全球定位系統(tǒng)GPS及其應(yīng)用-精確農(nóng)業(yè)-課件-02

精確農(nóng)業(yè)概論

PrecisionAgricultureconspectus

第二章全球定位系統(tǒng)GPS及其應(yīng)用

1999年3月27日，北約部隊一架F-117A隱形戰(zhàn)斗機被南聯(lián)盟防空部隊擊落。飛行員跳傘后在腳觸地的一剎那，通過手持型信號發(fā)射器發(fā)出緊急呼救信號，當間諜衛(wèi)星把呼救信號傳送到北約空襲南聯(lián)盟指揮所后，美軍立即安排了救援行動。6小時后，當一架EA-6B電子干擾機發(fā)現(xiàn)飛行員的準確位置時，一架MH-6oG搜索與救援直升機降落在飛行員面前，把飛行員接上直升機并安全返回基地。飛行員發(fā)出的呼救信號是(）A.GIS系統(tǒng)信號B.GPS系統(tǒng)信號C.RS系統(tǒng)信號D.以上都不對B在伊拉克戰(zhàn)爭中，曾經(jīng)有記者問一位飛行員：“你知道去轟炸哪個城市嗎？”

飛行員回答：“不知道?！薄澳悄阍趺慈マZ炸呢？”

“容易，上級給我一個坐標，我按計算機的指引，投下采用GPS導航的炸彈掉頭就走，跟我玩游戲機沒什么兩樣?！?/p>

這個例子是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中引用GPS系統(tǒng)的典型案例。我們反對戰(zhàn)爭，但要想能更好的維護世界和平，我們也需要了解GPS——全球定位系統(tǒng)這種現(xiàn)代地理信息技術(shù)。全球定位系統(tǒng)(GPS)，是隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的迅速發(fā)展而建立起來的新一代精密衛(wèi)星定位系統(tǒng)。本章主要介紹該系統(tǒng)的發(fā)展歷史及其特點、系統(tǒng)的組成概況、系統(tǒng)定位原理以及GPS的接收原理與應(yīng)用。1.全球定位系統(tǒng)概述全球定位系統(tǒng)含義GPS是英文GlobalPositioningSystem的縮寫，即全球定位系統(tǒng)，它是利用由導航衛(wèi)星構(gòu)成的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，進行測時和測距。GPS能對靜態(tài)、動態(tài)對象進行動態(tài)空間信息的獲取，快速、精度均勻、不受天氣和時間的限制反饋空間信息。隨著信息技術(shù)的發(fā)展,GPS已經(jīng)成為定位和導航的一種嶄新的手段，它在導航、測繪、地學、交通、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。全球定位系統(tǒng)的發(fā)展歷史1957年世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功，40年來，人造地球衛(wèi)星技術(shù)在通信、氣象、資源勘察、導航、遙感、大地測量、地球動力學、天文學和軍事科學等眾多領(lǐng)域，得到了極廣泛應(yīng)用。人造地球衛(wèi)星的出現(xiàn)，首先引起了各國軍事部門的高度重視。1958年底，美國海軍武器實驗室，開始著手建立為美國海軍艦艇導航的衛(wèi)星系統(tǒng)，即“海軍導航衛(wèi)星系統(tǒng)”（NavyNavigationSatelliteSystem—NNSS）。由于該系統(tǒng)衛(wèi)星都通過地極，也稱“子午（Transit）衛(wèi)星系統(tǒng)”。1964年該系統(tǒng)建成，并在美國軍方啟用。1967年美國政府批準該系統(tǒng)解密，提供民用。該系統(tǒng)不受氣象條件的限制，自動化程度高，具有良好的定位精度。盡管NNSS在導航技術(shù)的發(fā)展中具有劃時代的意義，但由于該系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)目少（5-6顆），運行軌道低（1000km）,觀測時間長（1.5小時），無法提供連續(xù)實時三維導航，同時獲得一次導航解的時間長，難以滿足軍事要求，尤其是高動態(tài)目標（飛機、導彈等）導航要求。而從大地測量看，定位速度慢，一個測站一般平均觀測1-2天；精度低，單點定位精度3-5m，相對定位精度1m，使得在大地測量和地球動力學研究方面的應(yīng)用，也受到很大限制。為滿足軍事和民用對連續(xù)實時和三維導航的迫切要求，1973年美國國防部開始組織陸海空三軍，共同研究建立新一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)的計劃，這就是目前所稱的“導航衛(wèi)星授時測距/全球定位系統(tǒng)”（NavigationSatelliteTimingandranging/GlobalPositioningSystem）簡稱全球定位系統(tǒng)（GPS）。為使GPS具有高精度連續(xù)實時三維導航和定位能力，以及良好的抗干擾性能，在設(shè)計上采取了若干改善措施。GPS實施計劃共分三個階段：第一階段為方案論證和初步設(shè)計階段。從1973年到1978年，共發(fā)射了4顆試驗衛(wèi)星。研制了地面接收機及建立地面跟蹤網(wǎng)。第二階段為全面研制和試驗階段。從1979年到1988年，又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗衛(wèi)星，研制了各種用途接收機。實驗表明，GPS定位精度遠遠超過設(shè)計標準。第三階段為實用組網(wǎng)階段。1989年2月第一顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功，表明GPS系統(tǒng)進入工程建設(shè)階段。1993年底實用的GPS網(wǎng)即（21+3）GPS星座已經(jīng)建成，今后將根據(jù)計劃更換失效的衛(wèi)星。美國政府的GPS政策SPS與PPSSPS–標準定位服務(wù)，使用C/A碼，民用PPS–精密定位服務(wù)，可使用P碼，軍用SA（已于2000年5月1日取消）SelectiveAvailability–選擇可用性：人為降低普通用戶的測量精度。方法ε技術(shù)：軌道加繞（長周期，慢變化）δ技術(shù)：星鐘加繞（高頻抖動，短周期，快變化）AS–Anti-Spoofing反電子欺騙–P碼加密，P+W->Y其他獨立衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)

GLONASS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)

EGNOS系統(tǒng)

