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1、学习必备欢迎下载GPS 测量原理及应用期末复习材料GPS 测量原理及应用期末复习材料第一章绪论 GPS 的含义：（卫星测时测距导航全球定位系统）全球定位系统（GPS）是一个空基全天候导航系统，它由美国国防部开发，用以满足军方在地面或近地空间内获取在一个通用参照系中的位置、速度和时间信息的要求。 卫星导航系统分类：按用户接收机是否发射信号分类：无源系统、有源系统。按测量的参数分类：测距导航系统、测距离差导航系统、卫星多普勒导航系统、测角导航系统、混合系统。按卫星运行轨道高度分类：低轨道（近地轨道）、中高轨道、同步轨道。按工作区域分类：全球覆盖系统、区域覆盖系统。 北斗一号卫星导航定位系统：北斗导
2、航系统同时具备定位与双向通信能力，可以独立完成移动目标的定位与调度功能；GPS 系统本身不具备通信能力，需要和其他通讯系统结合才能实现移动目标的远程定位与监控功能。北斗导航系统是区域性导航系统；GPS 系统是全球性导航系统。北斗导航系统是由我国自主控制； GPS 系统是由美国军方控制。 欧盟伽利略系统：空间段：由分布在三个轨道上的 30 颗中等高度轨道卫星（M EO）构成，每个轨道面上有 10 颗卫星（ 9 颗正常工作， 1 颗运行备用）；轨道面倾角56 度。地面段：包括全球地面控制段、全球地面任务段、全球域网、导航管理中心、地面支持设施地面管理机构。用户：用户端主要就是用户接收机及其同等产品
3、，伽利略系统考虑将与GPS、GLONASS 的导航信号一起组成复合型卫星导航系统，因此用户接收机将是多用途、兼容型接收机。 前苏联GLONASS系统：星座轨道为3 个等间距椭圆轨道，轨道面间夹角120 ，轨道倾角64.8 ，偏心率 0.01，每个轨道上等间距地分布8 颗卫星。卫星离地高度 19100km，绕地运行周期为11 时 15 分，地迹重复周期为8 天，轨道同步周期17 圈。其卫星轨道倾角大于 GPS 卫星轨道倾角，所以在高纬度地区的可视性好。面控制系统包括1 个系统控制中心、1 个指令跟踪站，网络分布于俄罗斯境内。 GNSS 系统：273 颗卫星组成，部署在3 个中高度圆轨道面上，轨道
4、高度23616km，倾角56 ，设计思想是完全从民用出发，与GPS、GLONASS 兼容，有2 个控制中心。GPS 系统组成：由空间部分、地面控制部分、用户设备部分三部分组成。 GPS 卫星星座： 21 颗正式的工作卫星3 颗活动的备用卫星。 6 个轨道面，平均高度20200km，轨道倾角-1- 55 ，周期11h58min（顾及地球自转，地球卫星的几何关系每天提前4min 重复一次）。保证在24 小时，在高度角15 以上，能够同时观测到411 颗卫星。 地面监控系统：包括1 个主控站、 3 个注入站和5 个监测站。 GPS 系统各部分的作用 GPS 卫星：向用户发送导航定位信号。接收注入站发
5、送的导航电文和其他信息。接收调度命令，改正运行偏差或启用备用时钟。 主控站：采集数据：主控站采集各个监测站所测得的伪距和积分多普勒观测值、气象要素、卫星时钟和工作状态的数据，监测站自身的状态数据，以及海军水面兵器中心发来的参考星历。编辑导航电文：根据采集到的全部数据计算出每一颗卫星的星历、时钟改正数、状态数据，以及大气改正数，并按一定的格式编辑为导航电文，传送到注入站。诊断功能：对整个地面支撑系统的协调工作进行诊断；对卫星的健康状况进行诊断，并加以编码向用户指示。调整卫星：根据所测的卫星轨道参数，及时将卫星调整到预定轨道，使其发挥正常作用，而且还可以进行卫星调度，用备份卫星取代失效的工作卫星。
6、 监测站：为主控站提供卫星的观测数据、气象数据。 注入站：将主控站发来的导航电文注入到相应的卫星存储器。 GPS 信号接收机：捕获卫星信号、跟踪卫星运行。对接收的GPS 信号进行变换、放大和处理。测出信号传播时间，解译导航电文。实时计算测站的三维坐标、三维速度和时间。 GPS 系统的特点：定位精度高；观测时间短；测站间无需通视；可同时提供三维坐标；操作简便；全天候作业；功能多、应用广。第二章坐标系和空间系 坐标系统的定义：坐标原点的位置、三个坐标轴的指向、坐标轴的长度单位。任一坐标系中，坐标值与空间点位一一对应。 目前我国常用的坐标系统 WGS -84 ：原点在地球质心，z 轴指向BIH198
