【技術】GPS復習大綱

文檔來源為:從網絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.文檔來源為:從網絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.文檔來源為:從網絡收集整理.word版本可編輯.PAGE1文檔來源為:從網絡收集整理.word版本可編輯.文檔來源為:從網絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.文檔來源為:從網絡收集整理.word版本可編輯.【關鍵字】技術題型有名詞解釋，判斷題，填空題，簡答題，計算題。名詞解釋：在ppt上選5個概念出來考，如（注意?。?.多路徑效應2.絕對定位。就說了兩個，其他大家再找一下；填空題（20分）：只說了一個：作用于衛(wèi)星上的各種力分為兩類:中心力和非中心力簡答題：1.GPS的絕對定位原理2.GPS的應用計算題（3題）：1.GPS網特征條件的計算；2.計算碼長，碼寬，周長(PPT第四章17張)；3.坐標轉換；還有，衛(wèi)星的坐標計算部分不考。第一章GPS原理，概念，技術特點GPS技術的特點GPS技術的特點觀測站之間無需通視。(2)定位精度高。(3)觀測時間短。(4)提供三維坐標。(5)操作簡便。(6)全天侯作業(yè)。GPS系統(tǒng)的組成GPS的定位系統(tǒng)包括三個部分：地面監(jiān)控部分；空間衛(wèi)星部分；用戶接受部分。第二章高斯－克呂格投影平面直角坐標系的由來及特點為了建立各種比例尺地形圖的控制及工程測量控制，一般應將橢球面上各點的大地坐標按照一定的規(guī)律投影到平面上，并以相應的平面直角坐標表示。

目前各國常采用的是高斯投影和UTM投影，這兩種投影具有下列特點：

（1）橢球面上任意一個角度，投影到平面上都保持不變,長度投影后會發(fā)生變形，但變形比為一個常數。

（2）中央子午線投影為縱軸，并且是投影點的對稱軸，中央子午線投影后無變形，但其它長度均產生變形，且越離中央子午線越遠，變形愈大。（3）高斯平面直角坐標系的坐標軸與笛卡兒直角坐標系坐標軸相反，一般將y值加上500公里，在y值前冠以帶號。

