標(biāo)系。 (2)地球大地坐標(biāo)系的定義: 地球橢球的中心與地球質(zhì)心重合，橢球的短軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合?？臻g點(diǎn)位置在該坐標(biāo)系中表述為（L，B，H）。 6 衛(wèi)星測量中常用坐標(biāo)系 (1) 瞬時極天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系 A 瞬時極天球坐標(biāo)系：原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，z軸指向瞬時地球自轉(zhuǎn)方向（真天極），x軸指向瞬時春分點(diǎn)（真春分點(diǎn)），y軸按構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向。 B 瞬時極地球坐標(biāo)系：原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，z軸指向瞬時地球自轉(zhuǎn)軸方向

5、，x軸指向瞬時赤道面和包含瞬時地球自轉(zhuǎn)軸與平均天文臺赤道參考點(diǎn)的子午面的交點(diǎn)，y軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向 7 日月歲差與章動 由于地球本身不均勻以及日、月對地球的影響，使地軸在空間不斷地抖動，這樣導(dǎo)致天軸繞著黃極在天球上緩慢的運(yùn)動。該運(yùn)動可分解為長周期和短周期運(yùn)動。長周期運(yùn)動是25800年繞黃極一周，使春分點(diǎn)產(chǎn)生每年約50.2秒的長期變化，稱之為日月歲差；一系列短周期變化中幅值最大為9秒，周期為18.6年，短周期變化稱為章動。 8 固定極天球坐標(biāo)系——平天球坐標(biāo)系 選擇某一歷元時刻，以此瞬間的地球自轉(zhuǎn)軸和春分點(diǎn)方向分別扣除此瞬間的章動值作為z軸和x軸指向，y軸按構(gòu)成

6、右手坐標(biāo)系取向，建立天球坐標(biāo)系——平天球坐標(biāo)系，坐標(biāo)系原點(diǎn)與真天球坐標(biāo)系相同。瞬時極天球坐標(biāo)系與歷元平天球坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換通過下面兩次變換來實(shí)現(xiàn) 9 固定極地球坐標(biāo)系——平地球坐標(biāo)系 極移：地球瞬時自轉(zhuǎn)軸在地球上隨時間而變，稱為地極移動，簡稱極移。 國際協(xié)定原點(diǎn)CIO：采用國際上5個緯度服務(wù)站的資料，以1900.00至1905.05年地球自轉(zhuǎn)軸瞬時位置的平均位置作為地球的固定極稱為國際協(xié)定原點(diǎn)CIO。 (1)平地球坐標(biāo)系: 取地球質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn)，z軸指向CIO，x軸指向協(xié)定赤道面與格林尼治子午線的交點(diǎn)，y軸在協(xié)定赤道面里，與xoz構(gòu)成右手坐標(biāo)系，構(gòu)成平地球坐標(biāo)系。 1

7、0 WGS-84大地坐標(biāo)系 (1) WGS（World Geodetic System）-84的定義：原點(diǎn)在地球質(zhì)心，Z軸指向BIH（國際時間局）1984.0定義的協(xié)議地球極（CTP-Conventional Terrestrial Pole）方向，X軸指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交點(diǎn)，Y軸和Z、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。它是一個地固坐標(biāo)系。 (2)WGS-84橢球及其有關(guān)常數(shù)：WGS-84采用的橢球是國際大地測量與地球物理聯(lián)合會第17屆大會大地測量常數(shù)推薦值，其四個基本參數(shù): 長半徑、地球引力常數(shù)、 正常化二階帶諧系數(shù)、地球自轉(zhuǎn)角速度。 12 坐標(biāo)

8、系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換 布爾沙-沃爾夫模型：七參數(shù)轉(zhuǎn)換( 7-Parameter Transformation) 在該模型中共采用了7 個參數(shù),分別是 3 個平移參數(shù) TX、 TY、 TZ , 3 個旋轉(zhuǎn)參數(shù) ω X、 ω Y、 ω Z ( 也被稱為 3 個歐拉角) 和 1 個尺度參數(shù) m。 13 時間基準(zhǔn) 時間測量需要一個公共的標(biāo)準(zhǔn)尺度。一般來說，任何一個能觀測到的周期性運(yùn)動，只要能滿足下列條件都可以作為時間基準(zhǔn)： （1）能作連續(xù)的周期性運(yùn)動，且運(yùn)動周期十分穩(wěn)定； （2）運(yùn)動周期具有很好的復(fù)現(xiàn)性，即在不同的時期和地點(diǎn)這種周期性運(yùn)動都可以通過觀測和實(shí)驗(yàn)來予以實(shí)現(xiàn) 14 恒星時ST