7、4.0 定义的协议地球极（CTP）方向， x 轴指向BIH1984.0 的名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页，共 9 页 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载GPS 测量原理及应用期末复习材料零子午面和 CTP 赤道的交点，y 轴指向与 z、x 轴构成右手坐标系。 1954年北京坐标系：（我国目前广泛采用的大地测量坐标系）属参心大地坐标系。大地原点在原苏联的普尔科沃， z 轴平行于地球质心指向极原点JYD1968 的方向，x 轴在
8、大地起始子午面内与 z 轴垂直指向经度0 的方向，y 轴与 z、x 轴构成右手坐标系。采用克拉索夫斯基椭球的两个几何参数。采用多点定位法进行椭球定位。高程基准为 1956 年青岛验潮站求出的黄海平均海水面。高程异常以原苏联 1955 年大地水准面重新平差结果为起算数据，按我国天文水准路线推算而得。 1980年西安大地坐标系（西安 80）：属参心坐标系。椭球短轴 z 轴平行于地球质心指向地极原点JYD1968 方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面，x 轴在大地起始子午面内与 z 轴垂直指向经度 0 的方向，y 轴与 z、x 轴成右手坐标系。地原点在陕西省泾阳县永乐镇。椭球参数采用I
9、UGG1975 年大会推荐的参数。多点定位：定位时按我国范围内高程异常值平方和最小为原则求解参数。高程基准以 1956 年青岛验潮站求出的黄海平均水面为基准。 常用的坐标系统 球面坐标系：以地球质心为坐标系的原点，以天极和春分点作为天球定向基准的坐标系。 大地坐标系：以参考椭球中心为原点，起始子午面和赤道面为基准面的地球坐标系。 卫星测量中常用的坐标系：瞬时极天球坐标系：原点位于地球质心，z 轴指向瞬时地球自转方向（真天极），x 轴指向瞬时春分点（真春分点），y 轴按构成右手坐标系取向。瞬时极地球坐标系：原点位于地球质心，z 轴指向瞬时地球自转轴方向，x 轴指向瞬时赤道面和包含瞬时地球自转轴与
10、平均天文台赤道参考点的子午面之交点，y 轴按构成右手坐标系取向。平天球坐标系：原点位于地球质心，选择某一个历元时刻（即时刻的起算点），以此瞬间的地球自转轴和春分点方向分别扣除此瞬间的章动值作为 z 轴和 x 轴指向，y 轴按构成右手坐标系取向。平地球坐标系：z 轴指向国际协定原点CIO，取地平极为原点， xp 轴指向格林尼治平子午圈，指向经度0 的方向， y 轴指向经度270的方向。 常见的时间系统 恒星时：以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所定义的时间系统。 平太阳时：以平太阳为参考点，由平太阳的周日视-2- 运动所定义的时间系统。（假设一个平太阳以真太阳周年运动的平均速度在天球赤道上作
11、周年视运动，其周期与真太阳一致。） 世界时：以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时。 原子时：以物质内部原子运动的特征为基础的时间系统。 协调世界时：采用原子时秒长，采用跳秒的方法使协调时与世界时的时刻相接近，其差不超过1 秒。 GPS 时间系统：采用原子时ATI 秒长作为时间基准，起算的原点定义在1980.1.6 UTC0 时。 GPS 时是用周数周内时间（秒）来表示，以1980 年 1 月 6 日 0 时 0 分 0 秒为第0 周第0 秒，如2004 年 5 月 1 日 10 时 5 分 15 秒为第1268 周 554715 秒。第三章GPS 卫星运动基础及卫星星历 卫星所受的作用力：地球
12、对卫星的引力（主要）、日月引力、大气阻力、太阳光压、地球潮汐力。如果将地球引力视为1，则其他作用力均小于105量级。 受力分类：中心引力（地球质心引力）、摄动力（地球对卫星的非中心引力、日月引力、大气阻力、太阳光压、地球潮汐力）。如果将地球中心引力视为1，则摄动力仅为103量级。 卫星的运动：无摄运动：只考虑地球质心引力作用的卫星运动。受摄运动：考虑摄动力作用的卫星运动。 卫星运动轨道的描述：开普勒轨道六参数（轨道根数）：a、e、V、? 、i、。轨道摄动九参数：n、I、? 、Cuc、Cus、Crc、Crs、Cic、Cis。 卫星运行的轨道是通过地心平面上的椭圆，且椭圆的一个焦点与地心重合，卫星
