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1、 目 录第一章 概 述.1第二章 静态GPS的基本原理.3 第一节 静态GPS的组成情况.3 第二节 美国的限制性政策与用户的措施.5 第三节 GPS相对定位原理.7第三章 NGS-200型GPS接收机简介.10第一节 NGS-200型GPS接收机的系统组成10第二节 性能及指标.11第四章 用静态GPS进行控制测量.12 第一节 概 述. 12第二节 GPS网的优化设计.13第三节 选点.18第四节 观测工作.19第五节 数据处理.20第五章 GPS测量的误差来源及其影响.33第一节 GPS测量误差分类.33第二节 消除、削弱误差影响的措施39后 记.41参考文献.41第一章 概 述 全球定
2、位系统（Global Positioning systemGPS），是随着现代科学技术的迅速发展，而建立起来的新一代精密卫星定位系统。1957年10月，世界上第一颗人造卫星的成功发射，使得空间科学得以迅速发展，人类进入了一个崭新的时代。为了满足军事部门和民用部门，对连续实时和三维导航的迫切要求，1973年美国国防部便开始组织海路空三军，共同研究建立了新一代卫星系统的计划。这就是目前所称的“授时与测距导航系统/全球定位系统”（Navigation System Timing and Ranging/Global Positioning System-NAVSTAR/GPS），通常称为“全球定位系
3、统”（GPS）。 该系统是由美国国防部出资100亿元开发的一种无线电导航系统，具有高精度、全天候、全球覆盖能力，将于本世纪末取代所有的其他无线电导航系统。现在GPS系统的全部24颗卫星已部署完毕，整个系统已投入运行，美国政府已应允，GPS系统将在相当长的一段时间里免费供全世界的用户使用。 正如人们所说：“GPS的应用，仅受人们的想象力制约。”GPS自问世以来，已充分显示了其在无线电导航、定位领域的霸主地位。海湾战争中，GPS为美国及其盟军以极少的代价，在短的时间里取得胜利起到了重要作用。许多民用领域也由于GPS的出现而产生了革命性变化：目前，GPS不仅在美国及其盟军的军队中广泛用于导航定位，几
4、乎所有的用户，都被GPS的高精度、全天候、全球覆盖能力、方便灵活、质优价廉所吸引。GPS现已广泛用于航空航海测量、大地测量、遥感、石油勘探、地震测量、野外救生、探险、防火等领域。 我国的GPS应用发展势头猛进，在短短几年内，GPS在我国的应用以由少数的几家科研单位和军用部门扩展到民用领域，GPS的广泛应用已改变了人类的生活方式，提高了工作效率，带来了巨大的经济效益。可以说GPS应用前景是广泛的，市场是巨大的。对于经典的测量技术来说，用GPS进行测量的主要特点如下：l 观测站之间无须通视。既要保持良好的通视，又要有良好的网形，这一直是在经典测量中实践上难以实现的困难之一。用GPS测量不要求测站之
5、间相互通视，所以不再需要建标，这一技术可大大减少所需的人力和物力，同时也使点位的选择变的灵活l 定位精度高。具有关资料显示，目前在小于50km的基线上，其相对精度可达1-2ppm。l 观测时间短。目前，利用经典的静态定位方法，完成一条基线的观测时间根据精度的不同要求，一般需要1-3个小时而现在的快速定位方法的观测时间仅需几分钟。l 提供三维坐标。GPS测量，在精确测定观测站平面位置的同时，还可以精确测定观测站的大地高程。l 操作简便。GPS测量的自动化很高。在观测中测量员的工作只是安装并开关仪器、量取仪器高等简单工作，大大简化了工作程序。l 全天候作业。GPS的测量工作可以在任何时间、任何地点
