《GPS測(cè)量原理與應(yīng)用 復(fù)習(xí)試題》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《GPS測(cè)量原理與應(yīng)用 復(fù)習(xí)試題（11頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第一章 1 GPS系統(tǒng)由三部分組成：空間部分、地面控制部分、用戶設(shè)備部分 2 GPS的空間部分 ： GPS衛(wèi)星星座 （1）設(shè)計(jì)星座：21+3，即：21顆正式的工作衛(wèi)星+3顆活動(dòng)的備用衛(wèi)星 （2）6個(gè)軌道面，平均軌道高度20200km，軌道傾角55 ° （3）運(yùn)行周期：11h 58min （4）任何時(shí)刻，在高度角15°以上，能夠同時(shí)觀測(cè)到4顆以上衛(wèi)星 GPS衛(wèi)星作用： ①接收、存儲(chǔ)導(dǎo)航電文 ②生成用于導(dǎo)航定位的信號(hào)（測(cè)距碼、載波）。 ③發(fā)送用于導(dǎo)航定位的信號(hào)（采用雙相調(diào)制法調(diào)制在載波上的測(cè)距碼和導(dǎo)航電文）。 ④接受地面指令，進(jìn)行相應(yīng)操作。 ⑤其他特殊用

2、途，如通訊、監(jiān)測(cè)核暴等 3 GPS的地面監(jiān)控部分 組成： 主控站：1個(gè)、 監(jiān)測(cè)站：5個(gè)、 注入站：3個(gè)、 通訊與輔助系統(tǒng) 4 GPS的用戶部分 組成 ：用戶 、接收設(shè)備（GPS信號(hào)接收機(jī)、其它儀器設(shè)備） 第二章 1 坐標(biāo)系統(tǒng)是由原點(diǎn)位置、3個(gè)坐標(biāo)軸的指向和尺度所定義，根據(jù)坐標(biāo)軸指向的不同，可劃分為兩大類坐標(biāo)系：天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系。 (1)天球坐標(biāo)系：與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)，描述人造地球衛(wèi)星的位置； (2)地球坐標(biāo)系：隨地球自轉(zhuǎn)，描述地面觀測(cè)站的空間位置 2.(1)天球：指以地球?yàn)橹行?，無限的向天空伸展的一個(gè)球體。地軸延伸與天球有兩個(gè)交點(diǎn)，北交點(diǎn)稱為天北極，南交點(diǎn)

3、稱為天南極。 (2)通過地心與黃道面（地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道平面 ）垂直的軸線為黃軸，黃軸與天球的兩個(gè)交點(diǎn)分別是北黃極和南黃極。(春分點(diǎn)：即黃道與赤道的交點(diǎn)之一。) (3)天球空間直角坐標(biāo)系的定義: 地球質(zhì)心O為坐標(biāo)原點(diǎn)，Z軸指向天球北極，X軸指向春分點(diǎn)，Y軸垂直于XOZ平面，與X軸和Z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。則在此坐標(biāo)系下，空間點(diǎn)的位置由坐標(biāo)（X，Y，Z）來描述。 (4)天球球面坐標(biāo)系的定義: 地球質(zhì)心O為坐標(biāo)原點(diǎn)，春分點(diǎn)軸與天軸所在平面為天球經(jīng)度（赤經(jīng)）測(cè)量基準(zhǔn)——基準(zhǔn)子午面，赤道為天球緯度測(cè)量基準(zhǔn)，而建立的球面坐標(biāo)?？臻g點(diǎn)的位置在天球坐標(biāo)系下的表述為（r，α，δ）。 5

4、地球坐標(biāo)系 (1) 地球直角坐標(biāo)系的定義: 原點(diǎn)O與地球質(zhì)心重合，Z軸指向地球北極，X軸指向地球赤道面與格林尼治子午圈的交點(diǎn)，Y軸在赤道平面里與XOZ構(gòu)成右手坐標(biāo)系。 (2)地球大地坐標(biāo)系的定義: 地球橢球的中心與地球質(zhì)心重合，橢球的短軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合?？臻g點(diǎn)位置在該坐標(biāo)系中表述為（L，B，H）。 6 衛(wèi)星測(cè)量中常用坐標(biāo)系 (1) 瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系 A 瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系：原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，z軸指向瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)方向（真天極），x軸指向瞬時(shí)春分點(diǎn)（真春分點(diǎn)），y軸按構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向。 B 瞬時(shí)極地球坐標(biāo)系：原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，z軸指向瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸方向