Galileo系統(tǒng)北斗系統(tǒng)：我國的第一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)類似于GPS，是俄羅斯以空間為基礎(chǔ)的無線電導航系統(tǒng)；其前身CICADA與子午系統(tǒng)同期，于1965年設(shè)計，有12顆衛(wèi)星；20世紀70年代中期開始啟動GLONASS計劃1982年10月12日發(fā)射第一顆GLONASS衛(wèi)星1996年1月18日，完成24顆衛(wèi)星的布局，衛(wèi)星具備完全工作能力由于經(jīng)濟原因，現(xiàn)在天空上的GLONASS衛(wèi)星僅為8顆。GLONASS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GLONASSGPSGLONASS衛(wèi)星星座21+321+3軌道平面6個軌道面3個軌道面軌道傾角55。64.8。軌道高度20,200km19,123km運行周期11小時58分鐘11小時15分鐘星歷數(shù)據(jù)軌道開普勒根數(shù)地心直角坐標衛(wèi)星尋址CDMA（碼分多址）不同的衛(wèi)星采用不同的PRN碼加以區(qū)分FDMA（頻分多址）（L1）1602+k?/16MHz（L2）1246+k?/16MHz載波頻率L1：1575.42MHzL2：1227.6MHz1602.5625MHz~1615.5MHz1246.4375MHz~1256.5MHz基準坐標系WGS-84PZ-90測距碼偽隨機噪聲碼偽隨機噪聲碼碼元數(shù)1023bit511bit碼周期1ms1ms碼頻率1.023MHz0.511MHz時間基準GPS時統(tǒng)，與UTC保持一定的差值，無跳秒GLONASS時統(tǒng)，經(jīng)常調(diào)整與UTC保持一致，有跳秒導航電文37500bits，持續(xù)750秒7500bits，持續(xù)150秒GPS/GLONASS系統(tǒng)參數(shù)比較EGNOS系統(tǒng)歐洲國家正在歐洲空間局（EuropeanSpaceAgency—ESA）的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下，發(fā)展歐洲自己的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。這是一個基于GPS，采用Inmarsat地球靜止通信衛(wèi)星作為數(shù)據(jù)鏈的廣域增強系統(tǒng)（EGNOS），也是一種以民用為主的衛(wèi)星定位系統(tǒng)（簡稱NAVSAT）。該系統(tǒng)計劃包括6顆地球同步衛(wèi)星和12顆高橢圓軌道衛(wèi)星。它具有測距服務(wù)、完善性廣播和差分修正等三種功能，計劃于2002年實現(xiàn)全運行能力，屆時可以向歐洲范圍提供航空、航海及陸上導航服務(wù)。背景：GLONASS在軌衛(wèi)星缺失，GPS獨霸市場

GLONASS、GPS均由軍方控制歐盟：要建立國際民間控制的或歐盟自己的民用導航系統(tǒng)特點：共享的獨立于GPS的無增強條件下的適于海陸空的系統(tǒng)。參股共建，收費。階段：（一）2000年前，可行性評估或定義（二）2001~2005，開發(fā)和檢測（三）2006~2007，部署（四）2008，商業(yè)運行Galileo系統(tǒng)歐盟為何重視伽利略計劃首先，打破美國在這方面的壟斷地位，為歐盟贏得可觀的市場份額。權(quán)威部門預(yù)計：伽利略計劃將為歐盟創(chuàng)造15萬個高技術(shù)含量的就業(yè)崗位；每年經(jīng)濟收益有100億歐元之多；僅出售航空和航海終端設(shè)備一項就可在2008年至2020年將獲得150億歐元收入。第二，歐盟開發(fā)此項目可為歐盟現(xiàn)在極力提倡的歐洲共同安全防御政策服務(wù)。第三，歐盟認為，沒有科技上的領(lǐng)先地位，歐盟在將來許多事務(wù)中就沒有主導權(quán)。

主要面臨的困難：投資巨大：“伽利略系統(tǒng)”高達36億歐元的造價美國政府的極力反對：美國的干擾在一定程度上推遲了“伽利略”計劃的通過各國的態(tài)度:

美國：美國說“伽利略”是個很壞的計劃法國：對美國的壟斷感到不滿德國、荷蘭、英國：經(jīng)濟歷程：阿基米德-GEO-HEO-MEO-LEO---GalileoGalileo計劃的歷程伽利略計劃的資金預(yù)計為32億到36億歐元系統(tǒng)由30顆高軌道衛(wèi)星組成，分布在軌道高度為2.4萬千米、傾角為56度的3個軌道面上?；A(chǔ)設(shè)施包括天基和地基兩部分。衛(wèi)星將為用戶提供精確的時間和誤差不超過一米的全球精確定位服務(wù)，與美國GPS和俄羅斯的GLONASS爭奪市場。Galileo計劃的概況北斗系統(tǒng)目的：快速定位、實時導航，簡短通訊，精密授時由兩顆地球同步軌道衛(wèi)星組成星座，衛(wèi)星結(jié)構(gòu)簡單定位工作主要在中心站完成，屬于主動式導航定位系統(tǒng)；二維導航和定位，高程結(jié)果需要由其他途徑獲得；主要的優(yōu)勢在于軍用、通訊、集團用戶的調(diào)度和派遣。北斗系統(tǒng)定位的特點地面中心站用戶S1S2DS1DS2D1D2美國太空評論網(wǎng)2009年2月中旬刊載紐約記者泰勒·迪納曼文章稱，考慮到席卷全球的經(jīng)濟危機及歐盟方面決策和預(yù)算編制效率的低下，中國“北斗”衛(wèi)星導航系統(tǒng)可能會先于“伽利略”衛(wèi)星導航系統(tǒng)運行。而且，中國“北斗”的精度或許能夠與美國GPS相媲美，而“伽利略”則很難達到這一水平。中國“北斗”定位導航系統(tǒng)示意圖

“北斗”衛(wèi)星的戰(zhàn)略運用GPS定位系統(tǒng)的特點GPS相對于其它導航與定位系統(tǒng)的特點全球地面連續(xù)覆蓋

由于GPS衛(wèi)星的數(shù)目較多且分布合理，所以地球上任何地點均可連續(xù)同步地觀測到至少4顆衛(wèi)星，從而保障了全球、全天候連續(xù)地實時導航與定位。功能多，精度高

GPS可為各類用戶連續(xù)地提供動態(tài)目標的三維位置，三維速度和時間信息。隨著GPS測量技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，其定位、測速和測時的精度將進一步提高。實時定位速度快

利用全球定位系統(tǒng)一次定位和測速工作在一秒至數(shù)秒鐘內(nèi)便可完成（NNSS約需8-10分鐘），這對高動態(tài)用戶來說尤為重要。被動式全天候?qū)Ш蕉ㄎ?/p>