9、 (Sidereal Time) 定義：以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)，由它的周日視運(yùn)動即春分點(diǎn)兩次經(jīng)過本地子午線的時間間隔所確定的時間稱為一個恒星日。 恒星時在數(shù)值上等于春分點(diǎn)相對于本地子午圈的時角。 15 平太陽時MT (Mean Solar Time） 其周年視運(yùn)動軌跡位于赤道平面而不是黃道平面；它在赤道上的運(yùn)動角速度是恒定的，等于真太陽的平均角速度。 平太陽時： 以平太陽作為參考點(diǎn)，由它的周日視運(yùn)動所確定的時間稱為平太陽時。 16 世 界時UT (Universal Time) a) 以平子午夜為零時起算的格林尼治平太陽時定義為世界時UT（格林尼治起始子午線處的平太陽時）。

10、它是世界統(tǒng)一的時間系統(tǒng)。 b) 地球自轉(zhuǎn)角速度不均勻，不僅有長期減緩的總趨勢，而且也有季節(jié)性的變化及短周期變化，較為復(fù)雜； c) 地極在地球上的位置不固定，而是在不斷移動，即極移。 d) 世界時不再嚴(yán)格滿足作為一個時間系統(tǒng)的基本條件。 17 子時ATI (International Atomic Time) 當(dāng)原子中的電子從某一能級躍遷至另一能級時所發(fā)出或吸收的電磁波。這種電磁波的頻率非常穩(wěn)定，而且這種現(xiàn)象容易復(fù)現(xiàn)，所以是一種很好的時間基準(zhǔn)。 原子時：以原子躍遷是的穩(wěn)定頻率作為時間基準(zhǔn)的時間系統(tǒng)。 18 GPS時間系統(tǒng)(GPST) (1) 為了保證導(dǎo)航

11、和定位的精度，全球定位系(GPS)建立了專門的時間系統(tǒng)，簡稱GPST。 (2) GPST屬于原子時系統(tǒng)，其秒長為國際制秒(SI)，與原子時相同，但其原點(diǎn)與國際原子時(IAT)的起點(diǎn)不同。GPST與IAT之間存在一個常數(shù)差，它們的關(guān)系為： IAT-GPST=19(s) (2) GPST與協(xié)調(diào)時(UTC)規(guī)定于1980年1月6日0時相一致，其后隨著時間成整倍數(shù)積累，到1987年該差值為4s，到1995年相差10s。 GPST由主控站原子鐘控制。 第三章 衛(wèi)星運(yùn)動基礎(chǔ)及GPS衛(wèi)星星歷 1 無攝

12、運(yùn)動：僅考慮地球質(zhì)心引力作用的衛(wèi)星運(yùn)動稱為無攝運(yùn)動。 l 受攝運(yùn)動：考慮攝動力作用的衛(wèi)星運(yùn)動稱為受攝運(yùn)動。 2 GPS衛(wèi)星星歷 衛(wèi)星星歷：是描述衛(wèi)星運(yùn)動軌道的信息。也可以說衛(wèi)星星歷就是一組對應(yīng)某一時刻的軌道根數(shù)及其變率。GPS衛(wèi)星星歷分為預(yù)報星歷和后處理星歷。 GPS衛(wèi)星星歷傳送方式： （1）C/A碼星歷，其中星歷精度為數(shù)十米。 （2）P碼星歷，精度提高到5m左右。 GPS廣播星歷參數(shù)共有16個，其中包括1個參考時刻，6個對應(yīng)參考時刻的開普勒軌道參數(shù)和9個反映攝動力影響的參數(shù)。 第四章 GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文和衛(wèi)星信號 1 GPS信號包含有三種信號

13、分量，即載波信號、測距碼信號和數(shù)據(jù)碼信號(或稱D碼，即導(dǎo)航電文)，在這三種分量中載波和測距碼用于測量衛(wèi)星到地面接收機(jī)之間的距離；而數(shù)據(jù)碼則提供計(jì)算衛(wèi)星坐標(biāo)所需的參數(shù)，由衛(wèi)星坐標(biāo)和衛(wèi)星到地面間的距離求得地面點(diǎn)的坐標(biāo)。 2 GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文 GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文（簡稱衛(wèi)星電文）：包含了有關(guān)衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星工作狀態(tài)、時間系統(tǒng)、衛(wèi)星鐘運(yùn)行狀態(tài)、軌道攝動改正、大氣折射改正和由C/A碼捕獲P碼等導(dǎo)航信息的數(shù)據(jù)碼(或D碼)。這些信息是以二進(jìn)制碼的形式，按幀向外播送。它的基本單位是長1500bit的一個主幀，傳輸速率是50bit/s, 30秒鐘傳送完畢一個主幀。一個主幀包括5個子幀，第

