外文文獻(xiàn)譯文全球定位系統(tǒng)概述

PAGE華北電力大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）附件外文文獻(xiàn)翻譯學(xué)號：姓名：所在院系：華北電力大學(xué)科技學(xué)院專業(yè)班級：指導(dǎo)教師：原文標(biāo)題：SummarizingTheGlobalPositioningSystem20年月日全球定位系統(tǒng)概述摘要：全球定位系統(tǒng)是以美國國防為背景，由美國國防部設(shè)計(jì)、投資、開發(fā)、和運(yùn)行的。GPS是以衛(wèi)星定位和時間傳輸為基礎(chǔ)，GPS定位功能在現(xiàn)代測量和現(xiàn)代建設(shè)中有較為廣泛的應(yīng)用，GPS-RTK技術(shù)也在現(xiàn)代化建設(shè)中有著廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在GPS也已經(jīng)顯示出對平民的一種重要的利益，且其應(yīng)用范圍越來越廣泛。關(guān)鍵詞：GPS、定位、RTK、放樣、測量1、背景五十年代末，原蘇聯(lián)發(fā)射了人類的第一顆人造地球衛(wèi)星，美國科學(xué)家在對其的跟蹤研究中，發(fā)現(xiàn)了多普勒頻移現(xiàn)象，并利用該原理促成了多普勒衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的建成，在軍事和民用方面取得了巨大的成功，是導(dǎo)航定位史上的一次飛躍，我國也曾引進(jìn)了多臺多普勒接收機(jī)，應(yīng)用與海島聯(lián)測、地球勘探等領(lǐng)域。但由于多普勒衛(wèi)星軌道高度低、信號載波頻率低，軌道精度難以提高，使得定位精度較低，以滿足大量測量或工程測量的要求，更不能用于天文地球動力學(xué)研究。為了提高衛(wèi)星定位的精度，美國從1973年開始籌建全球定位系統(tǒng)GPS創(chuàng)(GlobalPositioningSystem)。在進(jìn)行了方案論證、系統(tǒng)試驗(yàn)階段后，于1989年開始發(fā)射正式工作衛(wèi)星，并于1994年全部建成，投入使用。GPS系統(tǒng)的空間部分由21顆衛(wèi)星組成，均分布在6個軌道上，地面高度為20000余公里，軌道傾角為55度，扁心率約為0，周期約為12小時，衛(wèi)星向地面發(fā)射兩個波段的載波信號，載波信號頻率分別為1575.442兆赫茲(L1波段)和1227.6兆赫茲(L2波段)，衛(wèi)星上安裝了精度很高的原子鐘，以確保頻率的穩(wěn)定性，在載波上調(diào)制有表示衛(wèi)星位置的廣播星歷，用于測距的C/A碼和P碼，以及其它系統(tǒng)信息，能在全球范圍內(nèi)，向任意多用戶提供高精度的、全天候的、連續(xù)的、實(shí)時的三維測速、三維定位和授時。GPS系統(tǒng)的控制部分有設(shè)在美國本上的5個監(jiān)控站組成，這些站間不斷地GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測，并將計(jì)算和預(yù)報(bào)的信息由注入站對衛(wèi)星信息更新。GPS系統(tǒng)的用戶是非常隱蔽的，它是一種單程系統(tǒng)，用戶只接收而不必發(fā)射信號，因此用戶的數(shù)量也是不受限制的。雖然GPS系統(tǒng)一開始是為軍事目的而建立的，但很快在民用方面得到了極大的發(fā)展，各類GPS接收機(jī)和處理軟件紛紛涌現(xiàn)出來。能對兩個頻率進(jìn)行觀測的接收機(jī)稱為雙頻接收機(jī)，只能對一個頻率進(jìn)行觀測的接收機(jī)稱為單頻接收機(jī)，他們在精度和價格上均有較大區(qū)別。對于測繪界的用戶而言，GPS己在測繪領(lǐng)域引起了革命性的變化，目前，范圍上數(shù)公里至幾千公里的控制網(wǎng)或變形監(jiān)測網(wǎng)，精度上從幾百至毫米級的定位，一般都將GPS作為首選手段，隨著RTK技術(shù)的日趨成熟，GPS開始向分米乃至厘米級布局、高精度動態(tài)定位等領(lǐng)域滲透。