這種導航定位不僅隱蔽性好，而且可以容納無數(shù)多用戶?？垢蓴_性能好，保密性強

由于GPS采用了數(shù)字通訊的特殊編碼技術(shù)，即偽隨機噪聲碼技術(shù)，因而GPS衛(wèi)星所發(fā)送的信號，具有良好的抗干擾性和保密性。GPS應(yīng)用于測量的特點幾種定位方法的精度比較觀測站之間無需通視GPS測量不要求觀測站之間相互通視，因而不再需要建造坐標，同時也使點位的選擇變得甚為靈活。定位精度高觀測時間短目前完成一條基線的精密相對定位所需要的觀測時間，根據(jù)要求的精度不同一般約為1~3小時，為了進一步縮短觀測時間，提高作業(yè)速度，對于快速定位方法的研究正受到廣泛的重視。近年來發(fā)展的短基線（例如不超過20km）快速相對定位法，其觀測時間僅需數(shù)分鐘。提供三維坐標GPS測量在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。操作簡單GPS測量的自動化程度很高，在觀測中測量員的主要任務(wù)只是安裝并開關(guān)儀器、量取儀器和監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)，而其它觀測工作如衛(wèi)星的捕獲、跟蹤觀測等均由儀器自動完成。全天候作業(yè)觀測工作可以在任何地點、時間連續(xù)地進行，一般不受天氣狀況的影響。2.GPS的組成概況全球定位系統(tǒng)（GPS）主要有三大組成部分，即由GPS衛(wèi)星組成的空間部分、由若干地面站組成的控制部分和以接收機為主體的用戶設(shè)備部分。三者有各自獨立的功能和作用，但又是有機地配合而缺一不可的整體系統(tǒng)?？臻g部分GPS空間衛(wèi)星星座的構(gòu)成全球定位系統(tǒng)的空間衛(wèi)星星座，由24顆衛(wèi)星組成，其中包括3顆備用衛(wèi)星。衛(wèi)星分布在6個軌道面內(nèi)，每個軌道面上分布有4顆衛(wèi)星。衛(wèi)星軌道面相對地球赤道面的傾角約為55o，各軌道平面升交點（與赤道的交點）之間的赤經(jīng)相差60o。相鄰軌道之間的衛(wèi)星還要彼此叉開40o。軌道平均高度約為20200km，衛(wèi)星運行周期為11小時58分。因此，同一觀測站上，每天出現(xiàn)的衛(wèi)星分布圖形相同，只是每天提前約4分鐘。每顆衛(wèi)星每天約有5個小時在地平線以上，同時位于地平線以上的衛(wèi)星數(shù)目，隨時間和地點而異，最少為4顆，最多可達11顆。55。GPS衛(wèi)星在空間的上述配置，保障了在地球上任何地點、任何時刻均至少可以同時觀測到4顆衛(wèi)星，加之衛(wèi)星信號的傳播和接收不受天氣的影響，因此GPS是一種全球性、全天候的連續(xù)實時定位系統(tǒng)。不過也應(yīng)指出，GPS衛(wèi)星的上述分布，在個別地區(qū)仍可能在某一短時間內(nèi)（例如數(shù)分鐘），只能觀測到4顆圖形結(jié)構(gòu)較差的衛(wèi)星，因此無法達到必要的定位精度。空間部分的3顆備用衛(wèi)星，可在必要時根據(jù)指令代替發(fā)生故障的衛(wèi)星，這對于保障GPS空間部分正常而高效地工作是極其重要的。迄今，GPS衛(wèi)星已設(shè)計了三代，分別為BlockI、BlockⅡ和BlockⅢ。第一代(Blockl)衛(wèi)星，用于全球定位系統(tǒng)的實驗，通常稱為GPS實驗衛(wèi)星。這一代衛(wèi)星共研制和發(fā)射了1l顆，衛(wèi)星的設(shè)計壽命為5年，衛(wèi)星分布在兩個軌道面內(nèi)，軌道傾角約為63o，現(xiàn)已停止工作。第二代(BlockⅡ，ⅡA)衛(wèi)星用于組成的GPS工作衛(wèi)星星座，通常稱為GPS作衛(wèi)星。第二代衛(wèi)星共研制了28顆，衛(wèi)星的設(shè)計壽命為7.5年，從1989年初開始，至1994年上半年已發(fā)射完畢。第三代(BlockⅡR，ⅡF)衛(wèi)星90年代末期發(fā)射，以取代第二代衛(wèi)星，改善全球定位系統(tǒng)。GPS衛(wèi)星概況GPS衛(wèi)星及其功能GPS衛(wèi)星的主體呈圓柱形，直徑約為1.5m，重約774kg（包括310kg燃料），兩側(cè)設(shè)有兩塊雙葉太陽能板，能自動對日定向，以保證衛(wèi)星正常工作用電。每顆衛(wèi)星裝有4臺高精度原子鐘（2臺銣鐘和2臺銫鐘），這是衛(wèi)星的核心設(shè)備。它將發(fā)射標準頻率信號，為GPS定位提供高精度的時間標準。一般來說，在衛(wèi)星大地測量學和大地重力學中，或者把人造地球衛(wèi)星作為一個高空觀測目標，通過測定用戶接收機與衛(wèi)星之間的距離，或距離差來完成定位任務(wù)；或者把衛(wèi)星作為一個傳感器，通過觀測衛(wèi)星運行軌道的攝動，來研究地球重力場的影響和模型。不過，對于后一種應(yīng)用，通常要求衛(wèi)星軌道較低，而GPS衛(wèi)星的軌道高度平均達20200km，對地球重力異常的反應(yīng)靈敏度較低。所以它主要是作為具有精確位置信息的高空目標，被廣泛地用于導航和測量。多波束定向天線，這是一種由12個單元構(gòu)成的成形波束螺旋天線陣，能發(fā)射L1和L2波段的信號，其波束方向圖能覆蓋約半個地球。雙葉對日定向太陽能電池帆板，全長5.33m，接受日光面積7.2m2。GPS衛(wèi)星結(jié)構(gòu)采用鋁蜂巢結(jié)構(gòu)，主體呈柱形，直徑1.5m。在星體兩端面上裝有全向遙測遙控天線，用于與地面監(jiān)控網(wǎng)通信。GPS衛(wèi)星的基本功能接收和存儲由地面監(jiān)控站發(fā)來的導航信息，接收并執(zhí)行監(jiān)控站的控制指令。利用衛(wèi)星上的微處理機，對部分必要的數(shù)據(jù)進行處理。通過星載的原子鐘提供精密的時間標準。向用戶發(fā)送定位信息。在地面監(jiān)控站的指令下，通過推進器調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)和啟用備用衛(wèi)星。地面監(jiān)控部分GPS的地面監(jiān)控部分，目前主要由分布在全球的5個地面站所組成，其中包括衛(wèi)星監(jiān)測站、主控站和信息注入站。

監(jiān)測站現(xiàn)有5個地面站均具有監(jiān)測站的功能。監(jiān)測站，是在主控站直接控制下的數(shù)據(jù)自動采集中心。站內(nèi)設(shè)有雙頻GPS接收機、高精度原子鐘、計算機各一臺和若干臺環(huán)境數(shù)據(jù)傳感器。接收機對GPS衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，以采集數(shù)據(jù)和監(jiān)測衛(wèi)星的工作狀況。原子鐘提供時間標準，而環(huán)境傳感器收集有關(guān)當?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)。所有觀測資料由計算機進行初步處理，并存儲和傳送到主控站，用以確定衛(wèi)星的軌道。主控站主控站一個，設(shè)在科羅拉多（ColoradoSprings）。主控站除協(xié)調(diào)和管理地面監(jiān)控系統(tǒng)的工作外，其主要任務(wù)是:根據(jù)本站和其它監(jiān)測站的所有觀測資料，推算編制各衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星鐘差和大氣層的修正參數(shù)等，并把這些數(shù)據(jù)傳送到注入站。提供全球定位系統(tǒng)的時間基準。各監(jiān)測站和GPS衛(wèi)星的原于鐘，均應(yīng)與主控站的原子鐘同步，或測出其間的鐘差，并把這些鐘差信息編入導航電文，送到注入站。調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星，使之沿預(yù)定的軌道運行。啟用備用衛(wèi)星以代替失效的工作衛(wèi)星。注入站注入站現(xiàn)有3個，分別設(shè)在印度洋的迭哥加西亞(DiegoGarcia)；南大西洋的阿松森島(Ascencion)和南太平洋的卡瓦加蘭(Kwajalein)。注入站的主要設(shè)備，包括二臺直徑為3.6m的天線、一臺C波段發(fā)射機和一臺計算機。其主要任務(wù)是在主控站的控制下，將主控站推算和編制的衛(wèi)星星歷、鐘差、導航電文和其它控制指令等，注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲系統(tǒng)，并監(jiān)測注入信息的正確性。整個GPS的地面監(jiān)控部分，除主控站外均無人值守。各站間用現(xiàn)代化的通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來，在原子鐘和計算機的驅(qū)動和精確控制下，各項工作實現(xiàn)了高度的自動化和標準化。數(shù)據(jù)處理機銫鐘氣象傳感器調(diào)制解調(diào)器接收機觀測星歷與時鐘計算誤差編算注入導航電文調(diào)制解調(diào)器數(shù)據(jù)處理機數(shù)據(jù)存儲器和外部設(shè)備指令發(fā)生器指令發(fā)生器用戶設(shè)備部分全球定位系統(tǒng)的空間部分和地面監(jiān)控部分，是用戶應(yīng)用該系統(tǒng)進行定位的基礎(chǔ)，而用戶只有通過用戶設(shè)備，才能實現(xiàn)應(yīng)用GPS定位的目的。用戶設(shè)備的主要任務(wù)是，接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號，以獲得必要的定位信息及觀測量，并經(jīng)數(shù)據(jù)處理而完成定位工作。根據(jù)GPS用戶的不同要求，所需的接收設(shè)備各異。隨著GPS定位技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴大，許多國家都在積極研制、開發(fā)適用于不同要求的GPS接收機及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件。