（4）帶號與中央子午線經度的關系為3種高程（大地高、正高、正常高）在測量中有三種高程，分別是大地高，正高，正常高，我國高程系統(tǒng)日常測量中采用的是正常高，GPS測量得到的是大地高H。大地水準面是假想海洋處于完全靜止的平衡狀態(tài)時的海水面，并延伸到大陸地面以下所形成的緊閉曲面。正高Hg是指M點源該點的鉛垂線至大地水準面的距離。坐標系統(tǒng)間轉換本章主要了解坐標系統(tǒng) 第三章了解衛(wèi)星運動基本概念攝動力的作用下的衛(wèi)星運動稱為受攝運動，相應的衛(wèi)星軌道稱為受攝軌道衛(wèi)星在上述地球引力場中的無攝運動，也稱開普勒運動衛(wèi)星的受力情況及運動規(guī)律在各種作用力對衛(wèi)星運行軌道的影響中，地球引力場的影響為主，其它作用力的影響相對要小的多。通常把作用于衛(wèi)星上的各種力按其影響的大小分為兩類：一類是無攝運動，假設地球為均質球體的引力（質量集中于球體的中心），稱為中心力，決定著衛(wèi)星運動的基本規(guī)律和特征，由此決定的衛(wèi)星軌道，可視為理想軌道，是分析衛(wèi)星實際軌道的基礎。另一類是攝動力或非中心力，包括地球非球形對稱的作用力、日月引力、大氣阻力、光輻射壓力以及地球潮汐力等。攝動力使衛(wèi)星的運動產生一些小的附加變化而偏離理想軌道，同時偏離量的大小也隨時間而改變。在攝動力的作用下的衛(wèi)星運動稱為受攝運動，相應的衛(wèi)星軌道稱為受攝軌道。星歷衛(wèi)星星歷是描述衛(wèi)星運動軌道的信息，是一組對應某一時刻的軌道根數及其變率。根據衛(wèi)星星歷可以計算出任一時刻的衛(wèi)星位置及其速度，GPS衛(wèi)星星歷分為預報星歷（亦稱廣播星歷）和后處理星歷（或稱精密星歷）。本章計算不考第四章GPS衛(wèi)星測量原理，如何測量速度，折射情況假設電磁波在真空中的傳播速度為cvac，則有cvac=vacf=vac/T=/kvac。在衛(wèi)星大地測量中，國際上當前采用的真空光速為c=2.′108(m/s)。實際的電磁波傳播是在大氣介質中，在到達地面接收機前要穿過性質、狀態(tài)各異且不穩(wěn)定的若干大氣層，這些因素可能改變電磁波傳播的方向、速度和強度，這種現象稱為大氣折射大氣層結構按不同標準有不同的分層方法，根據對電磁波傳播的不同影響，一般分為對流層和電離層。主信號組成GPS衛(wèi)星所發(fā)射的信號包括載波信號、P碼（或Y碼）、C/A碼和數據碼（或D碼）等多種信號分量，其中P碼和C/A碼統(tǒng)稱為測距碼。碼的概念（相關關系數計算）在現代數字通信中，廣泛使用二進制數（0和1）及其組合，來表示各種信息。表達不同信息的二進制數及其組合，稱為碼。一位二進制數叫一個碼元或一比特。比特為碼和信息量的度量單位。如果將各種信息例如聲音、圖象和文字等通過量化，并按某種預定規(guī)則，表示成二進制數的組合形式，則這一過程稱為編碼。在二進制數字化信息的傳輸中，每秒傳輸的比特數稱為數碼率，表示數字化信息的傳輸速度，單位為bit/s。GPS測距碼有哪些，特點GPS衛(wèi)星所發(fā)射的信號包括載波信號、P碼（或Y碼）、C/A碼和數據碼（或D碼）等多種信號分量，其中P碼和C/A碼統(tǒng)稱為測距碼。GPS衛(wèi)星所采用的兩種測距碼，即C/A碼和P碼（或Y碼），均屬于偽隨機碼。（1）C/A碼：是由兩個10級反饋移位寄存器組合而產生。碼長Nu=210-1=1023比特，碼元寬為tu=1/f1=0.97752s,（f1為基準頻率f0的10分之1，1.023MHz）,相應的距離為293.1m。周期為Tu=Nutu=1ms，數碼率為1.023Mbit/s。C/A碼的碼長短，共1023個碼元，若以每秒50碼元的速度搜索，只需20.5s，易于捕獲，稱捕獲碼。碼元寬度大，假設兩序列的碼元對齊誤差為為碼元寬度的100分之1，則相應的測距誤差為2.9m。由于精度低，又稱粗碼。（2）P碼P碼產生的原理與C/A碼相似，但更復雜。發(fā)生電路采用的是兩組各由12級反饋移位寄存器構成。碼長Nu2.35′1014比特，碼元寬為tu=1/f0=0.097752s，相應的距離為29.3m。周期為Tu=Nutu267d，數碼率為10.23Mbit/s。P碼的周期長，267天重復一次，實際應用時P碼的周期被分成38部分，（每一部分為7天，碼長約6.19′1012比特），其中1部分閑置，5部分給地面監(jiān)控站使用，32部分分配給不同衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星使用P碼的不同部分，都具有相同的碼長和周期，但結構不同。P碼的捕獲一般是先捕獲C/A碼，再根據導航電文信息，捕獲P碼。由于P碼的碼元寬度為C/A碼的1/10，若取碼元對齊精度仍為碼元寬度的1/100，則相應的距離誤差為0.29m，故P碼稱為精碼。模二相加必考！第五章誤差分類，來源GPS定位中，影響觀測量精度的主要誤差來源分為三類：?與衛(wèi)星有關的誤差。

?與信號傳播有關的誤差。

?與接收設備有關的誤差。

為了便于理解，通常均把各種誤差的影響投影到站星距離上，以相應的距離誤差表示，稱為等效距離誤差。GPS工作接收機原理，組成GPS接收機的主要結構組成：?天線（帶前置放大器）