國際GPS大地測量和地球動力學(xué)服務(wù)IGS自1992年起，己在全球建立了多個數(shù)據(jù)存儲及處理中心，和百余個常年觀測的臺站，我國也設(shè)立了上海余山、武漢、西安、拉薩、臺灣等多個常年觀測臺站，這些臺站的觀測數(shù)據(jù)每天通過INTERNET網(wǎng)傳向美國的數(shù)據(jù)存儲中心，IGS還幾乎實(shí)時地綜合各數(shù)據(jù)處理中心的結(jié)果，并參與國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)IERS的全球坐標(biāo)參考系維護(hù)及地球自轉(zhuǎn)參數(shù)的發(fā)布。使用者也可免費(fèi)從INTERNET網(wǎng)上取得觀測數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)精確星級的體驗(yàn)產(chǎn)品等。GPS系統(tǒng)的實(shí)時導(dǎo)航定位精度很高，美國在1992年起實(shí)行了所謂的SA政策，即降低廣播星歷中衛(wèi)星位置的精度，降低衛(wèi)星鐘改正數(shù)的精度，對衛(wèi)星基準(zhǔn)頻率加上高頻的抖動(使偽距和相位的量測精度降低)，后又實(shí)行了A-S政策，即將P碼改變?yōu)閅碼，即對精密偽距測量進(jìn)一步限制，而美國軍方和特許用戶不受這些政策的影響，但美國為了獲得更大的商業(yè)利益，這些政策終將被取消。2、GPS定位原理GPS接收機(jī)可接收到可用于授時的準(zhǔn)確至納秒級的時間信息，用于預(yù)報(bào)未來幾個月內(nèi)衛(wèi)星所處概略位置的預(yù)報(bào)星歷:用于計(jì)算定位時所需衛(wèi)星坐標(biāo)的廣播星歷，精度為幾米至幾十米(各個衛(wèi)星不同，隨時變化);以及GPS系統(tǒng)信息，如衛(wèi)星狀況等。GPS接收機(jī)對碼的量測就可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，由于含有接收機(jī)衛(wèi)星鐘的誤差及大氣傳播誤差，故稱為偽距。對OA碼測得的偽距稱為UA碼偽距，精度約為20米左右，對P碼測得的偽距稱為P碼偽距，精度約為2GPS接收機(jī)對收到的衛(wèi)星信號，進(jìn)行解碼或采用其它技術(shù)，將調(diào)制在載波上的信息去掉后，就可以恢復(fù)載波。嚴(yán)格再言，載波相位應(yīng)被稱為載波拍頻相位，它是收到的受多普勒頻移影響的衛(wèi)星信號載波相位與接收基本機(jī)振蕩產(chǎn)生信號相位之差。一般在接收機(jī)鐘確定的歷元時刻量測，保持對衛(wèi)星信號的跟蹤，就可記錄下相位的變化值，但開始觀測時的接收機(jī)和衛(wèi)星振蕩器的相位初值是不知道的，起始?xì)v元的相位整數(shù)也是不知道的，即整周模糊度，只能在數(shù)據(jù)處理中作為參數(shù)解算。相位觀測值得精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相對定位、并有一段連續(xù)觀測值時才能使用相位觀測值，而要達(dá)到優(yōu)于米級的定位精度也只能采用相位觀測值。按定位方式，GPS定位分為單點(diǎn)定位和相對定位(差分定位)。單點(diǎn)定位就是根據(jù)一臺接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定接收機(jī)位置的方式，它只能采用偽距觀測量，可用于車船等的概略導(dǎo)航定位。相對定位(差分定位)是根據(jù)兩臺以上接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定觀測點(diǎn)之間的相對位置的方法，它既可采用偽距觀測量也可采用相位觀測量，大地測量或工程測量均應(yīng)采用相位觀測值進(jìn)行相對定位。在GPS觀測量中包含了衛(wèi)星和接收機(jī)的鐘差、大氣傳播延遲、多路經(jīng)效應(yīng)等誤差，在定位計(jì)算時還要受到衛(wèi)星廣播星歷誤差的影響，在進(jìn)行相對定位時大部分公共誤差被抵消或削弱，因此定位精度降大大提高，雙頻接收機(jī)可以根據(jù)兩個頻率的觀測量抵消大氣中電離層誤差的主要部分，在精度要求高，接收機(jī)間距離較遠(yuǎn)時(大氣有明顯差別)，應(yīng)選用雙頻接收機(jī)。