用戶設(shè)備，主要由GPS接收機硬件和數(shù)據(jù)處理軟件，以及微處理機及其終端設(shè)備組成，而GPS接收機的硬件，一般包括主機、天線和電源。目前，國際上適于測量工作的GPS接收機，已有眾多產(chǎn)品問世，且產(chǎn)品的更新很快。在我國，許多測量單位也擁有了一些不同型號的GPS接收機。精密型掌上型航海型晶片型手表型GPS模組3.全球定位系統(tǒng)的定位原理GPS的定位原理

GPS的定位原理比較復雜，一般可分為絕對定位法與相對定位法兩種。絕對定位法即利用GPS確定用戶接收機天線在WGS84中的絕對位置，它廣泛地應(yīng)用于導航和大地測量中的單點定位工作。絕對定位也叫單點定位，通常是指在協(xié)議地球坐標系中，直接確定觀測站相對于坐標系原點(地球質(zhì)心)絕對坐標的一種定位方法?！敖^對”一詞主要是為了區(qū)別下面要講的相對定位法。絕對定位與相對定位在觀測方式、數(shù)據(jù)處理、定位精度以及應(yīng)用范圍等方面均有原則區(qū)別。

GPS絕對定位方法的實質(zhì)，即是空間距離后方交會。為此，在1個觀測站上，原則上有3個獨立的距離觀測量便夠了，這時觀測站應(yīng)位于以3顆衛(wèi)星為球心，相應(yīng)距離為半徑的球與地面交線的交點。GPS絕對定位或單點定位利用GPS進行定位的基本原理，是以GPS衛(wèi)星和用戶接收機天線之間距離(或距離差)的觀測量為基礎(chǔ)，并根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時坐標，來確定用戶接收機天線所對應(yīng)的點位，即觀測站的位置。

GPS絕對定位方法的實質(zhì)，即是空間距離后方交會。為此，在1個觀測站上，原則上有3個獨立的距離觀測量便夠了，這時觀測站應(yīng)位于以3顆衛(wèi)星為球心，相應(yīng)距離為半徑的球與地面交線的交點。但是，由于GPS采用了單程測距原理，同時衛(wèi)星鐘與用戶接收機鐘難以保持嚴格同步，所以實際觀測的測站至衛(wèi)星之間的距離，均含有衛(wèi)星鐘和接收機鐘同步差的影響(故習慣上稱之為偽距)。關(guān)于衛(wèi)星鐘差我們可以應(yīng)用導航電文中所給出的有關(guān)鐘差參數(shù)加以修正，而接收機的鐘差一般難以預(yù)先準確的確定，所以通常均把它作為一個未知參數(shù)，與觀測站的坐標在數(shù)據(jù)處理中一并求解。因此，在1個觀測站上為了實時求解4個未知參數(shù)(3個點位坐標分量和1個鐘差系數(shù))，便至少需要4個同步偽距觀測值。也就是說，至少必須同時觀測４顆衛(wèi)星。應(yīng)用GPS進行絕對定位，根據(jù)用戶接收機天線所處的狀態(tài)，又可分為動態(tài)絕對定位和靜態(tài)絕對定位。當用戶接收設(shè)備安置在運動的載體上而處于動態(tài)的情況下，確定載體瞬時絕對位置的定位方法，稱為動態(tài)絕對定位。在接收機天線處于靜止狀態(tài)的情況下，用以確定觀測站絕對坐標的方法稱為靜態(tài)絕對定位。目前，無論是動態(tài)絕對定位或靜態(tài)絕對定位，所依據(jù)的觀測量都是所測衛(wèi)星至觀測站的偽距，所以，相應(yīng)的定位方法通常也稱為偽距法。BACGPS的定位原理2個球面相交——圓環(huán)；3個球面相交——兩交點；4個球面相交——唯一交點DABC

3顆衛(wèi)星：

可確定地面物體的位置（經(jīng)度、緯度）；

4顆衛(wèi)星：

可確定物體（如飛行器）位置（經(jīng)度、緯度、高度）；

地面運動物體的位置和速度；衛(wèi)星越多,定位越準確：

一般,GPS接收機可同時收到的4-8顆衛(wèi)星的位置信息。洋山港海底打樁定位，中國用了7顆衛(wèi)星定位！上海洋山深水港區(qū)工程GPS相對定位原理利用GPS進行絕對定位時，其定位精度將受到衛(wèi)星軌道誤差，鐘同步誤差及信號傳播誤差等諸多因素的影響，盡管其中一些系統(tǒng)性誤差可以通過模型加以削弱，但其殘差仍是不可忽略的。實踐表明，目前靜態(tài)絕對定位的精度，約可達米級，而動態(tài)絕對定位的精度僅為10-30m。這一精度遠不能滿足大地測量精密定位的要求。

GPS相對定位，是目前GPS測量中精度最高的一種定位方法，它廣泛地應(yīng)用于大地測量，精密工程測量和地球動力學的研究。相對定位的最基本情況是用兩臺接收機分別安置在基線的兩端，并同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，以確定基線端點在協(xié)議地球坐標系中的相對位置或基線向量。這種方法一般可推廣到多臺接收機安置在若干條基線的端點，通過同步觀測GPS衛(wèi)星以確定多條基線向量的情況。因為在兩個觀測站或多個觀測站同步觀測相同衛(wèi)星的情況下，衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差，接收機鐘差以及電離層和對流層的折射誤差等對觀測量的影響具有一定的相關(guān)性，所以利用這些觀測量的不同組合進行相對定位，便可能有效地消除或減弱上述誤差的影響，從而提高相對定位的精度。根據(jù)用戶接收機在測量過程中所處的狀態(tài)不同，相對定位有靜態(tài)和動態(tài)之分。靜態(tài)相對定位法