13、至地心向径所扫过的面积速度保持不变。在受摄运动下，卫星运动的轨道根数不再保持为常数，而是随时间变化的轨道根数。据某一初始时刻的轨道根数及其轨道根数的变化率，可求得任一时刻的轨道根数。 卫星星历：一组对应某一时刻的轨道根数及其变化率，用来描述卫星运动轨道的信息（计算出任一时刻卫星的速度和位置）。 广播星历（预报星历）：通过GPS 卫星实时发送给各个用户，它加载在卫星的导航电文中，接收机在接收卫星信号时就同时接收了预报星历；相对于参考历元的外推星历，精度约为20m（精度较低），坐标系统为名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料
14、 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页，共 9 页 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载GPS 测量原理及应用期末复习材料WGS-84；参数选择采用了开普勒轨道参数加调和项修正方案，用于普通测量和导航。 后处理星历（精密星历）：由地面跟踪站的观测资料，应用与广播星历相似的方法而计算得到，不通过导航电文向用户传递，而是利用磁带、电视、卫星通讯等方式有偿地为需要的用户服务；精度分米米，坐标系统为ITRF ，可从IGS 网站上下载；其参数是通过地面观测计算出的，无外推误差，适于较高精度的测量、定位中使用。 历书：可以看作是卫星星历参数的简化子集。GP
15、S 卫星历书用于计算任意时刻天空中任意卫星的概略位置。第四章卫星导航电文与卫星信号 导航电文的内容：GPS 卫星的导航电文是用户用来定位和导航的数据基础，包括卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、工作状态信息、C/A 码转换到捕获P 码的Z 计数。 导航电文的基本结构和内容：电文的基本单位是长1500bit 的一个主帧，一个主帧包括5 个子帧。其中，第 1、2、3 子帧各有10 个字码，每个字码有30bit；第4、5 子帧各有25 个页面，共有37500bit。遥测码：位于各子帧的开头，用于表明卫星注入数据的状态。转换码：位于各子帧的第二个字码，用于提供Z 计数。第一数据块：位于第一子帧的第31
16、0 个字码，包含时延改正项、数据龄期、星期序号、卫星时钟改正参数。第二数据块：位于第二、三子帧，包含6 个轨道参数、 9 个摄动改正数、2 个时间参数。第三数据块：位于第四、五子帧，包含所有GPS 卫星的历书数据（历书和星历一样，都是表示卫星运行轨道的参数，但它包含所有卫星的概略位置，常用于卫星预报）。 GPS 信号的基本组成部分：载波：搭载其它信号，也可用于测量（测距）。L1：频率1575.42M Hz ，波长19cm；L2：频率1227.60M Hz ，波长24cm；现代化后增加 L5：频率1176.45M Hz ，波长26cm。测距码：伪随机噪声码（PRN 码）。目前：C/A （ C1）
17、：码速1.023MHz ，码元长度300m ； P(Y)1 、 P(Y)2： 码速-3- 10.23MHz ，码元长度30m；现代化后C2、M 1、M 2（军用码）。卫星测距码和数据码是采用调相技术调制到载波上的。数据码（导航电文或D 码）：码速： 50bps。内容：广播星历（导航信息）、卫星钟改正、历书（概略星历）、电离层信息、卫星健康状况 GPS 卫星位置的计算思路与步骤：计算卫星运行的平均角速度n。计算归化时间tk。观测时刻卫星平近点角M k 的计算。计算偏近点角Ek。真近点角Vk 的计算。升交距角 k 的计算。摄动改正项 u、 r、 i 的计算。计算经过摄动改正的升交距角Uk、卫星矢径
18、rk 和轨道倾角ik。计算卫星在轨道平面坐标系的坐标。观测时刻升交点经度?k的计算。计算卫星在地心固定坐标系中的直角坐标。（根据哪些信息进行GPS 卫星位置的计算？） GPS 接收机 GPS 接收机的组成：天线单元：接收天线（将GPS 卫星信号的极微弱的电磁波能转化为相应的电流）、前置放大器（将GPS 信号电流予以放大）。主机单元：变频器（使接收机通道得到高增益，并且使L 频段的射频信号变成低频信号）、信号通道（搜索卫星，牵引并跟踪卫星；对广播电文数据信息进行解扩，调解出广播电文；进行伪距测量、载波相位测量及多普勒频移测量）、微处理器（统一协调接收机工作）、存储器（储存卫星星历、历书、接收机采
19、集到的码相位伪距观测值、载波相位观测值及多普勒频移）、显示器（提供GPS 的工作信息）。电源：内电源（锂电池，用于RAM 存储器供电，以防数据丢失）、外接电源（常用12V 直流镉镍电池组或汽车电瓶，采用交流电时要经过稳压电源或专用电流交换器）。 GPS 接收机的分类：按接收机的用途分类：导航型接收机（车载型、航海型、航空型、星载型）测地型接收机授时接收机按接收机的载波频率分类：单频接收机；双频接收机按接收机通道数分类：多通道接收机（具有多个卫星信号通道，每个信号通道名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - -
20、- - - - - - - - - - - 第 3 页，共 9 页 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载 P码GPS 测量原理及应用期末复习材料只跟踪一颗卫星）序贯通道接收机（只有一个通道，为了实现对多颗卫星信号的跟踪，采用软件控制，按一定的时间对不同卫星进行跟踪）多路多用通道接收机（与序贯通道类似，也是在软件控进行相关。特点：无需了解Y 码的结构；可获得导航电文；可获得全波波长的载波；信号质量较平方法好（信噪比降低了27dB）。 Z 跟踪技术：原理：AS 码（ P 码 W 码Y 码）；W 码（码元宽度是Y 码的20 倍左右，在一个W 码码制下对卫星进行测量，但测量速度较快）按
21、接收机工作原理分类：码相关型接收机；平方型接收机 P码元内， Y 码）；将相关间隔（积分间隔）限混合型接收机；干涉型接收机 卫星定位的基本原理：测距交汇：将无线电信号发射台从地面点搬到卫星上，组成一颗卫星导航定位系统，应用无线电测距交会的原理，便可由三个以上地面已知点（控制站）交会出卫星位置，反之利用三颗以上卫星的已知空间位置又可交会出地面未知点（用户接收机）的位置。 卫星定位要解决的基本问题：卫星的位置（广播星历、精密星历）。卫星到测站（用户接收机）之间的距离。 伪距：由卫星发射的测距码信号到达GPS 接收机的传播时间乘以光速所得出的测量距离，即 c。 伪距测量由 GPS 接收机在某一时刻测
22、出得到四颗以上GPS 卫星的伪距以及已知的卫星位置，采用距离交会的方法求定接收机天线所在点的三维坐标，其观测值为C/A 码伪距、 P 码伪距，具有定位精度低、定位速度快（实时定位）的特点。 重建载波：将非连续的载波信号恢复成连续的载波信号。 重建载波问题的产生：调制了测距码和导航电文后，载波不再是连续的。要测定载波相位，必须设法使不连续的载波信号恢复为连续的载波信号。 重建载波的方法 码相关法：方法：将所接收到的信号（卫星信号）与接收机产生的复制码相乘。技术要点：卫星信号（弱）与接收机信号（强）相乘。特点：需要了解码的结构（限制）；可获得导航电文和全波长的载波，信号质量好（信噪比高）（优点）。
23、 平方法：方法：将所接收到的调制信号（卫星信号）自乘。技术要点：卫星信号自乘。特点：无需了解码的结构（优点）；无法获得导航电文，所获载波波长为原来波长的一半，信号质量较差（信噪比低，降低了 30dB）（缺点）。 互相关（交叉相关）技术：方法：在不同频率的调制信号（卫星信号）进行相关处理，获取两个频率间的伪距差和相位差。技术要点：不同频率的卫星信号-4- 定在一个W 码码元内。技术要点：在一个W 码码元内进行卫星信号（弱）与复制信号（强）的相关。特点：无需了解Y 码的结构；可测定双频伪距观测值；可获得导航电文；可获得全波波长的载波；信号质量较平方法好（信噪比降低了14dB）。 载波相位测量的基本
24、原理：利用载波信号是周期正弦信号，通过载波测量卫星与接收机间的距离，交会出接收机的空间位置。 载波相对测量的观测值：GPS 接收机所接收的卫星载波信号与接收机本真参考信号的相位差，包括载波相位观测值、 t0时刻包含整周模糊度的观测值、后续ti时刻观测值。 载波相位测量需要解决的问题：整周未知数（整周模糊度）的确定 整周未知数（整周模糊度）：时刻载波在空间传输的整周期数，是一个无法通过观测获得的未知数。确定方法：伪距法是在进行载波相位测量的同时又进行伪距测量。当作平差的待定参数（固定解与浮动解，整数解与实数解）。多普勒法（消去法）。快速确定整周未知数法。 周跳：在卫星跟踪过程中，如卫星信号被障碍
25、物挡住而暂时中断，或受无线电信号干扰造成失锁，这样计数器就无法连续计数。当信号被重新跟踪后，整周计数就不正确，但是不到一个整周的相位观测值仍是正确的。这种现象称为周跳。产生原因：信号被遮挡；干扰；接收机运动速度过快；接收机暂时的故障。探测与修复方法：屏幕扫描法。高次差法或多项式拟合法。简单的高次差。星间差分的高次差。残差法。 载波相位测量的特点优点：精度高，测距精度可达0.1mm 量级。难点：重建载波；整周未知数问题；整周跳变问题。 GPS 测量定位方法分类：定位模式：绝对定位（单点定位）；相对定位；差分定位定位时接收机天线的运动状态：名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - -
26、 - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页，共 9 页 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载GPS 测量原理及应用期末复习材料静态定位（天线相对于地固坐标系静止）；动态定位（天线相对于地固坐标系运动）获得定位结果的时效：事后定位；实时定位观测值类型：伪距测量；载波相位测量 绝对定位（单点定位） 定义单独利用一台接收机确定待定点在地固坐标系中绝对位置的方法。 分为：静态绝对定位；动态绝对定位 定位结果：与所用星历同属一坐标系的绝对坐标1.采用广播星历时属WGS-84 2.采用 IGS Intern
27、ational GPS Service 精 密 星 历 时 为 ITRF International Terrestrial Reference Frames 特点：优点：一台接收机单独定位，观测简单，可瞬时定位。缺点：精度主要受系统性偏差的影响，定位精度低。 解算步骤：列出定位的观测方程；按台劳级数展开，线性化观测方程；线性化观测方程组成方程组；解算方程组，求出未知参数。 精密单点定位（ PPP Precise Point Positioning） 特点：主要观测值为载波相位；采用精密的卫星轨道和钟数据；采用复杂的模型 定位精度：亚分米级 用途：全球高精度测量；卫星定轨 静态相对定位 定义：
28、两台或两台以上接收机分别安置在基线的两端，同步观测相同GPS 卫星，确定基线端点的相对位置或基线向量。 特点：多台接收机同步观测相同卫星，观测量的误差具有一定的相关性，通过观测量的不同线性组合（通常用求差），可以有效地消除或减弱相关误差。 同步观测量求差方式：单差站间求差：同步观测值在接收机间求差。可消除卫星钟差，削弱电离层、对流层折射影响。双差星间求差：同步观测值在卫星间求差。可消除接收机钟差。三差历元间求差：同步观测值在间历元求差。可消去整周未知数参数。 解算步骤：将观测方程线性化；列出误差方程组成方程组；据最小二乘原理求解误差方程组。 缺点：数据利用率低，只有同步数据才能进行差分；引入基
29、线矢量替代了位置矢量，差分观测值间具有了相关性，使处理问题复杂化；参数估计时，观测值的权阵；某些参数无法求出，某些信息在差分观测值中被消除。 差分GPS 定位-5- 定义：利用设置在坐标已知的点（基准站）上的GPS 接收机测定GPS 测量定位误差，用以提高在一定范围内其它GPS 接收机（流动站）测量定位精度的方法。 定位基本原理：将一台GPS 接收机安置在基准站上进行观测。根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时地将这一改正数发送出去。用户接收机在进行GPS 观测的同时，也接收到基准站的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高精度。 差分 GPS 的类型：单站差分
30、：a位置差分特点：差分改正计算的数学模型简单；差分数据量少；基准站与流动站要求观测完全相同的一组卫星。b伪距差分特点：发送距离改正数；差分数据量较多；基准站观测所有卫星；流动站观测任意4 颗卫星；精度随距离增加而降低。c载波相位差分方法：修正法；差分法。局域差分& 广域差分a局域差分基准站作用距离：数百公里。特点：根据多个基准站提供的改正信息，平差后得到自己的改正数 不区分误差源。b广域差分基准站作用距离：数千公里特点：将各项误差分离出来，建立误差与位置的关系。基本思想：对GPS 观测量的误差源加以区分，并分别每一误差源模型化，利用该模型计算出每一误差源的数值，通过数据链将该改正数值传递给用户
31、，用户利用改值进行改正。工作流程：在若干监测站（基准站）上观测数据（伪距、载波相位等）；将观测数据传输到中心站；中心站对数据进行处理，得到误差改正数；通过数据链将误差改正数传到用户站；用户根据这些误差改正观测数据，计算出高精度的GPS 定位结果。根据时效性：a实时差分； b后处理差分。第六章GPS 卫星导航 导航定义：是测得运动载体的状态参数，并导引运动载体准确的运动到预定的后续位置。需要解决的问题是运动载体的即时位置；瞬时速度；精确的时间；运动载体的姿态。 动态定位 定义： GPS 动态定位（测量）是利用GPS 信号，测名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - -
32、- - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页，共 9 页 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载GPS 测量原理及应用期末复习材料定相对于地球运动的用户天线的状态参数，这些状态参数包括三维坐标、三维速度和时间等七个。 单点动态定位（绝对动态定位）：用安置在动态载体上的GPS 信号接收机，自主地测得该运动载体的实时位置，从而描述出该运动载体的运动轨迹。 实时差分动态定位：用两台接收机在两个测站上同时测量来自相同GPS 卫星的导航定位信号，用以联合测得动态用户的精确位置。 后处理差分动态定位：在定位观测后，对两台GP
33、S 接收机所采集的定位数据进行测后的联合处理，计算出接收机所在运动载体在对应时间上的坐标位置。第七章GPS 测量误差的来源及其影响 GPS 测量误差的分类及对距离测量的影响 电离层的延迟误差：解决方法：经验模型改正：根据以往观测结果所建立的模型。改正效果差。双频改正：利用双频观测值直接计算出延迟改正或组成无电离层延迟的组合观测量。改正效果最好。实测模型改正：利用实际观测所得到的离散的电离层延迟（或电子含量），建立模型（如内插）。改正效果较好。 对流层延迟：解决方法：利用对流层模型加以修正：霍普菲尔德改正模型、萨斯塔莫宁改正模型、勃兰克改正模型。将对流层影响当作未知数，在数据处理时求解。利用同步
34、观测值求差。利用水汽辐射计直接测定信号传播的影响。 多路径误差：在GPS 测量中，被测站附近的物体所误差来源对距离测量的影响反射的卫星信号（反射波）被接收机天线所接收，与直接来自卫星的信号（直接波）产生干涉，从而使观测值卫星部分信号传播信号接收其他影响星历误差、钟误差、相对论效应电离层、对流层、多路径效应钟误差、位置误差、天线相位中心变化地球自转、地球潮汐1.515m 1.515m 1.55m 1.0m 偏离真值产生所谓的“ 多路径误差 ” 。多路径误差与测站环境、反射体性质、接收机结构和性能有关。解决方法：观测上：选择合适的测站，避开易产生多路径的环境（如水域、山坡、高大建筑物等）。硬件上：
35、采用抗多路径误差的仪器设备。抗多路径的天线：带抑径板或抑径圈的天线，极化天线；抗多路径的接收机：窄相关技术等。适当延长观测时间。 与接收机有关的误差 与卫星有关的误差 卫星星历（轨道）误差：由卫星星历给出的卫星在空间的位置与卫星的实际位置之差，称为卫星星历误差。星历误差对单点定位的影响主要取决于卫星到接收机的距离以及用于定位或导航的GPS 卫星与接收机构成的几何图形。解决方法：建立自己的卫星跟踪网独立定轨。当作未知数求解 轨道松弛法。同步观测值求差。 卫星钟的误差：卫星钟与 GPS 理想时间无法保持一致，存在偏差或漂移。解决方法：利用模型改正、钟差改正多项式、相对定位或差分定位。 相对论效应：
36、由于卫星钟和接收机所处的状态不同而引起卫星钟和接收机钟之间相对钟误差的现象。狭义相对论（时间膨胀，钟的频率与其运动速度有关）：在狭义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变慢。广义相对论（钟的频率与其所处的重力位有关）：在广义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变快。解决方法：在地面上调低将要搭载到卫星上去的钟的频率。 与信号传播有关的误差-6- 接收机钟差：GPS 接收机一般采用石英钟，接收机钟与理想的GPS 时之间存在的偏差和漂移。解决方法：作为未知数与测站位置一并求解。把接收机的钟误差表示为时间的多项式进行求解。通过卫星间求一次差。 接收机的位置误差：接收机天线的相位中心相对测站标石中心位置的
37、偏差。解决方法：正确的对中整平。采用强制对中装置（变形监测时）。 天线相位中心偏差：接收机天线接收到的GPS 信号是来自四面八方，随着GPS 信号方位和高度角的变化，接收机天线的相位中心的位置也在发生变化。解决方法：使用相同类型的天线并进行天线定向（限于相对定位）。归心改正法：主要用于进行高精度单点定位以及采用不同类型的接收机天线进行相对定位。 其他误差：地球自转的影响、气球潮汐改正（固体潮、负荷潮）。 GPS 测量误差的性质：偶然误差：卫星信号发生部分的随机噪声、接收机信号接收处理部分的随机噪声、其它外部某些具有随机特征的影响。随机；量级小（毫米级）。系统误差：其它具有某种系统性特征的误差。