6、进行观测，不受天气的影响GPS系统的广泛应用，不仅吸引着一些不同行业科学家们的热心研究和开发，而且激起了GPS信号接受机制造商们激烈竞争。对于世界各国的广大用户而言，使用GPS信号的关键设备是能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收机，称之为GPS信号接受机。它已经成为一些电子仪器和测量仪器生产厂家竟相生产的高技术电子产品。目前国际上约有53个厂家生产着172种用途广泛的GPS信号接受机。但由于我国的技术水平很难达到外国的先进水平，所以一直以来在我国测量行业中所使用的都是外国品牌的接收机，基于此点作为一家专业的测绘仪器公司，南方公司以振兴测绘民族工业、 创世界品牌为己任于1995年向广大用户
7、推出了可与世界知名品牌相抗衡的自己的产品南方系列GPS，五年来经过南方公司和各界测绘同人的共同努力，南方系列GPS产品已经逐渐走向成熟，现已占领中国市场的60%-70%，并以出口到欧美和新加坡等地。第二章 静态GPS的基本原理第一节GPS的组成情况全球定位系统主要有三大组成部分，即空间星座部分、地面监控部分和用户部分。（见图2-1）空间部分：24颗 星广播L1，L2，卫 星轨道，时间数据及辅助资料信息监控部分：中央控制系统时间同步跟踪卫星定轨用户部分：接收设备接收卫星信号图2-1 全球定位系统（GPS）构成示意图1空间星座部分全球定位系统的空间卫星星座，由24颗卫星组成，其中包括3颗备用卫星。
8、卫星分布在6个轨道面上，每个轨道面上分布着4颗卫星。GPS卫星在空间上的分布，保证了在地球上任何地点、任何时刻均至少可以同时观测到4颗卫星，加之卫星信号的传播和接收不受天气的影响，因此GPS是一种全天候、全球性的连续实时定位系统。卫星轨道面相对地球赤道面的倾角为55度，各轨道平面升交点的赤经相差60度，在相邻轨道上，卫星的升l交距角相差30度 。轨道平均高度约为20200KM，卫星运行周期11小时58分。迄今，GPS卫星已设计了三代，分别为BlockI，BlockII和BlockIII（见表21）。GPS卫星区分数量发射时间用途第一代BlockI1119781985系统实验第二代BlockII
9、2819881994正式工作第三代BlockIII90年代改善GPS表21GPS卫星的基本功能是l 接收和储存由地面监控站发来的导航信息，接收并执行监控站的控制命令；l 卫星上设有微处理机，进行部分必要得数据处理；l 通过星载的高精度时钟来提供精确的时间标准；l 向用户发送定位信息；l 在地面监控的指令下，通过推进器调整卫星的姿态和启用备用卫星。2地面监控部分GPS的地面监控部分，目前主要分布在全球的5个地面站，其中包括卫星监测站、主控站和信息注入站。l 监测站，是在主控站控制下的自动采集中心。l 主控站，设在科罗拉多（COLORADO SPRINGS）。主控站是管理所有的地面系统，推算星历、
10、卫星钟差和大气层的修正参数，并把这些数据送到住入站调整偏离轨道的卫星。l 住入站，现有3个，分别设在印度洋、南大西洋和南太平洋，其主要任务是在主控站的控制下，将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其他控制指令等，注入相应卫星的存储系统，并监测注入信息的正确性。3用户部分全球定位系统的空间部分和地面监控部分，是用户应用该系统进行定位的基础，而用户只有通过用户设备才能实现应用GPS定位的目的。用户设备的主要任务是，接收GPS卫星发射的无线电信号，以获得必要的定位信息及观测数据，并经数据处理完成定位工作。目前，国际上适于测量的接收机有众多品牌，主要由GPS接收机硬件和软件来组成。第二节 美国
11、的限制性政策与用户的措施GPS技术与美国的国防现代化发展密切相关，为了保障美国的利益与安全，该系统除在设计方面采取了许多保密措施外，在系统运行中还采取了一些措施，人为地将卫星星历和GPS卫星钟的精度降低，以限制广大的民间用户获取GPS定位的精度，这些措施，目前主要包括：l 对不同得用户，提供不同的服务方式。GPS卫星发射的无线电信号，含有两种不同精度的测距码，即所谓P码（也称精码）和C/A码（也称粗码）。相应两种测距码，GPS也提供两种定位服务方式，即精密定位服务（Precise Position servicePPS）和标准定位服务（Standard Positioning ServiceS