靜態(tài)相對定位，即設(shè)置在基線端點的接收機是固定不動的，這樣便可能通過連續(xù)觀測，取得充分的多余觀測數(shù)據(jù)，以改善定位的精度。靜態(tài)相對定位，一般均采用載波相位觀測值(或測相偽距)為基本觀測量。這一定位方法，是當前GPS定位中精度最高的一種方法，廣泛地應(yīng)用于工程測量、大地測量和地球動力學研究等項工作。實踐表明，對中等長度的基線(100km-500km)，其相對定位精度可達10-6-10-7，甚至更好些。所以，在精度要求較高的測量工作中，均普遍采用這一方法。在載波相位觀測的數(shù)據(jù)處理中，為了可靠地確定載波相位的整周未知數(shù)，靜態(tài)相對定位，一般需要較長的觀測時間(例如1.0-3.0小時)，因此如何縮短觀測時間，以提高作業(yè)效率，便成為廣大GPS用戶普遍關(guān)心的問題。相對以下將介紹的快速靜態(tài)相對定位法，上述定位方法，一般也稱為經(jīng)典靜態(tài)相對定位法。理論分析與實踐經(jīng)驗表明，在載波相位觀測中，如果整周未知數(shù)已經(jīng)確定，那么相對定位的精度，將不會隨觀測時間的延長而明顯提高。在較短的觀測時間內(nèi)，若忽略所測衛(wèi)星分布圖形變化的影響，則定位的精度，近似地與觀測歷元數(shù)的方根成反比，如圖示。因此，縮短靜態(tài)相對定位的觀測時間，其關(guān)鍵在于快速而可靠地確定整周未知數(shù)。當整周未知數(shù)確實后，相對定位精度隨觀測歷元數(shù)的變化

據(jù)此，1985年美國里蒙迪(Remondi，B．W．)發(fā)展了一種快速相對定位模式，其基本思想是：首先，利用起始基線向量確定初始整周未知數(shù)或稱初始化之后，一臺接收機在參考點(或基準站)上固定不動，并對所有可見的GPS衛(wèi)星進行連續(xù)的觀測，而另一臺接收機在其周圍的觀測站流動，并在每一流動站上靜止地進行觀測，以確定流動站與基準站之間的相對位置。這一定位方法，在形式上與動態(tài)相對定位法相似，但是實際上其在每一流動觀測站上，仍需靜止地觀測，只是停留的時間很短(例如數(shù)分鐘)。所以，這種方法通常稱之為準動態(tài)相對定位法。流動站基準站準動態(tài)相對定位法的主要缺點是，接收機在移動過程中，必須保持對觀測衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤。一旦發(fā)生失鎖，便需重新進行上述初始化工作。動態(tài)相對定位法動態(tài)相對定位，是用一臺接收機安設(shè)在基準站上固定不動，另一臺接收機安設(shè)在運動的載體上，兩臺接收機同步觀測相同的衛(wèi)星，以確定運動點相對基準站的實時位置。動態(tài)相對定位，根據(jù)其采用的觀測量不同，通?？煞譃橐詼y碼偽距為觀測量的動態(tài)相對定位和以測相偽距為觀測量的動態(tài)相對定位。

測碼偽距動態(tài)相對定位法，目前進行實時定位的精度可達米級。以相對定位原理為基礎(chǔ)的實時差分GPS，由于可以有效地減弱衛(wèi)星軌道誤差、鐘差、大氣折射誤差以及SA政策的影響，其定位精度，遠較測碼偽距動態(tài)絕對定位的精度為高，所以這一方法獲得了迅速發(fā)展，并在運動目標的導航、監(jiān)測和管理方面得到了普遍地應(yīng)用。另外，在地球物理勘探、航空與海洋重力測量，以及海洋采礦等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。測相偽距動態(tài)相對定位法，是以預(yù)先初始化或動態(tài)解算載波相位整周未知數(shù)為基礎(chǔ)的一種高精度動態(tài)相對定位法。目前在較小的范圍內(nèi)（例如<20km），獲得了成功的應(yīng)用，其定位精度可達1-2厘米。動態(tài)相對定位中，根據(jù)數(shù)據(jù)處理的方式不同，通常可分為實時處理和測后處理。數(shù)據(jù)的實時處理，要求在觀測過程中實時地獲得定位的結(jié)果，無需存儲觀測數(shù)據(jù)。但在流動站與基準站之間，必需實時地傳輸觀測數(shù)據(jù)或觀測量的修正數(shù)據(jù)。這種處理方式，對于運動目標的導航、監(jiān)測和管理具有重要意義。數(shù)據(jù)的測后處理，要求在觀測工作結(jié)束后，通過數(shù)據(jù)處理而獲得定位的結(jié)果。這種處理數(shù)據(jù)的方法，可能對觀測數(shù)據(jù)進行詳細的分析，易于發(fā)現(xiàn)粗差，也不需要實時地傳輸數(shù)據(jù)。但需要存儲觀測數(shù)據(jù)。觀測數(shù)據(jù)的測后處理方式，主要應(yīng)用于基線較長，不需實時獲得定位結(jié)果的測量工作，如航空攝影測量和地球物理勘探等。因為建立和維持一個數(shù)據(jù)實時傳輸系統(tǒng)（主要包括無線電信號的發(fā)射與接收設(shè)備），不僅在技術(shù)上較為復雜，花費也較大。所以，一般除非必須實時獲得定位結(jié)果外，均應(yīng)采用觀測數(shù)據(jù)的測后處理方式。1、全球定位系統(tǒng)概述全球定位系統(tǒng)含義全球定位系統(tǒng)的發(fā)展歷史其他獨立衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)課程回顧利用由導航衛(wèi)星構(gòu)成的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，進行測時和測距。1957年世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功，50年來，人造地球衛(wèi)星技術(shù)在通信、氣象、資源勘察、導航、遙感、大地測量、地球動力學、天文學和軍事科學等眾多領(lǐng)域，得到了極廣泛應(yīng)用。GLONASS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、EGNOS系統(tǒng)、Galileo系統(tǒng)、北斗系統(tǒng)GPS相對于其它導航與定位系統(tǒng)的特點全球地面連續(xù)覆蓋

功能多，精度高

實時定位速度快

被動式全天候?qū)Ш蕉ㄎ?/p>

抗干擾性能好，保密性強

2、GPS定位系統(tǒng)的特點GPS應(yīng)用于測量的特點觀測站之間無需通視定位精度高觀測時間短提供三維坐標操作簡單全天候作業(yè)GPS的組成概況空間部分控制部分用戶設(shè)備部分3、全球定位系統(tǒng)的定位原理絕對定位法動態(tài)絕對定位靜態(tài)絕對定位動態(tài)相對定位靜態(tài)相對定位相對定位差分GPS（DGPS）的定位原理差分GPS可分為:1.位置差分；2.偽距差分

3.相位平滑偽距差分；4.相位差分根據(jù)差分GPS基準站發(fā)送的信息方式這4類差分方式的工作原理是相同的，即都是由基準站發(fā)送改正數(shù)，由用戶站接收并對其測量結(jié)果進行改正，以獲得精確的定位結(jié)果。所不同的是，發(fā)送改正數(shù)的具體內(nèi)容不一樣，其差分定位精度也不同。位置差分原理這是一種最簡單的差分方法，任何一種GPS接收機均可改裝和組成這種差分系統(tǒng)。安裝在基準站I的GPS接收機觀測4顆衛(wèi)星后便可進行三維定位，解算出基準站的坐標。由于存在著軌道誤差、時鐘誤差、SA影響、大氣影響、多徑效應(yīng)以及其他誤差，解算出坐標與基準站的已知坐標是不一樣的，存在誤差。ΔX=X﹡-XoΔY=Y﹡-YoΔZ=Z﹡-Zo基準站利用數(shù)據(jù)鏈將此改正數(shù)發(fā)送出去，由用戶站接收，并且對其解算的用戶站坐標進行改正。XU=XU﹡+ΔXYU=YU﹡+ΔYZU=ZU﹡+ΔZ基站流動站計算坐標值已知坐標值坐標偏差坐標改正考慮到用戶站的位置改正值瞬間變化1、兩站觀測同一組衛(wèi)星2、消去了基準站和用戶站的共同誤差,提高了定位精度3、站間距離在100km以內(nèi)

