全球定位系統(tǒng) 恢復(fù)

全球定位系統(tǒng)引言定位系統(tǒng)水太深，而我們只有一節(jié)課的時(shí)間，注定我只能在岸邊走走；雖然這是大四，雖然這是選修課，雖然這是選修課里的一節(jié)學(xué)生討論課，但我們五個(gè)人的小組還是力爭(zhēng)不把它作為垃圾時(shí)間而做一些垃圾?？赡苤皇腔?dòng)教學(xué)的一個(gè)形式，可這個(gè)形式對(duì)我很重要。溫馨提醒：請(qǐng)大家注意講稿中的有關(guān)名詞或原理，說(shuō)不定哪一天它還會(huì)回來(lái)找你的！不求狂×酷×××天，只求低調(diào)奢華有內(nèi)涵全球定位系統(tǒng)一、概述二、GPS衛(wèi)星定位基礎(chǔ)三、GPS定位基本原理四、GPS定位誤差分析五、GPS數(shù)據(jù)處理六、GPS測(cè)量的技術(shù)與實(shí)施七、GPS接收機(jī)八、GPS定位技術(shù)在測(cè)量工程中的其他應(yīng)用與發(fā)展一、概述概念：具有海陸空進(jìn)行全方位、實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位功能的新一帶衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)的特點(diǎn)

(1)全球，全天候工作。

(2)能為用戶提供連續(xù)、實(shí)時(shí)的三維位置、速度和精密時(shí)間，不受天氣的影響。

(3)定位精度高：采用差分定位，精度可達(dá)厘米級(jí)和毫米級(jí)。

(4)功能多，應(yīng)用廣：隨著人們對(duì)GPS認(rèn)識(shí)的加深，GPS不僅在測(cè)量、導(dǎo)航、測(cè)速、測(cè)時(shí)等方面取得更廣泛的應(yīng)用．而且其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。GPS實(shí)施計(jì)劃共分三個(gè)階段：第一階段為方案論證和初步設(shè)計(jì)階段。從1973年到1979年，共發(fā)射了4顆試驗(yàn)衛(wèi)星。研制了地面接收機(jī)及建立地面跟蹤網(wǎng)。第二階段為全面研制和試驗(yàn)階段。從1979年到1984年，又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗(yàn)衛(wèi)星。研制了各種用途的接收機(jī)。實(shí)驗(yàn)表明，GPS定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。第三階段為實(shí)用組網(wǎng)階段。1989年2月4日第一顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功，表明GPS系統(tǒng)進(jìn)入工程建設(shè)階段。1993年底實(shí)用的GPS網(wǎng)即(21+3)GPS星座已經(jīng)建成，今后將根據(jù)計(jì)劃更換失效的衛(wèi)星。在美國(guó),GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)與“阿波羅”飛船登月,航天飛機(jī)升空,共同給列為20世紀(jì)“三大航天工程”.GPS發(fā)展歷程衛(wèi)星定位系統(tǒng)最早的衛(wèi)星定位系統(tǒng)是美國(guó)的子午儀系統(tǒng)(TRANSIT)，1958年研制．1964年正式投入使用。由于該系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)目較少(5～6顆)，運(yùn)行高度較低(平均1000km)，從地面站觀測(cè)到衛(wèi)星的時(shí)間間隔較長(zhǎng)(平均1．5h)，因而它無(wú)法提供連續(xù)的實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航，而且精度較低。為滿足軍事部門和民用部門對(duì)連續(xù)實(shí)時(shí)和三維導(dǎo)航的迫切要求，1973年美國(guó)國(guó)防部制定了GPS計(jì)劃。俄羅斯繼承前蘇聯(lián)的GLONASS系統(tǒng)1976年組建，由衛(wèi)星、地面測(cè)控站和用戶設(shè)備三部分組成，目前的系統(tǒng)由21顆工作星和3顆備份星組成，分布于3個(gè)軌道平面上，每個(gè)軌道面有8顆衛(wèi)星，軌道高度1萬(wàn)9000公里，運(yùn)行周期11小時(shí)15分，現(xiàn)由俄羅斯運(yùn)營(yíng)。中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，是中國(guó)自行研制開(kāi)發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)（CNSS），是繼美國(guó)的全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯的GLONASS之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)目前已經(jīng)發(fā)射了10顆衛(wèi)星，于2012年覆蓋亞太地區(qū)，2020年擴(kuò)充為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。歐盟1999年初正式推出“伽利略”計(jì)劃，部署新一代定位衛(wèi)星。該方案由27顆運(yùn)行衛(wèi)星和3顆預(yù)備衛(wèi)星組成，可以覆蓋全球，位置精度達(dá)幾米，亦可與美國(guó)的GPS系統(tǒng)兼容，總投資額為35億歐元。目前已經(jīng)發(fā)射三顆實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，未提供服務(wù)。全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國(guó)際委員會(huì)為聯(lián)合國(guó)的一個(gè)非正式機(jī)構(gòu)。其目的是促進(jìn)與民用衛(wèi)星定位、導(dǎo)航、正時(shí)和增值服務(wù)有關(guān)的問(wèn)題及各種全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的兼容性和互通性問(wèn)題的合作和發(fā)展。其他國(guó)家定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)的組成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GPS的空間部分GPS的空間部分的組成GPS衛(wèi)星星座6個(gè)軌道面平均軌道高度20200km軌道傾角55周期11h58min（顧及地球自轉(zhuǎn)，地球-衛(wèi)星的幾何關(guān)系每天提前4min重復(fù)一次）GPS衛(wèi)星星座設(shè)計(jì)星座：21+321顆正式的工作衛(wèi)星+3顆活動(dòng)的備用衛(wèi)星保證在每天24小時(shí)的任何時(shí)刻，在高度角15以上，能夠同時(shí)觀測(cè)到4顆以上衛(wèi)星當(dāng)前星座：28顆GPS衛(wèi)星的地面軌跡GPS衛(wèi)星作用：接收、存儲(chǔ)導(dǎo)航電文生成用于導(dǎo)航定位的信號(hào)（測(cè)距碼、載波）發(fā)送用于導(dǎo)航定位的信號(hào)（采用雙相調(diào)制法調(diào)制在載波上的測(cè)距碼和導(dǎo)航電文）接受地面指令，進(jìn)行相應(yīng)操作其他特殊用途，如通訊、監(jiān)測(cè)核暴等。主要設(shè)備太陽(yáng)能電池板原子鐘（2臺(tái)銫鐘、2臺(tái)銣鐘）信號(hào)生成與發(fā)射裝置GPS衛(wèi)星（續(xù)）類型試驗(yàn)衛(wèi)星：BlockⅠ工作衛(wèi)星：BlockⅡBlockⅡ：存儲(chǔ)星歷能力為14天，具有SA和AS地能力BlockⅡA（Advanced）：衛(wèi)星間可相互通訊，存儲(chǔ)星歷能力為180天，SV35和SV36帶有激光反射棱鏡BlockⅡR（Replacement/Replenishment）：衛(wèi)星間可相互跟蹤相互通訊BlockⅡF（FollowOn）：新一代的GPS衛(wèi)星,增設(shè)第三民用頻率地面監(jiān)控系統(tǒng)由均勻分布的5個(gè)監(jiān)控站、一個(gè)主控站和三個(gè)注入站構(gòu)成。該系統(tǒng)的功能是：對(duì)空間衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制，并向每顆衛(wèi)星注入更新的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。主控站監(jiān)控站