14、1、2、3子幀各有10個字碼，每個字碼有30bit。第4、5子幀各有25個不同的頁面，共有37500bit。第1、2、3子幀每30秒鐘重復(fù)一次（第4、5子幀翻轉(zhuǎn)一頁），內(nèi)容每小時更新一次。第4、5子幀的全部信息則需要750秒鐘才能夠傳送完，即第4、5子幀是12.5分鐘播完一次（一組完整電文），然后再重復(fù)之，其內(nèi)容僅在衛(wèi)星注入新的導(dǎo)航數(shù)據(jù)后才得以更新。 3 兩種載波 在無線電通信技術(shù)中，為了有效地傳播信息，都是將頻率較低的信號加載在頻率較高的載波上，此過程稱為調(diào)制。然后載波攜帶著有用信號傳送出去，到達(dá)用戶接收機(jī)。 GPS衛(wèi)星的測距碼信號和導(dǎo)航電文信號都屬于

15、低頻信號，其中C/A碼和P碼的數(shù)碼率分別為1.023Mbit/s與10.23Mbit/s，而D碼（導(dǎo)航電文）的數(shù)碼率僅為50bit/s。 4 GPS使用兩種載波： L1載波：fL1=154×f0=1575.42MHz,波長λ1=19.032cm，其上調(diào)制C/A碼、P碼以及導(dǎo)航電文； L2載波：fL2=120×f0=1227.6MHz,波長λ2=24.42cm，其上僅調(diào)制P碼與導(dǎo)航電文。 選擇這兩個載波的目的是：測量出或消除掉由于電離層而引起的延遲誤差。 5 衛(wèi)星信號的調(diào)制 GPS衛(wèi)星的測距碼和數(shù)據(jù)碼是用二進(jìn)制調(diào)相技術(shù)調(diào)制到載波上的。

16、調(diào)制碼幅值只取0或1。如果當(dāng)碼值取0時，對應(yīng)的碼狀態(tài)取為+1，而碼值取1，對應(yīng)的碼狀態(tài)為-1位，那么載波和相應(yīng)的碼狀態(tài)相乘后便實(shí)現(xiàn)了載波的調(diào)制。這時，當(dāng)載波和相應(yīng)的碼狀態(tài)+1相乘時，其相位不變，而當(dāng)與碼狀態(tài)-1相乘時，其相位改變180°。所以當(dāng)碼值從0變1或從1變 為0時，都將使載波相位改 變180°。這時的載波信號 實(shí)現(xiàn)了調(diào)制碼的相位調(diào)制 6 偽隨機(jī)噪聲碼的產(chǎn)生及特性 l 碼：用以表達(dá)某種信息的二進(jìn)制數(shù)及其組合。 l 隨機(jī)噪聲碼：某一時刻，碼元是0或1完全是隨機(jī)的一組碼序列，這種碼元幅度的取值完全無規(guī)律的碼序列，通常稱為隨機(jī)碼序列，也叫做隨機(jī)噪聲碼序列。 它是

17、一種非周期序列，無法復(fù)制。但隨機(jī)噪聲碼序列有良好的自相關(guān)性，GPS衛(wèi)星碼信號測距就是利用了GPS測距碼的良好的自相關(guān)性才獲得成功。 雖然隨機(jī)碼具有良好的自相關(guān)特性，但由于它是一種非周期性的序列，不服從任何編碼規(guī)則，所以實(shí)際上無法復(fù)制和利用。 7 偽隨機(jī)噪聲碼及其特性 偽隨機(jī)噪聲碼(Pseudo Random Noise—PRN)，簡稱偽隨機(jī)碼或偽碼。這種碼序列的主要特點(diǎn)是，不僅具有類似隨機(jī)碼的良好自相關(guān)特性，而且具有某種確定的編碼規(guī)則。它是周期性的，可以容易地復(fù)制。 偽隨機(jī)噪聲碼由多級反饋移位寄存器產(chǎn)生。這種移位寄存器由一組連接在一起的存儲單元組成，每個存

18、儲單元只有“0”或“1”兩種狀態(tài)，并接受脈沖和置“1”脈沖的驅(qū)動和控制。 8 粗碼C/A碼 產(chǎn)生方式 C/A碼是用于粗測距和捕獲GPS衛(wèi)星信號的偽隨機(jī)碼。它是由兩個10級反饋移位寄存器構(gòu)成的G碼產(chǎn)生的。兩個移位寄存器于每星期日子夜零時，在置“1”脈沖作用下全處于1狀態(tài)，同時在碼率1.023MHz驅(qū)動下，兩個移位寄存器分別產(chǎn)生序列G1（t）和G2（t）。G2(t)序列經(jīng)過 相位選擇器，輸入一個與G2（t）平移等價的m序列，然后與G1(t)模2相加， 便得到C/A碼。C/A也稱為捕獲碼。 l C/A碼特點(diǎn) C/A碼的碼長很短，易于捕獲。在GPS導(dǎo)航和定位中，