12、PS）。标准定位服务的主要对象是广大的用户。利用SPS所得到的观测量精度较低，且只能采用调制在一种频率上的C/A码测量距离，无法利用双频技术消除电离层折射的影响。其单点实时定位的精度约为2030m。l 实施选择可用性（ Selective Availability SA）政策。为了进一步降低标准定位服务的定位精度，以保障美国国家的利益与安全，对GPS工作卫星发布的信号实行了SA政策，以进行认为的干扰。目前，在SA政策的影响下，利用SPS的实时单点定位精度降为约100米（水平）和150（垂直）。SA政策是对非经美国政府特许的广大GPS用户，采取的降低实时定位精度的措施，而对于能够利用精密定位服务
13、（PPS）的用户，则可以自动的消除SA的影响l 精测距码(P码)的加密措施（Anti-SpootingA-S）。P码的加密措施，也叫做“反电子欺骗”美国政府对用户的限制政策,是民用部门和其它国家的用户极为关心的问题。为了摆脱这种限制，当前采用的措施主要是：1.建立独立的GPS测轨系统。利用GPS卫星，建立独立的跟踪系统，以精密地测定卫星的轨道为用户提供服务，是一项经济有效的措施。现在，我国正着手建立区域性测轨系统，向广大用户提供精密的星历，这将对我国利用和普及GPS定位技术，推进测绘科学技术的现代化，具有重要的现实意义。2.建立独立的卫星导航与定位系统。目前，一些国家和地区正在发展自己的卫星导
14、航于定位技术。尤其是俄罗斯建立的全球导航卫星系统（Global Navigation Satelites SystemGLONASS）引起了世界各国的普遍兴趣，现在，不少用户试验同时接收美国和俄罗斯的两个定位系统，以改善接收的条件及提高其精度。另外，欧洲空间局（European Space AgencyESA）也在发展一种以民用为主的卫星定位系统（简称NAVSAT）。此外亦有一些国际集团准备联合建立自己的卫星定位系统，如E星通信导航系统。上述几种不同卫星定位系统的主要特征如表22所示。卫星定位系统星座卫星数目卫星平均高度(km)卫星运行周期载波频率(MHz)L1L2GPS(美国)2420200
15、7181565158612171238Glonass（前苏联）24191006751597161712401260Navsat(欧洲空间局)18201787201561156912241232铱星通信导航系统66低轨道表22建立自己的卫星导航定位系统，尽管可以完全摆脱对美国GPS的依赖，但这是一项技术复杂且耗资巨大的工程，对经济和技术尚在发展中的我国来说将是困难的。3.采取差分(DGPS)形式。自美国实行SA政策后，严重影响了实时导航定位，因此各国专家竭尽全力研究如何克服SA的影响，差分GPS就应运而生。现在实时差分技术（Real Time kinematicRTK）可以实时达到厘米级的精度。
16、RTK主要由基准台、移动台和数据链组成，影响其精度的主要是数据链的可靠性及实用性及软件的处理方法。差分GPS的应用对于需要精密实时定位的导航、海洋勘测、航空摄影等各方面有着非常重要的意义。第三节 GPS相对定位原理GPS相对定位，是目前GPS测量中精度最高的一种定位方法，它广泛地应用于大地测量、精密工程测量和地球动力学的研究。在测量型的GPS接收机中，基本上都是采取这种方法。相对定位的最基本情况是利用两台接收机分别安置在基线的两端，并同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点在协议地球坐标系中的相对位置或基线向量（见图2-2)。图 22 GPS相对定位这种方法一般可推广到多台接收机安置在若干基线