主控站接收各監(jiān)控站的GPS衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、各監(jiān)控站和注入站自身的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。根據(jù)上述各類數(shù)據(jù)，完成以下幾項(xiàng)工作：

·及時(shí)編算每顆衛(wèi)星的導(dǎo)航電文并傳送給注入站。

·控制和協(xié)調(diào)監(jiān)控站間、注入站間的工作，檢驗(yàn)注入衛(wèi)星的導(dǎo)航電文是否正確以及衛(wèi)星是否將導(dǎo)航電文發(fā)給了GPS用戶系統(tǒng)。

·診斷衛(wèi)星工作狀態(tài)，改變偏離軌道的衛(wèi)星位置及姿態(tài)，調(diào)整備用衛(wèi)星取代失效衛(wèi)星。

主控站

接受主控站送達(dá)的各衛(wèi)星導(dǎo)航電文并將之注入飛越其上空的每顆衛(wèi)星。

用GPS接收系統(tǒng)測(cè)量每顆衛(wèi)星的位距和距離差，采集氣象數(shù)據(jù)，并將觀測(cè)數(shù)據(jù)傳送給主控點(diǎn)。5個(gè)監(jiān)控站均為無(wú)人守值的數(shù)據(jù)采集中心。監(jiān)控站注入站GPS的用戶部分組成用戶接收設(shè)備接收設(shè)備GPS信號(hào)接收機(jī)其它儀器設(shè)備GPS信號(hào)接收機(jī)組成天線單元帶前置放大器接收天線接收單元信號(hào)通道存儲(chǔ)器微處理器輸入輸出設(shè)備電源天線單元接收單元天線單元類型單極天線微帶天線錐形（螺旋）天線四絲螺旋天線空間螺旋天線背腔平面盤旋天線接收單元接收（信號(hào)）通道定義：接收機(jī)中用來(lái)跟蹤、處理、量測(cè)衛(wèi)星信號(hào)的部件，由無(wú)線電元器件、數(shù)字電路等硬件和專用軟件所組成。類型：根據(jù)信號(hào)跟蹤方式：序慣通道、多路復(fù)用通道和多通道；根據(jù)工作原理：碼相關(guān)通道、平方通道等存儲(chǔ)器微處理器作用：數(shù)據(jù)處理、控制輸入輸出設(shè)備電源二、GPS衛(wèi)星定位基礎(chǔ)時(shí)間系統(tǒng)與坐標(biāo)系統(tǒng)?天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系?WGS-84坐標(biāo)系和我國(guó)大地坐標(biāo)系?坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換?時(shí)間系統(tǒng)天球坐標(biāo)系以天極和春分點(diǎn)作為天球定向基準(zhǔn)的坐標(biāo)系。所屬學(xué)科：

測(cè)繪學(xué)(一級(jí)學(xué)科)；大地測(cè)量學(xué)(二級(jí)學(xué)科)天球上各種球面正交坐標(biāo)系的統(tǒng)稱。所屬學(xué)科：

天文學(xué)(一級(jí)學(xué)科)；天體測(cè)量學(xué)(二級(jí)學(xué)科)地平坐標(biāo)系赤道坐標(biāo)系黃道坐標(biāo)系銀道坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系地球形狀與地球橢球體

地球的自然表面是一個(gè)起伏很大的、一個(gè)不規(guī)則的、不能用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式來(lái)表達(dá)的復(fù)雜曲面。我們很難在這樣一個(gè)曲面上來(lái)解算測(cè)量學(xué)中產(chǎn)生的幾何問(wèn)題。為便于測(cè)繪工作的進(jìn)行，一般選一個(gè)形狀和大小都很接近于地球體而數(shù)學(xué)計(jì)算很方便的橢球體，稱為地球橢球體。地球直角坐標(biāo)系地球大地坐標(biāo)系常用的橢球參數(shù)橢圓的長(zhǎng)半軸：a橢圓的短半軸：b橢圓的扁率： 橢圓的第一偏心率： 橢圓的第二偏心率： 極曲率半徑（極點(diǎn)處的子午線曲率半徑）c第一基本緯度W第二基本緯度V坐標(biāo)系統(tǒng)分類按坐標(biāo)原點(diǎn)的不同分類地心坐標(biāo)系統(tǒng)（地心空間直角坐標(biāo)系、地心大地坐標(biāo)系）參心坐標(biāo)系統(tǒng)（參心空間直角坐標(biāo)系、參心大地坐標(biāo)系）站心坐標(biāo)系統(tǒng)（垂線站心坐標(biāo)系、法站心坐標(biāo)系）按坐標(biāo)的表達(dá)形式分類:笛卡兒坐標(biāo)（空間直角坐標(biāo)系、站心坐標(biāo)系）曲線坐標(biāo)（大地坐標(biāo)系）平面直角坐標(biāo)（高斯平面坐標(biāo)系、其它投影平面坐標(biāo)系）歲差與章動(dòng)日月歲差與章動(dòng)由于地球本身不均勻以及日月對(duì)地球的影響使地軸在空間不斷地抖動(dòng)，這樣導(dǎo)致天軸繞著黃極在天球上緩慢的運(yùn)動(dòng)。該運(yùn)動(dòng)可分解為長(zhǎng)周期和短周期運(yùn)動(dòng)。長(zhǎng)周期運(yùn)動(dòng)是25800年繞黃極一周；短周期變化幅值最大為9秒，周期為18.6年。日月歲差：我們稱長(zhǎng)周期運(yùn)動(dòng)為日月歲差章動(dòng)：短周期變化稱為章動(dòng)（章動(dòng)橢圓）北天極的瞬時(shí)極就是天極瞬時(shí)位置；歷元平天極是指選擇某一歷元時(shí)刻的瞬時(shí)天極經(jīng)過(guò)章動(dòng)改正后而固定的天極稱為歷元平天極。衛(wèi)星測(cè)量中常用坐標(biāo)系1．瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系

2.固定極天球坐標(biāo)系——平天球坐標(biāo)系3.固定極地球坐標(biāo)系——平地球坐標(biāo)系WGS-84坐標(biāo)系和我國(guó)大地坐標(biāo)系WGS-84的定義：WGS-84是修正NSWC9Z-2參考系的原點(diǎn)和尺度變化，并旋轉(zhuǎn)其參考子午面與BIH定義的零度子午面一致而得到的一個(gè)新參考系，WGS-84坐標(biāo)系的原點(diǎn)在地球質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)定地球極（CTP）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(gè)地固坐標(biāo)系。國(guó)家大地坐標(biāo)系1.1954年北京坐標(biāo)系2.1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系（GDZ80）3.新1954年北京坐標(biāo)系（BJ54新）2000國(guó)家大地坐標(biāo)系（CGCS2000）坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到空間直角坐標(biāo)(相同基準(zhǔn))空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到大地坐標(biāo)

