GPS衛(wèi)星定位技術(shù)及應(yīng)用

1、GPS衛(wèi)星定位技術(shù)與應(yīng)用第一章 緒論一、基本概念1.衛(wèi)星導(dǎo)航定位及基本作用1）衛(wèi)星定位：通過衛(wèi)星的瞬時(shí)位置利用空間距離后方交會(huì)的方法確定點(diǎn)位置。 優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)、快速、精度均勻，不受天氣和時(shí)間限制，可以全天候作業(yè) 原理：1.通過衛(wèi)星進(jìn)行距離交會(huì)是GPS系統(tǒng)的基礎(chǔ) 2.接收機(jī)通過測(cè)定信號(hào)傳播時(shí)間來測(cè)定衛(wèi)星與接收機(jī)之間的距離 3.為了測(cè)定信號(hào)的傳播時(shí)間，GPS需要有高精度的鐘 4.要進(jìn)行定位，用戶除了要知道衛(wèi)星的距離外，還需要知道衛(wèi)星的位置 5.GPS信號(hào)穿過地球的電離層和對(duì)流層時(shí)，會(huì)產(chǎn)生信號(hào)延遲2）衛(wèi)星導(dǎo)航：通常指運(yùn)載工具的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位，即三維位置、速度和包括航向偏轉(zhuǎn)、縱向搖擺、橫向搖擺三個(gè)角度的姿

2、態(tài)的確定。3）基本作用：向各類用戶和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)實(shí)時(shí)提供準(zhǔn)確、連續(xù)的位置、速度和時(shí)間信息。目前的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：GPS，GLONASS，GALILEO，BDS4W時(shí)空信息when、where、what object、what change4A服務(wù)目標(biāo)anyone、anything、anytime、anywhere 4）衛(wèi)星三角測(cè)量：由地面上的測(cè)站拍攝衛(wèi)星的瞬時(shí)位置測(cè)定地面點(diǎn)的坐標(biāo)2.衛(wèi)星定位的基本觀測(cè)量：距離、距離差 1）距離差定位方式：雙曲面定位系統(tǒng)（NNSS、TSICADA）2）距離定位方式：球面定位系統(tǒng)（GPS、GLONASS、 Galileo、 BDS）3）GPS發(fā)展趨勢(shì)：GIS/GPS/R

3、S 組成的3S集成系統(tǒng)GPS/INS 組合導(dǎo)航系統(tǒng)GNSS/全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)二、全球定位系統(tǒng)（GPS）1.功能特點(diǎn)：導(dǎo)航、定位、授時(shí) 1.采用距離定位方式，進(jìn)行測(cè)距空間交會(huì)定點(diǎn) 2.提供精密的全天候的位置、速度和時(shí)間信息 3.能夠進(jìn)行連續(xù)的、實(shí)時(shí)的三維定位2.衛(wèi)星導(dǎo)航定位應(yīng)用：1）在測(cè)量學(xué)中的主要應(yīng)用：大地測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)研究、測(cè)量控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)、航空遙感測(cè)量、地形測(cè)量、地籍測(cè)量、土地資源調(diào)查測(cè)量、海洋測(cè)量、精密工程測(cè)量、工程變形監(jiān)測(cè)等。2）在導(dǎo)航學(xué)中的主要應(yīng)用：車輛、船只和飛機(jī)的精密導(dǎo)航、測(cè)速以及運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的監(jiān)控與管理等。3）在其它相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域中的主要應(yīng)用：運(yùn)動(dòng)載體姿態(tài)測(cè)量，彈道導(dǎo)彈的制導(dǎo)，近地衛(wèi)

4、星的定軌，精密測(cè)時(shí)以及氣象學(xué)和大氣物理學(xué)的研究等。 4）在海陸空的應(yīng)用：1、衛(wèi)星導(dǎo)航定位陸地應(yīng)用：國家、區(qū)域、工程等大地測(cè)量控制網(wǎng)測(cè)設(shè)；工程建設(shè)的施工放樣測(cè)量；土建工程的實(shí)時(shí)監(jiān)控；大型建筑和油氣田的沉降監(jiān)測(cè)；地球板塊運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和地殼形變測(cè)量；陸地、海洋大地測(cè)量基準(zhǔn)的測(cè)定；精細(xì)農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)2、衛(wèi)星導(dǎo)航定位海洋應(yīng)用：海底大地測(cè)量控制網(wǎng)的布測(cè)；海底地形的精細(xì)測(cè)量；浮標(biāo)拋設(shè)和暗礁爆破等海洋工程的精確定位；水文測(cè)量，驗(yàn)潮網(wǎng)的測(cè)設(shè)；海洋油氣平臺(tái)的就位和復(fù)位測(cè)定；海底沉船位置的精確探測(cè)，海底管道敷設(shè)測(cè)量；遠(yuǎn)洋船舶最佳航線測(cè)定，在途航行實(shí)時(shí)調(diào)度和監(jiān)測(cè)；內(nèi)河船只的實(shí)時(shí)調(diào)度和自主導(dǎo)航測(cè)量3、衛(wèi)星導(dǎo)航定位航空、航天應(yīng)用：

5、航空應(yīng)用：民航飛機(jī)的在途自主導(dǎo)航；飛機(jī)精密著陸；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(cè)量；飛機(jī)空中加油控制；機(jī)群編隊(duì)飛行的安全保護(hù)；航空援救的探尋和定點(diǎn)測(cè)量；機(jī)載地球物理勘探；飛機(jī)探測(cè)災(zāi)區(qū)大小和標(biāo)定測(cè)量航天應(yīng)用：低軌通訊衛(wèi)星群的實(shí)時(shí)軌道測(cè)量；衛(wèi)星入軌和衛(wèi)星回收的實(shí)時(shí)點(diǎn)位測(cè)量；載人航天器在軌防護(hù)探測(cè)；星載GPS的遮掩天體大小和大氣參數(shù)測(cè)量；對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星的七維狀態(tài)參數(shù)和三維姿態(tài)參數(shù)測(cè)量。3.GPS組成：1.空間星座部分GPS衛(wèi)星網(wǎng)（21+3顆衛(wèi)星） 2.地面監(jiān)控部分地面監(jiān)控系統(tǒng)（主控站：1 注入站：3 監(jiān)控站：5） 3.用戶設(shè)備部分.GPS信號(hào)接收機(jī)4.GNSS常規(guī)的、主要的應(yīng)用技術(shù)： DG

