GPS期末復(fù)習(xí)重點提綱解析

1、GPS的來由全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System, 簡稱GPS），是在子午衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(NNSS)基礎(chǔ)上建立起來的新一代導(dǎo)航衛(wèi)星定位系統(tǒng)衛(wèi)星的這種布局保障了在地球上任何時刻、任何地點均至少可以同時觀測到4顆衛(wèi)星，我校B=32º9´N，L=118º2´E衛(wèi)星鐘標(biāo)準(zhǔn)頻率F0 10.23MZ 無論何種類型的GPS接收機(jī)它都由GPS接收機(jī)天線單元、GPS接收機(jī)主機(jī)單元和電源三部分組成GPS的建成和應(yīng)用，給導(dǎo)航和定位技術(shù)帶來了一場革命性的變化v導(dǎo)航實時導(dǎo)航精度110m可用于海上（海船、艦艇）、空中（飛機(jī)、導(dǎo)彈）、陸上（各種汽車與GIS、

2、DR聯(lián)合導(dǎo)航）“GPS的投入是戰(zhàn)爭效益的倍增器”“三S”的聯(lián)合使用威力巨大v授時利用GPS進(jìn)行高精度的授時和守時（天文臺站、無線電數(shù)據(jù)通訊等領(lǐng)域）用戶能獲得10ns的時鐘改正數(shù)（相對于GPS時間），相對于UTC可達(dá)0.11us(10-610-7)v定位在測繪領(lǐng)域，幾乎取代常規(guī)大地測量工程測量上，已經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用在航測、土地調(diào)查、勘界等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用GPS在交通工程中主要應(yīng)用§用GPS靜態(tài)測量模式建立各種工程控制網(wǎng)：公路勘測橋梁隧道航道工程等§用差分GPS（RTD模式）進(jìn)行水深測量的平面定位：§用差分GPS（RTK模式）進(jìn)行公路勘測中線實時放樣§與D

3、RMMGIS相結(jié)合對各種交通工具（汽車船只等）的進(jìn)行導(dǎo)航服務(wù)GPS并不是萬能的,它還存在以下不足之處:1、導(dǎo)航的可靠性不足：95%可靠性設(shè)計,因而只能作為民用飛機(jī)導(dǎo)航輔助手段2、RTK的應(yīng)用還有待進(jìn)一步完善：如數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴㈦娕_的作用距離限制等3、高程精度有待進(jìn)一步完善4、不能用于水下及井下等領(lǐng)域GPS以外的導(dǎo)航定位系統(tǒng)簡介我國北斗系統(tǒng)的發(fā)展分為三步:試驗系統(tǒng)、擴(kuò)展的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)和全球?qū)Ш较到y(tǒng)。北斗試驗驗證系統(tǒng)具有如下特點:一是首次定位速度快。北斗試驗系統(tǒng)的用戶定位、電文通信和位置報告可在幾秒內(nèi)完成,而GPS首次定位一般需要13 min。二是集定位、授時和報文通信（120漢字）為一體。GP

4、S和GLONASS系統(tǒng)只解決了用戶在何時、在何地的授時和定位問題,北斗試驗系統(tǒng)是世界上首個集定位、授時和報文通信為一體的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),解決了“何人、何時、何處”的相關(guān)問題,實現(xiàn)了位置報告、態(tài)勢共享。三是授時精度高。GPS的精密定位服務(wù)(PPS)授時精度為200 ns,北斗驗證系統(tǒng)的單向授時精度達(dá)100 ns,雙向定時精度達(dá)到20 ns,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于GPS的授時精度。四是可實現(xiàn)分類保障。即可劃分使用等級范圍,授權(quán)用戶與公開用戶分開,公開用戶也可隨時進(jìn)行定位保障等級的調(diào)整、優(yōu)先權(quán)調(diào)配和能力集成。由于北斗-1系統(tǒng)具有GPS等系統(tǒng)不能比擬的短信報文通信功能優(yōu)勢,因此目前的典型民事應(yīng)用主要集中于數(shù)據(jù)采集、監(jiān)

