GPS測(cè)量原理與應(yīng)用復(fù)習(xí)資料

GPS測(cè)量原理與應(yīng)用2010GIS螃蟹編PAGEPAGE8GPS測(cè)量原理及應(yīng)用第一章緒論?GPS的含義：全球定位系統(tǒng)（GPS）是一個(gè)空基全天候?qū)Ш较到y(tǒng)，它由美國(guó)國(guó)防部開(kāi)發(fā)，用以滿足軍方在地面或近地空間內(nèi)獲取在一個(gè)通用參照系中的位置、速度和時(shí)間信息的要求。?衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)分類：按用戶接收機(jī)是否發(fā)射信號(hào)分類：無(wú)源系統(tǒng)、有源系統(tǒng)。按測(cè)量的參數(shù)分類：測(cè)距導(dǎo)航系統(tǒng)、測(cè)距離差導(dǎo)航系統(tǒng)、衛(wèi)星多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)、測(cè)角導(dǎo)航系統(tǒng)、混合系統(tǒng)。按衛(wèi)星運(yùn)行軌道高度分類：低軌道（近地軌道）、中高軌道、同步軌道。④按工作區(qū)域分類：全球覆蓋系統(tǒng)、區(qū)域覆蓋系統(tǒng)。–北斗一號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)同時(shí)具備定位與雙向通信能力，可以獨(dú)立完成移動(dòng)目標(biāo)的定位與調(diào)度功能；GPS系統(tǒng)本身不具備通信能力，需要和其他通訊系統(tǒng)結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)目標(biāo)的遠(yuǎn)程定位與監(jiān)控功能。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是區(qū)域性導(dǎo)航系統(tǒng)；GPS系統(tǒng)是全球性導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是由我國(guó)自主控制；GPS系統(tǒng)是由美國(guó)軍方控制。–歐盟伽利略系統(tǒng)：①空間段：由分布在三個(gè)軌道上的30顆中等高度軌道衛(wèi)星（MEO）構(gòu)成，每個(gè)軌道面上有10顆衛(wèi)星（9顆正常工作，1顆運(yùn)行備用）；軌道面傾角56度。②地面段：包括全球地面控制段、全球地面任務(wù)段、全球域網(wǎng)、導(dǎo)航管理中心、地面支持設(shè)施地面管理機(jī)構(gòu)。③用戶：用戶端主要就是用戶接收機(jī)及其同等產(chǎn)品，伽利略系統(tǒng)考慮將與GPS、GLONASS的導(dǎo)航信號(hào)一起組成復(fù)合型衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，因此用戶接收機(jī)將是多用途、兼容型接收機(jī)。–前蘇聯(lián)GLONASS系統(tǒng)：星座軌道為3個(gè)等間距橢圓軌道，軌道面間夾角120°，軌道傾角64.8°，偏心率0.01，每個(gè)軌道上等間距地分布8顆衛(wèi)星。衛(wèi)星離地高度19100km，繞地運(yùn)行周期為11時(shí)15分，地跡重復(fù)周期為8天，軌道同步周期17圈。其衛(wèi)星軌道傾角大于GPS衛(wèi)星軌道傾角，所以在高緯度地區(qū)的可視性好。面控制系統(tǒng)包括1個(gè)系統(tǒng)控制中心、1個(gè)指令跟蹤站，網(wǎng)絡(luò)分布于俄羅斯境內(nèi)。–GNSS系統(tǒng)：27＋3顆衛(wèi)星組成，部署在3個(gè)中高度圓軌道面上，軌道高度23616km，傾角56°，設(shè)計(jì)思想是完全從民用出發(fā)，與GPS、GLONASS兼容，有2個(gè)控制中心。GPS系統(tǒng)組成：由空間部分、地面控制部分、用戶設(shè)備部分三部分組成。–GPS衛(wèi)星星座：21顆正式的工作衛(wèi)星＋3顆活動(dòng)的備用衛(wèi)星。6個(gè)軌道面，平均高度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）。保證在24小時(shí)，在高度角15°以上，能夠同時(shí)觀測(cè)到4—11顆衛(wèi)星。–地面監(jiān)控系統(tǒng)：包括1個(gè)主控站、3個(gè)注入站和5個(gè)監(jiān)測(cè)站。?GPS系統(tǒng)各部分的作用–GPS衛(wèi)星：①向用戶發(fā)送導(dǎo)航定位信號(hào)。②接收注入站發(fā)送的導(dǎo)航電文和其他信息。③接收調(diào)度命令，改正運(yùn)行偏差或啟用備用時(shí)鐘。