6、PS技術(shù)靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù) RTK技術(shù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù) PPP技術(shù)GPS精密單點(diǎn)定位測(cè)量技術(shù) FKP/VRS/MAC技術(shù)（多基站）網(wǎng)絡(luò)RTK定位技術(shù) ITS技術(shù)智能交通技術(shù) STGPS技術(shù)超站式集成測(cè)繪系統(tǒng)5.GNSS技術(shù)的“四多”特性：多領(lǐng)域、多模式、多用途、多機(jī)型三、中國的GPS技術(shù)發(fā)展1.中國衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用：1）通訊、通信行業(yè)用GNSS進(jìn)行時(shí)間同步測(cè)控2）電力、有線電視、城市地下管道采用GNSS布設(shè)線路3）交通、運(yùn)輸部門用GNSS等相關(guān)集成技術(shù)營建ITS系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)4）公安、銀行、醫(yī)療、消防等用GNSS營建緊急救援或報(bào)警系統(tǒng)5）汽車、船舶、飛機(jī)等用GNSS導(dǎo)航定位6）GIS數(shù)據(jù)提供商用

7、GNSS采集地理信息相關(guān)數(shù)據(jù)，并提供位置信息相關(guān)服務(wù)（LBS）7）廣播電視行業(yè)用GNSS與羅盤制造衛(wèi)星電視定向接收天線8）電子商務(wù)領(lǐng)域，GNNS甚至應(yīng)用于CRM客戶管理和物流配送體系9）數(shù)字城市、智慧城市廣泛采用GNSS系統(tǒng)2.我國衛(wèi)星定位產(chǎn)業(yè)四個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向：1）單一GPS接收機(jī)將向多星座兼容接收機(jī)發(fā)展，高精度定位向綜合服務(wù)技術(shù)迅速發(fā)展2）衛(wèi)星導(dǎo)航在智能交通的應(yīng)用迅速發(fā)展，以車載導(dǎo)航為核心的移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)控、管理與服務(wù)市場(chǎng)3）以差分定位技術(shù)為核心的差分網(wǎng)建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)差分技術(shù)迅速發(fā)展4）以個(gè)性化移動(dòng)信息終端為核心的移動(dòng)導(dǎo)航產(chǎn)品市場(chǎng)，個(gè)人位置服務(wù)將成為衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用新領(lǐng)域第二章 衛(wèi)星大地測(cè)量基礎(chǔ)一、衛(wèi)星

8、大地測(cè)量及技術(shù)1.衛(wèi)星大地測(cè)量學(xué)：研究利用人造地球衛(wèi)星解決大地測(cè)量學(xué)問題，利用空間技術(shù)手段進(jìn)行區(qū)域或全球大地測(cè)量的學(xué)科。2.衛(wèi)星大地測(cè)量學(xué)的技術(shù)1）衛(wèi)星地面跟蹤觀測(cè)技術(shù)2）衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)技術(shù)3）衛(wèi)星對(duì)衛(wèi)星觀測(cè)技術(shù)3.幾種現(xiàn)代衛(wèi)量測(cè)量技術(shù)1）VLBI：甚長基線干涉測(cè)量 2）GPS：全球定位系統(tǒng)3）SLR：衛(wèi)星激光測(cè)距4）SA：衛(wèi)星雷達(dá)測(cè)高二、坐標(biāo)系統(tǒng)1.天球坐標(biāo)系：與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)，用于描述衛(wèi)星的位置和狀態(tài)的坐標(biāo)系。 1）章動(dòng)、歲差 原因: 日、月、地球與其他星體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，地球內(nèi)部質(zhì)量分布的不均勻。 歲差：地球差異旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的回歸年與恒星年的時(shí)間差 1.日月歲差：由于日月引力作用而引起的地球自轉(zhuǎn)軸繞

9、黃道的垂直軸旋轉(zhuǎn)的一種長期運(yùn)動(dòng)。 50.371/年，周期約為25800年。2.行星歲差：由于行星引力對(duì)地球繞日運(yùn)動(dòng)軌道的攝動(dòng)而引起的變化。0.134/年周期約為100萬年。3.總歲差：赤道與黃道由于日月歲差和行星歲差引起的緩慢運(yùn)動(dòng)。 章動(dòng)：地球在公轉(zhuǎn)軌道上左右搖擺的周期運(yùn)動(dòng)。2）三種天球坐標(biāo)系：1.瞬時(shí)真天球坐標(biāo)系: 由瞬時(shí)真天極、瞬時(shí)真赤道面和瞬時(shí)真春分點(diǎn)所定義的天球坐標(biāo)系。2.瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系: 由瞬時(shí)平天極、瞬時(shí)平赤道面和瞬時(shí)平春分點(diǎn)所定義的天球坐標(biāo)系。3.協(xié)議天球坐標(biāo)系: 相應(yīng)于某一確定時(shí)刻為標(biāo)準(zhǔn)歷元的一種特定的天球坐標(biāo)系。2.地球坐標(biāo)系：隨地球自轉(zhuǎn)，用于表示地球觀測(cè)站的空間位置的坐標(biāo)

10、系。1）極移: 由于地球體內(nèi)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)而引起自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于表面不斷變動(dòng)的現(xiàn)象。2）兩種地球坐標(biāo)系：1.瞬時(shí)地球坐標(biāo)系：準(zhǔn)地固坐標(biāo)系。固聯(lián)在地球上，以地球質(zhì)心為原點(diǎn)， Z軸指向瞬時(shí)地北極，X軸指向瞬時(shí)真赤道與格林威治平子午線交點(diǎn)方向，構(gòu)成右手坐標(biāo)系，以確定Y軸方向。2.協(xié)議地球坐標(biāo)系：地固坐標(biāo)系。固聯(lián)在地球上，以地球質(zhì)心為原點(diǎn)， Z軸指向國際協(xié)議原點(diǎn)（CIO），X軸指向協(xié)議赤道與格林威治平子午線交點(diǎn)方向，構(gòu)成右手坐標(biāo)系，以確定Y軸方向。3.協(xié)議地球坐標(biāo)系：1）CTS-84坐標(biāo)系：協(xié)議地球坐標(biāo)系，由一組具有已知的精確地心坐標(biāo)的臺(tái)站所具體體現(xiàn)的。2）WGS-84坐標(biāo)系：固聯(lián)在地球上，以地球質(zhì)心為原點(diǎn)，

11、 Z軸指向 BIH系統(tǒng)所定義的協(xié)議地極（CTP）的方向，X軸指向BIH1984.0的零度子午面與CTP赤道的交點(diǎn)方向，構(gòu)成右手坐標(biāo)系，以確定Y軸方向。 橢球基本大地參數(shù)：（書P31）橢球幾何參數(shù)：三、衛(wèi)星大地測(cè)量中的時(shí)間系統(tǒng)1.世界時(shí)（UT）：以平子夜為零時(shí)起算的平太陽時(shí)，以地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來計(jì)量。2.原子時(shí)（AT）：以穩(wěn)定度很高的原子能級(jí)躍遷的頻率作為標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間。3.協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）：是一種介于原子時(shí)和世界時(shí)之間的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的服務(wù)方法，定義接近世界時(shí)的折中時(shí)間系統(tǒng)，秒長采用原子鐘進(jìn)行控制。 4.力學(xué)時(shí)（DT）：人造地球衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)中所要求的時(shí)間系統(tǒng)。其基本單位采用國際秒制，與原子時(shí)的尺度相一致。