5、測類應(yīng)用和監(jiān)控、指揮調(diào)度類應(yīng)用,充分發(fā)揮了“北斗”系統(tǒng)的通信優(yōu)勢。n由于北斗-1系統(tǒng)在2008年汶川抗震救災(zāi)中發(fā)揮了顯著的作用, 因此該系統(tǒng)在災(zāi)害應(yīng)急救援方面的應(yīng)用獲得了各方重視,預(yù)計應(yīng)用裝備將會大幅增加。n目前,北斗-1系統(tǒng)的主要用戶是涉及國家安全和經(jīng)濟(jì)安全的政府部門、軍方和行業(yè)用戶,由于終端價格的競爭劣勢等原因,尚未能進(jìn)入大眾化的民用商業(yè)領(lǐng)域。n北斗-1系統(tǒng)在民用領(lǐng)域的定位導(dǎo)航應(yīng)用較少,其主要原因是系統(tǒng)采用有源定位體制,導(dǎo)致終端價格較高,定位精度與GPS相比處于劣勢?？偨Y(jié)：與GPS系統(tǒng)不同，所有用戶終端位置的計算都是在地面控制中心站完成。因此，控制中心可以保留全部北斗終端用戶機(jī)的位置及時間

6、信息。同時，地面控制中心站還負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的監(jiān)控管理。Ø與GPS、GLONASS、Galileo等國外的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比，BD1有自己的優(yōu)點。如投資少，組建快；具有通信功能；捕獲信號快等。但也存在著明顯的不足和差距，如用戶隱蔽性差；無測高和測速功能；用戶數(shù)量受限制；用戶的設(shè)備體積大、重量重、能耗大等。北斗二代2012 年12 月27 日正式開始運(yùn)行. 目前在軌衛(wèi)星14顆。最終北斗全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)由35顆衛(wèi)星組成（5顆靜止衛(wèi)星和30顆非靜止衛(wèi)星）。系統(tǒng)由5顆位于地球赤道上空（36000km）靜止軌道(Geostationary Orbit, GEO)衛(wèi)星,分別位于58.75°E

7、，80°E，110.5°E，140°E和160°E為了滿足高緯度地區(qū)進(jìn)行信號增強(qiáng)工作的需求，增設(shè)了3顆IGSO（Inclined Geosynchronous Orbit, IGSO）軌道衛(wèi)星。IGSO衛(wèi)星高度和靜止軌道衛(wèi)星相同，但是傾角不為0，IGSO軌道衛(wèi)星克服了GEO衛(wèi)星在高緯度地區(qū)仰角過低的問題，可以對高緯度地區(qū)進(jìn)行有效的信號增強(qiáng)。3顆IGSO衛(wèi)星軌道最北到北緯55°，可對我國領(lǐng)土范圍內(nèi)進(jìn)行有效的精度增強(qiáng)。GEO、IGSO除參加定位觀測外，還可用于發(fā)射北斗二代、GPS、“伽利略”廣域差分信息和完好性信息,差分定位精度可達(dá)1m。系統(tǒng)基本定

8、位是由27顆MEO(Medium Earth Orbit, MEO)衛(wèi)星完成的，通過三個55°傾角的軌道平面?zhèn)€部署9顆衛(wèi)星，軌道高度21550km.我國已向國際電信聯(lián)盟(ITU)申報,北斗導(dǎo)航系統(tǒng)將發(fā)射4個頻率的信號:1 561 MHz、1 589 MHz、1 268 MHz及1 207 MHz (E5b北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(也稱北斗2 代1 期)于2012 年12 月27 日正式開始運(yùn)行, 系統(tǒng)由14 顆衛(wèi)星組成, 包括5 顆地球靜止軌道衛(wèi)星、5 顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和4 顆中圓地球軌道衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of things）的定義是：通過射頻識別（RFID）、