(相同基準(zhǔn))空間直角坐標(biāo)至站心坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換(相同基準(zhǔn))不同空間直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換(不同基準(zhǔn))不同大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換(不同基準(zhǔn))二維坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換三維空間直角坐標(biāo)至平面直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換(不同基準(zhǔn))

WGS84三維空間直角坐標(biāo)至局部高斯平面坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換不同空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換一維（高程）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)間系統(tǒng)概述恒星時(shí)(siderealtime)ST1定義：以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)，由它的周日視運(yùn)動(dòng)即春分點(diǎn)兩次經(jīng)過(guò)本地子午線的時(shí)間間隔所確定的時(shí)間稱為一個(gè)恒星日。

2原點(diǎn)：春分點(diǎn)通過(guò)本地子午圈的瞬時(shí)

3計(jì)量時(shí)間單位：恒星日、恒星小時(shí)、恒星分、恒星秒；一個(gè)恒星日=24個(gè)恒星小時(shí)=1440個(gè)恒星分=86400個(gè)恒星秒

4分類：真恒星時(shí)和平恒星時(shí)。時(shí)間系統(tǒng)概述平太陽(yáng)時(shí)(meansolartime)MT1.太陽(yáng)時(shí)：定義：以太陽(yáng)作為參考點(diǎn)，由它的周日視運(yùn)動(dòng)即兩次經(jīng)過(guò)本地子午線的時(shí)間間隔所確定的時(shí)間稱為一個(gè)太陽(yáng)日。一個(gè)太陽(yáng)日=24個(gè)太陽(yáng)小時(shí)=1440太陽(yáng)分=86400太陽(yáng)秒。

2.平太陽(yáng)時(shí)：定義：以平太陽(yáng)作為參考點(diǎn)，由它的周日視運(yùn)動(dòng)所確定的時(shí)間稱為平太陽(yáng)時(shí)。計(jì)量時(shí)間單位：平太陽(yáng)日、平太陽(yáng)小時(shí)、平太陽(yáng)分、平太陽(yáng)秒；一個(gè)平太陽(yáng)日=24個(gè)平太陽(yáng)小時(shí)=1440平太陽(yáng)分=86400個(gè)平太陽(yáng)秒。平太陽(yáng)時(shí)與日常生活中使用的時(shí)間系統(tǒng)是一致的，他是一種地方時(shí)。時(shí)間系統(tǒng)概述世界時(shí)(universaltime)UT世界時(shí)UT

定義：以平子午夜為零時(shí)起算的格林尼治平太陽(yáng)時(shí)定義為世界時(shí)UT。他是世界統(tǒng)一的時(shí)間系統(tǒng)世界時(shí)與平太陽(yáng)時(shí)的尺度一致，只是零起算點(diǎn)不同原子時(shí)：是以物質(zhì)內(nèi)部原子運(yùn)動(dòng)的特征為基礎(chǔ)建立的時(shí)間系統(tǒng)。原子時(shí)的尺度標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)際制秒（SI）。原子時(shí)的原點(diǎn)由下式確定：AT=UT2-0.0039(s）協(xié)調(diào)世界時(shí)(coordinateuniversaltime)UTC

為了兼顧對(duì)世界時(shí)時(shí)刻和原子時(shí)秒長(zhǎng)兩者的需要建立了一種折衷的時(shí)間系統(tǒng)，稱為協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC。根據(jù)國(guó)際規(guī)定，協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC的秒長(zhǎng)與原子時(shí)秒長(zhǎng)一致，在時(shí)刻上則要求盡可量與世界時(shí)接近。

協(xié)調(diào)時(shí)與國(guó)際原子時(shí)之間的關(guān)系，如下式所示：

IAT=UTC+1s×n式中n為調(diào)整參數(shù)。GPS時(shí)間系統(tǒng)GPSTGPST屬于原子時(shí)系統(tǒng)，它的秒長(zhǎng)即為原子時(shí)秒長(zhǎng)，GPST的原點(diǎn)與國(guó)際原子時(shí)IAT相差19s。有關(guān)系式：

IAT-GPST=19（s）

GPS時(shí)間系統(tǒng)與各種時(shí)間系統(tǒng)的關(guān)系見(jiàn)下圖所示：時(shí)間系統(tǒng)概述歷元表示在GPS定位中，歷元常用GPS星期加GPS秒表示，GPS星期為從1980年1月6日0時(shí)時(shí)刻的整星期數(shù)，GPS秒為從剛過(guò)去的星期日0時(shí)開(kāi)始至當(dāng)前時(shí)刻的秒數(shù)。常用術(shù)語(yǔ)觀測(cè)時(shí)段（Session）測(cè)站上開(kāi)始接收衛(wèi)星信號(hào)到停止接收，連續(xù)觀測(cè)的時(shí)間間隔稱為觀測(cè)時(shí)段，簡(jiǎn)稱時(shí)段。同步觀測(cè)（SimultaneousObservation）多臺(tái)接收機(jī)同時(shí)對(duì)同一組衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)。基線向量（Baseline）對(duì)同步觀測(cè)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，所獲得的同步觀測(cè)測(cè)站間的坐標(biāo)差。截止高度角（Cut-offElevation）接收機(jī)觀測(cè)衛(wèi)星的高度角限值，低于此限值的衛(wèi)星不被觀測(cè)。采樣間隔（Interval）接收機(jī)連續(xù)兩個(gè)觀測(cè)歷元間的時(shí)間間隔。三、GPS定位基本原理GPS定位一、靜態(tài)定位與動(dòng)態(tài)定位靜態(tài)定位是指GPS接收機(jī)在進(jìn)行定位時(shí)，待定點(diǎn)的位置相對(duì)其周圍的點(diǎn)位沒(méi)有發(fā)生變化，其天線位置處于固定不動(dòng)的靜止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)接收機(jī)可以連續(xù)地在不同歷元同步觀測(cè)不同的衛(wèi)星，獲得充分的多余觀測(cè)量，根據(jù)GPS衛(wèi)星的已知瞬間位置，解算出接收機(jī)天線相位中心的三維坐標(biāo)。由于接收機(jī)的位置固定不動(dòng)，就可以進(jìn)行大量的重復(fù)觀測(cè)，所以靜態(tài)定位可靠性強(qiáng)，定位精度高，在大地測(cè)量、工程測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用，是精密定位中的基本模式。準(zhǔn)靜態(tài)定位是指靜止不動(dòng)只是相對(duì)的。在衛(wèi)星大地測(cè)量學(xué)中，在兩次觀測(cè)之間（一般為幾十天到幾個(gè)月）才能反映出發(fā)生的變化。動(dòng)態(tài)定位是指在定位過(guò)程中，接收機(jī)位于運(yùn)動(dòng)著的載體，天線也處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的定位。動(dòng)態(tài)定位是用GPS信號(hào)實(shí)時(shí)地測(cè)得運(yùn)動(dòng)載體的位置。如果按照接收機(jī)載體的運(yùn)行速度，還可將動(dòng)態(tài)定位分為低動(dòng)態(tài)（幾十米/秒）、中等動(dòng)態(tài)（幾百米/秒）、高動(dòng)態(tài)（幾公里/秒）三種形式。其特點(diǎn)是測(cè)定一個(gè)動(dòng)點(diǎn)的實(shí)時(shí)位置，多余觀測(cè)量少、定位精度較低。目前導(dǎo)航型的GPS接收機(jī)，可以說(shuō)是一種廣義的動(dòng)態(tài)定位，它除了要求測(cè)定動(dòng)點(diǎn)的實(shí)時(shí)位置外，一般還要求測(cè)定運(yùn)動(dòng)載體的狀態(tài)參數(shù)，如速度、時(shí)間和方位等。二、單點(diǎn)定位和相對(duì)定位