12、什么時(shí)候開始，從何處5.GPS時(shí)間（GPST）：GPS時(shí)屬于原子時(shí)系統(tǒng)，由GPS主控站的原子鐘控制，GPS 時(shí)與協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）在1980年1月6日0時(shí)相一致。其后隨著時(shí)間成整倍數(shù)積累，至1987年該差值4S。四、衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)（了解）衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：受地球、太陽、月球?qū)πl(wèi)星的引力，太陽光壓、地球潮汐力等影響。 衛(wèi)星受到的作用力：1.地球質(zhì)心引力（中心力）-無攝運(yùn)動(dòng)、無攝軌道2.攝動(dòng)力（非中心力）-有攝運(yùn)動(dòng)、有攝軌道 第三章 GPS定位系統(tǒng)信號(hào)和接收機(jī)的基本工作原理GPS衛(wèi)星信號(hào)采用組合碼調(diào)制技術(shù)（偽隨機(jī)碼擴(kuò)頻技術(shù)）組合碼調(diào)制技術(shù)：將衛(wèi)星導(dǎo)航電文（基帶信號(hào)）經(jīng)偽隨機(jī)碼擴(kuò)頻技術(shù)成為組合碼，再對(duì)L頻段

13、的載波進(jìn)行BPSK調(diào)制（正交調(diào)制）。作用：提高系統(tǒng)導(dǎo)航定位精度，使系統(tǒng)具有很高的抗電子干擾能力和極強(qiáng)的保密能力。偽距：接收機(jī)到GPS衛(wèi)星之間的距離。碼：表達(dá)信息的二進(jìn)制數(shù)及其組合。衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制分為二級(jí)調(diào)制：第一級(jí)是導(dǎo)航電文調(diào)制到測(cè)距隨機(jī)碼：采用二進(jìn)制編碼序列“模二和”算法，調(diào)制結(jié)果是把數(shù)據(jù)碼(導(dǎo)航電文)從50Hz擴(kuò)展到1.023MHz(對(duì)于C/A碼) ，從而在接收信號(hào)時(shí)，采用CDMA原理，可提高獲取數(shù)據(jù)碼的信噪比。第二級(jí)是測(cè)距碼調(diào)制到載波：采用二進(jìn)制信號(hào)“波形相乘”的算法，將導(dǎo)航電文與測(cè)距碼合成后的二進(jìn)制碼調(diào)制到載波上，實(shí)現(xiàn)了第二次擴(kuò)頻，把測(cè)距碼（C/A）從1.023MHz擴(kuò)展到1575.4

14、2MHz（L1），在接收機(jī)接收GPS信號(hào)時(shí)，根據(jù)CDMA原理，可以提高C/A碼的信噪比一、偽隨機(jī)碼：由二進(jìn)制碼組成的偽隨機(jī)序列，由“多級(jí)反饋移位寄存器”產(chǎn)生。偽隨機(jī)序列：具有非隨機(jī)序列自相關(guān)特性的有周期性的二進(jìn)制序列。1.C/A碼（粗碼）：用于分址、搜捕衛(wèi)星信號(hào)、粗測(cè)距，具有一定抗干擾能力，并提供民用的明碼。 2.P碼（精碼）：用于分址、通過C/A碼獲取衛(wèi)星信號(hào)，精密測(cè)距，具有較強(qiáng)抗干擾能力，提供特許用戶使用的受控密碼。3.GPS衛(wèi)星信號(hào)構(gòu)成：載波信號(hào)，測(cè)距信號(hào)，導(dǎo)航信號(hào) GPS定位系統(tǒng)通常采用兩種偽隨機(jī)碼：C/A碼和P碼二、導(dǎo)航電文（D碼） 1.導(dǎo)航電文：1）組成：衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星工作狀態(tài)、時(shí)

15、間系統(tǒng)、衛(wèi)星鐘偏差校正參數(shù)、軌道攝動(dòng)改正參數(shù)、大氣折射改正參數(shù)、遙測(cè)碼、交換信息等。 2）格式：組成數(shù)據(jù)幀，按幀向外播發(fā)。 由25幀組成，播發(fā)時(shí)間12.5min，播發(fā)速度50bit/s。 1幀5子幀 1子幀10字 1字30bit 1bit需0.02s 25 * 1500bit/幀 = 25 * 5 * 300bit /子幀 2.導(dǎo)航電文內(nèi)容：（1）遙測(cè)碼（TLM）: 用于指導(dǎo)用戶是否可選用衛(wèi)星（2）轉(zhuǎn)換碼（HOW）：用于輔助用戶轉(zhuǎn)換C/A碼至P碼（3）第一數(shù)據(jù)塊（DATA1）；（4）第二數(shù)據(jù)塊（DATA2）；（5）第三數(shù)據(jù)塊（DATA3）3.衛(wèi)星星歷： 用于確定衛(wèi)星瞬間位置的信息，可以分為三類

16、：1）衛(wèi)星歷書(Almanac，精度：數(shù)km)2）廣播星歷(Broadcast Ephemeris，精度： 1m)：也叫預(yù)報(bào)星歷，是指相對(duì)參考?xì)v元的外推星歷。3）精密星歷(Precise Ephemeris，精度： 520cm) ：精密星歷是不含外推誤差的實(shí)測(cè)后處理星歷。 衛(wèi)星軌道參數(shù)六個(gè)開普勒元素 三、GPS接收機(jī)1 .GPS接收機(jī)分類1）按通道工作原理分 2）按用途分 3）按載波頻率分 4）按通道數(shù)分2.基本結(jié)構(gòu)：1）天線 2）主機(jī) 3）電源四五六七為重點(diǎn)第四章 GPS定位的基本觀測(cè)量及誤差分析一、GPS定位基本原理：= ct二、GPS定位基本觀測(cè)量 1）碼相位偽距測(cè)量：將偽碼發(fā)生器產(chǎn)生的

17、與衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)完全相同的碼經(jīng)過延時(shí)器延時(shí)同本機(jī)復(fù)制碼進(jìn)行相關(guān)處理，得到衛(wèi)星信號(hào)延遲傳播時(shí)間t，從而獲得偽距：=ct 。 測(cè)量原理：=ct利用測(cè)距碼測(cè)距的必要條件：必須了解測(cè)距碼的結(jié)構(gòu)利用測(cè)距碼進(jìn)行測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)：采用的是CDMA（碼分多址）技術(shù)易于捕獲微弱的衛(wèi)星信號(hào)可提高測(cè)距精度便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理（如AS）2）載波相位測(cè)量：作為傳輸工具，把搭載于其上的測(cè)距碼和導(dǎo)航電文從衛(wèi)星傳播到地面，對(duì)于測(cè)量型接收機(jī)，載波又同時(shí)用作為測(cè)量信號(hào)，接收機(jī)對(duì)接收到的載波進(jìn)行相位測(cè)量，獲得高精度的載波相位觀測(cè)值，從而實(shí)現(xiàn)厘米乃至毫米級(jí)的高精度基線測(cè)量。測(cè)量原理：=整周模糊度：載波相位觀測(cè)值小數(shù)部分精確可知，整周（整