9、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的概念是在1999年提出的。物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通訊。2.1 坐標(biāo)系統(tǒng)v在衛(wèi)星定位中，需要研究建立衛(wèi)星在其軌道上運(yùn)動的坐標(biāo)系，并尋求衛(wèi)星運(yùn)動的坐標(biāo)系與地面點所在坐標(biāo)系之間的關(guān)系，實現(xiàn)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換。v完全定義一個坐標(biāo)系必須明確：（1）坐標(biāo)原點的位置；（2）三個坐標(biāo)

10、軸的指向；（3）長度單位。v坐標(biāo)系的表示形式有：空間直角坐標(biāo)系、球面坐標(biāo)系、大地坐標(biāo)系。采用空間直角坐標(biāo)系便于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。它可以通過平移和旋轉(zhuǎn)從一個坐標(biāo)系方便地轉(zhuǎn)換至另一坐標(biāo)系。v不管采用什么形式，在一個坐標(biāo)系中都要滿足一一對應(yīng)的關(guān)系，即一組具體的參數(shù)值（坐標(biāo)值）只表示唯一的空間點位，一個空間點位也對應(yīng)唯一的一組參數(shù)值（坐標(biāo)值）。v衛(wèi)星定位中常采用空間直角坐標(biāo)系及其相應(yīng)的大地坐標(biāo)系，一般取地球質(zhì)心為坐標(biāo)系的原點。根據(jù)坐標(biāo)軸指向的不同，有兩類坐標(biāo)，天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系。地球坐標(biāo)系隨同地球自轉(zhuǎn)，可看作固定在地球上的坐標(biāo)系，便于描述地面觀測站的空間位置；天球坐標(biāo)系與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)，便于描述人造地球衛(wèi)星

11、的位置。一、天球及天球坐標(biāo)系Ø天球是以地球質(zhì)心為球心，以無窮大為半徑的一個假想球體。Ø地球自轉(zhuǎn)軸的延長線稱為天軸Ø天軸與天球的兩個交點稱為天極，即北天極和南天極。Ø通過地球質(zhì)心且與天軸垂直的平面稱為天球的赤道面。Ø地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道面與天球相交的大圓稱為黃道；Ø黃道與天球赤道有兩個交點，其中太陽的視位置由南向北通過赤道的交點稱為春分點。另外一點則稱為秋分點。天球坐標(biāo)系是以地心O為坐標(biāo)原點的，Z軸指向北天極，X軸指向春分點，Y軸垂直XOZ軸并構(gòu)成右手坐標(biāo)系。球面坐標(biāo)系原點與空間直角坐標(biāo)系原點重合；以原點O至空間點P的距離r作為第一參數(shù)

12、；以O(shè)P與OZ軸的夾角q（取小于p的值）作為第二參數(shù)（在實際工作中常以d=90°-q代替q作為第二參數(shù)）。第三參數(shù)a為ZOX平面與ZOP平面的夾角，自ZOX平面起算右旋為正。描述地面觀測站的位置，需采用固聯(lián)在地球上、隨同地球自轉(zhuǎn)的地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系以地球質(zhì)心為坐標(biāo)原點；大地坐標(biāo)系是通過一個輔助面（參考橢球面）定義的第一個參數(shù)大地緯度B為過空間點P的橢球面法線與XOY平面的夾角，自XOY面向OZ軸方向量取為正。第二個參數(shù)大地經(jīng)度L為ZOX平面與ZOP平面的夾角，自ZOX平面起算右旋為正。第三個參數(shù)大地高程H為過P點的橢球面法線自橢球面至P點的距離，以遠(yuǎn)離橢球面中心方向為正。 建立以P