19、為了捕獲C/A碼以測定衛(wèi)星信號傳播的時延，通常需要對C/A碼逐個進(jìn)行搜索。因?yàn)镃/A碼總共只有1023個碼元，所以若以每秒50碼元的速度搜索，只需要約20．5秒便可達(dá)到目的。由于C/A碼易于捕獲，而且通過捕獲的C/A碼所提供的信息，又可以方便地捕獲GPS的P碼。 9 精碼P(y)碼 產(chǎn)生方式： P碼是衛(wèi)星的精測碼，碼率為10.23MHz。它是由兩個偽隨機(jī)碼PN1(t)和PN2(t)的乘積得到的。 l P碼精度 P碼碼元寬度為29.30m。由于P碼的碼元寬度為C/A碼的1/10，這時若取碼元的對齊精度仍為碼元寬度的l/10—l/100，則由此引起的相應(yīng)

20、距離誤差約為2.93-0.29m，僅為C/A碼的1/10。所以P碼可用于較精密的導(dǎo)航和定位，故通常也稱之為精碼 P碼特點(diǎn) 根據(jù)美國國際部規(guī)定，P碼是專為軍用的。目前只有極少數(shù)高檔次測地型接收機(jī)才能接收P碼，且價格昂貴。即使如此，美國國防部又宣布實(shí)施AS政策，即在P碼上增加一個極度保密的W碼，形成新的Y碼，絕對禁止非特許用戶應(yīng)用 10 GPS現(xiàn)代化： 在L2上調(diào)制L2C碼 、 增設(shè)頻率L5 、 在L1和L2增加軍用碼M碼 、 阻止、干擾敵對方使用全球定位系統(tǒng) 11 接收機(jī)的用途分類可分為： a) 測地型接收機(jī)： 測地型接

21、收機(jī)主要用于精密大地測量和精密工程測量。這種儀器主要采用載波相位觀測值進(jìn)行相對定位，定位精度高。儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較貴。 l 授時型接收機(jī)： 這類接收機(jī)主要利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時間標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行授時，常用于天文臺及無線電通訊中時間同步。 l 按接收機(jī)的載波頻率分類 l 單頻接收機(jī) 單頻接收機(jī)只能接收L1載波信號，測定載波相位觀測值進(jìn)行定位。由于不能有效消除電離層延遲影響，單頻接收機(jī)只適用于短基線（<15km）的精密定位。 l 雙頻接收機(jī) 雙頻接收機(jī)可以同時接收Ｌ１，Ｌ２載波信號。利用雙頻對電離層延遲的不一樣，可以消除電離層對電磁波信號延遲的影響，因此雙

22、頻接收機(jī)可用于長達(dá)幾千公里的精密定位。 第五章 GPS衛(wèi)星定位基本原理 1 GPS定位的實(shí)質(zhì)，即確定一個點(diǎn)在地球上的絕對位置或相對位置。 A 單點(diǎn)定位（絕對定位）：絕對定位是以地球質(zhì)心為參考點(diǎn)，測定接收機(jī)天線在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的絕對位置。 B 相對定位：確定測站與某一地面參考點(diǎn)之間的相對位置。 C 差分定位：用兩臺GPS接收機(jī)，將一臺接收機(jī)安設(shè)在基準(zhǔn)站固定不動，另一臺接收機(jī)安置在運(yùn)動的載體上，兩臺接收機(jī)同步觀測相同的衛(wèi)星，通過在觀測值之間求差，以消除具有相關(guān)性的誤差，提高定位精度。而運(yùn)動點(diǎn)位置是通過確定該點(diǎn)相對基準(zhǔn)站的相對位置實(shí)現(xiàn)的。 D 靜態(tài)定位：在

23、定位過程中，接收機(jī)天線處于靜止?fàn)顟B(tài)，或者說，待定點(diǎn)在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的位置，被認(rèn)為是固定不動的，那么確定這些待定點(diǎn)位置的定位測量就稱為靜態(tài)定位。 E 動態(tài)定位：如果在定位過程中，接收機(jī)天線處在運(yùn)動狀態(tài)，這是待定點(diǎn)位置將隨時間變化。確定這些運(yùn)動著的待定點(diǎn)的位置，稱為動態(tài)定位。 2 A 偽據(jù)測量：利用C/A碼偽距或P碼偽距作為觀測量進(jìn)行定位測量。 B 載波相位測量：利用L1載波或L2載波測得的載波相位偽距作為觀測量進(jìn)行定位測量。 C 雙程測距：用于電磁波測距儀 D 單程測距：用于GPS 偽距： 由衛(wèi)星發(fā)射的測距碼到達(dá)GPS接收機(jī)的傳播時間乘以光速所得出的