18、數(shù)）不知周跳：在跟蹤衛(wèi)星過程中，由于信號(hào)被障礙物擋住而暫時(shí)中斷或受無線電信號(hào)干擾而造成信號(hào)失鎖，發(fā)生周跳現(xiàn)象。要解決的問題：1.載波重建技術(shù)（重建載波：將非連續(xù)的載波信號(hào)恢復(fù)成連續(xù)的載波信號(hào)），2.整周未知數(shù)解算，3.周跳判斷、修復(fù)多普勒頻移：由于衛(wèi)星和接收機(jī)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，接收到的載波頻率發(fā)生變化。反映了衛(wèi)星和接收機(jī)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，衛(wèi)星速度已知，利用多普勒頻移觀測(cè)值可以求得接收機(jī)的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)速度。三、GPS數(shù)據(jù)觀測(cè)值格式1.GPS觀測(cè)值形式：C/A碼偽距（L1）P碼偽距（L1、L2）載波相位（L1、L2）多普勒頻移（L1、L2）2.GPS數(shù)據(jù)觀測(cè)值格式：1）本機(jī)格式：接收機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的格式2）R

19、INEX格式：統(tǒng)一格式，與接收機(jī)無關(guān)的數(shù)據(jù)交換格式3）SP3格式：精密星歷格式，IGS精密星歷采用此格式四、GPS誤差來源1.與衛(wèi)星有關(guān)的誤差：1）衛(wèi)星鐘差：衛(wèi)星時(shí)鐘不穩(wěn)定 偏差、漂移和漂移速率：總量可達(dá)1 ms 鐘差為1 ms等效距離為300 km ，由GPS主控站測(cè)定-衛(wèi)星鐘差 -衛(wèi)星鐘在參考?xì)v元的鐘差 -衛(wèi)星鐘的鐘速 -衛(wèi)星鐘的鐘速變化率 通過鐘差改正后可達(dá)到：偏差20 ns等效距離為6m衛(wèi)星鐘殘差部分通過觀測(cè)值差分技術(shù)來消除2）衛(wèi)星星歷誤差（衛(wèi)星位置誤差）：由衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星軌道與實(shí)際的衛(wèi)星軌道誤差 廣播星歷：短基線相對(duì)定位 精密星歷：長基線、高精度定位3）地球自轉(zhuǎn)影響：采用WGS-

20、84協(xié)議地球坐標(biāo)系 地球自轉(zhuǎn)引起時(shí)間延遲，進(jìn)而引起為行為之變化4）相對(duì)論效應(yīng)影響：衛(wèi)星鐘比地面鐘快2.信號(hào)傳播誤差：1）電離層折射影響：電離層含有較高密度的電子，當(dāng)GPS信號(hào)通過電離層時(shí)，信號(hào)的路徑會(huì)發(fā)生彎曲，傳播速度也會(huì)發(fā)生變化。 延遲影響因素：與傳播路徑上的電子總量有關(guān)、與傳播到GPS天線的方位有關(guān)。常用的電離層改正模型： 本特（Bent）模型、國際參考電離層（IRI ）模型、克羅布歇（Klobuchar）模型2）對(duì)流層折射影響：對(duì)流層與地面接觸并從地面得到輻射熱能，其溫度隨高度的上升而降低，GPS信號(hào)通過對(duì)流層時(shí)，使傳播的路徑發(fā)生彎曲，從而使測(cè)量距離產(chǎn)生偏差。電磁波在對(duì)流層中的傳播速度與

21、頻率無關(guān)，與大氣折射率有關(guān)和電磁波傳播方向有關(guān)。對(duì)流層大氣折射率與大氣壓力、溫度和密度有關(guān)，分成兩部分討論：干分量、濕分量干分量與大氣溫度和壓力有關(guān)，濕分量與大氣溫度和濕度有關(guān)常用的對(duì)流層改正模型：霍普菲爾德（Hopfield）模型、薩斯塔莫寧（Sastamoinen）模型 、勃蘭克（Black）模型3）多路徑效應(yīng)：由于接收機(jī)周圍高大建筑物或水面對(duì)電磁波產(chǎn)生的反射作用而引起的定位誤差。（金屬材料、水面等反射較強(qiáng)） 多路徑效應(yīng)對(duì)GPS定位的影響可以達(dá)到分米級(jí) 減小多路徑效應(yīng)的方法：1.天線安置盡量避開強(qiáng)反射物 2.選用防多路徑效應(yīng)的天線3.觀測(cè)誤差和接收設(shè)備誤差： 1）觀測(cè)誤差：1.與觀測(cè)分辨率

22、有關(guān) 2.與天線安置精度有關(guān)2）接收機(jī)鐘差：采用石英晶體振蕩器解決方法：1.單點(diǎn)定位：鐘差作為未知數(shù)在觀測(cè)方程中求解2.載波相位定位：對(duì)觀測(cè)值求差有效地消除接收機(jī)鐘差3.高精度定位：使用外接頻標(biāo)，為接收機(jī)提供高精度時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)3）天線相位中心偏差：天線相位中心的瞬時(shí)位置與幾何中心的偏差第五章 GPS定位的基本原理和方法GPS測(cè)量定位分類：1）按定位狀態(tài)：靜態(tài)定位、動(dòng)態(tài)定位2）按時(shí)效：實(shí)時(shí)定位、事后定位3）按定位模式：絕對(duì)定位（單點(diǎn)定位）、相對(duì)定位、差分定位4）按確定整周模糊度的解算方法及觀測(cè)時(shí)段的長短：常規(guī)靜態(tài)定位、快速靜態(tài)定位5）按定位采用的觀測(cè)值：偽距測(cè)量（偽距法定位）、載波相位測(cè)量絕對(duì)定位：

23、采用單臺(tái)GPS接收機(jī)獨(dú)立作業(yè)進(jìn)行定位，也稱單點(diǎn)定位；直接確定信息、事件和目標(biāo)相對(duì)于參考坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)位置測(cè)量。相對(duì)定位：采用兩臺(tái)或兩臺(tái)以上GPS接收機(jī)聯(lián)合作業(yè)確定相對(duì)位置的定位；確定信息、事件和目標(biāo)相對(duì)于坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)另一已知或相關(guān)的信息、事件和目標(biāo)的坐標(biāo)位置關(guān)系。差分定位：基于已知基準(zhǔn)站/信標(biāo)臺(tái)/空基增強(qiáng)系統(tǒng)(SBAS)衛(wèi)星播發(fā)差分改正信號(hào)的定位方式。GPS基本觀測(cè)量：1）碼偽距定位：主要用于單點(diǎn)定位、偽距差分定位2）載波相位定位：主要進(jìn)行相對(duì)定位、載波差分定位一、測(cè)距碼偽距單點(diǎn)定位 1.原理：由衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼到觀測(cè)站的傳播時(shí)間（時(shí)間延遲）乘光速所得到的量測(cè)距離。 = ct 偽距觀測(cè)值： 衛(wèi)星