17、的端点，通过同步观测GPS卫星以确定多条基线向量的情况。因为在两个观测站或多个观测站同步观测相同卫星的情况下，卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差以及电离层和对流层的折射误差等对观测量的影响具有一定的相关性，所以利用这些观测量的不同组合进行相对定位，便可能有效地消除或减弱上述误差的影响，从而提高相对定位的精度。根据用户接收机在测量过程中所处的状态不同，相对定位有静态和动态之分,我们在这里研究的是静态定位原理。静态相对定位，即设置在基线端点的接收机是固定不动的，这样便可能通过重复观测取得充分的多余观测数据，以改善定位的精度。静态相对定位一般均采用载波相位观测值（或测相伪距）为基本观测量。这一定位
18、方法是当前GPS测量中精度最高的一种方法，它广泛地应用于大地测量、精密工程测量和地球动力学研究等各项工作。实践表明，对中等长度的基线（100500km），其相对定位精度可达，甚至更好些。所以，在精度要求较高的测量工作中，均普遍采用这一方法为了在于其它未知参数的联合解算中，可靠的确定载波相位的整周待定值，静态相对定位一般需要较长的观测时间（例如1.03.0小时），因此，如何缩短观测时间以提高作业效率，便成为广大GPS用户普遍关心的问题。相对以下将介绍的快速静态定位法，上述定位方法一般称为经典静态相对定位法。理论分析与实践经验表明，在载波相位观测中，如果整周待定值已经确定，那么相对定位的精度不会随
19、观测时间的延长而明显提高。在较短的观测时间内，若忽略所测卫星分别图形变化的昔，则定位的较短近似与观测历元的方根成反比。因此，缩短静态相对定位的观测时间，其关键在于快速而可靠地确定整周待定值。1985年美国的里蒙德（Remond,B.w.）发展了一种快速的相对定位模式，其基本思想是：首先利用起始基线向量确定初始整周待定值，之后一台接收机在参考点上固定不动，而另一台接收机在其周围的观测站流动并在每一流动观测站上静止地与参考点的接收机基线同步观测，以确定流动站于固定站之间的相对位置。这一定位方法在形式上于动态相对定位法相似，但是，实际上其在每一流动观测站上仍需静止地观测，只是停留的时间很短（例如数分
20、钟）。因此这种方法通常称之为准动态相对定位法，在一些文献中也称为“走走停停”（Stop and Go）。准动态相对定位法的主要缺点是，在接收机移动过程中必须保持对擦卫星的连续跟踪。为此近年来又要发展了一种快速静态相对定位。由于这一方法可以快速地确定载波相位的整周待定值，所以当接收机在观测站之间移动时无需保持对所测无需的连续跟踪，其在每一流动观测站于与基准站（或固定参考点）的同步观测时间只需数分钟，定位精度与经典静态相对定位相当。由于这种方法速度快、精度高，所以受到GPS用户的广泛重视，它将为GPS测量的应用开辟新的领域。 第三章 NGS200型GPS接收机的简介GPS用户设备主要包括有GPS接
21、收机及其天线，微处理机及其终端设备以及电源等。而其中接收机和天线是用户设备的核心部分，一般习惯上统称为GPS接收机。它的主要功能是接收GPS卫星发射的信号并进行处理和量测，以获得取导航电文及必要的观测量。GPS接收机的主要组成部分包括：l 天线（带前置放大器）；l 信号处理器，用于信号识别和处理；l 微处理器，用于接收机的控制、数据采集和导航计算；l 用户信息传输，包括操作板、显示板和数据存贮器；l 精密振荡器，用以产生标准频率；l 电源。NGS200型GPS测量系统是南方公司GPS系列产品之一,其精度指标和各项性能均以达到世界先进水平,此论文中的实验数据是由NGS200型GPS接收机所得出的
22、,所以在这一章主要介绍一下NGS-200型GPS接收机1.GPS接收机的基本组成.第一节NGS200型GPS接收机的系统组成如果把GPS接收机作为一个用户测量系统，那么按其构成部分的性质和功能的可分为硬件部分及软件部分。硬件部分，主要系指接收机、天线和电源等硬件设备，而软件部分是支持接收机硬件实现其功能，并误差各种导航与定位任务的重要条件。一般来说，软件包括内软件和外软件。所谓内软件是指诸如控制接收机信号通道，按时序对各卫星信号进行量测的软件以及内存或固化在中央处理器中的自动操作程序等。这类软件一般以磁盘方式提供，如无特别说明，推出所说接收设备的软件均制这种后处理软件系统。软件部分是构成现代G