13、1為原點的站心左手地平直角坐標(biāo)系P1-xyz：以P1點的法線為z軸（指向天頂為正），以子午線方向為x軸（向北為正），y軸與x、z垂直（向東為正）。此坐標(biāo)系也稱東北天坐標(biāo)系。衛(wèi)星測量是利用空中衛(wèi)星的位置確定地面觀測點的位置。兩種坐標(biāo)系的差別可表達(dá)為： WGS-84坐標(biāo)屬于地球坐標(biāo)系GPS測得WGS-84坐標(biāo)Û工程實踐上使用的參心坐標(biāo)或地方獨(dú)立坐標(biāo)（參考PPT）理論上，任何一個周期運(yùn)動，只要它的運(yùn)動是連續(xù)的，其周期是恒定的，并且是可觀測和用實驗復(fù)現(xiàn)的，都可以作為時間尺度（單位）用以測量時間的周期性運(yùn)動有三類:Ø轉(zhuǎn)動體的自由旋轉(zhuǎn)。如地球的自轉(zhuǎn)世界時系統(tǒng)Ø開普勒運(yùn)動。如地

14、球繞太陽公轉(zhuǎn)歷書時系統(tǒng)（也稱力學(xué)時系統(tǒng)）Ø諧波振蕩。如原子鐘的振蕩原子時系統(tǒng)GPS對時間的要求既要穩(wěn)定又要連續(xù)。GPS時間系統(tǒng)的起算原點定義在1980年1月6日UTC0時。啟動后不跳秒，保持時間的連續(xù)。無攝運(yùn)動：只考慮地球質(zhì)心引力作用的衛(wèi)星運(yùn)動。在研究衛(wèi)星的無攝運(yùn)動中，將地球和衛(wèi)星看作兩個質(zhì)點，也稱為二體問題。二體問題下的衛(wèi)星運(yùn)動雖然是一種近似描述，但能得到衛(wèi)星運(yùn)動的嚴(yán)密分析解，從而可以在此基礎(chǔ)上再加上攝動力來推求衛(wèi)星受攝運(yùn)動的軌道。衛(wèi)星的無攝運(yùn)動，一般可通過參數(shù)（a 、e、M0、i、w）來描述，這組參數(shù)稱為開普勒軌道參數(shù)，或稱軌道根數(shù)。3.1.1 GPS的信號組成vGPS衛(wèi)星向廣大

15、用戶發(fā)送的導(dǎo)航電文是一種不歸零二進(jìn)制碼所組成的編碼脈沖。習(xí)慣上也稱之為數(shù)據(jù)碼或D碼vD碼的碼率fd=50 Hz，對于2萬公里且電能緊張的GPS衛(wèi)星，如何發(fā)送給用戶？（系統(tǒng)關(guān)鍵）有效辦法：二級調(diào)制§第一級.制：將0Hz的D碼調(diào)制在兩個偽隨機(jī)噪聲碼上，形成所謂的組合碼D(t)P(t) 組合頻率10.23MzD(t)G(t) 組合頻率1.023Mz目的：將D碼信號的頻帶從50Hz擴(kuò)展到10.23Mz（或1.023Mz），使信號深埋在噪聲中，既節(jié)省了電能，又增強(qiáng)了信號杭干擾能力，實現(xiàn)保密傳送。§第二級.制：將一級調(diào)制后組合碼進(jìn)一步調(diào)制在兩個L波段的載波上，形成兩個調(diào)制波GPS信號組

16、成如下： L1調(diào)制波：L1載波、P碼、C/A碼、D碼L2調(diào)制波：L2載波、P碼、D碼GPS的C/A碼和P碼，都是由最長線性移位寄存器碼序列（簡稱m序列）產(chǎn)生的復(fù)合碼。圖是一個4級反饋移位寄存器。根據(jù)m序列的統(tǒng)計特性，二元自相關(guān)函數(shù)可寫為: m序列的互相關(guān)函數(shù)是一個比較復(fù)雜的問題經(jīng)計算、研究得出了以下一個重要規(guī)律。若一個r級m序列，r£16，且r¹4i(i=1,2,)，則存在一組Mr個m序列。在該組內(nèi)，各m序列的兩兩互相關(guān)函數(shù)為三值相關(guān)函數(shù)，其值為。t(r)為移位寄存器級數(shù)r的函數(shù)，下表給出了r為510的t(r)/Lp之值。這一組內(nèi)m序列的互相關(guān)函數(shù)的絕對值較其他m序列間互相