GPS單點(diǎn)定位也叫絕對(duì)定位，就是采用一臺(tái)接收機(jī)進(jìn)行定位的模式，它所確定的是接收機(jī)天線在WGS－84世界大地坐標(biāo)系統(tǒng)中的絕對(duì)位置，所以單點(diǎn)定位的結(jié)果也屬于該坐標(biāo)系統(tǒng)。GPS單點(diǎn)定位的實(shí)質(zhì)，即是空間距離后方交會(huì)。對(duì)此，在一個(gè)測(cè)站上觀測(cè)3顆衛(wèi)星獲取3個(gè)獨(dú)立的距離觀測(cè)量就夠了。但是由于GPS采用了單程測(cè)距原理，此時(shí)衛(wèi)星鐘與用戶接收機(jī)鐘不能保持同步，所以實(shí)際的觀測(cè)距離均含有衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘不同步的誤差影響，習(xí)慣上稱之為偽距。其中衛(wèi)星鐘差可以用衛(wèi)星電文中提供的鐘差參數(shù)加以修正，而接收機(jī)的鐘差只能作為一個(gè)未知參數(shù)，與測(cè)站的坐標(biāo)在數(shù)據(jù)的處理中一并求解。因此，在一個(gè)測(cè)站上為了求解出4個(gè)未知參數(shù)（3個(gè)點(diǎn)位坐標(biāo)分量和1個(gè)鐘差系數(shù)），至少需要4個(gè)同步偽距觀測(cè)值。也就是說(shuō)，至少必須同時(shí)觀測(cè)4顆衛(wèi)星。相對(duì)定位又稱為差分定位，是采用兩臺(tái)以上的接收機(jī)（含兩臺(tái)）同步觀測(cè)相同的GPS衛(wèi)星，以確定接收機(jī)天線間的相互位置關(guān)系的一種方法。其最基本的情況是用兩臺(tái)接收機(jī)分別安置在基線的兩端（左圖），同步觀測(cè)相同的GPS衛(wèi)星，確定基線端點(diǎn)在世界大地坐標(biāo)系統(tǒng)中的相對(duì)位置或坐標(biāo)差（基線向量），在一個(gè)端點(diǎn)坐標(biāo)已知的情況下，用基線向量推求另一待定點(diǎn)的坐標(biāo)。相對(duì)定位可以推廣到多臺(tái)接收機(jī)安置在若干條基線的端點(diǎn)，通過(guò)同步觀測(cè)GPS衛(wèi)星確定多條基線向量。相對(duì)定位示意圖由于同步觀測(cè)值之間有著多種誤差，其影響是相同的或大體相同的，這些誤差在相對(duì)定位過(guò)程中可以得到消除或減弱，從而使相對(duì)定位獲得極高的精度。當(dāng)然，相對(duì)定位時(shí)需要多臺(tái)（至少兩臺(tái)以上）接收機(jī)進(jìn)行同步觀測(cè)。故增加了外業(yè)觀測(cè)組織和實(shí)施的難度。在單點(diǎn)定位和相對(duì)定位中，又都可能包括靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位兩種方式。其中靜態(tài)相對(duì)定位一般均采用載波相位觀測(cè)值為基本觀測(cè)量。這種定位方法是當(dāng)前GPS測(cè)量定位中精度最高的一種方法，在大地測(cè)量、精密工程測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)研究和精密導(dǎo)航等精度要求較高的測(cè)量工作中被普遍采用。三、主動(dòng)式測(cè)距和被動(dòng)式測(cè)距主動(dòng)式測(cè)距(右圖）是用電磁波測(cè)距儀發(fā)射測(cè)距信號(hào)，通過(guò)另一端的反射器反射回來(lái)，再由測(cè)距儀接收。根據(jù)測(cè)距信號(hào)的往、返傳播時(shí)間求解出往返距離。由于電磁波測(cè)距儀需在測(cè)站點(diǎn)上主動(dòng)發(fā)出測(cè)距信號(hào)，故稱這種測(cè)距方式為主動(dòng)式測(cè)距。主動(dòng)式測(cè)距只要求儀器鐘自身能在信號(hào)往、返時(shí)間段中保持穩(wěn)定，就不會(huì)影響測(cè)距精度。其缺點(diǎn)是用戶必須發(fā)射信號(hào)因而難以隱蔽自己，這對(duì)軍事用戶十分不利。此外要求用戶同時(shí)具有發(fā)射設(shè)備和接收設(shè)備，裝置較為復(fù)雜。雙程測(cè)距（EDM）與單程測(cè)距（GPS）