–主控站：①采集數(shù)據(jù)：主控站采集各個(gè)監(jiān)測(cè)站所測(cè)得的偽距和積分多普勒觀測(cè)值、氣象要素、衛(wèi)星時(shí)鐘和工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)站自身的狀態(tài)數(shù)據(jù)，以及海軍水面兵器中心發(fā)來(lái)的參考星歷。②編輯導(dǎo)航電文：根據(jù)采集到的全部數(shù)據(jù)計(jì)算出每一顆衛(wèi)星的星歷、時(shí)鐘改正數(shù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)，以及大氣改正數(shù)，并按一定的格式編輯為導(dǎo)航電文，傳送到注入站。③診斷功能：對(duì)整個(gè)地面支撐系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作進(jìn)行診斷；對(duì)衛(wèi)星的健康狀況進(jìn)行診斷，并加以編碼向用戶指示。④調(diào)整衛(wèi)星：根據(jù)所測(cè)的衛(wèi)星軌道參數(shù)，及時(shí)將衛(wèi)星調(diào)整到預(yù)定軌道，使其發(fā)揮正常作用，而且還可以進(jìn)行衛(wèi)星調(diào)度，用備份衛(wèi)星取代失效的工作衛(wèi)星。–監(jiān)測(cè)站：為主控站提供衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)。–注入站：將主控站發(fā)來(lái)的導(dǎo)航電文注入到相應(yīng)的衛(wèi)星存儲(chǔ)器。–GPS信號(hào)接收機(jī)：①捕獲衛(wèi)星信號(hào)、跟蹤衛(wèi)星運(yùn)行。②對(duì)接收的GPS信號(hào)進(jìn)行變換、放大和處理。③測(cè)出信號(hào)傳播時(shí)間，解譯導(dǎo)航電文。④實(shí)時(shí)計(jì)算測(cè)站的三維坐標(biāo)、三維速度和時(shí)間。?GPS系統(tǒng)的特點(diǎn)：定位精度高；觀測(cè)時(shí)間短；測(cè)站間無(wú)需通視；可同時(shí)提供三維坐標(biāo)；操作簡(jiǎn)便；全天候作業(yè)；功能多、應(yīng)用廣。第二章坐標(biāo)系和空間系?坐標(biāo)系統(tǒng)的定義：坐標(biāo)原點(diǎn)的位置、三個(gè)坐標(biāo)軸的指向、坐標(biāo)軸的長(zhǎng)度單位。任一坐標(biāo)系中，坐標(biāo)值與空間點(diǎn)位一一對(duì)應(yīng)。球面坐標(biāo)系：以地球質(zhì)心為坐標(biāo)系的原點(diǎn)，以天極和春分點(diǎn)作為天球定向基準(zhǔn)的坐標(biāo)系?常用的坐標(biāo)系統(tǒng)–球面坐標(biāo)系：以地球質(zhì)心為坐標(biāo)系的原點(diǎn)，以天極和春分點(diǎn)作為天球定向基準(zhǔn)的坐標(biāo)系。–大地坐標(biāo)系：以參考橢球中心為原點(diǎn)，起始子午面和赤道面為基準(zhǔn)面的地球坐標(biāo)系?？臻g直角坐標(biāo)系：直角坐標(biāo)系定義的三要素：坐標(biāo)原點(diǎn)的位置、三個(gè)坐標(biāo)軸的指向、坐標(biāo)軸長(zhǎng)度單位?常見(jiàn)的時(shí)間系統(tǒng)–恒星時(shí)：以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)，由春分點(diǎn)的周日視運(yùn)動(dòng)所定義的時(shí)間系統(tǒng)。–平太陽(yáng)時(shí)：以平太陽(yáng)為參考點(diǎn)，由平太陽(yáng)的周日視運(yùn)動(dòng)所定義的時(shí)間系統(tǒng)。（假設(shè)一個(gè)平太陽(yáng)以真太陽(yáng)周年運(yùn)動(dòng)的平均速度在天球赤道上作周年視運(yùn)動(dòng)，其周期與真太陽(yáng)一致。–世界時(shí)：以平子夜為零時(shí)起算的格林尼治平太陽(yáng)時(shí)。–原子時(shí)：以物質(zhì)內(nèi)部原子運(yùn)動(dòng)的特征為基礎(chǔ)的時(shí)間系統(tǒng)。–協(xié)調(diào)世界時(shí)：采用原子時(shí)秒長(zhǎng)，采用跳秒的方法使協(xié)調(diào)時(shí)與世界時(shí)的時(shí)刻相接近，其差不超過(guò)1秒。–GPS時(shí)間系統(tǒng)：采用原子時(shí)ATI秒長(zhǎng)作為時(shí)間基準(zhǔn)，起算的原點(diǎn)定義在1980.1.6UTC0時(shí)。GPS時(shí)是用周數(shù)＋周內(nèi)時(shí)間（秒）來(lái)表示，以1980年1月6日0時(shí)0分0秒為第0周第0秒，如2004年5月1日10時(shí)5分15秒為第1268周554715秒。