17、關(guān)函數(shù)絕對值的要小很多。這表明，此組內(nèi)的m序列具有良好的互相關(guān)特性。若用此組內(nèi)的各m序列作為各衛(wèi)星的偽隨機(jī)碼，則不同衛(wèi)星的信號就不會造成嚴(yán)重干擾，且解決了目標(biāo)識別問題。這就是碼分多址技術(shù)。這樣的組內(nèi)m序列的個數(shù)Mr很少，不能直接滿足碼分多址系統(tǒng)的要求。然而，其互相關(guān)函數(shù)值小這一良好特性，卻為今后構(gòu)成足夠多的哥爾德碼族提供了基礎(chǔ)。截短碼是將碼長的碼，截去一段DLp，而構(gòu)成碼長為的截短碼。產(chǎn)生截短碼的方法是：在移位寄存器反饋線路中加入一個“狀態(tài)檢測器”，使碼長為Lp 的移位寄存器在“狀態(tài)檢測器”的控制下，經(jīng)過個狀態(tài)后，發(fā)生一次跳躍，跳過后面（Lp- ）個狀態(tài)而回到初始狀態(tài)，從而得到一碼長為的截短碼

18、。由兩個或兩個以上的短碼構(gòu)成的一個長碼，稱為復(fù)合碼。復(fù)合碼不僅增大了碼長， 更重要的是大大改善了自相關(guān)函數(shù)的特性，從而縮短了尋找最大自相關(guān)值的過程。這是構(gòu)成復(fù)合碼的真正意義。GPS衛(wèi)星發(fā)播兩種偽隨機(jī)測距碼： 一是精密測距碼p碼，由兩個碼長互素的m碼組成模2和復(fù)合碼； 另一個是粗捕獲碼C/A碼，由兩個具有良好互相關(guān)特性的同族m碼序列構(gòu)成的哥爾德碼（Gold Code）族。GPS的精碼P碼，P碼是由兩個碼長互素的子碼X1與X2組成的模2和復(fù)合碼，兩個子碼X1與X2均是由24級移位寄存器產(chǎn)生的截短碼。當(dāng)各衛(wèi)星信號到達(dá)接收機(jī)時，接收機(jī)產(chǎn)生的本地P碼與衛(wèi)星信號P碼進(jìn)行局部自相關(guān)檢測。GPS的C/A碼是由

19、兩個10級移位寄存器產(chǎn)生的m序列G1和G2，經(jīng)模2和產(chǎn)生的復(fù)碼。GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文(又叫數(shù)據(jù)碼D碼)主要內(nèi)容包括：衛(wèi)星星歷、時鐘改正、電離層時延改正、工作狀態(tài)信息以及由C/A碼捕獲P碼的信息。Ø開普勒六參數(shù)、軌道攝動九參數(shù)、時間二參數(shù)toe和AODE（星歷的有效齡期）根據(jù)廣播星歷計算衛(wèi)星在WGS84坐標(biāo)系中的瞬時坐標(biāo)的總體思路是：v首先按“二體問題”計算觀測時刻的軌道參數(shù)；v然后，根據(jù)導(dǎo)航電文給出的軌道攝動參數(shù)，計算攝動修正后的軌道參數(shù)；v繼而計算衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系中的瞬時坐標(biāo)；最后，顧及地球自轉(zhuǎn)的影響（忽略章動、歲差和極移等影響），將軌道平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換到WGS84

20、坐標(biāo)系中觀測時刻的升交點N的大地經(jīng)度等于該時刻升交點赤經(jīng)W與格林尼治恒星時GAST之差，特別需要注意的是:既不是參考時刻升交點的赤經(jīng)，也不是準(zhǔn)確的經(jīng)度，故稱為準(zhǔn)經(jīng)度。信號通道是接收機(jī)的核心部分，GPS信號通道是硬軟件結(jié)合的電路。微處理器是GPS接收機(jī)工作的靈魂，GPS接收機(jī)工作都是在微機(jī)指令統(tǒng)一協(xié)同下進(jìn)行的。綜上所述，接收機(jī)的主要任務(wù)是：v當(dāng)GPS衛(wèi)星在用戶視界升起時，接收機(jī)能夠捕捉到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并能跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行；v對所接收到的GPS信號，具有變換、放大和處理的功能，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實時地計算出測