24、鐘差及接收機(jī)鐘差：定位要求：接收機(jī)鐘和衛(wèi)星鐘要嚴(yán)格同步，且保持頻標(biāo)穩(wěn)定。而實(shí)際上無法滿足以上要求，存在鐘差。 鐘差：某時(shí)刻（i）鐘面時(shí)與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)（GPST）之差。 接收機(jī)鐘差： 衛(wèi)星鐘差：衛(wèi)星鐘差改正：測(cè)量原理：原始觀測(cè)值：經(jīng)過導(dǎo)航電文改正后觀測(cè)值：2.瞬時(shí)絕對(duì)定位精度： 3.精度因子 DOP：PDOP（與空間幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)）、VDOP、HDOP、TDOP（與鐘差測(cè)定精度有關(guān)）、GDOPPDOP：表示空間位置精度因子TDOP：表示鐘差精度因子GDOP: 表示空間位置誤差和時(shí)間誤差綜合影響 1）空間位置精度因子PDOP： 平面位置精度因子HDOP ： 大地高精度因子VDOP： 2）時(shí)鐘差精度因

25、子TDOP： 3）測(cè)站定位幾何精度因子GDOP： 二、載波相位測(cè)量 1.瞬時(shí)載波相位差：某一指定時(shí)刻接收機(jī)產(chǎn)生的參考載波信號(hào)與此時(shí)接收到的衛(wèi)星載波信號(hào)的相位之差。2.初始?xì)v元整周模糊度：從歷元（1）到任一歷元（i），由接收機(jī)獲得的相位觀測(cè)值中的整周數(shù)均與其正確值相差同一個(gè)整數(shù)，該值稱作初始?xì)v元整周模糊度（初始?xì)v元整周待定值）： 整周模糊度個(gè)數(shù)：對(duì)于L1和L2載波來說： 1）1個(gè)測(cè)站同時(shí)觀測(cè)顆衛(wèi)星，則有個(gè)整周模糊度2）個(gè)測(cè)站同時(shí)觀測(cè)顆衛(wèi)星，則有個(gè)整周模糊度載波信號(hào)等價(jià)的傳播時(shí)間：發(fā)射時(shí)刻（衛(wèi)星）： 接收時(shí)刻（接收機(jī)）：瞬時(shí)傳播時(shí)間： 實(shí)際時(shí)間觀測(cè)值：3.載波相位定位： 聯(lián)立求解多個(gè)歷元、多顆衛(wèi)星

26、以及多個(gè)測(cè)站的觀測(cè)方程，可以實(shí)現(xiàn)載波相位絕對(duì)定位。 優(yōu)點(diǎn)：抗干擾性能好，定位精度高，用于精密定位 要解決的問題：載波重建技術(shù)、整周模糊度解算、周跳探測(cè)與修復(fù)三、GPS相對(duì)定位 1.相對(duì)定位方式： GPS相對(duì)定位差分GPS定位利用兩臺(tái)以上的GPS接收機(jī)，分別安置在若干基線的兩端，通過同步觀測(cè)GPS衛(wèi)星，以確定多條基線端點(diǎn)的相對(duì)位置或基線向量。目的：消除和減弱：1）衛(wèi)星軌道誤差 2）衛(wèi)星鐘差 3）接收機(jī)鐘差 4）電離層誤差 5）對(duì)流層誤差（折射誤差） 2.載波相對(duì)定位常用方法：1） GPS靜態(tài)相對(duì)定位：兩臺(tái)GPS接收機(jī)分別安置在兩個(gè)不同的點(diǎn)上，同步觀測(cè)衛(wèi)星載波信號(hào)，利用載波相位差分觀測(cè)值，消除多種

27、誤差的影響，獲得兩點(diǎn)間高精度的GPS基線向量。2）GPS準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位：靜態(tài)安置兩臺(tái)GPS接收機(jī)，利用起始基線向量確定初始整周模糊度，然后一臺(tái)GPS接收機(jī)在周圍的觀測(cè)站流動(dòng)，并且在每一觀測(cè)站上靜態(tài)進(jìn)行觀測(cè)（停留數(shù)分鐘），以確定流動(dòng)站與基準(zhǔn)站之間的相對(duì)位置。3）GPS動(dòng)態(tài)相對(duì)定位：用一臺(tái)GPS接收機(jī)安置在基準(zhǔn)站上固定不動(dòng)，另一臺(tái)接收機(jī)安設(shè)在運(yùn)動(dòng)載體上，同步觀測(cè)衛(wèi)星載波信號(hào)，利用載波相位差分觀測(cè)值，消除多種誤差的影響，以確定運(yùn)動(dòng)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)的實(shí)時(shí)位置。四、載波差分GPS定位 1.差分GPS產(chǎn)生的誘因：絕對(duì)定位精度不能滿足要求 影響絕對(duì)定位精度的主要誤差：1）衛(wèi)星軌道誤差 2）衛(wèi)星鐘差 3）大氣延

28、遲（對(duì)流層延遲、對(duì)流層延遲） 4）多路徑效應(yīng) 差分GPS：利用設(shè)置在坐標(biāo)已知的點(diǎn)（基準(zhǔn)站）上的GPS接收機(jī)測(cè)定GPS測(cè)量定位誤差，用以提高在一定范圍內(nèi)其它GPS接收機(jī)（流動(dòng)站）測(cè)量定位精度的方法。 2.差分GPS的基本原理1）誤差的空間相關(guān)性：各類誤差中除多路徑效應(yīng)均具有較強(qiáng)的空間相關(guān)性，從而定位結(jié)果也有一定的空間相關(guān)性。2） 差分GPS原理：利用基準(zhǔn)站測(cè)定具有空間相關(guān)性的誤差或其對(duì)測(cè)量定位結(jié)果的影響，供流動(dòng)站改正其觀測(cè)值或定位結(jié)果3）差分改正模式：1.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(cè)距離即為距離改正數(shù)。2.位置改正數(shù)（坐標(biāo)改正數(shù)）：基準(zhǔn)站對(duì)GPS