38、具有某种系统性特征；量级大（最大可达数百米）。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页，共 9 页 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载GPS 测量原理及应用期末复习材料消除或减弱各种误差影响的方法 模型改正法：利用模型计算出误差影响的大小，直接对观测值进行修正。（改正后的观测值原始观测值模型改正）适用情况：对误差的特性、机制及产生原因有较深刻了解，能建立理论或经验公式。误差源：相对论效应、电离层延迟、对流层延迟、卫星钟差。限制：有些误
39、差难以模型化。 求差法：通过观测值间一定方式的相互求差，消去或消弱求差观测值中所包含的相同或相似的误差影响。适用情况：误差具有较强的空间、时间或其它类型的相关性。误差源：电离层延迟、对流层延迟、卫星轨道误差等。限制：空间相关性将随着测站间距离的增加而减弱。 参数法：采用参数估计的方法，将系统性偏差求定出来。适用情况：几乎适用于任何的情况。限制：不能同时将所有影响均作为参数来估计。 回避法：选择合适的观测地点，避开易产生误差的环境；采用特殊的观测方法；采用特殊的硬件设备，消除或减弱误差的影响。适用情况：对误差产生的条件及原因有所了解；具有特殊的设备。误差源：电磁波干扰、多路径效应。限制：无法完全
40、避免误差的影响，具有一定的盲目性。第八章GPS 测量的设计与实施 GPS 测量设计的主要依据：GPS 测量的技术设计是依独立观测环：由独立观测所获得的基线向量构成的闭合环。独立基线：对于N 台 GPS 接收机构成的同步观测环，有 J 条同步观测基线，其中独立基线数为N1。非独立基线：除独立基线外的其他基线。在同步或异步观测环中，独立基线与非独立基线是相对的。 网特征条件的计算观测时段数： C=n m/N 总基线数： J总=C N (N-1)/2 必要基线数： J必=n-1 独立基线数： J独=C （N-1）多余基线数： J多=C （N-1）-（n-1） 网同步图形构成及独立边的选择由 N 台
41、GPS 接收机构成的同步图形中一个时段包含的GPS 基线数为： J=N（N-1）/2 当同步观测的GPS 接收机数 3 时，同步三角形闭合环的最少个数为：T=J-(N-1) GPS 网设计的网形 点连式：相邻同步图形之间仅有一个公共点的连接。特点：图形几何强度很弱；非同步图形闭合条件少。 边连式：同步图形之间由一条公共基线连接。特点：图形几何强度较高；非同步图形闭合条件较多；观测时段增加。据国家的有关规范、GPS 网的用途、用户的要求等对点连式边连式测量工作的网形、精度及基准等的具体设计，其设计依据是 GPS 测量规范和测量任务书（合同）。 GPS 网基准：方位基准：起算方位角或基线方位角。尺
42、度基准：测距边或已知起算点的距离。位置基准：由起算点坐标确定。 GPS 网的基本概念：观测时段：测站上开始接收卫星信号到观测停止，连续工作的时间段。基线：由GPS 接收机进行相对定位所得的线段或坐标差。同步观测：两台或两台以上接收机同时对同一组卫星进行的观测。同步观测环：三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环。异步观测环：在构成多边形环路的所有基线向量中，有非同步观测基线向量的闭合环。-7- 网连式：形式：相邻的同步图形间有3 个（含3 个）以上的公共点相连。特点：图形强度最强；作业效率低。 边点混合连接式：一般是在点连式的基础上适当增加观测时段，把点连式和边连式有机地结合起
43、来，组成GPS 网。 三角锁（多边形）连接：用点连式或边连式组成连续发展的三角锁连接图形，用于狭长地区的GPS 布网。 导线图形连接：将同步图形布设为直伸状，形如导线结构的GPS 网，各独立边应组成封闭状，适用于精度较低的GPS 布网。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页，共 9 页 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载达 5mm+1 10 D（D 为基线长度Km）。 10 D。GPS 测量原理及应用期末复习材料 星形布设：其直接观
44、测边之间不构成任何闭合图形，但只需两台一起就可以作业，精度较低。否则应在失锁的流动点上延长观测时间12min。精度：基线的中误差约为12cm。 往返重复设站：作业方法：建立一个基准点，安置接收机连续跟踪所有可见卫星；流动接收机依次到每点观测12min；1h 后逆序返测各流动点12min。应用范围：控制测量及控制网加密、取代导线测量及三导线图形连接星形布设角测量、工程测量机地籍测量。注意事项：流动点与 外业观测实施步骤：实地了解测区情况。外业观测计划的拟定。外业观测：清楚技术指标；仪器安置：对中、整平；天线指北；量起仪器高；开机观测；观测记录。数据传输与转储。基线处理与质量评估。重复“ 确定作业