這種差分方式的優(yōu)點是計算簡單。只需要在解算的坐標中加改正數(shù)即可。能適用于一切GPS接收機，包括最簡單的接收機。缺點是必須嚴格保持基準站與用戶站觀測同一組衛(wèi)星。如果有8顆可觀測衛(wèi)星，將組成70個組合，基準站和流動站觀測環(huán)境也不能保證完全相同，因此無法保證兩站觀測同一組衛(wèi)星。偽距差分原理偽距差分是目前用途最廣的一種技術(shù)。幾乎所有的商用差分GPS接收機均采用這種技術(shù)。國際海事無線電委員會推薦的RTCMSC-104也采用了這種技術(shù)。在基準站上的接收機要求得它至可見衛(wèi)星的距離，并將此計算出的距離與含有誤差的測量值加以比較。利用一個α-β濾波器將此差值濾波并求出其偏差。然后將所有衛(wèi)星的測距誤差傳輸給用戶，用戶利用此測距誤差來改正測量的偽距。最后，用戶利用改正后的偽距求解出本身的位置，就可消去公共誤差，提高定位精度?；鶞收镜腉PS接收機測量出全部衛(wèi)星的偽距口和收集全部衛(wèi)星的星歷文件(A、e、ω、Ω、i、t等)。利用已采集的軌道根數(shù)計算出各個衛(wèi)星的地心坐標[XYZ]i,同時，可采用各種方法精確求出基準站的地心坐標[XYZ]。這樣，利用每一時刻計算的衛(wèi)星地心坐標和基準站的已知地心坐標反求出每一時刻到基準站的真距Ri。基準站的GPS接收機測量偽距包括各種誤差，與真距不同。可以求出偽距的改正數(shù)。同時可求出偽距改正數(shù)的變化率。

基準站將和傳送給用戶臺，用戶臺測量出偽距再加上以上的改正數(shù)，便求得經(jīng)過改正的偽距。利用改正后的偽距，只要觀測4顆衛(wèi)星就可以按下式計算用戶站的坐標。流動站計算偽距值偽距觀測值偽距偏差偽距改正基站偽距差分的優(yōu)點：(1)由于計算的偽距改正數(shù)是直接在WGS-84坐標系上進行的，這就是說得到的是直接改正數(shù)，不用先變換為地坐標，因此能達到很高的精度。(2)這種改正數(shù)能提供，這使得在未得到改正數(shù)的空隙內(nèi)，繼續(xù)進行精密定位。這達到了RTCM-104所制定的標準。(3)基準站能提供所有衛(wèi)星的改正數(shù)，而用戶可允許接收任意4顆衛(wèi)星進行改正，不必擔心兩者完全相同。因此，用戶可采用具有差分功能的簡易接收機即可。基站提供所有可見衛(wèi)星的Δρj（偽距改正數(shù)的變化率）和dρj（偽距改正數(shù)差），消去公共誤差，提高定位精度，但隨著用戶到基準站距離的增加又出現(xiàn)了系統(tǒng)誤差。用戶和基準站之間的距離對精度有絕對性影響。差分偽距差分原理（廣域差分）為了在一個廣闊的地區(qū)內(nèi)提供高精度的差分GPS服務(wù)，將一個差分基準站與一個或多個主站組網(wǎng)。主差分站接收來自各監(jiān)測站的差分GPS改正信號，然后將其組合，以形成在擴展區(qū)域內(nèi)的有效差分GPS改正電文。通過衛(wèi)星通信線路或無線電數(shù)據(jù)鏈把擴展GPS改正信號傳送給用戶。這就形成了擴展的差分GPS。它不僅加大了差分GPS的有效工作范圍，而且保證了在該區(qū)域的定位精度。廣域差分（WideAreaDGPS，WADGPS）技術(shù)的基本思想：

是對GPS觀測量的誤差源加以區(qū)分，并對每一個誤差源分別加以“模型化”，然后將計算出來的每一個誤差源的誤差修正值（差分改正值），通過數(shù)據(jù)通訊鏈傳輸給用戶，對用戶GPS接收機的觀測誤差加以改正，以達到削弱這些誤差源的影響，改善用戶GPS定位精度的目的。差分GPS誤差隨距離的變化距離（km）030150300600擴展差分GPS600衛(wèi)星時鐘誤差(m)衛(wèi)星星歷誤差(m)電離層效應(yīng)(m)對流層效應(yīng)(m)接收機噪聲(m)0000000.12.72100.55.321017.021029.0210120.71UERE(RMS)導航精度dRMS(HDOP=1.5)133.510.55.817.47.422.29.527.52.78從表中可以看出，當離基準站的距離增加時，各種誤差源限制了差分GPS的精度。最大的誤差源是電離層延遲。當離基準站的距離大于30km時，此項誤差便起了決定作用。下一個最大的誤差源便是對流層誤差。1、在已知的多個監(jiān)測站上，跟蹤觀測GPS衛(wèi)星的偽距、相位等信息；2、監(jiān)測站將所接受的信息全部傳輸?shù)街行恼荆?、中心站計算出三項誤差改正；4、將這些誤差改正用數(shù)據(jù)通訊鏈傳輸給用戶；5、用戶根據(jù)這些誤差改正自己觀測到的偽距、相位、星歷等信息，計算出高精度結(jié)果。廣域差分GPS系統(tǒng)的具體工作流程1、用戶的定位精度對空間距離的敏感程度比較小；2、投資少，經(jīng)濟效益好；3、定位精度較高，且分布均勻；4、可擴展性好；5、技術(shù)復雜，維護費用高，可靠性及安全性稍差。廣域差分GPS系統(tǒng)的特點載波相位差分原理測地型接收機利用GPS衛(wèi)星載波相位進行的靜態(tài)基線測量獲得了很高的精度（10-6-10-8）。但為了可靠地求解出相位模糊度，要求靜止觀測一兩個小時或更長時間。這樣就限制了在工程作業(yè)中的應(yīng)用。于是探求快速測量的方法應(yīng)運而生。例如，采用整周模糊度快速逼近技術(shù)（FARA）使基線觀測時間縮短到5分鐘，采用準動態(tài)（StopandGo），往返重復設(shè)站（Re-occup

ation）和動態(tài)（Kinematic）來提高GPS作業(yè)效率。這些技術(shù)的應(yīng)用對推動精密GPS測量起了促進作用。但是，上述這些作業(yè)方式都是事后進行數(shù)據(jù)處理，不能實時提交成果和實時評定成果質(zhì)量，很難避免出現(xiàn)事后檢查不合格造成的返工現(xiàn)象。差分GPS的出現(xiàn)，能實時給定載體的位置，精度為米級，滿足了引航、水下測量等工程的要求。位置差分、偽距差分、偽距差分相位平滑等技術(shù)已成功地用于各種作業(yè)中。隨之而來的是更加精密的測量技術(shù)一載波相位差分技術(shù)。載波相位差分技術(shù)又稱為RTK技術(shù)（RealTimeKinematic），是建立在實時處理兩個測站的載波相位基礎(chǔ)上的。它能實時提供觀測點的三維坐標，并達到厘米級的高精度。與偽距差分原理相同，由基準站通過數(shù)據(jù)鏈實時將其載波觀測量及站坐標信息一同傳送給用戶站。用戶站接收GPS衛(wèi)星的載波相位與來自基準站的載波相位，并組成相位差分觀測值進行實時處理，能實時給出厘米級的定位結(jié)果。實現(xiàn)載波相位差分GPS的方法分為兩類：修正法和差分法。前者與偽距差分相同，基準站將載波相位修正量發(fā)送給用戶站，以改正其載波相位，然后求解坐標。后者將基準站采集的載波相位發(fā)送給用戶臺進行求差解算坐標。前者為準RTK技術(shù)，后者為真正的RTK技術(shù)?；玖鲃诱玖鲃诱镜淖鴺讼辔挥^測值差分法(RTK)