時(shí)間尺度：運(yùn)動(dòng)連續(xù)、周期恒定、可觀測(cè)、可用試驗(yàn)復(fù)現(xiàn)的周期運(yùn)動(dòng)。第三章GPS衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及衛(wèi)星星歷?衛(wèi)星所受的作用力：地球?qū)πl(wèi)星的引力（主要）、日月引力、大氣阻力、太陽(yáng)光壓、地球潮汐力。–受力分類：中心引力（地球質(zhì)心引力）、攝動(dòng)力（地球?qū)πl(wèi)星的非中心引力、日月引力、大氣阻力、太陽(yáng)光壓、地球潮汐力）。衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)：①無(wú)攝運(yùn)動(dòng)：只考慮地球質(zhì)心引力作用的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)。②受攝運(yùn)動(dòng)：考慮攝動(dòng)力作用的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)。?衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道的描述：開(kāi)普勒軌道六參數(shù)（軌道根數(shù)）：a、e、V、?、i、ω。軌道攝動(dòng)九參數(shù)：△n、I、?、Cuc、Cus、Crc、Crs、Cic、Cis。?衛(wèi)星星歷：一組對(duì)應(yīng)某一時(shí)刻的軌道根數(shù)及其變化率，用來(lái)描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道的信息（計(jì)算出任一時(shí)刻衛(wèi)星的速度和位置）。–廣播星歷（預(yù)報(bào)星歷）：通過(guò)GPS衛(wèi)星實(shí)時(shí)發(fā)送給各個(gè)用戶，它加載在衛(wèi)星的導(dǎo)航電文中，接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號(hào)時(shí)就同時(shí)接收了預(yù)報(bào)星歷；相對(duì)于參考?xì)v元的外推星歷，精度約為20m（精度較低），坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS-84；參數(shù)選擇采用了開(kāi)普勒軌道參數(shù)加調(diào)和項(xiàng)修正方案，用于普通測(cè)量和導(dǎo)航。–后處理星歷（精密星歷）：由地面跟蹤站的觀測(cè)資料，應(yīng)用與廣播星歷相似的方法而計(jì)算得到，不通過(guò)導(dǎo)航電文向用戶傳遞，而是利用磁帶、電視、衛(wèi)星通訊等方式有償?shù)貫樾枰挠脩舴?wù)；精度分米—米，坐標(biāo)系統(tǒng)為TRF，可從IGS網(wǎng)站上下載；其參數(shù)是通過(guò)地面觀測(cè)計(jì)算出的，無(wú)外推誤差，適于較高精度的測(cè)量、定位中使用。ＧＰＳ廣播星歷參數(shù)：1個(gè)參考時(shí)刻toe；6個(gè)對(duì)應(yīng)toe的軌道參數(shù)（M0,e,a,Ω0,ω0,i0）；9個(gè)攝動(dòng)改正項(xiàng)Δn、?、?、Cuc、Cus、Crc、Crs、Cic、Cis第四章衛(wèi)星導(dǎo)航電文與衛(wèi)星信號(hào)?導(dǎo)航電文的內(nèi)容：GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文是用戶用來(lái)定位和導(dǎo)航的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，包括衛(wèi)星星歷、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延改正、工作狀態(tài)信息、C/A碼轉(zhuǎn)換到捕獲P碼的Z計(jì)數(shù)。?導(dǎo)航電文的基本結(jié)構(gòu)：電文的基本單位是長(zhǎng)1500bit的一個(gè)主幀，一個(gè)主幀包括5個(gè)子幀。其中，第1、2、3子幀各有10個(gè)字碼，每個(gè)字碼有30bit；第4、5子幀各有25個(gè)頁(yè)面，共有37500bit。?GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算思路與步驟：①計(jì)算衛(wèi)星運(yùn)行的平均角速度n。②計(jì)算歸化時(shí)間tk。③觀測(cè)時(shí)刻衛(wèi)星平近點(diǎn)角Mk的計(jì)算。④計(jì)算偏近點(diǎn)角Ek。⑤真近點(diǎn)角Vk的計(jì)算。⑥升交距角Фk的計(jì)算。