被動(dòng)式測(cè)距是發(fā)射站（例如衛(wèi)星）在規(guī)定的時(shí)刻內(nèi)準(zhǔn)確地發(fā)出信號(hào)，用戶則根據(jù)自己的時(shí)鐘記錄信號(hào)到達(dá)的時(shí)間，根據(jù)時(shí)差求得單程距離。由于用戶只需被動(dòng)的接收信號(hào)，故稱為被動(dòng)式測(cè)距。其優(yōu)點(diǎn)是用戶無(wú)需發(fā)射信號(hào)，因而便于隱蔽自己，用戶裝置也較簡(jiǎn)單，只配備接收設(shè)備即可。為了眾多用戶同時(shí)工作，要求接收機(jī)鐘和各衛(wèi)星鐘都要和GPS時(shí)間系統(tǒng)保持同步，所以對(duì)鐘的穩(wěn)定度提出了很高的要求，或者要求采取特殊措施解決鐘差對(duì)測(cè)距帶來(lái)的影響。四、用GPS定位的基本方法前面所述的靜態(tài)定位或動(dòng)態(tài)定位，所依據(jù)的觀測(cè)量都是所測(cè)的衛(wèi)星至接收機(jī)天線的偽距。但是，偽距的基本觀測(cè)量又區(qū)分為碼相位觀測(cè)（簡(jiǎn)稱測(cè)碼偽距）和載波相位觀測(cè)（簡(jiǎn)稱測(cè)相偽距）。這樣，根據(jù)GPS信號(hào)的不同觀測(cè)量，可以區(qū)分為四種定位方法：1）衛(wèi)星射電干涉測(cè)量以銀河系以外的類星體作為射電源的甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量（VLBI）具有精度高，基線長(zhǎng)度幾乎不受限制等優(yōu)點(diǎn)。因類星體離我們十分遙遠(yuǎn)，射電信號(hào)十分微弱，因而必須采用笨重、昂貴的大口徑拋物面天線、高精度的原子鐘和高質(zhì)量的記錄設(shè)備，所需的設(shè)備比較昂貴，數(shù)據(jù)處理較為復(fù)雜，從而限制了該技術(shù)的應(yīng)用。GPS衛(wèi)星的信號(hào)強(qiáng)度比類星體的信號(hào)強(qiáng)度大10萬(wàn)倍，利用GPS衛(wèi)星射電信號(hào)具有白噪聲的特性，由兩個(gè)測(cè)站同時(shí)觀測(cè)一顆GPS衛(wèi)星，通過(guò)測(cè)量這顆衛(wèi)星的射電信號(hào)到達(dá)兩個(gè)測(cè)站的時(shí)間差，可以求得站間距離。由于在進(jìn)行干涉測(cè)量時(shí)，只把GPS衛(wèi)星信號(hào)當(dāng)作噪聲信號(hào)來(lái)使用，因而無(wú)需了解信號(hào)的結(jié)構(gòu)，所以這種方法對(duì)于無(wú)法獲得P碼的用戶是很有吸引力的。其模型與在接收機(jī)間求一次差的載波相位測(cè)量定位模型十分相似。2）多普勒定位法多普勒效應(yīng)是1942年奧低利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的。它的具體內(nèi)容是：當(dāng)波源與觀測(cè)者做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)者接收到的信號(hào)頻率與波源發(fā)射的信號(hào)頻率不相同。這種由于波源相對(duì)與觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)而引起的信號(hào)頻率的移動(dòng)稱為多普勒頻移，其現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。根據(jù)多普勒效應(yīng)原理，利用GPS衛(wèi)星較高的射電頻率，由積分多普勒計(jì)數(shù)得出偽距差。當(dāng)采用積分多普勒計(jì)數(shù)法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，所需觀測(cè)時(shí)間一般較長(zhǎng)（數(shù)小時(shí)），同時(shí)在觀測(cè)過(guò)程中接收機(jī)的振蕩器要求保持高度穩(wěn)定。3）偽距定位法偽距定位法是利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航定位的最基本的方法，其基本原理是：在某一瞬間利用GPS接收機(jī)同時(shí)測(cè)定至少四顆衛(wèi)星的偽距，根據(jù)已知的衛(wèi)星位置和偽距觀測(cè)值，采用距離交會(huì)法求出接收機(jī)的三維坐標(biāo)和時(shí)鐘改正數(shù)。偽距定位法定一次位的精度并不高，但定位速度快，經(jīng)幾小時(shí)的定位也可達(dá)米級(jí)的精度，若再增加觀測(cè)時(shí)間，精度還可提高。4）載波相位測(cè)量載波信號(hào)的波長(zhǎng)很短，L1載波信號(hào)波長(zhǎng)為19厘米，L2載波信號(hào)波長(zhǎng)為24.4厘米。若把載波作為量測(cè)信號(hào)，對(duì)載波進(jìn)行相位測(cè)量可以達(dá)到很高的精度。通過(guò)測(cè)量載波的相位而求得接收機(jī)到GPS衛(wèi)星的距離，是目前大地測(cè)量和工程測(cè)量中的主要測(cè)量方法。偽距定位法的應(yīng)用

偽距定位法是單點(diǎn)定位的基本方法，它的定位速度很快，又無(wú)多值性問(wèn)題，數(shù)據(jù)處理也比較便捷。由于它的測(cè)量信號(hào)是衛(wèi)星發(fā)播的測(cè)距碼，故測(cè)量精度就和測(cè)距碼與復(fù)制碼的相關(guān)（對(duì)齊）精度有關(guān)，也與測(cè)距碼的碼元寬度有關(guān)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，接收機(jī)的復(fù)制碼與測(cè)距碼的對(duì)齊精度約為碼元寬度（或碼的波長(zhǎng)）的1﹪。對(duì)與C/A碼，其碼元寬度約為293m，偽距測(cè)量精度則為2.9m；對(duì)于P碼，其碼元寬度約為29.3m，偽距測(cè)量精度則為0.29m，比C/A碼的測(cè)量精度約高10倍。但是，由于P碼受美國(guó)軍方控制，一般用戶無(wú)法得到，只能利用C/A碼進(jìn)行偽距定位，加之美國(guó)對(duì)利用GPS有限制政策，在采用SA技術(shù)時(shí)，利用C/A碼進(jìn)行偽距定位的精度降低至約100m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高精度單點(diǎn)定位的要求。若要提高測(cè)站點(diǎn)間的相對(duì)位置精度。則可用若干臺(tái)接收機(jī)同時(shí)對(duì)相同的衛(wèi)星進(jìn)行偽距測(cè)量，此時(shí)衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘的誤差、電離層和對(duì)流層折射誤差對(duì)各同步觀測(cè)站的影響基本相同，在求坐標(biāo)差時(shí)可以自行消除。偽距法進(jìn)行相對(duì)定位可以采用兩種辦法：（1）間接相對(duì)定位：各同步測(cè)站分別進(jìn)行單點(diǎn)定位，求得各測(cè)站坐標(biāo)，然后相減求得坐標(biāo)差。（2）直接相對(duì)定位：當(dāng)兩個(gè)測(cè)站進(jìn)行同步觀測(cè)時(shí)，產(chǎn)生兩個(gè)數(shù)學(xué)式。相減后建立起偽距定位法用于相對(duì)定位的數(shù)學(xué)模型。然后解算出坐標(biāo)差。GPS動(dòng)態(tài)定位原理

動(dòng)態(tài)定位的特點(diǎn)

GPS動(dòng)態(tài)定位和GPS靜態(tài)定位相比較，有以下顯著特點(diǎn)：1.用戶的廣泛性

GPS動(dòng)態(tài)定位是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的一種實(shí)時(shí)定位方法。其絕大多數(shù)用戶均在陸、海、空軍事領(lǐng)域。同時(shí)，在交通運(yùn)輸、地球物理勘探、航空攝影測(cè)量、采礦生產(chǎn)等領(lǐng)域中，也有著廣泛的應(yīng)用。運(yùn)動(dòng)載體可以是地面運(yùn)動(dòng)的、水上航行的、空中飛行的，所以它的用戶具有廣泛性，比GPS靜態(tài)定位具有更加廣闊的應(yīng)用天地。2.定位的實(shí)時(shí)性

在靜態(tài)定位時(shí)，用戶天線相對(duì)于地球是固定不動(dòng)的；而動(dòng)態(tài)定位，用戶天線將隨著運(yùn)動(dòng)載體不停的運(yùn)動(dòng)，特別是對(duì)于高動(dòng)態(tài)定位，要求以極短的時(shí)間（如亞秒級(jí)）采集一個(gè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)，適時(shí)的處理定位數(shù)據(jù)，及時(shí)的給出定位成果。所以動(dòng)態(tài)定位具有強(qiáng)烈和緊迫的實(shí)時(shí)性。

3.速度的多異性

GPS動(dòng)態(tài)定位時(shí)的載體多種多樣，這些載體的速度從每秒幾米到每秒幾公里。據(jù)此GPS動(dòng)態(tài)定位分為低中高三種定位形式：低動(dòng)態(tài)定位，載體的運(yùn)動(dòng)速度每秒幾米至幾十米；中等動(dòng)態(tài)定位，載體的運(yùn)動(dòng)速度每秒100m至1000m；高動(dòng)態(tài)定位，載體的運(yùn)動(dòng)速度在每秒一公里以上。由上所述，動(dòng)態(tài)定位顯著區(qū)別于靜態(tài)定位。在用戶天線以每秒幾米到幾公里的速度相對(duì)于地球運(yùn)動(dòng)的情況下，需要用GPS信號(hào)測(cè)定它們的七維狀態(tài)參數(shù)：三維坐標(biāo)、三維速度、時(shí)間。