24、量測距離。 在同一觀測歷元，只需同時觀測4顆衛(wèi)星，即可獲得4個觀測方程式，解求出這4個未知數(shù)。 當(dāng)超過4顆衛(wèi)星時，存在多余觀測，則需用最小二乘法求得改正數(shù)和精確值。 重建載波：將非連續(xù)的載波信號恢復(fù)成連續(xù)的載波信號。 3 碼相關(guān)法 方法 :將所接收到的調(diào)制信號（衛(wèi)星信號）與接收機(jī)產(chǎn)生的復(fù)制碼相乘。（再進(jìn)行一次二進(jìn)制調(diào)相） 將測距碼去掉，僅留下載波和導(dǎo)航電文。 特點(diǎn) (1) 限制：需要了解碼的結(jié)構(gòu)。 (2)優(yōu)點(diǎn)：可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波長的載波，信號質(zhì)量好（信噪比高）（能恢復(fù)L1載波） 4 平方法 方法:(1) 將所接收到的調(diào)制信號（衛(wèi)星信號）自乘。（載波的二次

25、諧波） (2)去掉了導(dǎo)航電文和測距碼 特點(diǎn) (1) 優(yōu)點(diǎn)：無需了解碼的結(jié)構(gòu) (2)缺點(diǎn)：無法獲得導(dǎo)航電文，所獲載波波長為原來波長的一半，信號質(zhì)量較差（信噪比低，降低了30dB） 5 整數(shù)解 ： 基本方法 1)求初始解確定基線向量的實(shí)數(shù)解和整周未知數(shù)的實(shí)數(shù)解 2)將整周模糊度一一固定為整數(shù)（非常有把握） 3) 求固定解：作為已知值代回法方程，重新求解基線向量，從而獲得固定解 6 實(shí)數(shù)解 ： 基線較長，誤差相關(guān)性減弱，初始解的誤差將隨之增大，從而使模糊度參數(shù)很難固定，整數(shù)化的意義不大。 7 周跳產(chǎn)生的原因 a) 建筑物或樹木等障礙物的遮

26、擋 b) 電離層電子活動劇烈 c) 多路徑效應(yīng)的影響 d) 衛(wèi)星信噪比(SNR)太低 e) 接收機(jī)的高動態(tài) f) 接收機(jī)內(nèi)置軟件的設(shè)計(jì)不周全 8 單差（站間單差）： A 消除了與衛(wèi)星有關(guān)的誤差：如衛(wèi)星鐘差 B 站間距不大時可消除大部分大氣誤差 C 多測站時注意選取基站 9 雙差（星際二次差） 在一次差的基礎(chǔ)進(jìn)一步消除了與接收機(jī)有關(guān)的載波相位及其鐘差項(xiàng) 注意選取基星 GPS基線向量處理時常用的模型 10 差 （歷元間差分）:在雙差的基礎(chǔ)上進(jìn)一步消除了初始整周模糊度 11 差分模型的優(yōu)缺點(diǎn) a) 優(yōu)點(diǎn)：（1）消除或減弱一些具有系統(tǒng)性誤差的影響

27、 （2）減少平差計(jì)算中未知數(shù)的個數(shù) b) 缺點(diǎn)：（1）原始獨(dú)立觀測量通過求差將引起差分量之間的相關(guān)性 （2）平差計(jì)算中，差分法將使觀測方程數(shù)明顯減少 （3）基站和基星選取情況隨接收機(jī)的數(shù)量增多情況越來越復(fù)雜 12 差分GPS的基本原理 利用基準(zhǔn)站（設(shè)在坐標(biāo)精確已知的點(diǎn)上）測定具有空間相關(guān)性的誤差或其對測量定位結(jié)果的影響，供流動站改正其觀測值或定位結(jié)果 13 分改正數(shù)的類型 a) 距離改正數(shù)：利用基準(zhǔn)站坐標(biāo)和衛(wèi)星星歷可計(jì)算出站星間的計(jì)算距離，計(jì)算距離減去觀測距離即為距離改正數(shù)。 b) 位置（坐標(biāo)改正數(shù)）改正數(shù)：基準(zhǔn)站上的接收機(jī)對GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測，確定出測站的觀測坐標(biāo)，測