?信號處理器：用于信號識別與處理

?微處理器：用于接收機的控制、數據采集和導航計算

?用戶信息傳輸：包括操作板、顯示板等

?精密震蕩器：產生標準頻率

?電源絕對、相對定位基本原理絕對定位的基本原理：以GPS衛(wèi)星和用戶接收機天線之間的距離（或距離差）觀測量為基礎，根據已知的衛(wèi)星瞬時坐標，來確定接收機天線所對應的點位，即觀測站的位置。GPS絕對定位方法的實質是測量學中的空間距離后方交會。原則上觀測站位于以3顆衛(wèi)星為球心，相應距離為半徑的球與觀測站所在平面交線的交點上。用兩臺接接收機分別安置在基線的兩個端點，其位置靜止不動，同步觀測相同的4顆以上衛(wèi)星，確定兩個端點在協(xié)議地球坐標系中的相對位置，這就叫做靜態(tài)相對定位。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，對中等長度的基線（100-500km），相對定位精度可達10-6-10-7甚至更好，靜態(tài)相對定位是目前GPS精度最高的定位方式。第六章GPS網型特征計算（時段，特征計算）GPS網特征條件的計算對于由N臺GPS接收機構成的同步圖形中一個時段包含的基線（或簡稱GPS邊）數為：J＝N*(N－1)/2；但其中僅有N－1條是獨立邊，其余為非獨立邊。當同步觀測的GPS接收機數N＞3時，同步閉合環(huán)T的最少個數應為T＝J－(N－1)＝(N－1)(N－2)／2觀測時段數計算公式：C＝n·m/N式中．C為觀測時段數；n為網點數；m為每點平均設站次數；N為接收機數。故在GPS網中總基線數：J總＝C·N·（N一1）/2必要基線數：J必＝n－1獨立基線數：J獨＝C·(N－1）多余基線數：J多＝C·（N－1）－（n—1）依據以上公式，就可以確定出一個具體GPS網圖形結構的主要特征。點連式，邊連式點連式：相鄰同步圖形之間只有一個公共點連接。這種布網方式幾何強度較弱，抗粗差能力較差，一般可以加測幾個時段以增強網的異步圖形閉合條件的個數。邊連式：相鄰同步圖形由一條公共基線連接。這種布網方式幾何強度較高，抗粗差能力較強，有較多的復測邊和非同步圖形閉合條件，在相同的儀器個數的條件下，觀測時段將比點連接方式大大增加。GPS網技術設計，原則GPS網的技術設計應著眼于控制網的精度、可靠性以及經費等要求。也應遵循以下原則1：在GPS網中不應存在自由基線。2：GPS網的閉合環(huán)的基線個數不應過多。3：GPS網至少應與地面網有3－5個分布均勻的重合點，同時也應有相當數量的地面水準點與GPS網重合。4：GPS點應選在交通便利。視野開闊的地方，同時應考慮點與點之間的通視問題，以便使用經典方法擴展。設計書編寫一、明確任務二、測區(qū)踏勘及收集資料三、技術設計（1）GPS控制網的精度和密度的設計（2）控制網的基準設計（3）控制網的圖形設計（4）控制網的精度預計四、器材準備及人員組織五、選點及埋標（1）點位應選易于安置接收設備、視野開闊的位置。視場周國15度以上不應有障礙物，以避兔GPS信號被吸收或遮擋。（2）點位應遠離大功率無線電發(fā)射源如電視臺、微波站等）．其距離不小于200m遠離高壓輸電線，其距離不得小于50m，以避免電磁場對GPP信號的干擾。（3）點位附近不應有大面積水域或強烈干擾衛(wèi)星信號接收的物體．以減弱多路徑效應的影響。（4）點位應選交通方便，有利于其他觀測手段擴晨與聯測的地方。（5）點位應選在地面基礎穩(wěn)定．易于點保存的地點。（6）選點入員應按技術設計進行踏勘，在實地按要求選定點位。（7）網形應有利于同步觀測及邊、點聯結。（8）當所選點位需要進行水準聯測時．選點人員應實地踏勘水準路線，提出有關建議。