21、站的三維位置、三維速度和時間。GPS接收機(jī)不僅需要功能較強(qiáng)的機(jī)內(nèi)軟件，而且需要一個多功能的GPS數(shù)據(jù)測后處理軟件包。接收機(jī)加處理軟件包，才是完整的GPS用戶設(shè)備。偽距的概念通過測量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達(dá)用戶接收機(jī)的傳播時間，從而求算出接收機(jī)到衛(wèi)星的距離。由于存在衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘的誤差以及信號在傳播過程中經(jīng)過電離層和對流層的延遲，此距離并不代表衛(wèi)星與接收機(jī)的幾何距離，與其存在一定偏差，因此稱以上距離為偽距，它是偽距定位法的觀測量。偽距定位的基本模型: 可見,定位精度主要取決于兩個因素:一是觀測值的精度(它由觀測中各項誤差所決定)二是觀測衛(wèi)星的幾何精度因子(因為權(quán)逆陣QXX由A決定,A又由

22、觀測矢量的方向余弦所決定,方向余弦則由測站和觀測衛(wèi)星所組成的圖形精度因子所決定)幾何精度因子就是接收衛(wèi)星的幾何形狀對定位精度影響的大小程度。在相同的觀測精度下，幾何精度因子越小定位精度越高，反之越低。因此在GPS觀測時，應(yīng)對幾何精度因子加以限制。在實際作業(yè)中常對GDOP加以限制(4至8以內(nèi))，以選擇合理的衛(wèi)星分布與觀測時段。但是由于載波信號是一種周期性的正弦波，而相位測量只能測量出不足一周的小數(shù)部分，因此在相位測量中存在整周數(shù)的確定問題，也就是整周模糊度的精確求解問題。如何正確快速求解整周模糊度問題是相位測量定位的關(guān)鍵，由于衛(wèi)星與地球間的相對運(yùn)動，接收到的衛(wèi)星信號的頻率因多普勒頻移而發(fā)生變化，

23、與基準(zhǔn)信號頻率不同。將接收到的衛(wèi)星信號與本機(jī)產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號混頻，得到差頻的中頻信號，其相位值即為兩個信號間的相位差。因此通過測定該中頻信號的相位便可獲得所需的相位差。實際上，任一歷元的相位觀測值為是初始?xì)v元的整周待定值，也稱之為初始整周模糊度。它等于初始時刻隨機(jī)給定的整周值與其理論整周數(shù)的差載波相位定位法不能進(jìn)行實時絕對定位由于各種誤差的影響掩蓋了整周模糊度的整數(shù)特性，確定整周模糊度變得十分復(fù)雜。另外觀測過程中不可避免的存在周跳現(xiàn)象,其處理也十分復(fù)雜。因此一般情況下不用絕對定位方法，而采用相對定位法。一次差站際、星際、歷元間一次差，能消除或削弱哪些誤差？v二次差站際星際二次差又能消除或削弱哪些

24、誤差？站際星際間的雙差觀測值可以消除星鐘誤差和站鐘誤差的影響，大大削弱電離層和對流層的折射影響，大多數(shù)GPS基線向量處理軟件包中均選用此模型。兩次差消除了星鐘及站鐘誤差，大大削弱了電離層、對流層的誤差影響若兩測站同步觀測的衛(wèi)星數(shù)為n個，取高度角最高的衛(wèi)星為參考衛(wèi)星。則每一歷元可組成n-1個獨(dú)立的雙差觀測值， 若觀測m個歷元（連續(xù)觀測且無周跳），共可形成的雙差觀測值方程數(shù)為：m(n-1) 其中未知參數(shù)為3+n-1=n+2 多余觀測數(shù)為：m(n-1)-(n+2) 由于GPS整周模糊度解算的重要意義，關(guān)于這方面的研究一直都是GPS領(lǐng)域中的熱點之一定位解分為兩種情況：（1）整數(shù)解（固定解）：根據(jù)整周模