28、站的已知坐標(biāo)與觀測坐標(biāo)之差即為位置的改正數(shù)。 14 單站GPS差分（SRDGPS） a) 根據(jù)差分GPS基準(zhǔn)站發(fā)送的信息方式可將單站GPS差分定位分為:位置差分、偽距差分、載波相位差分。 b) 位置差分原理 基站 計(jì)算坐標(biāo)值 已知坐標(biāo)值 坐標(biāo)偏差 坐標(biāo)改正 流動站 l 偽距差分原理 基站 計(jì)算偽距值 偽距觀測值 偽距偏差 偽距改正 l 載波相位差分原理 l 載波相位差分技術(shù)又稱RTK (Real Time Kinematic)技術(shù)。其方法有修正法和差分法。差分法是將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送給用戶，進(jìn)行求差結(jié)算坐標(biāo)。 基站 流動站 相位觀測值

29、 流動站的坐標(biāo) 相位觀測值 差分計(jì)算 15 GPS 網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù) 1、目前主要的GPS測量規(guī)范（規(guī)程） l 2009年國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會發(fā)布的《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》GB/T18314-2009 l 2005年國家測繪局發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)建設(shè)規(guī)范》CH/T2008-2005 l 1992年國家測繪局發(fā)布的測繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》CH2001-92 l 1997年建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程》CJJ73-97 l 各行業(yè)部門的其他GPS測量規(guī)程或細(xì)則

30、 2、測量任務(wù)書 測量任務(wù)書或合同是測量施工單位上級主管部門或合同甲方下達(dá)的技術(shù)要求文件。它規(guī)定了測量任務(wù)的范圍、目的、精度和密度要求，提交成果資料的項(xiàng)目和時間，完成任務(wù)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等。 GPS測量的精度標(biāo)準(zhǔn) GPS測量的精度標(biāo)準(zhǔn)通常用網(wǎng)中相鄰點(diǎn)之間弦長中誤差表示，其形式為： 式中：σ—基線向量的弦長中誤差（ mm ）； ɑ——固定誤差（ mm ）； b——比例誤差系數(shù)（ppm）； d——相鄰點(diǎn)之間的距離（km）。 實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)測區(qū)大小、GPS網(wǎng)的用途，來設(shè)計(jì)網(wǎng)的等級和精度標(biāo)準(zhǔn)。 第七章 GPS測量的誤差來源及其

31、影響 1 GPS測量誤差的來源 （1）與衛(wèi)星有關(guān)的誤差：衛(wèi)星軌道誤差（星歷誤差）、衛(wèi)星鐘差、相對論效應(yīng) （2）與傳播途徑有關(guān)的誤差：電離層延遲、對流層延遲、多路徑效應(yīng) （3）與接收設(shè)備有關(guān)的誤差：接收機(jī)天線相位中心的偏移和變化、接收機(jī)鐘差、接收機(jī)內(nèi)部噪聲 2總電子含量 TEC ：即為沿衛(wèi)星信號傳播路徑 s 對電子密度 Ne 進(jìn)行積分所獲得的結(jié)果,也即底面積為一個單位面積沿信號傳播路徑貫穿整個電離層的一個柱體中所含的電子數(shù)。通常以電子數(shù)/m2或電子數(shù)/ cm2為單位。 3 多路徑誤差與多路徑效應(yīng) 多路徑（Multipath）誤差 ： 在GPS測量中，被測站附近的物體所反

32、射的衛(wèi)星信號（反射波）被接收機(jī)天線所接收，與直接來自衛(wèi)星的信號（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使觀測值偏離真值產(chǎn)生所謂的“多路徑誤差”。 多路徑效應(yīng)： 由于多路徑的信號傳播所引起的干涉時延效應(yīng)稱為多路徑效應(yīng)。 4 減弱多路徑誤差的方法 （1）觀測上 ： 選擇合適的測站，避開易產(chǎn)生多路徑的環(huán)境 （2）硬件上 ： 采用抗多路徑誤差的儀器設(shè)備 A 抗多路徑的天線：帶抑徑板或抑徑圈的天線，極化天線 B 抗多路徑的接收機(jī)：窄相關(guān)技術(shù)MEDLL(Multipath Estimating Delay Lock Loop)等。 （3） 數(shù)據(jù)處理上 : 加權(quán) 、參數(shù)法 、濾波法 、信號分析法

33、 第八章 GPS測量的設(shè)計(jì)與實(shí)施 1 GPS 網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù) 目前主要的GPS測量規(guī)范（規(guī)程） （1）2009年國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會發(fā)布的《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》GB/T18314-2009 （2）2005年國家測繪局發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)建設(shè)規(guī)范》CH/T2008-2005 （3）1992年國家測繪局發(fā)布的測繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》CH2001-92 （4）1997年建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程》CJJ73-97 （5）各行業(yè)部門的其他GPS測量規(guī)程或細(xì)則 2