⑦攝動(dòng)改正項(xiàng)δu、δr、δi的計(jì)算。⑧計(jì)算經(jīng)過(guò)攝動(dòng)改正的升交距角Uk、衛(wèi)星矢徑rk和軌道傾角ik。⑨計(jì)算衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系的坐標(biāo)。⑩觀測(cè)時(shí)刻升交點(diǎn)經(jīng)度?k的計(jì)算。⑾計(jì)算衛(wèi)星在地心固定坐標(biāo)系中的直角坐標(biāo)?GPS接收機(jī)–GPS接收機(jī)的組成：天線單元：接收天線、前置放大器主機(jī)單元：變頻器、信號(hào)通道、微處理器、存儲(chǔ)器、顯示器電源：內(nèi)電源、外接電源–GPS接收機(jī)的分類：①按接收機(jī)的用途分類：導(dǎo)航型接收機(jī)（車載型、航海型、航空型、星載型）、測(cè)地型接收機(jī)、授時(shí)接收機(jī)②按接收機(jī)的載波頻率分類：?jiǎn)晤l接收機(jī)；雙頻接收機(jī)③按接收機(jī)通道數(shù)分類：多通道接收機(jī)、序貫通道接收機(jī)、多路多用通道接收機(jī)④按接收機(jī)工作原理分類：碼相關(guān)型接收機(jī)；平方型接收機(jī)混合型接收機(jī)；干涉型接收機(jī)第五章衛(wèi)星定位的基本原理?衛(wèi)星定位的基本原理：測(cè)距交匯：將無(wú)線電信號(hào)發(fā)射臺(tái)從地面點(diǎn)搬到衛(wèi)星上，組成一顆衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，應(yīng)用無(wú)線電測(cè)距交會(huì)的原理，便可由三個(gè)以上地面已知點(diǎn)（控制站）交會(huì)出衛(wèi)星位置，反之利用三顆以上衛(wèi)星的已知空間位置又可交會(huì)出地面未知點(diǎn)（用戶接收機(jī)）的位置。?衛(wèi)星定位要解決的基本問(wèn)題：①衛(wèi)星的位置②衛(wèi)星到測(cè)站（用戶接收機(jī)）之間的距離。?偽距：由衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)到達(dá)GPS接收機(jī)的傳播時(shí)間乘以光速所得出的測(cè)量距離，即ρ′＝cτ′。–偽距測(cè)量由GPS接收機(jī)在某一時(shí)刻測(cè)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(huì)的方法求定接收機(jī)天線所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)，其觀測(cè)值為C/A碼偽距、P碼偽距，具有定位精度低、定位速度快（實(shí)時(shí)定位）的特點(diǎn)。?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)。–重建載波問(wèn)題的產(chǎn)生：①調(diào)制了測(cè)距碼和導(dǎo)航電文后，載波不再是連續(xù)的。②要測(cè)定載波相位，必須設(shè)法使不連續(xù)的載波信號(hào)恢復(fù)為連續(xù)的載波信號(hào)。?重建載波的方法–碼相關(guān)法：①方法：將所接收到的信號(hào)（衛(wèi)星信號(hào)）與接收機(jī)產(chǎn)生的復(fù)制碼相乘。②技術(shù)要點(diǎn)：衛(wèi)星信號(hào)（弱）與接收機(jī)信號(hào)（強(qiáng)）相乘。③特點(diǎn)：需要了解碼的結(jié)構(gòu)（限制）；可獲得導(dǎo)航電文和全波長(zhǎng)的載波，信號(hào)質(zhì)量好（信噪比高）（優(yōu)點(diǎn)）。–平方法：①方法：將所接收到的調(diào)制信號(hào)（衛(wèi)星信號(hào)）自乘。②技術(shù)要點(diǎn)：衛(wèi)星信號(hào)自乘。③特點(diǎn)：無(wú)需了解碼的結(jié)構(gòu)（優(yōu)點(diǎn)）；無(wú)法獲得導(dǎo)航電文，所獲載波波長(zhǎng)為原來(lái)波長(zhǎng)的一半，信號(hào)質(zhì)量較差（信噪比低，降低了30dB）（缺點(diǎn)）。–互相關(guān)（交叉相關(guān)）技術(shù)：①方法：在不同頻率的調(diào)制信號(hào)（衛(wèi)星信號(hào)）進(jìn)行相關(guān)處理，獲取兩個(gè)頻率間的偽距差和相位差。②技術(shù)要點(diǎn)：不同頻率的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行相關(guān)。③特點(diǎn)：無(wú)需了解Y碼的結(jié)構(gòu)；可獲得導(dǎo)航電文；可獲得全波波長(zhǎng)的載波；信號(hào)質(zhì)量較平方法好（信噪比降低了27dB）。