5、，x軸指向瞬時(shí)赤道面和包含瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸與平均天文臺(tái)赤道參考點(diǎn)的子午面的交點(diǎn)，y軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向 7 日月歲差與章動(dòng) 由于地球本身不均勻以及日、月對(duì)地球的影響，使地軸在空間不斷地抖動(dòng)，這樣導(dǎo)致天軸繞著黃極在天球上緩慢的運(yùn)動(dòng)。該運(yùn)動(dòng)可分解為長周期和短周期運(yùn)動(dòng)。長周期運(yùn)動(dòng)是25800年繞黃極一周，使春分點(diǎn)產(chǎn)生每年約50.2秒的長期變化，稱之為日月歲差；一系列短周期變化中幅值最大為9秒，周期為18.6年，短周期變化稱為章動(dòng)。 8 固定極天球坐標(biāo)系——平天球坐標(biāo)系 選擇某一歷元時(shí)刻，以此瞬間的地球自轉(zhuǎn)軸和春分點(diǎn)方向分別扣除此瞬間的章動(dòng)值作為z軸和x軸指向，y軸按構(gòu)成

6、右手坐標(biāo)系取向，建立天球坐標(biāo)系——平天球坐標(biāo)系，坐標(biāo)系原點(diǎn)與真天球坐標(biāo)系相同。瞬時(shí)極天球坐標(biāo)系與歷元平天球坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換通過下面兩次變換來實(shí)現(xiàn) 9 固定極地球坐標(biāo)系——平地球坐標(biāo)系 極移：地球瞬時(shí)自轉(zhuǎn)軸在地球上隨時(shí)間而變，稱為地極移動(dòng)，簡稱極移。 國際協(xié)定原點(diǎn)CIO：采用國際上5個(gè)緯度服務(wù)站的資料，以1900.00至1905.05年地球自轉(zhuǎn)軸瞬時(shí)位置的平均位置作為地球的固定極稱為國際協(xié)定原點(diǎn)CIO。 (1)平地球坐標(biāo)系: 取地球質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn)，z軸指向CIO，x軸指向協(xié)定赤道面與格林尼治子午線的交點(diǎn)，y軸在協(xié)定赤道面里，與xoz構(gòu)成右手坐標(biāo)系，構(gòu)成平地球坐標(biāo)系。 1

7、0 WGS-84大地坐標(biāo)系 (1) WGS（World Geodetic System）-84的定義：原點(diǎn)在地球質(zhì)心，Z軸指向BIH（國際時(shí)間局）1984.0定義的協(xié)議地球極（CTP-Conventional Terrestrial Pole）方向，X軸指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交點(diǎn)，Y軸和Z、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。它是一個(gè)地固坐標(biāo)系。 (2)WGS-84橢球及其有關(guān)常數(shù)：WGS-84采用的橢球是國際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)第17屆大會(huì)大地測(cè)量常數(shù)推薦值，其四個(gè)基本參數(shù): 長半徑、地球引力常數(shù)、 正?；A帶諧系數(shù)、地球自轉(zhuǎn)角速度。 12 坐標(biāo)