在定位觀測時，若接收機(jī)相對于地球表面運(yùn)動，則稱為動態(tài)定位，如用于車船等粗略導(dǎo)航定位的精度為30-100米的偽距單點(diǎn)定位，或用于城市車輛導(dǎo)航定位的米級精度的偽距差分定位，或用于測量放樣等的厘米級的相位差分定位(RTK)在定位觀測時，若接收機(jī)相對于地球表面靜止，則稱為靜態(tài)定位，在進(jìn)行控制網(wǎng)觀測時，一般均采用這種方式由幾臺接收機(jī)同時觀測，它能最大限度地發(fā)揮GPS的定位精度，專用于這種目的的接收機(jī)被稱為大地型接收機(jī)，是接收機(jī)中性能最好的一類。目前，GPS己經(jīng)能夠達(dá)到地殼形變觀測的精度要求，IGS常年觀測臺站己經(jīng)能構(gòu)成毫米級的全球坐標(biāo)框架。3、RTK技術(shù)常規(guī)的GPS測量方法，如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級的精度，而RTK是能夠在野外實(shí)時得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態(tài)實(shí)時差分(Real-timeKinematic)方法，是GPS應(yīng)用的最大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測圖，各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。高精度的GPS測量必須采用載波相位觀測值，RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測值的實(shí)時動態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級精度。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實(shí)時處理，同時給出厘米級定位結(jié)果，歷時不到一秒鐘。流動站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運(yùn)動狀態(tài);可在固定點(diǎn)上進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動態(tài)作業(yè)，也可在動態(tài)條件下直接開機(jī)，并在動態(tài)環(huán)境下完成周模糊度的搜索求解。在整周未知數(shù)解固定后，即可進(jìn)行每個歷元的實(shí)時處理，只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結(jié)果。RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，RTK定位時要求基準(zhǔn)站接收機(jī)實(shí)時地把觀測數(shù)據(jù)(偽距觀測值，相位觀測值及己知數(shù)據(jù)傳輸給流動站接收機(jī)，數(shù)據(jù)量比較大，一般都要求9600的波特率，這在無線電上不難實(shí)現(xiàn)。4、RTK技術(shù)的應(yīng)用(1)各種控制測量傳統(tǒng)的大地測量、工程控制測量采用三角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)來施測，不僅費(fèi)工費(fèi)時，要求點(diǎn)與點(diǎn)之間通視，而且精度分布不均勻，且在外業(yè)不知精度如何，采用常規(guī)的GPS靜態(tài)測量、快速靜態(tài)、偽靜態(tài)方法，在外業(yè)測設(shè)過程中，不能實(shí)時知道定位精度，如果測設(shè)完成后，回到內(nèi)業(yè)處理，發(fā)現(xiàn)精度不合要求，還必須返測，而采用RTK來進(jìn)行控制測量，能夠?qū)崟r知道定位精度，如果點(diǎn)位精度要求滿足了，用戶就可以停止觀測了，而且知道觀測質(zhì)量如何，這樣可以大大提高作業(yè)效率。如果把RTK用于公路控制測量、電子線路控制測量、水利工程控制測量、大地測量、則不僅可以大大減少人力強(qiáng)度、節(jié)省費(fèi)用，而且大大提高工作效率，測一個控制點(diǎn)在幾分鐘甚至于幾秒鐘內(nèi)就可完成。