–Z跟蹤技術(shù)：①原理：AS碼；W碼；將相關(guān)間隔限定在一個(gè)W碼碼元內(nèi)。②技術(shù)要點(diǎn)：在一個(gè)W碼碼元內(nèi)進(jìn)行衛(wèi)星信號(hào)（弱）與復(fù)制信號(hào)（強(qiáng)）的相關(guān)。③特點(diǎn)：無(wú)需了解Y碼的結(jié)構(gòu)；可測(cè)定雙頻偽距觀測(cè)值；可獲得導(dǎo)航電文；可獲得全波波長(zhǎng)的載波；信號(hào)質(zhì)量較平方法好（信噪比降低了14dB）。?載波相位測(cè)量的基本原理：利用載波信號(hào)是周期正弦信號(hào)，通過(guò)載波測(cè)量衛(wèi)星與接收機(jī)間的距離，交會(huì)出接收機(jī)的空間位置。–載波相對(duì)測(cè)量的觀測(cè)值：GPS接收機(jī)所接收的衛(wèi)星載波信號(hào)與接收機(jī)本真參考信號(hào)的相位差，包括載波相位觀測(cè)值、t0時(shí)刻包含整周模糊度的觀測(cè)值、后續(xù)ti時(shí)刻觀測(cè)值。?載波相位測(cè)量需要解決的問(wèn)題：整周未知數(shù)（整周模糊度）的確定–整周未知數(shù)（整周模糊度）：時(shí)刻載波在空間傳輸?shù)恼芷跀?shù)，是一個(gè)無(wú)法通過(guò)觀測(cè)獲得的未知數(shù)。確定方法：①偽距法是在進(jìn)行載波相位測(cè)量的同時(shí)又進(jìn)行偽距測(cè)量。②當(dāng)作平差的待定參數(shù)③多普勒法④快速確定整周未知數(shù)法。–周跳：在衛(wèi)星跟蹤過(guò)程中，如衛(wèi)星信號(hào)被障礙物擋住而暫時(shí)中斷，或受無(wú)線電信號(hào)干擾造成失鎖，這樣計(jì)數(shù)器就無(wú)法連續(xù)計(jì)數(shù)。當(dāng)信號(hào)被重新跟蹤后，整周計(jì)數(shù)就不正確，但是不到一個(gè)整周的相位觀測(cè)值仍是正確的。這種現(xiàn)象稱為周跳。產(chǎn)生原因：信號(hào)被遮擋；干擾；接收機(jī)運(yùn)動(dòng)速度過(guò)快；接收機(jī)暫時(shí)的故障。探測(cè)與修復(fù)方法：①屏幕掃描法。②高次差法或多項(xiàng)式擬合法。③簡(jiǎn)單的高次差。④星間差分的高次差。⑤殘差法。?絕對(duì)定位（單點(diǎn)定位）–定義單獨(dú)利用一臺(tái)接收機(jī)確定待定點(diǎn)在地固坐標(biāo)系中絕對(duì)位置的方法。?靜態(tài)相對(duì)定位–定義：兩臺(tái)或兩臺(tái)以上接收機(jī)分別安置在基線的兩端，同步觀測(cè)相同GPS衛(wèi)星，確定基線端點(diǎn)的相對(duì)位置或基線向量。差分GPS定位–定義：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。–定位基本原理：將一臺(tái)GPS接收機(jī)安置在基準(zhǔn)站上進(jìn)行觀測(cè)。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(shí)地將這一改正數(shù)發(fā)送出去。用戶接收機(jī)在進(jìn)行GPS觀測(cè)的同時(shí)，也接收到基準(zhǔn)站的改正數(shù)，并對(duì)其定位結(jié)果進(jìn)行改正，從而提高精度。?差分GPS的類型：①單站差分：a．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)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。b．偽距差分特點(diǎn)：發(fā)送距離改正數(shù)；差分?jǐn)?shù)據(jù)量較多；基準(zhǔn)站觀測(cè)所有衛(wèi)星；流動(dòng)站觀測(cè)任意4顆衛(wèi)星；精度隨距離增加而降低。c．載波相位差分方法：修正法；差分法。②局域差分&廣域差分a．局域差分基準(zhǔn)站作用距離：數(shù)百公里。特點(diǎn)：根據(jù)多個(gè)基準(zhǔn)站提供的改正信息，平差后得到自己的改正數(shù)——不區(qū)分誤差源。b．廣域差分基準(zhǔn)站作用距離：數(shù)千公里特點(diǎn)：將各項(xiàng)誤差分離出來(lái)，建立誤差與位置的關(guān)系?；舅枷耄簩?duì)GPS觀測(cè)量的誤差源加以區(qū)分，并分別每一誤差源模型化，利用該模型計(jì)算出每一誤差源的數(shù)值，通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將該改正數(shù)值傳遞給用戶，用戶利用該值進(jìn)行改正。工作流程：在若干監(jiān)測(cè)站（基準(zhǔn)站）上觀測(cè)數(shù)據(jù)（偽距、載波相位等）；將觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行恼荆恢行恼緦?