25、糊度的整數(shù)特性，通過一定的處理技術(shù)正確確定出某整數(shù)解，然后代入原方程，重新求解坐標(biāo)未知參數(shù). （2） 實數(shù)解（浮動解）：這種情況不考慮整周模糊度解的整數(shù)性，通過平差計算出來的解即為定位解，由于這時XN為實數(shù)，對應(yīng)解Xc稱為實數(shù)解或浮動解.快速模糊度解法FARA（Fast Ambiguity Resolution Appproach）是1990年由E.Frei及G.Beutler提出的，從而實現(xiàn)了快速靜態(tài)定位法，它與通常的靜態(tài)定位方法相比，觀測時間大大縮短，僅需幾分鐘，但其定位精度對于10km以下的短基線與靜態(tài)定位精度大致相當(dāng)。俫卡公司率先在Wild200接收機(jī)的SKI基線解算軟件中采用了FAR

26、A技術(shù)。與常規(guī)法不同，F(xiàn)ARA法不但利用了浮點雙差解的模糊度的中誤差，而且充分考慮了模糊解向量的協(xié)方差，對于所有可能組合的整數(shù)解向量中任兩個整數(shù)之差，也利用協(xié)方差陣所提供的信息進(jìn)行統(tǒng)計檢驗。若差值檢驗不能通過，則可剔除包含這兩個整數(shù)的模糊度解向量，從而大大減小需探索的整數(shù)模糊度解向量的個數(shù)。與常規(guī)法不同，F(xiàn)ARA法不但利用了浮點雙差解的模糊度的中誤差，而且充分考慮了模糊解向量的協(xié)方差，對于所有可能組合的整數(shù)解向量中任兩個整數(shù)之差，也利用協(xié)方差陣所提供的信息進(jìn)行統(tǒng)計檢驗。若差值檢驗不能通過，則可剔除包含這兩個整數(shù)的模糊度解向量，從而大大減小需探索的整數(shù)模糊度解向量的個數(shù)。在觀測時間段比較短的情況

27、下，模糊度參數(shù)的實數(shù)解的精度低，且相關(guān)性很強(qiáng)。實踐表明，這是造成模糊度解算困難的主要原因。整數(shù)變換(Z變換)的思想是在進(jìn)行模糊度搜索之前，將模糊度參數(shù)通過整數(shù)變換矩陣變換成一組相關(guān)度較小的(非對角元素小于0.5)、具有利于搜索的參數(shù)，對新參數(shù)進(jìn)行搜索，得到滿足驗后單位權(quán)方差或殘差平方和最小的條件的一組整數(shù)組合作為它的整數(shù)解。進(jìn)行逆的整數(shù)變換從而得到原始的模糊度參數(shù)的整數(shù)解。OTF的基本思想是根據(jù)GPS接收機(jī)在運(yùn)動過程中，短時間(2至3分鐘)接收到的衛(wèi)星載波信號觀測值，結(jié)合參考站的同步觀測值，利用快速解算整周模糊度法，確定初始整周未知數(shù)。在為初始化所進(jìn)行的短時間觀測過程中，載體的瞬時位置，是根據(jù)

28、隨后確定的整周未知數(shù)，利用逆向求解的方法來確定的。該法的優(yōu)點是在載體運(yùn)動過程中，衛(wèi)星一旦失鎖，運(yùn)動體不再需要停下來，重新進(jìn)行初始化工作.因此要動態(tài)確定整周未知數(shù)，所必須觀測的歷元數(shù)與觀測的衛(wèi)星數(shù)有關(guān)。從理論上講為得到確定的解同步跟蹤的衛(wèi)星數(shù)至多為5，而觀測的歷元數(shù)不得少于4。位置差分原理方法的優(yōu)點是計算簡單，適用于各種型號的GPS接收機(jī)。但是，該方法要求基準(zhǔn)站與用戶站必須觀測同一組衛(wèi)星，這在近距離可以做到，但距離較長時很難滿足。偽距差分利用改正后的偽距就可按第四章的偽距觀測方程計算出用戶站的坐標(biāo)。精度達(dá)2至5米偽距差分能將兩站間的公共誤差抵消，但隨著基準(zhǔn)站與用戶站之間距離的增加，系統(tǒng)誤差將會明