(2)地形測量過去測地形圖時，一般首先要在測區(qū)建立圖根控制點(diǎn)，然后在圖根控制點(diǎn)上架上全站儀或經(jīng)緯儀，配合小平板測圖，現(xiàn)在發(fā)展到外業(yè)用全站儀和電子手薄配合地物編碼，利用大比例尺測圖軟件來進(jìn)行測圖，甚至于發(fā)展到最近的外業(yè)電子平板測圖等，都要求在測站長測四周的地形、地貌等碎部點(diǎn)，這些碎部點(diǎn)都與測站通視，而且一般要求至少2-3人操作，需要在拼圖時一旦精度不合要求還得到外業(yè)去返測，現(xiàn)在采用RTK時，僅需一人背著儀器在要測的地形地貌點(diǎn)呆上一二秒鐘，并同時輸入特征編碼，同過手薄可以實(shí)時知道點(diǎn)位精度，把一個區(qū)域測完后回到室內(nèi)，由專業(yè)的軟件接口就可以輸出所要求的地形圖，這樣用RTK僅需一人操作，不要求點(diǎn)與點(diǎn)間通視，大大提高了工作效率，采用RTK配合電子手薄可以測設(shè)各種地形圖，如普通地測圖、鐵路線路帶狀地形圖的測設(shè)，公路管線地形圖的測設(shè)，配合測深儀可以用于測水庫地形圖，航海海洋測圖等等。(3)放樣放樣是測量的一個應(yīng)用分支，它要求通過一定方法，采用一定儀器把人為設(shè)計(jì)好的地位在實(shí)地給標(biāo)定出來，過去采用常規(guī)的測量放樣方法很多，如：經(jīng)緯儀交會放樣，全站儀的邊角放樣等等，一般要放樣出一個設(shè)計(jì)點(diǎn)位時，往往需要來回移動目標(biāo)，而且要2-3人操作，同時在放樣過程中還要求點(diǎn)與點(diǎn)間通視情況良好，在生產(chǎn)應(yīng)用上效率不是很高，有時放樣中遇到困難的情況很復(fù)雜，要借助于很多方法才能放樣，如果采用RTK技術(shù)放樣時，僅需把設(shè)計(jì)好的點(diǎn)位坐標(biāo)輸入到電子手薄中，背著GPS接收機(jī)，它會提醒你走到要放樣點(diǎn)的位置，即迅速又方便，由于GPS是通過坐標(biāo)來直接放樣的，而且精度很高也很均勻，因而在外業(yè)放樣中效率會大大提高，且只需一人操作。5、GPS的應(yīng)用GPS最初就是為軍方提供精確定位而建立的，至今它仍然由美國軍方控制。軍用GPS產(chǎn)品主要用來確定并跟蹤在野外行進(jìn)中的士兵和裝備的坐標(biāo)，給海中的軍艦導(dǎo)航，為軍用飛機(jī)提供位置和導(dǎo)航信息等。(1)GPS系統(tǒng)用途廣泛目前，GPS系統(tǒng)的應(yīng)用己經(jīng)十分廣泛，我們可以應(yīng)用GPS信號進(jìn)行海、空和陸地的導(dǎo)航，導(dǎo)彈的制導(dǎo)，大地測量和工程測量的精密定位，時間的傳遞和速度的測量等。對于測繪領(lǐng)域，GPS衛(wèi)星定位技術(shù)己經(jīng)用于建立高精度的全國性的大地測量控制網(wǎng)，測定全球性的地球動態(tài)參數(shù);用于建立陸地海洋大地測量基準(zhǔn)，進(jìn)行高精度的海島陸地聯(lián)測以及海洋測繪;用于監(jiān)測地球板塊運(yùn)動狀態(tài)和地殼形變:用于工程測量，成為建立城市與工程控制網(wǎng)的主要手段。用于測定航空航天攝影瞬間的相機(jī)位置，實(shí)現(xiàn)僅有少量地面控制或無地面控制的航測快速成圖，導(dǎo)致地理信息系統(tǒng)、全球環(huán)境遙感監(jiān)測的技術(shù)革命。許多商業(yè)和政府機(jī)構(gòu)也使用GPS設(shè)備來跟蹤他們的車輛位置，這一般需要借助無線通信技術(shù)。一些GPS接收器集成了收音機(jī)、無線電話和移動數(shù)據(jù)終端來適應(yīng)車隊(duì)管理的需要。(2)多元化空間資源環(huán)境的出現(xiàn)目前，GPS，GLONASS，INMARSAT等系統(tǒng)都具備了導(dǎo)航定位功能，形成了多元化的空間資源環(huán)境。這一多元化的空間資源環(huán)境，促使國際民間形成了一個共同的策略，即一方面對現(xiàn)有系統(tǒng)從分利用，一方面積極籌建民間GNSS系統(tǒng)，待到2010年前后，GNSS純民間系統(tǒng)建成，全球?qū)⑿纬蒅PS/GLONASS/GNSS三足鼎立之勢，才能從根本上擺脫對單一系統(tǒng)的依賴，形成國際共有、國際共享的安全資源環(huán)境。世界才可進(jìn)入將衛(wèi)星導(dǎo)航