34、GPS測量的精度標(biāo)準(zhǔn) GPS測量的精度標(biāo)準(zhǔn)通常用網(wǎng)中相鄰點(diǎn)之間弦長中誤差表示，其形式為： 式中：σ—基線向量的弦長中誤差（ mm ）； ɑ——固定誤差（ mm ）； b——比例誤差系數(shù)（ppm）；d——相鄰點(diǎn)之間的距離（km）。 實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)測區(qū)大小、GPS網(wǎng)的用途，來設(shè)計(jì)網(wǎng)的等級和精度標(biāo)準(zhǔn)。 3 GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì) 基準(zhǔn)設(shè)計(jì)的定義：在GPS網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)中，必須明確GPS網(wǎng)的成果所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)和起算數(shù)據(jù)的工作，稱為GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)包括位置基準(zhǔn)、方位基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)。 GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)的確定： （1）位置基準(zhǔn)：GP

35、S 網(wǎng)的位置基準(zhǔn)取決于網(wǎng)中 “起算點(diǎn)” 的坐標(biāo)和平差方法。確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)一般可采用下列方法: A 選取網(wǎng)中一個點(diǎn)的坐標(biāo)并加以固定或給以適當(dāng)?shù)臋?quán)：對網(wǎng)的定向和尺度都沒有影響,由于在網(wǎng)平差中沒有給出多余的約束條件, 將其稱為獨(dú)立網(wǎng)。 B 在網(wǎng)中選取若干個點(diǎn)的坐標(biāo)并加以固定或給以適當(dāng)?shù)臋?quán)：在確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)的同時也會對網(wǎng)的方向和尺度產(chǎn)生影響。由于給出的起算數(shù)據(jù)多于必要的起算數(shù)據(jù)數(shù), 故稱其為附合網(wǎng)。 (2)尺度基準(zhǔn)：由 GPS網(wǎng)中的基線來提供的, 這些基線可以是地面電磁波測距邊或已知點(diǎn)間的固定邊, 也可以是 GPS 網(wǎng)中的基線向量。 (3)方位基準(zhǔn)：一般是由網(wǎng)中的起始方位角來提供的

36、, 也可由 GPS 網(wǎng)中的各基線向量共同來提供。利用舊網(wǎng)中的若干控制點(diǎn)作為 GPS網(wǎng)中的已知點(diǎn)進(jìn)行附合網(wǎng)平差時, 方位基準(zhǔn)將由這些已知點(diǎn)間的方位角提供。 4 GPS網(wǎng)圖形構(gòu)成的幾個基本概念 A 觀測時斷：測站上開始接收衛(wèi)星信號到觀測停止，連續(xù)工作的時間段，簡稱時段。其持續(xù)的時間稱為時段長度。 B 同步觀測：兩臺或兩臺以上接收機(jī)同時對同一組衛(wèi)星進(jìn)行的觀測。同步觀測是進(jìn)行相對定位時必須遵循的一條原則。(只有同步觀測才有可能通過在接收機(jī)間求差的方式來消除或大幅度消弱衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘誤差、電離層延遲、對流層延遲等誤差。) C 基線向量 利用進(jìn)行同步觀測的GPS接收機(jī)所采集的

37、觀測數(shù)據(jù)計(jì)算出的接收機(jī)間的三維坐標(biāo)差即為基線向量，簡稱基線；(與計(jì)算時所采用的衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)同屬一個坐標(biāo)參照系；地心坐標(biāo)的坐標(biāo)差(△X, △ Y, △ Z),大地坐標(biāo)的坐標(biāo)差(△ B, △ L, △ H)) D 同步觀測環(huán)：三臺或三臺以上接收機(jī)同步觀測獲得的基線向量所構(gòu)成的閉合環(huán)，簡稱同步環(huán)。同步環(huán)閉合差從理論上講應(yīng)等于零。 E 閉合環(huán)及環(huán)閉合差 (1)閉合環(huán)：由多條極限向量首尾相連所構(gòu)成的閉合圖形。 (2)環(huán)閉合差：組成閉合環(huán)的基線向量按同一方向（順時針或逆時針）的矢量和。環(huán)閉合差又分為：分量閉合差和全長閉合差。 分量閉合差：組成閉合環(huán)的基線向量按同一方向（順時針或逆時針）