29、顯增加，且這種誤差采用任何差分方法都不能予以消除。因此，基準(zhǔn)站與用戶站之間的距離對偽距差分的精度有決定性影響。如何盡量減少這種誤差？廣域差分由于載波相位測量的精度比碼相位測量的精度高2個數(shù)量級，所以，若能在GPS偽距定位中充分顧及載頻相位測量時多普勒計數(shù)能準(zhǔn)確地反映偽距變化這一輔助信息，則可以獲得比單獨(dú)采用偽距測量更高的精度（優(yōu)于1米）。這一思路稱為相位平滑偽距測量。（RTD） 就廣播星歷（20m）而言，能保證12ppm的相對定位精度， 即對應(yīng)于10km的基線，其精度為1020mm，廣播星歷能滿足工程測量的精度要求電離層折射率與單位面積中的電子密度成正比、與頻率的平方成反比對于單頻接收機(jī)，一般

30、采用導(dǎo)航電文提供的電離層改正模型加以改正。幾何精度因子就是接收衛(wèi)星的幾何形狀對定位精度影響的大小程度。在相同的觀測精度下，幾何精度因子越小定位精度越高，反之越低。因此在GPS觀測時，應(yīng)對幾何精度因子加以限制。在實際作業(yè)中常對GDOP加以限制(4至8以內(nèi))，以選擇合理的衛(wèi)星分布與觀測時段。GPS控制網(wǎng)的分類：一類是全球或全國性的高精度GPS網(wǎng)，相鄰點的距離在數(shù)千公里至上萬公里（AA級和A級控制網(wǎng)），主要為全球高精度坐標(biāo)框架或全國高精度坐標(biāo)框架而建立，并為全球性地球動力學(xué)和空間科學(xué)方面的科學(xué)研究工作服務(wù)（或用以研究地區(qū)性的板塊運(yùn)動或地殼形變規(guī)律等問題）。另一類是區(qū)域性的GPS網(wǎng)，包括城市GPS網(wǎng)，

31、GPS工程網(wǎng)等，這類網(wǎng)相鄰點間的距離從幾百米至幾十公里（B、C、D、E級），其主要任務(wù)是直接為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。對于平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：至少需要2個平面重合點（或相當(dāng)于2個重合點的已知參數(shù)）前提條件；重合點可靠高程重合點可靠且在測區(qū)內(nèi)均勻分布，并要有一定的點用于檢核。為此，到測區(qū)內(nèi)的第一項工作就是收集已知點的資料，并正確合理的使用網(wǎng)形設(shè)計的好壞直接關(guān)系到建網(wǎng)的費(fèi)用與網(wǎng)的成果精度（效率與精度）。同步環(huán)閉合差的大小只能說明GPS基線向量的解算是否合格，而不能說明GPS基線向量的精度高低，也不能發(fā)現(xiàn)接收的信號是否受到干擾而含有粗差。獨(dú)立觀測環(huán)（異步環(huán)）：由非同步觀測獲得的獨(dú)立基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)，簡稱獨(dú)立環(huán)或異步環(huán)。不同時段獨(dú)立基線連在一起即構(gòu)成GPS網(wǎng)。構(gòu)成一些獨(dú)立環(huán)或附合路線，從而形成一些幾何檢核條件。如構(gòu)成三角形網(wǎng)、多邊形網(wǎng)或附合路線網(wǎng)。確保GPS成果的精度與可靠性，有效發(fā)現(xiàn)粗差。也最能反映外業(yè)觀測的精度選點時應(yīng)注意以下幾點：（1）周圍便于安置接收設(shè)備和操作，視野開闊，視場內(nèi)障礙物的高度角不宜超過15°；（2）遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源（如電視臺