標志埋設點的標石必須堅固、穩(wěn)定以利長久保存和使用。也可直接在基巖上嵌入金屬標志。埋設完成后，應提交以下資料：點的記錄GPS網的選點網圖土地占用的批準文件與測量標志委托保管書選點與埋石技術總結六、外業(yè)觀測計劃的擬定七、外業(yè)觀測八、數據預處理九、觀測成果的外業(yè)檢核第七章數據與處理，基線向量計算GPS控制網的數據處理就是將采集的數據經測量平差后規(guī)化到參考橢球面上并投影到所采用的平面上，得到點的準確位置。其過程大致可以分為觀測數據的預處理、基線向量計算、基線向量網平差以及GPS網與地面網聯合平差、評定精度等幾個階段。一、觀測數據的預處理觀測數據的預處理過程包括以下幾個兩個階段：1.預處理的準備工作2.數據預處理的內容二、基線向量的解算GPS相對定位的結果確定測站點間的相對位置關系，這種相對位置關系通常用空間直角坐標系或大地坐標差表示。為了通過平差計算求解觀測站之間的基線向量，一般取相位觀測值的線性組合即差分模型。三、基線向量的解算結果分析基線解算后，可以通過RATIO、RDOP、RMS和數據刪除率這幾個質量指標來衡量基線解算的質量。通常認為，若RMS偏大，則說明觀測值質量較差。若RDOP值較大則說明觀測條件較差。需要說明的是，它們只具有某種相對意義，即它們數值的高低不能絕對的說明基線質量的高低。四、影響GPS基線解算結果因素的判別對于影響GPS基線解算結果的因素，有些是較容易判別的，如衛(wèi)星觀測時間太短、周跳太多、多路徑效應嚴重、對流層或電離層折射影響過大等，但對于另外一些因素卻不好判斷了，如起點坐標不準確等。1、基線起點坐標不準確的判別對于由起點坐標不準確對基線解算質量造成的影響，目前還沒有較容易的方法來加以判別。因此在實際工作中只有盡量提高起點坐標的準確度，以避免這種情況的發(fā)生。2、衛(wèi)星觀測時間短的判別關于衛(wèi)星觀測時間太短這類問題的判斷比較簡單，只要查看觀測數據的記錄文件中有關對與每個衛(wèi)星的觀測數據的數量就可以了。有些GPS后處理軟件還輸出了衛(wèi)星的可見性圖，這就更直觀了。3、周跳太多的判別對于衛(wèi)星觀測值中周跳太多的情況，可以從基線解算后所獲得的觀測值殘差上來分析。目前大部分的基線處理軟件一般采用的是雙差觀測值，當在某測站對某顆衛(wèi)星的觀測值中含有未修復的周跳時的，所有與此相關的雙差觀測值的殘差都會出現顯著的整數倍的增大。4、多路徑效應嚴重、對流層或電離層折射影響過大的判別對于多路徑效應、對流層或電離層折射影響的判別，我們也是通過觀測值殘差來進行的。不過與整周跳變不同的是，當多路徑效應嚴重、對流層或電離層折射影響過大時，觀測值殘差不是象周跳未修復那樣出現整數倍的增大，而只是出現非整數倍的增大。一般不超過1周，但卻又明顯地大于正常觀測值的殘差。五、GPS網平差GPS控制網是由相對定位所求得的基線向量而構成的空間基線向量網。在GPS控制網的平差中，是以基線向量及協(xié)方差為基本觀測量的。通常采用三維無約束平差、三維約束平差及三維聯合平差三種平差模型。第八章GPS在測量、科研等方面應用GPS定位技術在測量領域主要應用于：大地測量、地球動力學的研究、精密工程測量、工程變形監(jiān)測、地籍測量、海洋測量等。在導航學中的應用主要包括：車輛、船只和飛機的精密導航、測速、運動目標的監(jiān)控與管理。除此之外，在導彈制導、衛(wèi)星定軌、氣象學、大氣物理學的研究領域都有廣闊的應用前景。RTK技術的控測地籍及房地產測量的控制測量和其他測量控制網相類似，測圖控制點需要比較密，精度相對一般測圖要求比較高。一般采用GPS靜態(tài)、快速靜態(tài)相對定位，測量時無需點間通