38、矢量的各個分量的和。 全長閉合差：分量閉合差的平方和開方。 F 同步環(huán)閉合差:從理論上講應(yīng)等于零。同步環(huán)閉合差實(shí)際上并不為零。同步環(huán)閉合差可以從某一側(cè)面反映 GPS 測量的質(zhì)量, 故有些規(guī)范中規(guī)定要進(jìn)行同步環(huán)閉合差的檢驗(yàn)。但是由于許多誤差( 如對中誤差、 量取天線高時出現(xiàn)的粗差等) 無法在同步環(huán)閉合差中得以反映, 因此,即使同步環(huán)閉合差很小也并不意味著 GPS 測量的質(zhì)量一定很好 G 獨(dú)立觀測環(huán)：由獨(dú)立觀測（非同步觀測）所獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)，簡稱獨(dú)立環(huán)。(獨(dú)立環(huán)檢驗(yàn)，更能充分暴露出基線向量中存在的問題，更客觀地反映GPS測量的質(zhì)量) H 異步觀測環(huán)：在

39、構(gòu)成多邊形環(huán)路的所有基線向量中，只要有非同步觀測基線向量，則該多邊形環(huán)路叫異步觀測環(huán)，簡稱異步環(huán)。 I 復(fù)測基線（重復(fù)基線）及其長度較差：在某兩個測站間，由多個時段的同步觀測數(shù)據(jù)所獲得的多個基線。 J 復(fù)測基線的長度較差：兩條復(fù)測基線的分量較差的平方和開方 ( 異步環(huán)閉合條件和重復(fù)基線坐標(biāo)閉合條件是衡量精度、檢驗(yàn)粗差和系統(tǒng)誤差的重要指標(biāo)) K 同步觀測基線向量：利用同一時段的多個同步觀測站所采集的觀測數(shù)據(jù)所計(jì)算出的若干基線向量； 若在某時段共有N臺接收機(jī)進(jìn)行了同步觀測，則共可得到 N(N-1)/2條同步觀測基線。 L 獨(dú)立基線向量：若一組基線向量中的任何一條基線

40、向量都無法用該組中其它基線向量的線性組合來表示，則該組基線向量就是一組獨(dú)立的基線向量。 滿足下面條件之一的為獨(dú)立基線向量 (1)未構(gòu)成閉合環(huán)的一組基線向量（例如：一條基線向量，未構(gòu)成閉合環(huán)的一組同步觀測基線） .(2) 雖構(gòu)成了閉合環(huán)，但并非所有基線都來自同一觀測時段 (3) 完全由同步觀測基線所構(gòu)成的閉合環(huán)之間是線性相關(guān)的，是一組非獨(dú)立基線向量。在同步觀測環(huán)中，有(N-1)條獨(dú)立基線向量（N為接收機(jī)數(shù)量） 5 GPS網(wǎng)特征條件的計(jì)算 觀測時斷數(shù) ： 式中：n為網(wǎng)點(diǎn)數(shù)，m為每點(diǎn)設(shè)站次數(shù)，N為接收機(jī)數(shù)。 總基線數(shù)：

41、 必要基線數(shù)： 獨(dú)立基線數(shù)： 多余基線數(shù)： 6 接收機(jī)的檢驗(yàn) 接收機(jī)全面檢驗(yàn)的內(nèi)容，包括一般性檢視、通電檢驗(yàn)和試測檢驗(yàn)。 l 一般檢驗(yàn)：主要檢查接收機(jī)設(shè)備各部件及其附件是否齊全、完好，緊固部分是否松動與脫落，使用手冊及資料是否齊全等。 l 通電檢驗(yàn)：接收機(jī)通電后有關(guān)信號燈、按鍵、顯示系統(tǒng)和儀表的工作情況，以及自測試系統(tǒng)的工作情況，當(dāng)自測正常后，按操作步驟檢驗(yàn)儀器的工作情況。 7 接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平的測試 零基線法：在進(jìn)行零基線檢驗(yàn)時, 同一天線輸出的信號通過 “GPS 功率分配器” ( 簡稱功分器) 分為功率和相位都相同的兩路或多路信號送往兩臺或多臺 GPS

42、接收機(jī), 然后依據(jù)各接收機(jī)所接收的信號組成雙差觀測值來解算基線向量。顯然, 這些基線向量的理論值均應(yīng)為零 零基線法 : 在高度角 10° 以上無障礙物的開闊地帶安置天線, 連接天線、 功分器和 GPS接收機(jī)。對 4 顆或 4 顆以上的 GPS 衛(wèi)星進(jìn)行 1 ～1. 5h 的同步觀測。應(yīng)用廠方提供的隨機(jī)軟件對基線向量進(jìn)行解算, 所求得的坐標(biāo)分量均應(yīng)小于1mm。 采用零基線法檢驗(yàn)接收機(jī)的噪聲水平時, 其結(jié)果不受衛(wèi)星星歷誤差, 天線的平均相位中心偏差, 電離層延遲和對流層延遲, 多路徑誤差,以及天線的對中、 整平、 定向和量高誤差等因素的影響,故精度較高。