29、衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，確定出測(cè)站的觀測(cè)坐標(biāo)，與已知坐標(biāo)之差即為位置的改正數(shù)。 4）差分GPS分類： 1.根據(jù)時(shí)效性：實(shí)時(shí)差分、事后差分2.根據(jù)觀測(cè)值類型：碼偽距差分、載波相位差分3.根據(jù)差分改正數(shù)：位置差分（坐標(biāo)差分）、距離差分4.根據(jù)工作原理和差分模型：?jiǎn)位鶞?zhǔn)站差分、多基準(zhǔn)站差分、局域差分、廣域差分 5）差分模式：1.位置差分特點(diǎn)：差分改正計(jì)算的數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單差分?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量少基準(zhǔn)站與流動(dòng)站要求觀測(cè)完全相同的一組衛(wèi)星 2.距離差分特點(diǎn)：差分改正計(jì)算的數(shù)學(xué)模型較復(fù)雜差分?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量較多基準(zhǔn)站與流動(dòng)站不要求觀測(cè)完全相同的一組衛(wèi)星 3.單基準(zhǔn)站局域差分：結(jié)構(gòu)：一個(gè)基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶數(shù)學(xué)模型（差分改正數(shù)

30、的計(jì)算方法）：提供距離改正和距離改正的變率 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)、模型簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)：差分范圍小，精度隨距基準(zhǔn)站距離的增加而下降，可靠性低 4.多基準(zhǔn)站局域差分： 結(jié)構(gòu)：多個(gè)基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶數(shù)學(xué)模型（差分改正數(shù)的計(jì)算方法）:加權(quán)平均、偏導(dǎo)數(shù)法、最小方差法 優(yōu)點(diǎn)：差分精度高、可靠性高，差分范圍增大 缺點(diǎn)：差分范圍仍然有限，模型不完善 5.廣域差分： 結(jié)構(gòu)：多個(gè)基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶 數(shù)學(xué)模型（差分改正數(shù)的計(jì)算方法）：1）對(duì)各項(xiàng)誤差加以分離，建立各自的改正模型 2）用戶根據(jù)自身的位置，對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行改正 優(yōu)點(diǎn)：差分精度高、差分精度與距離無關(guān)、差分范圍大 缺點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、建設(shè)費(fèi)用高五、GPS觀測(cè)值的線

31、性組合觀測(cè)值類型：碼偽距、載波相位 1.同類型同頻率觀測(cè)值的線性組合 主要目的：消除衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差和整周模糊度等未知數(shù) GPS觀測(cè)三要素：測(cè)站、衛(wèi)星、觀測(cè)歷元 相位差分的不同只取決于求差的要素和求差次數(shù)，但與求差順序無關(guān)。 1）一次差分觀測(cè)值SD：1.星際一次差分觀測(cè)值： 由測(cè)站（k）、在歷元（i）、對(duì)不同衛(wèi)星（）的相位差觀測(cè)值求差。 測(cè)站（k）、歷元（i）、N顆衛(wèi)星（），有N-1個(gè)不相關(guān)的一次差分觀測(cè)值。 特點(diǎn)：可以消除或減弱接收機(jī)鐘差可以抵消部分大氣折射影響（電離層、對(duì)流層），但不能完全消除不能減弱衛(wèi)星鐘差的影響2.歷元間一次差分觀測(cè)值： 在測(cè)站（k）、對(duì)某一衛(wèi)星（j）的兩相鄰歷元（

32、）的相位差觀測(cè)值求差。 特點(diǎn)：可以消除初始?xì)v元整周待定值（初始?xì)v元整周模糊度）可以抵消大部分大氣折射影響（電離層、對(duì)流層） ，但不能完全消除可以消除共同的鐘差偏差（衛(wèi)星鐘、接收機(jī)鐘）且鐘速變化影響較小3.站際一次差分觀測(cè)值： 由不同測(cè)站（）、在同一歷元（i）、對(duì)同一衛(wèi)星（j）的相位差觀測(cè)值求差-單差觀測(cè)值。 歷元（i）、衛(wèi)星（j）、測(cè)站（），有個(gè)不相關(guān)的一次差分觀測(cè)值。 特點(diǎn)：可以消除和減弱短基線大氣折射影響（電離層、對(duì)流層）可以消除和減弱衛(wèi)星鐘差、但接收機(jī)鐘差不能有效減弱可以減弱衛(wèi)星軌道誤差的影響2）二次差分觀測(cè)值DD：1.站際、星際二次差分觀測(cè)值： 由同一歷元，不同衛(wèi)星的站際一次差分觀測(cè)值

33、求差-雙差觀測(cè)值。特點(diǎn)：可以減少初始整周模糊度個(gè)數(shù)基本上消除接收機(jī)鐘差影響，可以轉(zhuǎn)化成二次模型表示可以消除或減弱大氣折射影響（電離層、對(duì)流層）主要用于GPS相對(duì)定位2.星際、歷元間二次差分觀測(cè)值： 特點(diǎn)：可以消除初始?xì)v元整周模糊度基本上消除衛(wèi)星、接收機(jī)鐘差影響大大減弱大氣折射影響（電離層、對(duì)流層） ，但不能完全消除可以對(duì)測(cè)站進(jìn)行精密單點(diǎn)定位3.站際、歷元間二次差分觀測(cè)值：由同一衛(wèi)星，不同歷元的站際一次差分觀測(cè)值求差。特點(diǎn)：可以消除初始整周模糊度可以抵消短基線大部分大氣折射影響（電離層、對(duì)流層）可以消除共同的鐘差偏差（衛(wèi)星鐘、接收機(jī)鐘）3）三次差分觀測(cè)值TD：1.星際、站際、歷元間三次差分觀測(cè)值

34、： 由不同歷元，不同衛(wèi)星、不同測(cè)站間二次差分觀測(cè)值求差特點(diǎn)：可以消除整周待定值基本上消除接收機(jī)鐘差影響可以消除或減弱大氣折射影響（電離層、對(duì)流層）相關(guān)性增強(qiáng)，解的穩(wěn)定性差，精度不高數(shù)據(jù)利用率降低，觀測(cè)值大量丟失2.同類型不同頻率觀測(cè)值的線性組合 主要目的：消除電離層延遲，便于確定整周模糊度 兩個(gè)不同頻率的載波(L1、L2)相位觀測(cè)值間線性組合的一般形式： 的特性： 特殊的雙頻載波相位觀測(cè)值線性組合： 1）寬巷組合觀測(cè)值LW（n=1, m=-1）：有利于求解模糊度，但測(cè)量噪聲大 特點(diǎn)：模糊度保持整數(shù)特性；波長較長，模糊度容易確定；測(cè)距精度略低應(yīng)用：在動(dòng)態(tài)定位時(shí)通常用此觀測(cè)值；輔助確定Iono-f