8、系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換 布爾沙-沃爾夫模型：七參數(shù)轉(zhuǎn)換( 7-Parameter Transformation) 在該模型中共采用了7 個(gè)參數(shù),分別是 3 個(gè)平移參數(shù) TX、 TY、 TZ , 3 個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù) ω X、 ω Y、 ω Z ( 也被稱為 3 個(gè)歐拉角) 和 1 個(gè)尺度參數(shù) m。 13 時(shí)間基準(zhǔn) 時(shí)間測(cè)量需要一個(gè)公共的標(biāo)準(zhǔn)尺度。一般來說，任何一個(gè)能觀測(cè)到的周期性運(yùn)動(dòng)，只要能滿足下列條件都可以作為時(shí)間基準(zhǔn)： （1）能作連續(xù)的周期性運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)周期十分穩(wěn)定； （2）運(yùn)動(dòng)周期具有很好的復(fù)現(xiàn)性，即在不同的時(shí)期和地點(diǎn)這種周期性運(yùn)動(dòng)都可以通過觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)來予以實(shí)現(xiàn) 14 恒星時(shí)ST

9、 (Sidereal Time) 定義：以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)，由它的周日視運(yùn)動(dòng)即春分點(diǎn)兩次經(jīng)過本地子午線的時(shí)間間隔所確定的時(shí)間稱為一個(gè)恒星日。 恒星時(shí)在數(shù)值上等于春分點(diǎn)相對(duì)于本地子午圈的時(shí)角。 15 平太陽時(shí)MT (Mean Solar Time） 其周年視運(yùn)動(dòng)軌跡位于赤道平面而不是黃道平面；它在赤道上的運(yùn)動(dòng)角速度是恒定的，等于真太陽的平均角速度。 平太陽時(shí)： 以平太陽作為參考點(diǎn)，由它的周日視運(yùn)動(dòng)所確定的時(shí)間稱為平太陽時(shí)。 16 世 界時(shí)UT (Universal Time) a) 以平子午夜為零時(shí)起算的格林尼治平太陽時(shí)定義為世界時(shí)UT（格林尼治起始子午線處的平太陽時(shí)）。

10、它是世界統(tǒng)一的時(shí)間系統(tǒng)。 b) 地球自轉(zhuǎn)角速度不均勻，不僅有長期減緩的總趨勢(shì)，而且也有季節(jié)性的變化及短周期變化，較為復(fù)雜； c) 地極在地球上的位置不固定，而是在不斷移動(dòng)，即極移。 d) 世界時(shí)不再嚴(yán)格滿足作為一個(gè)時(shí)間系統(tǒng)的基本條件。 17 子時(shí)ATI (International Atomic Time) 當(dāng)原子中的電子從某一能級(jí)躍遷至另一能級(jí)時(shí)所發(fā)出或吸收的電磁波。這種電磁波的頻率非常穩(wěn)定，而且這種現(xiàn)象容易復(fù)現(xiàn)，所以是一種很好的時(shí)間基準(zhǔn)。 原子時(shí)：以原子躍遷是的穩(wěn)定頻率作為時(shí)間基準(zhǔn)的時(shí)間系統(tǒng)。 18 GPS時(shí)間系統(tǒng)(GPST) (1) 為了保證導(dǎo)航

11、和定位的精度，全球定位系(GPS)建立了專門的時(shí)間系統(tǒng)，簡稱GPST。 (2) GPST屬于原子時(shí)系統(tǒng)，其秒長為國際制秒(SI)，與原子時(shí)相同，但其原點(diǎn)與國際原子時(shí)(IAT)的起點(diǎn)不同。GPST與IAT之間存在一個(gè)常數(shù)差，它們的關(guān)系為： IAT-GPST=19(s) (2) GPST與協(xié)調(diào)時(shí)(UTC)規(guī)定于1980年1月6日0時(shí)相一致，其后隨著時(shí)間成整倍數(shù)積累，到1987年該差值為4s，到1995年相差10s。 GPST由主控站原子鐘控制。 第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPS衛(wèi)星星歷 1 無攝