相位觀測值差分計算消去公共誤差，能實時給出厘米級高精度的定位結(jié)果電臺的功率限制了用戶到基準站距離，作用范圍幾十公里。廣泛用于工程測量中4.GPS測量的誤差來源及其影響誤差的分類系統(tǒng)誤差

在GPS定位中，影響觀測量精度的主要誤差來源，可分為三類：①與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差；②與信號傳播有關(guān)的誤差；③與接收設(shè)備有關(guān)的誤差。根據(jù)誤差的性質(zhì)，上述誤差，尚可分為系統(tǒng)誤差與偶然誤差兩類。系統(tǒng)性的誤差，主要包括衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機鐘差以及大氣折射的誤差等。引入相應(yīng)的未知參數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中聯(lián)同其它未知參數(shù)一并解算；建立系統(tǒng)誤差模型，對觀測量加以修正；將不同觀測站，對相同衛(wèi)星的同步觀測值求差，以減弱或消除系統(tǒng)誤差的影響；簡單地忽略某些系統(tǒng)誤差的影響。為了減弱和修正系統(tǒng)誤差對觀測量的影響，一般根據(jù)系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因而采取不同的措施，其中包括：偶然誤差

偶然誤差，主要包括信號的多路徑效應(yīng)引起的誤差和觀測誤差等。與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差，主要包括衛(wèi)星的軌道誤差和衛(wèi)星鐘的誤差。衛(wèi)星鐘差

由于衛(wèi)星的位置是時間的函數(shù)，所以GPS的觀測量，均以精密測時為依據(jù)。而與衛(wèi)星位置相應(yīng)的時間信息，是通過衛(wèi)星信號的編碼信息傳送給用戶的。在GPS定位中，無論是碼相位觀測或載波相位觀測，均要求衛(wèi)星鐘與接收機鐘保持嚴格同步。實際上，盡管GPS衛(wèi)星均設(shè)有高精度的原子鐘（銣鐘和銫鐘），但它們與理想的GPS時之間，仍存在著難以避免的偏差或漂移。這種偏差的總量約在1ms以內(nèi)，由此引起的等效距離誤差，約可達300km。衛(wèi)星軌道偏差

估計與處理衛(wèi)星的軌道誤差一般比較困難，其主要原因是，衛(wèi)星在運行中要受到多種攝動力的復雜影響，而通過地面監(jiān)測站，又難以充分可靠地測定這些作用力，并掌握它們的作用規(guī)律。目前，用戶通過導航電文，所得到的衛(wèi)星軌道信息，其相應(yīng)的位置誤差約為20m-40m。但隨著攝動力模型和定軌技術(shù)的不斷完善，上述衛(wèi)星的位置精度，將可提高到5m-10m。衛(wèi)星的軌道誤差，是當前利用GPS定位的重要誤差來源之一。在相對定位中，隨著基線長度的增加，衛(wèi)星軌道誤差，將成為影響定位精度的主要因素。衛(wèi)星信號的傳播誤差與衛(wèi)星信號傳播有關(guān)的誤差，主要包括大氣折射誤差和多路徑效應(yīng)。電離層折射的影響

GPS衛(wèi)星信號和其它電磁波信號一樣，當其通過電離層時，將受到這一介質(zhì)彌散特性的影響，使信號的傳播路徑發(fā)生變化。電離層對信號傳播路徑影響的大小，主要取決于電子總量和信號的頻率。對于GPS衛(wèi)星信號來說，在夜間當衛(wèi)星處于天頂方向時，電離層折射對信號傳播路徑的影響，將小于5m；而在日間正午前后，當衛(wèi)星接近地平線時，其影響可能大于150m。為了減弱電離層的影響，在GPS定位中通常采取以下措施：由于電離層的影響是信號頻率的函數(shù)，所以，利用不同頻率的電磁波信號進行觀測，便可能確定其影響的大小，以便對觀測量加以修正。利用雙頻觀測利用電離層模型加以修正對于單頻GPS接收機的用戶，為了減弱電離層的影響，一般是采用由導航電文所提供的電離層模型，或其它適宜的電離層模型對觀測量加以改正。但是，這種模型至今仍在完善中。目前模型改正的有效性約為75％，也就是說，當電離層對距離觀測值的影響為20m時，修正后的殘差仍可達5m。利用同步觀測值求差這一方法，是利用兩臺或多臺接收機，對同一組衛(wèi)星的同步觀測值求差，以減弱電離層折射的影響。尤其當觀測站的距離較近時(例如<20km)，由于衛(wèi)星信號到達不同觀測站的路徑相近，所經(jīng)過的介質(zhì)狀況相似，所以，通過不同觀測站對相同衛(wèi)星的同步觀測值求差，便可顯著地減弱電離層折射影響。

對流層折射的影響

由于對流層的介質(zhì)對GPS信號沒有彌散效應(yīng)，所以其群折射率與相折射率可認為相等。我們知道，對流層折射對觀測值的影響，可分為干分量與濕分量兩部分，干分量主要與大氣的溫度與壓力有關(guān)，而濕分量主要與信號傳播路徑上的大氣濕度和高度有關(guān)。當衛(wèi)星處于天頂方向時，對流層干分量對距離觀測值的影響，約占對流層影響的90％，且這種影響可以應(yīng)用地面的大氣資料計算。若地面平均大氣壓為1013mbar，則在天頂方向，干分量對所測距離的影響約為2.3m，而當高度角為10o時，其影響約為20m。濕分量的影響雖數(shù)值不大，但由于難以可靠地確定信號傳播路徑上的大氣物理參數(shù)，所以濕分量尚無法準確地測定。因此，當要求定位精度較高，或基線較長時（例如>50km），它將成為誤差的主要來源之一。目前雖可用水汽輻射計，比較精確地測定信號傳播路徑的大氣水汽含量，但由于設(shè)備過于龐大和昂貴，尚不能普遍采用。對流層（Troposphere）關(guān)于對流層折射的影響，一般有以下幾種處理方法：定位精度要求不高時，可以簡單地忽略。采用對流層模型加以改正。①霍普菲爾德（Hopfield）改正模型②薩斯塔莫寧（Saastamoinen）改正模型③勃蘭克（Black）改正模型引入描述對流層影響的附加待估參數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中一并求解。觀測量求差與電離層的影響相類似，當兩觀測站相距不太遠時（例如<20km），由于信號通過對流層的路徑相近，對流層的物理特性相似，所以，對同一衛(wèi)星的同步觀測值求差，可以明顯地減弱對流層折射的影響。因此，這一方法在精密相對定位中，應(yīng)用甚為廣泛。不過，隨著同步觀測站之間距離的增大，地區(qū)大氣狀況的相關(guān)性很快減弱，這一方法的有效性也將隨之降低。根據(jù)經(jīng)驗，當距離>100km時，對流層折射對GPS定位精度的影響，將成為決定性的因素之一。