35、ree組合觀測(cè)值的模糊度2）窄巷組合觀測(cè)值LN（n=1, m=1）特點(diǎn)：模糊度保持整數(shù)特性；波長短，模糊度較難確定應(yīng)用：輔助確定Iono-free組合觀測(cè)值的模糊度3）消電離層組合觀測(cè)值LC（） 特點(diǎn)：模糊度不具有整數(shù)特性；電離層折射延遲為0應(yīng)用：長基線解算；電離層活躍期或活躍地區(qū)基線的解算3.載波雙差觀測(cè)值及其觀測(cè)方程 有效消除或減弱GPS測(cè)量的系統(tǒng)誤差方法：對(duì)瞬時(shí)相位觀測(cè)值進(jìn)行線性組合 1）雙差觀測(cè)方程：1.觀測(cè)值數(shù)量和獲取已知點(diǎn)坐標(biāo)方法 1）單基線雙差觀測(cè)值： 雙差觀測(cè)值數(shù)： 基線數(shù)： 2）已知點(diǎn)坐標(biāo)獲?。ɑ恰⒒荆禾峁┓ǎ阂阎稽c(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo)（WGS-84坐標(biāo)） 觀測(cè)法：?jiǎn)吸c(diǎn)定位解算

36、（靜態(tài)觀測(cè)若干小時(shí)） 基星的選擇：高度角高；信號(hào)質(zhì)量好；待機(jī)時(shí)間長 2.待定參數(shù)及系數(shù)（單基線雙差）：1）測(cè)站k2的三維直角坐標(biāo)（X、Y、Z）2）兩接收機(jī)鐘差參數(shù)（t1、t2）3）雙差整周模糊度N （初始整周模糊度線性組合） 3.單基線誤差方程： 其中： t = 3*未知點(diǎn)數(shù)+鐘差數(shù)量+整周模糊度數(shù)量+衛(wèi)星失鎖等增添整周模糊度數(shù)量 雙差觀測(cè)值個(gè)數(shù)： 2）載波相位差分觀測(cè)值隨機(jī)模型：假定瞬時(shí)相位是獨(dú)立的、不相關(guān)的等精度觀測(cè)值 基線單差： 單差數(shù)量：1.基線單差觀測(cè)值協(xié)方差陣： 1）原始觀測(cè)值協(xié)方差陣： 是原始觀測(cè)值的方差 對(duì)于兩顆衛(wèi)星，基線單差觀測(cè)值： 2）基線單差觀測(cè)值協(xié)方差陣： 對(duì)于兩顆衛(wèi)星

37、： 是單差觀測(cè)值的方差 3）多顆衛(wèi)星基線單差觀測(cè)值協(xié)方差陣（i時(shí)刻）： 不同衛(wèi)星 ，按單基線求解的單差觀測(cè)值是相互獨(dú)立且等精度的。 4）多測(cè)站、多顆星單差觀測(cè)值： 多基線單差： 基線單差個(gè)數(shù)： 以兩條基線兩顆衛(wèi)星為例： 同一歷元、同一衛(wèi)星的兩個(gè)基線單差觀測(cè)值之間是相關(guān)的同一歷元、不同衛(wèi)星的兩個(gè)基線單差觀測(cè)值之間是不相關(guān)的 多測(cè)站、多顆星單差觀測(cè)值協(xié)方差陣同上2. 基線雙差觀測(cè)值協(xié)方差陣： 單基線雙差： 雙差個(gè)數(shù)： 對(duì)于4顆衛(wèi)星，基線雙差觀測(cè)值: 雙差觀測(cè)值的方差 多顆星基線雙差觀測(cè)值權(quán)陣： 同一歷元的（nj-1）單基線雙差觀測(cè)值是相關(guān)的。某時(shí)段多顆星基線雙差觀測(cè)值權(quán)陣：同一歷元的（）單基線雙差

38、觀測(cè)值是相關(guān)的，不同歷元的單基線雙差觀測(cè)值是互為獨(dú)立的多測(cè)站、多顆星、多基線雙差觀測(cè)值權(quán)陣： 多基線雙差： 雙差個(gè)數(shù)：六、GPS基線向量解算1.GPS基線解算的內(nèi)涵定義：利用多個(gè)測(cè)站的GPS同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，確定這些測(cè)站之間坐標(biāo)差的過程觀測(cè)值：GPS載波相位觀測(cè)值（原始觀測(cè)值、差分觀測(cè)值、不同頻率的組合觀測(cè)值）GPS偽距觀測(cè)值結(jié)果：基線向量、精度（中誤差）及誤差相關(guān)性信息（協(xié)因數(shù)陣）2.GPS基線向量的表達(dá)方式 1）地心地固坐標(biāo)：笛卡兒坐標(biāo)系 大地坐標(biāo)系2）站心地平坐標(biāo)系：直角坐標(biāo)系 N：北方向；E：東方向；U：垂直方向極坐標(biāo)系 S：距離；A：方位角；H：高度角3.基線向量平差解算方法1）按單基線

39、解算：不論同一測(cè)段上有多少個(gè)接收機(jī)同步觀測(cè)，每次解算都僅取兩個(gè)測(cè)站所有的線性獨(dú)立雙差觀測(cè)值進(jìn)行平差解算。 單基線雙差： 單基線雙差個(gè)數(shù)： 基線數(shù)量：合理做法：應(yīng)用（）條獨(dú)立基線參與平差，以保證參與平差的觀測(cè)值之間線性獨(dú)立。2）聯(lián)合解算：取同一測(cè)段內(nèi)所有非基星相對(duì)于基星的雙差觀測(cè)值解算全部基線，平差解算工作量較大。 多基線雙差： 雙差個(gè)數(shù)：基線數(shù)量：4.基線向量質(zhì)量評(píng)定：1）雙差觀測(cè)值單位權(quán)中誤差：，一般看作內(nèi)符合精度的一項(xiàng)指標(biāo)。2）基線長度中誤差（RMS）：短基線要求ms12cm，一般看作基線可信性的一項(xiàng)指標(biāo)。3）雙差觀測(cè)值整周模糊度的整數(shù)性Ratio: 85%：較好、8085%：一般、數(shù)分鐘

40、 處理方法：利用單差觀測(cè)值通過高階拉格朗日多項(xiàng)式進(jìn)行擬合修復(fù)2）第二類周跳：信號(hào)失鎖兩歷元間隔 處理方法：利用單差觀測(cè)值擬合或雙差觀測(cè)值擬合2.周跳產(chǎn)生原因：1）由于頂空障礙物阻擋，造成衛(wèi)星信號(hào)暫時(shí)中斷；2）由于電離層條件差、多路徑效應(yīng)和衛(wèi)星高度過低等原因，造成衛(wèi)星信號(hào)信噪比過低，導(dǎo)致整周計(jì)數(shù)錯(cuò)誤；3）接收機(jī)軟件發(fā)生故障，導(dǎo)致錯(cuò)誤的信號(hào)處理；4）接收機(jī)在高速動(dòng)態(tài)的環(huán)境下進(jìn)行觀測(cè)，導(dǎo)致接收機(jī)無法正確跟蹤衛(wèi)星信號(hào)；5）衛(wèi)星發(fā)生瞬時(shí)故障，無法產(chǎn)生信號(hào)。 2.周跳的探測(cè)、修復(fù)方法：首先需要進(jìn)行周跳定位，并確定周跳大小周跳探測(cè)：通過構(gòu)造一個(gè)檢驗(yàn)量來判斷周跳修復(fù)：通過對(duì)周跳發(fā)生后的全部相位觀測(cè)量改正一個(gè)固