23、PS 测量系统的重要组成部分之一。一个功能齐全、品质良好的软件不仅能方便用户使用，满足用户的多方面要求，而且对于改善定位精度，提供作业效率和开拓新的应用领域都具有重要的意义，所以，软件的质量与功能已成为反应现代GPS测量系统的先进水平的一个重要标志。硬件部分:l NGS-200型接收机（内置测量型天线及抑制多路径效应板）l NGS-200采集器及已存在采集器内的采集软件，另加采集器托盘l 基座和对点器l 可充电电池和充电器l 三脚架l 数据采集电缆和电源电缆软件部分:l 计算机和采集器通讯软件l 基线向量处理软件l 网平差及坐标转换软件第二节 性能及指标 NGS-200型接收机是南方公司自己研
24、制的单频GPS接收机，采用美国进口原装芯片，并由自己深入开发、经精密加工而成。而系统的整个软件系统均由南方公司开发研制，软件非常实用，很符合我国测量行业的实际情况。NGS200型GPS测量系统外形美观，性能可靠，接收灵敏度高，精度完全达到标称范围 ，操作十分简便，设计紧凑，仅一个箱可装完一套所有的部件，携带很方便.NGS200型GPS测量系统十分适于做二等以下控制测量，对以往经典的作业模式有突破性改变,使广大测量工作者从繁重的外业劳动中解脱出来，大大方便了专业测量队伍。对于城勘、土地、水利、矿山、公路、铁路、地震等部门有极大的帮助，做控制测量的效率有根本性提高。用户能产生以往无法想向的效益。性
25、能特点： l 8通道L1载波相位和C/A码l (5mm+2ppmD)静态测量精度l 灵敏度高，接收信号快l 可扩展成为NGS200型RTD系统 静态相对定位模式，至少需要两台接收机来进行采集工作，同时，为了提高精度与野外作业的速度，在经济条件允许的情况下尽量多配几台接收机。第四章 用静态GPS进行控制测量第一节 概 述GPS单频机全球定位系统接收机相对定位精度可达1-2ppm,用于工程控制测量有很多优越性.GPS测量所提供的坐标和斜距还不能直接用于工程控制,单可采用坐标转换参数的化算方法,实现将GPS相对定位WGS-84坐标划算为工程控制实用的水平直角坐标(x,y)和正常高程h. 其要点是:将
26、GPS测点观测坐标(B,L,H)沿测点法线方向投影到工程测量的水平坐标基准面上,计算投影点的点间距离,按三边测量的方法计算观测网的水平坐标起始点至各观测点的水平方向角,计算各点相对于起始点的坐标增量和各观测点在平面坐标系中的坐标值;利用GPS测量的大地高和起算点至一些测点水准高程计算各待定点的正常高程;将化算结果加入垂线偏差改正,使数据与常规工测控制网成果一致.GPS测量工作与经典测量工作相类似，按其性质可分为外业和内业两大部分。其中，外业工作主要包括，选点（即观测站址的选择）、建立测站标志、野外观测作业以及成果质量检核等；内业工作主要包括，GPS测量的技术设计、测后数据处理以及技术总结等。如
27、果按照GPS测量实施的工作程序，则大体可分为这样的几个阶段：网的优化设计、选点与建立标志、外业观测、成果检核与处理。本设计主要是采用了NGS-200型GPS作为学习的工具。NGS-200型GPS建立测量控制网的一般过程（见下图31）网上选点，构网实地定点、埋石GPS观测计划准备野外定位观测计划及记录数据传输数据预处理（求基线向量）质量合格？数据后处理（网平差、坐标转换）否 是结果输出 图 3-1 建立测量控制网的一般过程 为了满足用户的要求，GPS测量工作，应遵守统一的规范和细则。但是，测量工作的实施，与GPS定位技术的发展水平密切相关，GPS接收系统硬件与软件的不断改善，将直接影响测量工作的