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到誤差改正數(shù)；通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將誤差改正數(shù)傳到用戶站；用戶根據(jù)這些誤差改正觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出高精度的GPS定位結(jié)果。（觀測(cè)站——中心站——處理得到改正數(shù)——用戶站——改正——計(jì)算高精度定位結(jié)果）③根據(jù)時(shí)效性：實(shí)時(shí)差分；b．后處理差分。第六章GPS衛(wèi)星導(dǎo)航動(dòng)態(tài)定位–定義：GPS動(dòng)態(tài)定位（測(cè)量）是利用GPS信號(hào)，測(cè)定相對(duì)于地球運(yùn)動(dòng)的用戶天線的狀態(tài)參數(shù)，這些狀態(tài)參數(shù)包括三維坐標(biāo)、三維速度和時(shí)間等七個(gè)。第七章GPS測(cè)量誤差的來(lái)源及其影響?GPS測(cè)量誤差的分類及對(duì)距離測(cè)量的影響與衛(wèi)星有關(guān)的誤差–衛(wèi)星星歷（軌道）誤差：由衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星在空間的位置與衛(wèi)星的實(shí)際位置之差，稱為衛(wèi)星星歷誤差。星歷誤差對(duì)單點(diǎn)定位的影響主要取決于衛(wèi)星到接收機(jī)的距離以及用于定位或?qū)Ш降腉PS衛(wèi)星與接收機(jī)構(gòu)成的幾何圖形。由衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星在空間的位置與實(shí)際位置之差，稱為衛(wèi)星星歷（軌道）解決方法：①建立自己的衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)獨(dú)立定軌。②當(dāng)作未知數(shù)求解——軌道松法。③同步觀測(cè)值求差。–衛(wèi)星鐘的誤差：衛(wèi)星鐘與GPS理想時(shí)間無(wú)法保持一致，存在偏差或漂移。解決方法：利用模型改正、鐘差改正多項(xiàng)式、相對(duì)定位或差分定位。–相對(duì)論效應(yīng)：由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)所處的狀態(tài)不同而引起衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘之間相對(duì)鐘誤差的現(xiàn)象。①狹義相對(duì)論（時(shí)間膨脹，鐘的頻率與其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)）：在狹義相對(duì)論效應(yīng)作用下，衛(wèi)星上鐘的頻率將變慢。②廣義相對(duì)論（鐘的頻率與其所處的重力位有關(guān)）：在廣義相對(duì)論效應(yīng)作用下，衛(wèi)星上鐘的頻率將變快。解決方法：在地面上調(diào)低將要搭載到衛(wèi)星上去的鐘的頻率。?與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差–電離層的延遲誤差：解決方法：①經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透恼焊鶕?jù)以往觀測(cè)結(jié)果所建立的模型。改正效果差。②雙頻改正：利用雙頻觀測(cè)值直接計(jì)算出延遲改正或組成無(wú)電離層延遲的組合觀測(cè)量。改正效果最好。③實(shí)測(cè)模型改正：利用實(shí)際觀測(cè)所得到的離散的電離層延遲（或電子含量），建立模型（如內(nèi)插）。改正效果較好。–對(duì)流層延遲：解決方法：①利用對(duì)流層模型加以修正：霍普菲爾德改正模型、薩斯塔莫寧改正模型、勃蘭克改正模型。②將對(duì)流層影響當(dāng)作未知數(shù)，在數(shù)據(jù)處理時(shí)求解。③利用同步觀測(cè)值求差。④利用水汽輻射計(jì)直接測(cè)定信號(hào)傳播的影響。–多路徑誤差：在GPS測(cè)量中，被測(cè)站附近的物體所反射的衛(wèi)星信號(hào)（反射波）被接收機(jī)天線所接收，與直接來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使觀測(cè)值偏離真值產(chǎn)生所謂的“多路徑誤差”。多路徑誤差與測(cè)站環(huán)境、反射體性質(zhì)、接收機(jī)結(jié)構(gòu)和性能有關(guān)。