12、運(yùn)動(dòng)：僅考慮地球質(zhì)心引力作用的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)稱為無攝運(yùn)動(dòng)。 l 受攝運(yùn)動(dòng)：考慮攝動(dòng)力作用的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)稱為受攝運(yùn)動(dòng)。 2 GPS衛(wèi)星星歷 衛(wèi)星星歷：是描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道的信息。也可以說衛(wèi)星星歷就是一組對(duì)應(yīng)某一時(shí)刻的軌道根數(shù)及其變率。GPS衛(wèi)星星歷分為預(yù)報(bào)星歷和后處理星歷。 GPS衛(wèi)星星歷傳送方式： （1）C/A碼星歷，其中星歷精度為數(shù)十米。 （2）P碼星歷，精度提高到5m左右。 GPS廣播星歷參數(shù)共有16個(gè)，其中包括1個(gè)參考時(shí)刻，6個(gè)對(duì)應(yīng)參考時(shí)刻的開普勒軌道參數(shù)和9個(gè)反映攝動(dòng)力影響的參數(shù)。 第四章 GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文和衛(wèi)星信號(hào) 1 GPS信號(hào)包含有三種信號(hào)

13、分量，即載波信號(hào)、測(cè)距碼信號(hào)和數(shù)據(jù)碼信號(hào)(或稱D碼，即導(dǎo)航電文)，在這三種分量中載波和測(cè)距碼用于測(cè)量衛(wèi)星到地面接收機(jī)之間的距離；而數(shù)據(jù)碼則提供計(jì)算衛(wèi)星坐標(biāo)所需的參數(shù)，由衛(wèi)星坐標(biāo)和衛(wèi)星到地面間的距離求得地面點(diǎn)的坐標(biāo)。 2 GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文 GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文（簡稱衛(wèi)星電文）：包含了有關(guān)衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星工作狀態(tài)、時(shí)間系統(tǒng)、衛(wèi)星鐘運(yùn)行狀態(tài)、軌道攝動(dòng)改正、大氣折射改正和由C/A碼捕獲P碼等導(dǎo)航信息的數(shù)據(jù)碼(或D碼)。這些信息是以二進(jìn)制碼的形式，按幀向外播送。它的基本單位是長1500bit的一個(gè)主幀，傳輸速率是50bit/s, 30秒鐘傳送完畢一個(gè)主幀。一個(gè)主幀包括5個(gè)子幀，第

14、1、2、3子幀各有10個(gè)字碼，每個(gè)字碼有30bit。第4、5子幀各有25個(gè)不同的頁面，共有37500bit。第1、2、3子幀每30秒鐘重復(fù)一次（第4、5子幀翻轉(zhuǎn)一頁），內(nèi)容每小時(shí)更新一次。第4、5子幀的全部信息則需要750秒鐘才能夠傳送完，即第4、5子幀是12.5分鐘播完一次（一組完整電文），然后再重復(fù)之，其內(nèi)容僅在衛(wèi)星注入新的導(dǎo)航數(shù)據(jù)后才得以更新。 3 兩種載波 在無線電通信技術(shù)中，為了有效地傳播信息，都是將頻率較低的信號(hào)加載在頻率較高的載波上，此過程稱為調(diào)制。然后載波攜帶著有用信號(hào)傳送出去，到達(dá)用戶接收機(jī)。 GPS衛(wèi)星的測(cè)距碼信號(hào)和導(dǎo)航電文信號(hào)都屬于

15、低頻信號(hào)，其中C/A碼和P碼的數(shù)碼率分別為1.023Mbit/s與10.23Mbit/s，而D碼（導(dǎo)航電文）的數(shù)碼率僅為50bit/s。 4 GPS使用兩種載波： L1載波：fL1=154×f0=1575.42MHz,波長λ1=19.032cm，其上調(diào)制C/A碼、P碼以及導(dǎo)航電文； L2載波：fL2=120×f0=1227.6MHz,波長λ2=24.42cm，其上僅調(diào)制P碼與導(dǎo)航電文。 選擇這兩個(gè)載波的目的是：測(cè)量出或消除掉由于電離層而引起的延遲誤差。 5 衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制 GPS衛(wèi)星的測(cè)距碼和數(shù)據(jù)碼是用二進(jìn)制調(diào)相技術(shù)調(diào)制到載波上的。