28、实施方法、测量时间、作业的要求和成果的处理方法。用GPS进行测量，虽然与常规测量相比较节省人力和物力，但仍是一项技术复杂、耗费较大的工作，实施这项工作总的原则是，在满足用户对测量精度和可靠性要求的情况下，尽可能地减少经费、时间和人力的消耗。因此，对其各阶段的工作，都要精心组织和实施。第二节 GPS网的优化设计GPS网的优化设计，是实施GPS测量工作的第一步，是一项基础性的工作，也是在网的精确性、可靠性和经济性方面，实现用户要求的重要环节。这项工作的主要内容包括，精度指标的合理确定，网的图形设计和网的基准设计。31 精度标准的确定对GPS网的精度要求，主要取决于网的用途。精度指标，通常均以网中相
29、邻之间的距离误差来表示，其形式为： 其中, -网中相邻点的距离误差(mm)；-与接受设备有关的常数误差（mm）； -比例误差（ppm或10秒）； -相邻点间的距离（km）；根据我国1992年颁布的GPS测量规范的要求，GPS相对定位的精度，划分为如表3-1所列的标准。GPS相对定位的精度指标测量分级常数误差（mm）比例误差 ( 10-6 )相邻点距离(km) A 5 0.1100-2000 B 8 1 15-250 C 10 5 5-40 D 10 10 2-15 E 10 20 1-10 表3-1上表所列的精度指标，主要是对GPS网的平面位置而言，而考虑到垂直分量的精度，一般较水平分量为差，
30、所以根据经念，在GPS网中对垂直分量的要求，可将上表所列的比例误差部分增大一倍。精度指标，是GPS网优化设计的一个重要量，它的大小将直接影响GPS网的布设方案、观测计划、观测数据的处理方法以及作业的时间和经费。所以，在实际设计工作只中，要根据实际情况的需要和可能，慎重确定。32 网的图形设计网的图形设计，虽然主要决定于实际的要求，但是有关经费、时间和人力的消耗以及所需接收设备的类型、数量和后勤保障条件等，也都与网的图形设计有关。对此应当充分加以顾及，以期在满足实际要求的条件下，尽量减少消耗。1.设计的一般原则GPS网一般应采用独立观测边构成闭合图形，如三角形、多边形或附合线路，以增检核条件，提
31、高网的可靠性。 GPS网作为测量控制网，其相邻点间基线向量的精度，应分布均匀。 GPS网点应尽量与原有地面控制网点相结合。重合点一般不少于3个（不足时应联测），且在网中应分布均匀，以利于可靠地确定GPS网与地面网之间的转换参数。 GPS网点应考虑与水准点相重合，而非重合点，一般应根据要求以水准测量（或相当精度的方法）进行联测，或在网中布设一定密度的水准联测点。 为了便于GPS的测量观测和水准联测，GPS网点一般应设在视野开阔和交通便利的地方。 为了便于用经典方法联测或扩展，可在GPS网点附近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。方向点与观测站距离一般应大于300m。2. 基本图形的选择: 三
32、角形网优点：图形结构强，具有良好的自检能力，能够有效地发现观测成果的粗差，以保障网的可靠性；平差后网中相邻点间基线向量的精度分布均匀。缺点：观测工作量大。适用：网的精度和可靠性要求高时。 环形网（闭合线路和附合线路）优点：观测工作量小，且具有较好的自检性和可靠性。缺点：图形结构较差，非直接观测的基线边（或间接边）精度较观测边低，平差后网中相邻点间基线向量的精度分布不均匀。适用：观测点较多，工作量较大，网的精度和可靠性要求一般。 星形网优点：几何图形结构简单，观测中通常只需要两台GPS接收机，作业简单。缺点：检查和发现粗差的能力差。适用：快速静态定位和准动态定位等快速作业模式，工程测量、边界测量
33、、地籍测量和碎部测量等。33 网的基准设计网的基准设计包括网的位置基准、方向基准和尺度基准，是确定网的基准，是通过网的整体平差来实现的。在GPS网的优化设计中，应根据网的用途，提出确定网的基准的方法和原则。一般来说，在GPS网的整体平差中，可能含有两类观测量，即相对观测量和绝对观测量（如点在WPS84中的坐标值）。在仅含有相对观测量的GPS网中，网的方向基准和尺度基准，由在平差计算中作为相关观测量的基线向唯一地确定；而网的位置基准，则决定于所取网点坐标的近似值系统和平差方法。在GPS网包含点的坐标观测量的情况下，网的位置基准，将取决于这些网的坐标值及其精度。GPS网的基准设计，一般主要是指确定