解決方法：①觀測(cè)上：選擇合適的測(cè)站，避開(kāi)易產(chǎn)生多路徑的環(huán)境（如水域、山坡、高大建筑物等）。②硬件上：采用抗多路徑誤差的儀器設(shè)備?？苟嗦窂降奶炀€：帶抑徑板或抑徑圈的天線，極化天線；抗多路徑的接收機(jī)：窄相關(guān)技術(shù)等。③適當(dāng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間。?與接收機(jī)有關(guān)的誤差–接收機(jī)鐘差：GPS接收機(jī)一般采用石英鐘，接收機(jī)鐘與理想的GPS時(shí)之間存在的偏差和漂移。解決方法：①作為未知數(shù)與測(cè)站位置一并求解。②把接收機(jī)的鐘誤差表示為時(shí)間的多項(xiàng)式進(jìn)行求解。③通過(guò)衛(wèi)星間求一次差。–接收機(jī)的位置誤差：接收機(jī)天線的相位中心相對(duì)測(cè)站標(biāo)石中心位置的偏差。解決方法：①正確的對(duì)中整平。②采用強(qiáng)制對(duì)中裝置（變形監(jiān)測(cè)時(shí)）。–天線相位中心偏差：接收機(jī)天線接收到的GPS信號(hào)是來(lái)自四面八方，隨著GPS信號(hào)方位和高度角的變化，接收機(jī)天線的相位中心的位置也在發(fā)生變化。解決方法：①使用相同類型的天線并進(jìn)行天線定向（限于相對(duì)定位）。②歸心改正法：主要用于進(jìn)行高精度單點(diǎn)定位以及采用不同類型的接收機(jī)天線進(jìn)行相對(duì)定位。?其他誤差：地球自轉(zhuǎn)的影響、氣球潮汐改正（固體潮、負(fù)荷潮）。?GPS測(cè)量誤差的性質(zhì)：①偶然誤差：衛(wèi)星信號(hào)發(fā)生部分的隨機(jī)噪聲、接收機(jī)信號(hào)接收處理部分的隨機(jī)噪聲、其它外部某些具有隨機(jī)特征的影響。隨機(jī)；量級(jí)小（毫米級(jí)）。②系統(tǒng)誤差：其它具有某種系統(tǒng)性特征的誤差。具有某種系統(tǒng)性特征；量級(jí)大（最大可達(dá)數(shù)百米）。?消除或減弱各種誤差影響的方法–模型改正法：利用模型計(jì)算出誤差影響的大小，直接對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行修正。（改正后的觀測(cè)值＝原始觀測(cè)值＋模型改正）適用情況：對(duì)誤差的特性、機(jī)制及產(chǎn)生原因有較深刻了解，能建立理論或經(jīng)驗(yàn)公式。誤差源：相對(duì)論效應(yīng)、電離層延遲、對(duì)流層延遲、衛(wèi)星鐘差。限制：有些誤差難以模型化。–求差法：通過(guò)觀測(cè)值間一定方式的相互求差，消去或消弱求差觀測(cè)值中所包含的相同或相似的誤差影響。適用情況：誤差具有較強(qiáng)的空間、時(shí)間或其它類型的相關(guān)性。誤差源：電離層延遲、對(duì)流層延遲、衛(wèi)星軌道誤差等。限制：空間相關(guān)性將隨著測(cè)站間距離的增加而減弱。–參數(shù)法：采用參數(shù)估計(jì)的方法，將系統(tǒng)性偏差求定出來(lái)。適用情況：幾乎適用于任何的情況。限制：不能同時(shí)將所有影響均作為參數(shù)來(lái)估計(jì)。–回避法：選擇合適的觀測(cè)地點(diǎn)，避開(kāi)易產(chǎn)生誤差的環(huán)境；采用特殊的觀測(cè)方法；采用特殊的硬件設(shè)備，消除或減弱誤差的影響。適用情況：對(duì)誤差產(chǎn)生的條件及原因有所了解；具有特殊的設(shè)備。誤差源：電磁波干擾、多路徑效應(yīng)。限制：無(wú)法完全避免誤差的影響，具有一定的盲目性。第八章GPS測(cè)量的設(shè)計(jì)與實(shí)施?GPS網(wǎng)基準(zhǔn)：①方位基準(zhǔn)：起算方位角或基線方位角。②尺度基準(zhǔn)：測(cè)距邊或已知起算點(diǎn)的距離。③位置基準(zhǔn)：由起算點(diǎn)坐標(biāo)確定。?GPS網(wǎng)的基本概念：①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。②基線：由GPS接收機(jī)進(jìn)行相對(duì)定位所得的線段或坐標(biāo)差。③同步觀測(cè)：兩臺(tái)或兩臺(tái)以上接收機(jī)同時(shí)對(duì)同一組衛(wèi)星進(jìn)行的觀測(cè)。④同步觀測(cè)環(huán)：三臺(tái)或三臺(tái)以上接收機(jī)同步觀測(cè)獲得的基線向量所構(gòu)成的閉合環(huán)。⑤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，有非同步觀測(cè)基線向量的閉合環(huán)。⑥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)。⑦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。