16、調(diào)制碼幅值只取0或1。如果當(dāng)碼值取0時(shí)，對(duì)應(yīng)的碼狀態(tài)取為+1，而碼值取1，對(duì)應(yīng)的碼狀態(tài)為-1位，那么載波和相應(yīng)的碼狀態(tài)相乘后便實(shí)現(xiàn)了載波的調(diào)制。這時(shí)，當(dāng)載波和相應(yīng)的碼狀態(tài)+1相乘時(shí)，其相位不變，而當(dāng)與碼狀態(tài)-1相乘時(shí)，其相位改變180°。所以當(dāng)碼值從0變1或從1變 為0時(shí)，都將使載波相位改 變180°。這時(shí)的載波信號(hào) 實(shí)現(xiàn)了調(diào)制碼的相位調(diào)制 6 偽隨機(jī)噪聲碼的產(chǎn)生及特性 l 碼：用以表達(dá)某種信息的二進(jìn)制數(shù)及其組合。 l 隨機(jī)噪聲碼：某一時(shí)刻，碼元是0或1完全是隨機(jī)的一組碼序列，這種碼元幅度的取值完全無規(guī)律的碼序列，通常稱為隨機(jī)碼序列，也叫做隨機(jī)噪聲碼序列。 它是

17、一種非周期序列，無法復(fù)制。但隨機(jī)噪聲碼序列有良好的自相關(guān)性，GPS衛(wèi)星碼信號(hào)測(cè)距就是利用了GPS測(cè)距碼的良好的自相關(guān)性才獲得成功。 雖然隨機(jī)碼具有良好的自相關(guān)特性，但由于它是一種非周期性的序列，不服從任何編碼規(guī)則，所以實(shí)際上無法復(fù)制和利用。 7 偽隨機(jī)噪聲碼及其特性 偽隨機(jī)噪聲碼(Pseudo Random Noise—PRN)，簡稱偽隨機(jī)碼或偽碼。這種碼序列的主要特點(diǎn)是，不僅具有類似隨機(jī)碼的良好自相關(guān)特性，而且具有某種確定的編碼規(guī)則。它是周期性的，可以容易地復(fù)制。 偽隨機(jī)噪聲碼由多級(jí)反饋移位寄存器產(chǎn)生。這種移位寄存器由一組連接在一起的存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)存

18、儲(chǔ)單元只有“0”或“1”兩種狀態(tài)，并接受脈沖和置“1”脈沖的驅(qū)動(dòng)和控制。 8 粗碼C/A碼 產(chǎn)生方式 C/A碼是用于粗測(cè)距和捕獲GPS衛(wèi)星信號(hào)的偽隨機(jī)碼。它是由兩個(gè)10級(jí)反饋移位寄存器構(gòu)成的G碼產(chǎn)生的。兩個(gè)移位寄存器于每星期日子夜零時(shí)，在置“1”脈沖作用下全處于1狀態(tài)，同時(shí)在碼率1.023MHz驅(qū)動(dòng)下，兩個(gè)移位寄存器分別產(chǎn)生序列G1（t）和G2（t）。G2(t)序列經(jīng)過 相位選擇器，輸入一個(gè)與G2（t）平移等價(jià)的m序列，然后與G1(t)模2相加， 便得到C/A碼。C/A也稱為捕獲碼。 l C/A碼特點(diǎn) C/A碼的碼長很短，易于捕獲。在GPS導(dǎo)航和定位中，

19、為了捕獲C/A碼以測(cè)定衛(wèi)星信號(hào)傳播的時(shí)延，通常需要對(duì)C/A碼逐個(gè)進(jìn)行搜索。因?yàn)镃/A碼總共只有1023個(gè)碼元，所以若以每秒50碼元的速度搜索，只需要約20．5秒便可達(dá)到目的。由于C/A碼易于捕獲，而且通過捕獲的C/A碼所提供的信息，又可以方便地捕獲GPS的P碼。 9 精碼P(y)碼 產(chǎn)生方式： P碼是衛(wèi)星的精測(cè)碼，碼率為10.23MHz。它是由兩個(gè)偽隨機(jī)碼PN1(t)和PN2(t)的乘積得到的。 l P碼精度 P碼碼元寬度為29.30m。由于P碼的碼元寬度為C/A碼的1/10，這時(shí)若取碼元的對(duì)齊精度仍為碼元寬度的l/10—l/100，則由此引起的相應(yīng)