34、网的基准位置的问题。确定网的基准位置，通常可根据情况，选取如下方法：选取网中一点的坐标值并加以固定，或给以适当的权；网中的点均不固定，通过自由网伪逆平差或拟稳平差，确定网的基准；在网中选若干点的坐标值并加以固定；选取网若干点（直至全部点）的坐标值并给以适当的权；前两种方法，对GPS网定位的约束条件最少，所以，通常称为最小约束法；而后两种方法对平差计算则存在若干约束条件，其约束条件的多少，取决于在网中所选点的数量，这种方法，通常称为约束法。以最小约束法进行GPS网的平差，对网的定向与尺度没有影响，也就是说，不管采用上述那种最小约束法，平差后网的位置和尺度，以及网中元素（边长、方位或坐标差）的相对
35、精度都是相同的，但网的位置及点位精度却不同。约束平差法，在确定网的基准位置的同时，对GPS网的定向与尺度也会产生影响，其影响程度，与约束条件的多少，及所取观测值的精度有关。当网中已知点的坐标含有较大的误差，或其权、难以可靠地确定时，将会对网的定向与尺度产生不利影响。虽然从理论上说，在网的平差计算中，给所有的已知位置以适当的权，是最为严格的方法，但是，如何适当的确定已知位置的权，及其与网中其他观测量的比例关系，则是一个需要慎重考虑的问题。所以，一般只有对于一个大范围的GPS网，而且要求精确地WPS84协议地球坐标系时，或者在具有一组分布适宜的，高精度的已知点时，为完善GPS网的定向与尺度，约束平
36、差法才具有重要意义。在一般情况下，对于一些区域性GPS网，如城市、矿山和工程GPS网，其是否精确位于地心坐标系统，并不特别重要，因此，这时多采用最小约束平差法。而且，为了与经典地面网相联合，通常以采用固定一点的经典自由网平差法为宜。第四节 选点由于GPS测量观测站之间不要相互通视，而且网的图形选择也比较灵活，所以选点工作，远较经典控制测量的选点工作简单。但由于点位的选择，对于保证观测工作的顺利进行和可靠地保持测量结果，具有重要意义，所以，在选点工作开始之前，应充分收集和了解有关测区的地理情况，以及原有测量标志点的分布及保存情况，以便确定适宜的观测站位置。选点工作通常应遵循的原则是：1观测站应远
37、离大功率的无线电发射台货物高压输电线，以避免其周围磁场对GPS卫星信号的干扰。接收机天线与其距离，一般不得小于200m。2观测站附近不应有大面积的水域，或对电磁反射（或吸收）强烈的物体，以减弱多路径效应的影响。3观测站应设在易于安置接收设备的地方，且视场开阔。在视场内周围障碍物的高度角，根据情况一般应小于1015。4观测站应选在交通方便的地方，并且便于用其他测量手段联测和扩展。5对于基线较长的GPS网，还应考虑观测站附近，应具有良好的通信设施（电话与电报、邮电）和电力供应，以供观测站之间的联络和设备用电。6点位选定后（包括方位点），均应按规定绘制点之记，其主要内容包括点位及点位略图，点位的交通
38、情况及选点情况等。选点工作结束后，应提交的技术资料主要包括：l 点之记及点的环视图。l GPS网选点图。l 选点工作技术总结。第五节 观测工作观测工作主要包括：天线安置、观测工作，观测作业、观测记录和观测数据的质量判断等。51 安置仪器1在选好的观测站上安放三脚架。2小心打开仪器箱，取出基座，将其安放在脚架上，并在测点上对中、整平基座。3从仪器箱取出接收机，将其安放在对中器上，并将其锁紧，再分别取出电池、采集器及其托盘，将它们安放在脚架上。安置仪器好仪器后，在观测前后各量天线高一次。52 观测作业1. 当确认外接电源电缆及天线等各项工作已完全无误后，就可以打开电源启动接收机。2. 首先接收机进
39、行自检工作并搜寻GPS卫星。3当卫星数有四颗以上（即定位模式3D）且空间位置精度因子PDOP4时，为观测条件比较有利,另外，信噪比（表示各通道的信号强度与噪声强度之比）一般要求在80左右越大越好。4当自检通过，就可以开始采集数据。进行了以上各项工作后，就可以回到室内进行数据处理工作了。第六节 GPS数据处理61 GPS数据处理的特点GPS接收机采集的是接收天线至卫星的距离和卫星星历等数据，而不是常规技术所测的地面点间的相对关系（如边长、角度、高差等）。因而，要得到有实用意义的测量定位成果，需要通过一系列的处理。GPS数据处理与常规测量数据处理相比具有以下显著特点：l 数据量大。按每15s记录一