45、方案” 、“ 外业观测” 、“ 数据传输转储”及“ 基线处理与质量评估” 四步，直至完成所有GPS 观测工作。 GPS 测量的作业模式介绍 经典静态定位：作业方法：采用两台（或两台以上）接收设备，分别安置在一条或数条基线的两个端点，同步观测4 颗以上卫星，每时段长45 分钟至2 个小时或更多。应用范围：建立全球性或国家级大地控制网，建立地壳运动监测网、建立长距离检校基线，进行岛屿与大陆联测、钻井定位及精密工程控制网建立等。注意事项：所有已观测基线应组成一系列封闭图形，以利于外业检核，提高成果可靠度，并且可以通过平差，有助于进一步提高定位精度。精度：基线的定位精度可-6 快速静态定位：作业方法：
46、在测区中部选择一个基准站，并安置一台接收设备连续跟踪所有可见卫星；另一台接收机依次到各点流动设站，每点观测数分钟。应用范围：控制网的建立及其加密、工程测量、地籍测量、大批相距百米左右的点位定位。注意事项：在测量时段内应确保有5 颗以上卫星可供观测；流动点与基准点相距应不超过20km；流动站上的接收机在转移时，不必保持对所测卫星连续跟踪，可关闭电源以降低能耗。特点：优点是作业速度快、精度高、能耗低；缺点是二台接收机工作时，构不成闭合图形，可靠性差。精度：流动站相对于基准站的基线中误差为5mm+1 -6 准动态定位：作业方法：在测区选择一个基准点，安置接收机，连续跟踪所有可见卫星；将另一台流动接收
47、机先置于1 号站观测；在保持对所测卫星连续跟踪而不失锁的情况下，将流动接收机分别在2、3,各点观测数秒钟。应用范围：开阔地区的加密控制测量、工程测量及碎部测量及线路测量等。注意事项：应确保在观测时断上有5 颗以上卫星可供观测；流动点与基准点距离不超过20km；观测过程中流动接收机不能失锁，-8- 基准点距离不超过15km；基准点上空开阔，能正常跟踪 3 颗及以上卫星。精度：相对于基准点的基线中误差为 5mm+1 10-6 D。 动态定位：作业方法：建立一个基准点，安置接收机连续跟踪所有可见卫星；流动接收机先在出发点上静态观测数分钟；然后流动接收机从出发点开始连续运动；按指定的时间间隔自动测定运
48、动载体的实时位置。应用范围：精密测定运动目标的轨迹、测定道路的中心线、剖面测量、航道测量等。注意事项：需同步观测 5 颗卫星，其中至少4 颗卫星要连续跟踪；流动点与基准点距离不超过20km。精度：相对于基准点的瞬时点位精度12cm。 实时动态（RTK ）定位： RTK 测量的基本思想：在基线上安置一台GPS 接收机，对所有可见GPS 卫星进行连续地测量，并将其观测数据，通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。在用户站上，GPS 接收机在接收GPS 卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位的原理，实时地计算并显示用户站的三维坐标及其精度。RTK 作业模式
49、与应用：快速静态测量、准动态测量、动态测量。 GPS 数据处理流程：数据采集 数据传输 预处理 基线解算 GPS 平差 数据预处理：数据传输。数据分流。统一数据文件格式。卫星轨道的标准化。探测周跳、修复载波相位观测值。对观测值进行必要改正。 基线解算：基线解算的类型：单基线解、多基线解、多站整体解（绝对坐标）。单基线解算的过程：如上图。利用基线解算软件解算基线向量的过程：如下图。评定基线质量的指标：RMS（相对指标）、RATIO （相对指标）、 RDOP（相对指标）、同步环闭合差（相对指标）、异步环闭合差（绝对指标）、重复基线的互差（绝对指标）。 GPS 网平差：无约束平差：GPS 网的无约束
50、平差指的是在平差时不引入会造成GPS 网产生由非观测量所引起的变形的外部起算数据。常见的GPS 网的无约束平差，一般是在平差时没有起算数据或没有多余的起算数据。作用：评定GPS 网的内部符合精度，发现和名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页，共 9 页 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载数据导入（观测值、星历、气象元素、测站信息等）GPS 测量原理及应用期末复习材料剔除 GPS 观测值中可能存在的粗差；得到GPS 网中各个点在WGS