人們的生活離不開(kāi)時(shí)間，從日常生活到航海、航空和航天，定時(shí)有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著使用目的的不同，人們對(duì)時(shí)間準(zhǔn)確度的要求也不同。若用GPS衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行時(shí)間傳遞，只要有一臺(tái)能夠接收、跟蹤、變換和測(cè)量GPS信號(hào)的接收機(jī)，就可以獲得較高的定時(shí)精度。GPS衛(wèi)星上都安裝有四臺(tái)原子鐘，GPS時(shí)間與世界協(xié)調(diào)時(shí)UTC之差經(jīng)常保持在±1μs以內(nèi)。因此，GPS衛(wèi)星可以成為一種全球性用戶的時(shí)間信號(hào)源，用以進(jìn)行精確的時(shí)間比對(duì)。在用GPS信號(hào)傳遞時(shí)間時(shí)，存在著三種時(shí)間尺度（時(shí)標(biāo)）：其一為GPS時(shí)間，它是一種全球性的時(shí)間信號(hào)源，用以進(jìn)行精確的時(shí)間比對(duì)；二是每顆GPS衛(wèi)星的時(shí)鐘；三是用戶接收機(jī)的時(shí)鐘。GPS定時(shí)的實(shí)質(zhì)是測(cè)定用戶時(shí)鐘相對(duì)于GPS時(shí)間的偏差，并根據(jù)衛(wèi)星電文給出的有關(guān)參數(shù)，計(jì)算出世界協(xié)調(diào)時(shí)（UTC）GPS定時(shí)

基線解算結(jié)果的質(zhì)量評(píng)定指標(biāo)單位權(quán)方差因子RMS-均方根誤差數(shù)據(jù)刪除率定義：在基線解算時(shí)，如果觀測(cè)值的改正數(shù)大于某一個(gè)閾值時(shí)，則認(rèn)為該觀測(cè)值含有粗差，則需要將其刪除。被刪除觀測(cè)值的數(shù)量與觀測(cè)值的總數(shù)的比值，就是所謂的數(shù)據(jù)刪除率。定義：定義：定義：由獨(dú)立基線所組成的閉合環(huán)稱為異步閉合環(huán)，簡(jiǎn)稱異步環(huán)異步環(huán)的閉合差稱為異步環(huán)閉合差。異步環(huán)閉合差定義：同步環(huán)閉合差是由同步觀測(cè)基線所組成的閉合環(huán)的閉合差。同步環(huán)閉合差定義：所謂RDOP值指的是在基線解算時(shí)待定參數(shù)的協(xié)因數(shù)陣的跡（tr(Q)）的平方根RDOP定義：RATIO值為在采用搜索算法確定整周未知數(shù)參數(shù)的整數(shù)值時(shí)，產(chǎn)生次最小的單位權(quán)方差與最小的單位權(quán)方差的比值。RATIO重復(fù)基線較（互）差定義：不同觀測(cè)時(shí)段，對(duì)同一條基線的觀測(cè)結(jié)果，就是所謂重復(fù)基線。這些觀測(cè)結(jié)果之間的差異，就是重復(fù)基線較（互）差。幾種典型的殘差圖網(wǎng)平差網(wǎng)平差的類型無(wú)約束平差定義：GPS網(wǎng)的無(wú)約束平差指的是在平差時(shí)不引入會(huì)造成GPS網(wǎng)產(chǎn)生由非觀測(cè)量所引起的變形的外部起算數(shù)據(jù)。常見(jiàn)的GPS網(wǎng)的無(wú)約束平差，一般是在平差時(shí)沒(méi)有起算數(shù)據(jù)或沒(méi)有多余的起算數(shù)據(jù)。約束平差定義：GPS網(wǎng)的約束平差指的是平差時(shí)所采用的觀測(cè)值完全是GPS觀測(cè)值（即GPS基線向量），而且，在平差時(shí)引入了使得GPS網(wǎng)產(chǎn)生由非觀測(cè)量所引起的變形的外部起算數(shù)據(jù)。聯(lián)合平差

定義：GPS網(wǎng)的聯(lián)合平差指的是平差時(shí)所采用的觀測(cè)值除了GPS觀測(cè)值以外，還采用了地面常規(guī)觀測(cè)值，這些地面常規(guī)觀測(cè)值包括邊長(zhǎng)、方向、角度等觀測(cè)值等。無(wú)約束平差的作用

評(píng)定GPS網(wǎng)的內(nèi)部符合精度，發(fā)現(xiàn)和剔除GPS觀測(cè)值中可能存在的粗差,得到GPS網(wǎng)中各個(gè)點(diǎn)在WGS-84系下經(jīng)過(guò)了平差處理的三維空間直角坐標(biāo),為將來(lái)可能進(jìn)行的高程擬合，提供經(jīng)過(guò)了平差處理的大地高數(shù)據(jù)平差結(jié)果的質(zhì)量評(píng)定指標(biāo)：相鄰點(diǎn)距離中誤差

1. 單位權(quán)方差的檢驗(yàn)

2. 基線改正數(shù)的檢驗(yàn)

3. 已知坐標(biāo)的檢驗(yàn)53GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理及觀測(cè)成果的質(zhì)量檢核數(shù)據(jù)預(yù)處理

為了獲得GPS觀測(cè)基線向量并對(duì)觀測(cè)成果進(jìn)行質(zhì)量檢核，首先要進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)的預(yù)處理。根據(jù)預(yù)處理結(jié)果對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行分析并做出評(píng)價(jià)，以確保觀測(cè)成果和定位結(jié)果的預(yù)期精度。預(yù)處理的主要目的是對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯、加工整理、分流并產(chǎn)生各種專用信息文件，為進(jìn)一步的平差計(jì)算作準(zhǔn)備。它的基本內(nèi)容是：①數(shù)據(jù)傳輸將GPS接收機(jī)記錄的觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱疟P或其它介質(zhì)上。②數(shù)據(jù)分流從原始記錄中，通過(guò)解參碼將各種數(shù)據(jù)分類整理，剔除無(wú)效觀測(cè)值和冗余信息，形成各種數(shù)據(jù)文件，如星歷文件、觀測(cè)文件和測(cè)站信息文件等。

③統(tǒng)一數(shù)據(jù)文件格式將不同類型接收機(jī)的數(shù)據(jù)記錄格式、項(xiàng)目和采樣間隔，統(tǒng)一為標(biāo)準(zhǔn)化的文件格式，以便統(tǒng)一處理。④衛(wèi)星軌道的標(biāo)準(zhǔn)化采用多項(xiàng)式擬合法，平滑GPS衛(wèi)星每小時(shí)發(fā)送的軌道參數(shù)，使觀測(cè)時(shí)段的衛(wèi)星軌道標(biāo)準(zhǔn)化。⑤探測(cè)周跳、修復(fù)載波相位觀測(cè)值。⑥對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行必要改正在GPS觀測(cè)值中加入對(duì)流層改正，單頻接收的觀測(cè)值中加入電高層改正。