41、定值來完成 1）屏幕掃描法：人工在屏幕上觀察觀測(cè)值曲線的變化是否連續(xù)2）高次差法：接收機(jī)鐘差影響此方法的有效性，通過星際、歷元間求差消除鐘差、大氣延遲的影響3）三差觀測(cè)值探測(cè)法：通過載波觀測(cè)值差分（單差、雙差、三差），消除整周模糊度，但觀測(cè)值數(shù)量明顯減少。4）多項(xiàng)式擬合法：根據(jù)n個(gè)相位測(cè)量觀測(cè)值擬合一個(gè)n階多項(xiàng)式，據(jù)此多項(xiàng)式來預(yù)估下一個(gè)觀測(cè)值并與實(shí)測(cè)值比較，從而來發(fā)現(xiàn)周跳并修正整周計(jì)數(shù)。5）雙頻P碼偽距觀測(cè)值法：利用寬巷組合6）殘差法：根據(jù)平差后的殘差，進(jìn)行周跳的探測(cè)與修復(fù)二、整周模糊度確定方法基本解算方法：經(jīng)典靜態(tài)相對(duì)定位法：雙差固定解、雙差浮點(diǎn)解實(shí)時(shí)解算模糊度方法： AROTF技術(shù)：1）確

42、定搜索區(qū)域：坐標(biāo)搜索法、模糊度搜索法2）可采用的方法：模糊度函數(shù)法、最小二乘模糊度搜索法 FARA法、快速模糊度搜索濾波法、LAMBDA法三、GPS高程測(cè)量GPS高程測(cè)量主要包括：1）精化大地水準(zhǔn)面：綜合利用水準(zhǔn)測(cè)量和重力測(cè)量、數(shù)字地面模型資料，確定大地水準(zhǔn) 面高程。2）擬合大地水準(zhǔn)面：綜合利用幾何水準(zhǔn)測(cè)量資料，擬合地面點(diǎn)的高程 1.常用的高程系統(tǒng)：大地高系統(tǒng)H：以參考橢球面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng) 利用GPS定位技術(shù)，可以直接測(cè)定地面點(diǎn)在WGS-84坐標(biāo)中的大地高 正高系統(tǒng)Hg：以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng) 正常高系統(tǒng)Hr：以似大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng) 2.確定大地水準(zhǔn)面的傳統(tǒng)方法：1）天文

43、大地水準(zhǔn)法：應(yīng)用天文大地測(cè)量資料來確定似大地水準(zhǔn)面高程的方法2）天文重力水準(zhǔn)法：綜合應(yīng)用天文大地測(cè)量資料和重力測(cè)量資料來確定似大地水準(zhǔn)面高程的方法 我國采用天文重力測(cè)量方法建立了全國范圍內(nèi)的高程異常值3）重力場(chǎng)模型法：綜合利用衛(wèi)星觀測(cè)資料和重力測(cè)量資料，以球諧級(jí)數(shù)建立地球重力場(chǎng)模型和高程異常模型的方法。4）司托克斯重力大地水準(zhǔn)面模型法：利用地面重力測(cè)量資料來推算大地水準(zhǔn)面高程的實(shí)用方法。 3.GPS高程擬合方法： 1）二次曲面擬合法：利用二次曲面逼近小區(qū)域的（似）大地水準(zhǔn)面進(jìn)行擬合。2）多重二次曲面擬合法：利用多重二次曲面逼近任何光滑的數(shù)學(xué)曲面或非數(shù)學(xué)定義的任意曲面進(jìn)行擬合。3）薄板小撓度變形

44、模型擬合法：參照力學(xué)中數(shù)值計(jì)算的加權(quán)殘差法，利用自組織原理選取薄板受離散負(fù)載時(shí)的小撓度變形模型進(jìn)行擬合。4.常用的GPS高程擬合方法1）二次曲面擬合（n6）：二次多項(xiàng)式：2）平面擬合（n=3）：一次多項(xiàng)式：3）平移擬合（n3）：零次多項(xiàng)式：（用于平坦地區(qū)、小區(qū)域范圍）第七章 GPS控制網(wǎng)建立與應(yīng)用一、GPS控制網(wǎng)分類 1.GPS控制網(wǎng)：應(yīng)用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)建立的控制網(wǎng)2.根據(jù)用途劃分：框架基準(zhǔn)網(wǎng)、大地控制網(wǎng)、工程控制網(wǎng)、測(cè)圖控制網(wǎng)、連續(xù)運(yùn)行的參考站網(wǎng)二、GPS控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)1. GPS網(wǎng)設(shè)計(jì)的目的：1）質(zhì)量的要求：保證成果質(zhì)量、便與質(zhì)量控制2）應(yīng)用的要求：利于成果的應(yīng)用3）觀測(cè)的要求：保證觀

45、測(cè)質(zhì)量、保證觀測(cè)效率、便于觀測(cè)施工2.GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)一般原則： 1）充分考慮建立GPS控制網(wǎng)的應(yīng)用范圍2）采用分級(jí)布網(wǎng)的建設(shè)方案3）確定GPS測(cè)量精度標(biāo)準(zhǔn)4）GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)：位置基準(zhǔn)、方位基準(zhǔn)、尺度基準(zhǔn)5）GPS高程基準(zhǔn)6）確定選點(diǎn)原則位置基準(zhǔn)：與測(cè)區(qū)的坐標(biāo)系統(tǒng)一致，通常由給定的起算點(diǎn)坐標(biāo)確定方位基準(zhǔn)：通過給定的起算方位角確定，或直接選用GPS基線向量的方位角尺度基準(zhǔn)：由地面電磁波測(cè)距邊確定，或由給定的起算點(diǎn)坐標(biāo)確定，或直接選用GPS基線向量的距離3.GPS網(wǎng)設(shè)計(jì)內(nèi)容：1）基準(zhǔn)設(shè)計(jì)：起算條件、數(shù)量級(jí)分布2）網(wǎng)形設(shè)計(jì)：同步觀測(cè)圖形的設(shè)置3）觀測(cè)設(shè)計(jì)：儀器要求、觀測(cè)要求（觀測(cè)時(shí)間及時(shí)段長度、觀測(cè)參數(shù)設(shè)置等）4）處理設(shè)計(jì)：數(shù)據(jù)處理方法4.GPS網(wǎng)設(shè)計(jì)方法：依據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)（定量分析）、依據(jù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（定性分析）5.GPS網(wǎng)的