⑧非獨(dú)立基線：除獨(dú)立基線外的其他基線。在同步或異步觀測(cè)環(huán)中，獨(dú)立基線與非獨(dú)立基線是相對(duì)的。?ＧＰＳ網(wǎng)特征條件的計(jì)算觀測(cè)時(shí)段數(shù)：C=n·m/N總基線數(shù)：J總=C·N·(N-1)/2必要基線數(shù)：J必=n-1獨(dú)立基線數(shù)：J獨(dú)=C·（N-1）多余基線數(shù)：J多=C·（N-1）-（n-1）?ＧＰＳ網(wǎng)同步圖形構(gòu)成及獨(dú)立邊的選擇由N臺(tái)GPS接收機(jī)構(gòu)成的同步圖形中一個(gè)時(shí)段包含的GPS基線數(shù)為：J=N（N-1）/2當(dāng)同步觀測(cè)的GPS接收機(jī)數(shù)≥3時(shí)，同步三角形閉合環(huán)的最少個(gè)數(shù)為：T=J-(N-1)?GPS網(wǎng)設(shè)計(jì)的網(wǎng)形–點(diǎn)連式：相鄰?fù)綀D形之間僅有一個(gè)公共點(diǎn)的連接。特點(diǎn)：圖形幾何強(qiáng)度很弱；非同步圖形閉合條件少。–邊連式：同步圖形之間由一條公共基線連接。特點(diǎn)：圖形幾何強(qiáng)度較高；非同步圖形閉合條件較多；觀測(cè)時(shí)段增加。–網(wǎng)連式：形式：相鄰的同步圖形間有3個(gè)（含3個(gè)）以上的公共點(diǎn)相連。特點(diǎn)：圖形強(qiáng)度最強(qiáng)；作業(yè)效率低?GPS測(cè)量的作業(yè)模式介紹–經(jīng)典靜態(tài)定位：①作業(yè)方法：采用兩臺(tái)（或兩臺(tái)以上）接收設(shè)備，分別安置在一條或數(shù)條基線的兩個(gè)端點(diǎn)，同步觀測(cè)4顆以上衛(wèi)星，每時(shí)段長(zhǎng)45分鐘至2個(gè)小時(shí)或更多。②應(yīng)用范圍：建立全球性或國(guó)家級(jí)大地控制網(wǎng)，建立地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)、建立長(zhǎng)距離檢?；€，進(jìn)行島嶼與大陸聯(lián)測(cè)、鉆井定位及精密工程控制網(wǎng)建立等。③注意事項(xiàng)：所有已觀測(cè)基線應(yīng)組成一系列封閉圖形，以利于外業(yè)檢核，提高成果可靠度，并且可以通過(guò)平差，有助于進(jìn)一步提高定位精度。④精度：基線的定位精度可達(dá)5mm+1×10-6·D（D為基線長(zhǎng)度Km）。–快速靜態(tài)定位：①作業(yè)方法：在測(cè)區(qū)中部選擇一個(gè)基準(zhǔn)站，并安置一臺(tái)接收設(shè)備連續(xù)跟蹤所有可見(jiàn)衛(wèi)星；另一臺(tái)接收機(jī)依次到各點(diǎn)流動(dòng)設(shè)站，每點(diǎn)觀測(cè)數(shù)分鐘。②應(yīng)用范圍：控制網(wǎng)的建立及其加密、工程測(cè)量、地籍測(cè)量、大批相距百米左右的點(diǎn)位定位。③注意事項(xiàng)：在測(cè)量時(shí)段內(nèi)應(yīng)確保有5顆以上衛(wèi)星可供觀測(cè)；流動(dòng)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)相距應(yīng)不超過(guò)20km；流動(dòng)站上的接收機(jī)在轉(zhuǎn)移時(shí)，不必保持對(duì)所測(cè)衛(wèi)星連續(xù)跟蹤，可關(guān)閉電源以降低能耗。④特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是作業(yè)速度快、精度高、能耗低；缺點(diǎn)是二臺(tái)接收機(jī)工作時(shí)，構(gòu)不成閉合圖形，可靠性差。⑤精度：流動(dòng)站相對(duì)于基準(zhǔn)站的基線中誤差為5mm+1×10-6·D。–準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定位：①作業(yè)方法：在測(cè)區(qū)選擇一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，安置接收機(jī)，連續(xù)跟蹤所有可見(jiàn)衛(wèi)星；將另一臺(tái)流動(dòng)接收機(jī)先置于1號(hào)站觀測(cè)；在保持對(duì)所測(cè)衛(wèi)星連續(xù)跟蹤而不失鎖的情況下，將流動(dòng)接收機(jī)分別在2、3?各點(diǎn)觀測(cè)數(shù)秒鐘。②應(yīng)用范圍：開(kāi)闊地區(qū)的加密控制測(cè)量、工程測(cè)量及碎部測(cè)量及線路測(cè)量等。③注意事項(xiàng)：應(yīng)確保在觀測(cè)時(shí)斷上有5顆