觀測(cè)成果的外業(yè)檢核對(duì)野外觀測(cè)資料首先要進(jìn)行復(fù)查，內(nèi)容包括；成果是否符合調(diào)查命令和規(guī)范的要求；進(jìn)行的觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量分析是否符合實(shí)際。然后進(jìn)行下列項(xiàng)目的檢核：一.每一條基線的檢驗(yàn)

1、模糊度的可靠性指標(biāo)Ratio：短邊絕對(duì)值3或相對(duì)值95%；長(zhǎng)邊應(yīng)降低要求；

2、基線實(shí)際誤差與估值誤差的比值：越小越好＜10，不能大于20；

3、反映觀測(cè)質(zhì)量的均方根誤差RMS、參考因子單位權(quán)中誤差m0、有關(guān)項(xiàng)的精度估值mi；

4、殘差分析：載波相位殘差圖，殘差絕對(duì)值應(yīng)小于載波波長(zhǎng)的1/10；

5、調(diào)整參數(shù)：

a觀測(cè)值刪除率：使用殘差為RMS的倍數(shù)1.5～3之間調(diào)整，同一時(shí)段觀測(cè)值的數(shù)據(jù)別除率，其值應(yīng)小于10％；衛(wèi)星高度角：10～20°之間調(diào)整。GPS網(wǎng)平差處理

在各項(xiàng)質(zhì)量檢核符合要求后，以所有獨(dú)立基線組成閉合圖形，以三維基線向量及其相應(yīng)方差協(xié)方差陣作為觀測(cè)信息，以一個(gè)點(diǎn)的WGS-84系三維坐標(biāo)作為起算依據(jù)，進(jìn)行GPS網(wǎng)的無(wú)約束平差。無(wú)約束平差應(yīng)提供各控制點(diǎn)在WGS—84系下的三維坐標(biāo)，各基線向量三個(gè)坐標(biāo)差觀測(cè)值的總改正數(shù)，基線邊長(zhǎng)以及點(diǎn)位和邊長(zhǎng)的精度信息。在無(wú)約束平差確定的有效觀測(cè)量基礎(chǔ)上，在國(guó)家坐標(biāo)系或城市獨(dú)立坐標(biāo)系進(jìn)行三維約束平差或二維約束平差。約束點(diǎn)的已知點(diǎn)坐標(biāo)，已知距離或巳知方位，可以作為強(qiáng)制約束的固定值，也可作為加權(quán)觀測(cè)值。平差結(jié)果應(yīng)輸出在國(guó)家或城市獨(dú)立坐標(biāo)系中的三維或二維坐標(biāo)，基線向量改正數(shù)，基線邊長(zhǎng)。方位以及坐標(biāo)，邊長(zhǎng)，方位的精度信息；轉(zhuǎn)換參數(shù)及其精度信患。采用不同類型儀器或軟件，施測(cè)和計(jì)算GPS基線向量時(shí)，應(yīng)對(duì)其隨機(jī)模型進(jìn)行分析。六、GPS測(cè)量的技術(shù)與實(shí)施GPS測(cè)量的技術(shù)設(shè)計(jì)

GPS網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)

GPS網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是GPS測(cè)量規(guī)范和測(cè)量任務(wù)書。一.GPS測(cè)量規(guī)范⒈全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范GB/T18314－2001；⒉各部委根據(jù)本部門GPS工作的實(shí)際情況制定的專業(yè)測(cè)量規(guī)程或細(xì)則。二.測(cè)量任務(wù)書

測(cè)量任務(wù)書或合同書是測(cè)繪單位上級(jí)主管部門或合同甲方下達(dá)的技術(shù)要求文件，這種技術(shù)文件是指令性的，它規(guī)定了測(cè)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(shí)間，完成任務(wù)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等。

在GPS方案設(shè)計(jì)時(shí)，一般首先依據(jù)測(cè)量任務(wù)書提出的GPS網(wǎng)的精度、密度和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，再結(jié)合規(guī)范（規(guī)程）規(guī)定并現(xiàn)場(chǎng)踏勘具體確定各點(diǎn)間的連接方法，各點(diǎn)設(shè)站觀測(cè)的次數(shù)、時(shí)段長(zhǎng)短等布網(wǎng)觀測(cè)方案。

GPS網(wǎng)的精度、密度設(shè)計(jì)一.GPS測(cè)量精度標(biāo)準(zhǔn)及分類

GPS測(cè)量按其精度劃分為AA、A、B、C、D、E級(jí)。⒈AA級(jí)主要用于全球性的地球動(dòng)力學(xué)研究、地殼形變測(cè)量和精密定軌；⒉A級(jí)主要用于區(qū)域性的地球動(dòng)力學(xué)研究和地殼形變測(cè)量；⒊B級(jí)主要用于局部形變監(jiān)測(cè)和各種精密工程測(cè)量；⒋C級(jí)主要用于大、中城市及工程測(cè)量的基本控制網(wǎng)；⒌D、E級(jí)主要用于中、小城市、城鎮(zhèn)及測(cè)圖、地藉、土地信息、房產(chǎn)、物探、勘測(cè)、建筑施工等的控制測(cè)量。二.GPS點(diǎn)的密度標(biāo)準(zhǔn)

各級(jí)GPS網(wǎng)相鄰點(diǎn)間的平均距離應(yīng)符合表2的要求，相鄰點(diǎn)的最小距離可為平均距離的1/3～1/2；最大距離可為平均距離的2～3倍。GPS網(wǎng)中相鄰點(diǎn)之間的平均距離（km)

GPS網(wǎng)構(gòu)成的幾個(gè)基本概念及網(wǎng)特征條件一.GPS網(wǎng)圖形構(gòu)成的幾個(gè)基本概念⒈觀測(cè)時(shí)段：測(cè)站上開(kāi)始接收衛(wèi)星信號(hào)到觀測(cè)停止連續(xù)工作的時(shí)間段，簡(jiǎn)稱時(shí)段；⒉同步觀測(cè)：兩臺(tái)或兩臺(tái)以上接收機(jī)同時(shí)對(duì)一組衛(wèi)星進(jìn)行的觀測(cè)；⒊同步觀測(cè)環(huán)：三臺(tái)或三臺(tái)以上的接收機(jī)同步觀測(cè)獲得的基線向量所構(gòu)成的閉合環(huán)，簡(jiǎn)稱同步環(huán)；⒋獨(dú)立觀測(cè)環(huán)：由獨(dú)立觀測(cè)所獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)，簡(jiǎn)稱獨(dú)立環(huán)；⒌異步觀測(cè)環(huán)：在構(gòu)成多邊形環(huán)路的所有基線向量中，只要有非同步觀測(cè)基線向量，則該多邊形環(huán)路叫異步觀測(cè)環(huán)，簡(jiǎn)稱異步環(huán)；⒍獨(dú)立基線：對(duì)于N臺(tái)GPS接收機(jī)構(gòu)成的同步觀測(cè)環(huán)，有J條同步觀測(cè)基線，其中獨(dú)立基線數(shù)為N－1，J＝N(N－1)/2；⒎非獨(dú)立基線：除獨(dú)立基線外的其它基線叫非獨(dú)立基線；⒏非獨(dú)立基線數(shù)：總基線數(shù)與獨(dú)立基線數(shù)之差即為非獨(dú)立基線數(shù)。GPS基線向量的布網(wǎng)形式GPS網(wǎng)常用的布網(wǎng)形式有跟蹤站式、會(huì)戰(zhàn)式、多基準(zhǔn)站式、同步圖形擴(kuò)展式、單基準(zhǔn)站式。GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