40、组观测值计算，一台接收机连续观测1h将有240组观测值，每组观测值中有对若干颗卫星（一般多于4颗）卫星的伪距、载波相位观测值等，再加上星历数据、气象数据等，则几台接收机同步观测1h后将有上万甚至更多个数据。l 处理过程复杂。从原始的距离观测值出发，得到最终的测量成果，处理过程非常复杂。简单地说可以分成GPS测量数据的基线向量解算和GPS基线向量网与地面各类数据的联合处理两个阶段。每一阶段中需要进行大量数据的组织、检验、计算、分析，中间的每个环节的任何差错均会直接影响到最终成果的质量。l 处理的方法形式多。GPS定位技术是一项正在发展中的技术，因而数据处理技术还不很成熟，还在不断发展和进步，因而
41、同一问题的解决方法可能会有很多种。l 自动化程度高。随着计算机特别是微型计算机的迅速发展，测量数据处理的自动化程度不断提高。为此开发许多集成运行的GPS数据处理软件包，其使用的方便性、可能性大大提高了作业生产效益，也促进了GPS定位技术的普及应用。62 NGS200型数据处理软件系统简介NGS200型GPS数据处理软件经过了几年的不断修改日趋完善，在DOS版本、准WINDOW版本的基础上，基于WINDOWS95/98操作平台的进行开发的，主要由数据采集软件、数据传输软件、基线向量解算软件和GPS网平差软件所组成，NGS200型GPS数据处理软件系统是由南方测绘仪器公司自行研制的，经严格检测、大
42、量使用，其处理精度可与国外优秀的GPS数据处理软件相比，而且运行速度快、直观、操作简单、符合中国人的测量习惯、易于学习掌握和使用。本设计所采用的实验数据是由是200型GPS数据处理软件，如下图片均剪自此软件系统。 图4-2进入启动界面以后，首先做的工作是将外业采集的成果由采集器把成果输入到计算机。 图4-3 建立新建的项目文件，然后NGS200界面下用“增加观测文件” 读入所要处理的原始数据。读入文件后，在“网图”的状态栏中将显示基线网形如图3-4，点击“原始数据” 状态栏将显示原始数据文件如图3-5，查看原始数据文件信息，在此能修改点名或天线高，但其它项目不能修改。 图3-4 图3-5全部原
43、始数据读入后，点击“基线处理设置”如图3-6 ，一般选择默认设置，即高度截止角为20度，采样间隔为60秒。然后点击“处理全部基线”。 图3-6在“网图”状态下将显示基线处理的过程，正在处理的基线将从蓝色的细线逐渐变粗解算不合格的基线将仍然为细线。在“基线简表”状态栏中将显示基线处理的情况，先解算三差解，最后解算出双差固定解。基线解算合格具体标准可以查看使用提示中“基线解算条件的设置”，一般情况下边长在5公里以内，方差比大于3.0，中误差小于15mm，可以认为符合等级网的要求，非等级网则可以相对降低要求。有关基线解算的详细报告可以点击“基线详解”（图3-7）查看，在处理的过程中同时可以在“网图”
44、、“原始数据”、“基线简表”、“ 基线详解”可以看到基线解算过程的变化情况。 图3-7 图3-8 基线解算结束后，桌面上显示如图3-8，这里包含“基线名”、“方差比”、“中误差”、“X增量”、“ Y增量”、“Z增量”、“距离”等项。在这可以查看分析“基线预处理”的各项内容，并进行分析，得出合格结果，从上图看出没有出现不合格基线。如果出现不合格基线，可以点击“选取全部不合格基线”，然后重新设置“基线解算条件”，比如将高度截止角由20改为15，再点击“处理选定基线” 重新进行处理。全部基线解算完毕后，点击“闭合环”状态栏进行闭合差计算。首先对同步时段任一三边同步环的坐标分量闭合差和全长相对闭合差按独立环闭合差进行同步检核。点击“闭合环”，单击“搜索最小独立同步闭合环”，程序将自动搜索所有的同步闭合环。点击该栏将列出整个闭合环个基线分量。搜