多路徑效應(yīng)影響

多路徑效應(yīng)，通常也叫多路徑誤差，即接收機天線，除直接收到衛(wèi)星發(fā)射的信號外，尚可能收到經(jīng)天線周圍地物一次或多次反射的衛(wèi)星信號。兩種信號疊加，將會引起測量參考點(相位中心)位置的變化，從而使觀測量產(chǎn)生誤差。而且這種誤差隨天線周圍反射面的性質(zhì)而異，難以控制。根據(jù)實驗資料的分析表明，在一般反射環(huán)境下，多路徑效應(yīng)對測碼偽距的影響可達米級，對測相偽距的影響可達厘米級；而在高反射環(huán)境下，不僅其影響將顯著增大，而且常常導致接收的衛(wèi)星信號失鎖和使載波相位觀測量產(chǎn)生周跳。因比,在精密GPS導航和測量中，多路徑效應(yīng)的影響是不可忽視的。多路徑誤差的特點與測站環(huán)境有關(guān)與反射體性質(zhì)有關(guān)與接收機結(jié)構(gòu)、性能有關(guān)減弱多路徑效應(yīng)影響的措施觀測上安置接收機天線的環(huán)境，應(yīng)避開較強的反射面，如水面，平坦光滑的地面和平整的建筑物表面等；硬件上選擇造型適宜且屏蔽良好的天線，例如，采用帶抑徑板或抑徑圈的天線、抗多路徑的接收機等；抗多路徑效應(yīng)的天線帶抑徑板帶抑徑圈抗多路徑的接收機適當延長觀測時間，削弱多路徑效應(yīng)的周期性影響；改善GPS接收機的電路設(shè)計，以減弱多路徑效應(yīng)的影響。減弱多路徑效應(yīng)影響的其他措施數(shù)據(jù)處理上加權(quán)法參數(shù)法濾波法信號分析法與接收設(shè)備有關(guān)的誤差與用戶接收設(shè)備有關(guān)的誤差，主要包括觀測誤差、接收機鐘差、天線相位中心誤差和載波相位觀測的整周不定性影響。其他誤差來源除上述三類誤差的影響外，還有其它一些可能的誤差來源，如地球自轉(zhuǎn)以及相對論效應(yīng)對GPS定位的影響。GPS接收機的應(yīng)用關(guān)于GPS接收機的應(yīng)用，在這里主要介紹一下幾個方面。經(jīng)緯度值表示經(jīng)緯度在NMEA語句中是以度、分、秒的形式出現(xiàn)。經(jīng)緯度在NMEA-0183語句中的出現(xiàn)的格式分別是：緯度格式：ddmm.mmmm

經(jīng)度格式：dddmm.mmmm

經(jīng)度與緯度的方向數(shù)據(jù)（North，South，East，West）單獨定義一個區(qū)域。方向的一種簡單表示“N”，“S”，“E”，“W”分別表示North，South，East，West。GPS系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)坐標轉(zhuǎn)換GPS接收的數(shù)據(jù)往往是三維坐標，而在科學研究中我們通常用二維坐標。因此必須進行坐標轉(zhuǎn)換，比如把WGS84坐標轉(zhuǎn)換為高斯-克呂格坐標系。為減少投影變形，按經(jīng)度把橢球分為許多帶，各帶分別投影，經(jīng)常采用的是3度和6度帶。為使y值不為負值，通常在y軸上加上500km。緯度經(jīng)度海拔XY35°42′078〞N111°39′889〞E560.5395258256012535°41′912〞N111°40′541〞E533.3395228156111135°42′393〞N111°40′513〞E542.0395317056106335°42′946〞N111°41′157〞E549.1395420056202635°43′182〞N111°45′830〞E609.4395468856907035°43′376〞N111°46′092〞E626.2395504956946235°49′604〞N111°34′663〞E821.7396644955216035°49′330〞N111°34′489〞E784.9396594055190235°39′735〞N111°28′219〞E416.0394814854254435°40′234〞N111°28′265〞E407.3394907154260835°40′274〞N111°29′118〞E416.5394915054389535°40′088〞N111°29′307〞E422.1394880954418035°39′860〞N111°29′175〞E422.8394838554398535°37′721〞N111°24′135〞E405.9394439553639535°40′568〞N111°22′261〞E380.8394964953354635°41′001〞N111°22′102〞E371.1395044853330335°40′907〞N111°22′261〞E378.13950276533545GPS的發(fā)展趨勢隨著GPS定位技術(shù)的不斷完善和普及，新一代GPS測量系統(tǒng)的開發(fā)和生產(chǎn)，也在迅速地發(fā)展。當前，在硬件方面的發(fā)展趨勢主要是：GPS在硬件方面的發(fā)展趨勢①繼續(xù)向小型化、輕型化發(fā)展；②結(jié)構(gòu)模塊化，減少易損的接口；③控制器小型化，以便用戶操作，提高自動化程度；④降低功率消耗；⑤改善存儲器管理，增大存儲容量；⑥增加接收機的通道數(shù)，以便同時跟蹤全部GPS可見衛(wèi)星；⑦信號接收、跟蹤、量測與處理單元一體化，以減少信號損失；⑧改善接收機的耐用性，提高量測結(jié)果的可靠性和延長無故障工作時間；⑨改善接收機內(nèi)部的電路設(shè)計，減弱多路徑誤差的影響；⑩改善信號處理技術(shù)（如采用窄距相關(guān)技術(shù)），以提高信號的量測精度。GPS的應(yīng)用如今GPS已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到了各行各業(yè)，例如船舶遠洋導航和進港引水、飛機航路引導和進場降落、汽車自主導航、地面車輛跟蹤和城市智能交通管理、緊急就生、個人旅游及野外探險、道路和各種線路放樣、水下地形測量、地殼形變測量、大壩和大型建筑物變形監(jiān)測、GIS應(yīng)用，其中車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用最為人們所熟知。計價器設(shè)備GPS設(shè)備系統(tǒng)原理及總體結(jié)構(gòu)出租車智能管理信息服務(wù)系統(tǒng)智能調(diào)度管理系統(tǒng)GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)營運信息分析系統(tǒng)企業(yè)行業(yè)管理系統(tǒng)110處警指揮系統(tǒng)網(wǎng)上招車與投訴系統(tǒng)GPS系統(tǒng)平臺營運數(shù)據(jù)庫平臺營運監(jiān)控平臺Internet/DDN中國移動GPRS出租車智能管理信息服務(wù)系統(tǒng)

系統(tǒng)組成GPS車載終端設(shè)備GPS湖州網(wǎng)控中心110接/處警系統(tǒng)GPS車載終端設(shè)備出租車調(diào)度中心調(diào)度中心服務(wù)器