GPS網(wǎng)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是在保證質(zhì)量的前提下，盡可能地提高效率，努力降低成本。因此，在進(jìn)行GPS的設(shè)計(jì)和測(cè)設(shè)時(shí)，既不能脫離實(shí)際的應(yīng)用需求．盲目地要求不必要的高精度和高可靠性；也不能為追求高效率和低成本．而放棄對(duì)質(zhì)量的要求。一.提高GPS網(wǎng)可靠性的方法1、增加觀測(cè)期數(shù)(增加獨(dú)立基線數(shù))．2、保證一定的重復(fù)設(shè)站次數(shù)3、保證每個(gè)測(cè)站至少與三條以上的獨(dú)立基線相連，這樣可以使得測(cè)站具有較高的可靠性。4、在布網(wǎng)時(shí)要使網(wǎng)中所有最小異步環(huán)的邊數(shù)不大于6條。二.提高GPS網(wǎng)精度的方法1、為保證GPS網(wǎng)中各相鄰點(diǎn)具有較高的相對(duì)精度，對(duì)網(wǎng)中距離較近的點(diǎn)一定要進(jìn)行同步觀測(cè)，以獲得它們間的直接觀測(cè)基線。2、為提高整個(gè)GPS網(wǎng)的精度．可以在全面網(wǎng)之上布設(shè)框架網(wǎng)，以框架網(wǎng)作為整個(gè)GPS網(wǎng)的骨架;精心制定一個(gè)子區(qū)和子環(huán)路的實(shí)測(cè)方案。3、在布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)，引入高精度激光測(cè)距邊，作為觀測(cè)值與GPS觀測(cè)值（基線向量）一同進(jìn)行聯(lián)合平差，或?qū)⑺鼈冏鳛槠鹚氵呴L(zhǎng)。4、若要采用高程擬合的方法，測(cè)定網(wǎng)中各點(diǎn)的正常高／正高，則需在布網(wǎng)時(shí)，選定一定數(shù)量的水準(zhǔn)點(diǎn)，水準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量應(yīng)竟可能的多，且應(yīng)在網(wǎng)中均勻分布；還要保證有部分點(diǎn)分布在網(wǎng)的四周，將整個(gè)網(wǎng)包含在其中。5、為提高GPS網(wǎng)的尺度精度，可采用如下方法：增設(shè)長(zhǎng)時(shí)間、多時(shí)段的基線向量。三.布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)起算點(diǎn)的選取與分布

若要求所布設(shè)的GPS網(wǎng)的成果與舊成果吻合最好，則起算點(diǎn)數(shù)量越多越好；若不要求所布設(shè)的GPS網(wǎng)的成果完全與舊成果吻合，則一般選3～5個(gè)起算點(diǎn)，這樣既可以保證新舊成果的一致性，也可以保持GPS網(wǎng)的原有精度。為保證整網(wǎng)的點(diǎn)位精度均勻，起算點(diǎn)一般應(yīng)均勻地分布在GPS網(wǎng)的周圍。要避免所有的起算點(diǎn)分布在網(wǎng)中一側(cè)的情況。四.布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)起算邊長(zhǎng)的選取與分布在布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)，可以采用高精度激光測(cè)距邊作為起算邊長(zhǎng)，激光測(cè)距邊的數(shù)量可在3～5條左右，它們可設(shè)置在GPS網(wǎng)中的任意位置。但激光測(cè)距邊兩端點(diǎn)的高差不應(yīng)過(guò)分懸殊。五.布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)起算方位的選取與分布

在布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)，可以引入起算方位，但起算方位不宜太多，起算方位可布設(shè)在GPS網(wǎng)中的任意位置。GPS測(cè)量的外業(yè)準(zhǔn)備及技術(shù)設(shè)計(jì)書編寫

在進(jìn)行GPS外業(yè)工作之前，必須做好實(shí)施前的工區(qū)踏勘、資料收集、器材籌備、觀測(cè)計(jì)劃擬定，GPS儀器檢校及設(shè)計(jì)書編寫等工作。

測(cè)區(qū)踏勘資料收集

設(shè)備、器材籌備及人員組織擬定外業(yè)觀測(cè)計(jì)劃技術(shù)設(shè)計(jì)與編寫一.任務(wù)來(lái)源及工作量二.測(cè)區(qū)概況三.布網(wǎng)方案四.選點(diǎn)與埋標(biāo)五.觀測(cè)六.數(shù)據(jù)處理七.完成任務(wù)的措施八.上交資料資料收集全后，編寫技術(shù)設(shè)計(jì)，主要編寫內(nèi)容如下：GPS測(cè)量的外業(yè)實(shí)施GPS測(cè)量外業(yè)實(shí)施包括GPS點(diǎn)的選埋、觀測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)預(yù)處理等工作。選點(diǎn)

由于GPS測(cè)量觀測(cè)站之間不一定要求相互通視，而且網(wǎng)的圖形結(jié)構(gòu)也比較靈活，所以選點(diǎn)工作比常規(guī)控制測(cè)量的選點(diǎn)要簡(jiǎn)便。但由于點(diǎn)位的選擇對(duì)于保證觀測(cè)工作的順利進(jìn)行和保證測(cè)量結(jié)果的可靠性有著重要的意義，所以在選點(diǎn)工作開(kāi)始前，除收集和了解有關(guān)測(cè)區(qū)的地理情況和原有測(cè)量控制點(diǎn)分布及標(biāo)架、標(biāo)型、標(biāo)石完好狀態(tài)，決定其適宜的點(diǎn)位。標(biāo)志埋設(shè)

GPS網(wǎng)點(diǎn)一般應(yīng)埋設(shè)具有中心標(biāo)志的標(biāo)石，以精確標(biāo)志點(diǎn)位，點(diǎn)的標(biāo)石和標(biāo)志必須穩(wěn)定、堅(jiān)固以利長(zhǎng)久保存和利用。在基巖露頭地區(qū)，也可直接在基巖上嵌入金屬標(biāo)志。每個(gè)點(diǎn)位標(biāo)石埋設(shè)結(jié)束后，應(yīng)填寫點(diǎn)之記并提交以下資料：

1、點(diǎn)之記；

2、GPS網(wǎng)的選點(diǎn)略圖；

觀測(cè)工作1、天線安置2、開(kāi)機(jī)觀測(cè)3、觀測(cè)記錄數(shù)據(jù)預(yù)處理觀測(cè)成果的外業(yè)檢核GPS網(wǎng)平差處理技術(shù)總結(jié)上交資料數(shù)