20、距離誤差約為2.93-0.29m，僅為C/A碼的1/10。所以P碼可用于較精密的導(dǎo)航和定位，故通常也稱之為精碼 P碼特點(diǎn) 根據(jù)美國國際部規(guī)定，P碼是專為軍用的。目前只有極少數(shù)高檔次測(cè)地型接收機(jī)才能接收P碼，且價(jià)格昂貴。即使如此，美國國防部又宣布實(shí)施AS政策，即在P碼上增加一個(gè)極度保密的W碼，形成新的Y碼，絕對(duì)禁止非特許用戶應(yīng)用 10 GPS現(xiàn)代化： 在L2上調(diào)制L2C碼 、 增設(shè)頻率L5 、 在L1和L2增加軍用碼M碼 、 阻止、干擾敵對(duì)方使用全球定位系統(tǒng) 11 接收機(jī)的用途分類可分為： a) 測(cè)地型接收機(jī)： 測(cè)地型接

21、收機(jī)主要用于精密大地測(cè)量和精密工程測(cè)量。這種儀器主要采用載波相位觀測(cè)值進(jìn)行相對(duì)定位，定位精度高。儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴。 l 授時(shí)型接收機(jī)： 這類接收機(jī)主要利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行授時(shí)，常用于天文臺(tái)及無線電通訊中時(shí)間同步。 l 按接收機(jī)的載波頻率分類 l 單頻接收機(jī) 單頻接收機(jī)只能接收L1載波信號(hào)，測(cè)定載波相位觀測(cè)值進(jìn)行定位。由于不能有效消除電離層延遲影響，單頻接收機(jī)只適用于短基線（<15km）的精密定位。 l 雙頻接收機(jī) 雙頻接收機(jī)可以同時(shí)接收Ｌ１，Ｌ２載波信號(hào)。利用雙頻對(duì)電離層延遲的不一樣，可以消除電離層對(duì)電磁波信號(hào)延遲的影響，因此雙

22、頻接收機(jī)可用于長達(dá)幾千公里的精密定位。 第五章 GPS衛(wèi)星定位基本原理 1 GPS定位的實(shí)質(zhì)，即確定一個(gè)點(diǎn)在地球上的絕對(duì)位置或相對(duì)位置。 A 單點(diǎn)定位（絕對(duì)定位）：絕對(duì)定位是以地球質(zhì)心為參考點(diǎn)，測(cè)定接收機(jī)天線在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的絕對(duì)位置。 B 相對(duì)定位：確定測(cè)站與某一地面參考點(diǎn)之間的相對(duì)位置。 C 差分定位：用兩臺(tái)GPS接收機(jī)，將一臺(tái)接收機(jī)安設(shè)在基準(zhǔn)站固定不動(dòng)，另一臺(tái)接收機(jī)安置在運(yùn)動(dòng)的載體上，兩臺(tái)接收機(jī)同步觀測(cè)相同的衛(wèi)星，通過在觀測(cè)值之間求差，以消除具有相關(guān)性的誤差，提高定位精度。而運(yùn)動(dòng)點(diǎn)位置是通過確定該點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn)站的相對(duì)位置實(shí)現(xiàn)的。 D 靜態(tài)定位：在

23、定位過程中，接收機(jī)天線處于靜止?fàn)顟B(tài)，或者說，待定點(diǎn)在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的位置，被認(rèn)為是固定不動(dòng)的，那么確定這些待定點(diǎn)位置的定位測(cè)量就稱為靜態(tài)定位。 E 動(dòng)態(tài)定位：如果在定位過程中，接收機(jī)天線處在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這是待定點(diǎn)位置將隨時(shí)間變化。確定這些運(yùn)動(dòng)著的待定點(diǎn)的位置，稱為動(dòng)態(tài)定位。 2 A 偽據(jù)測(cè)量：利用C/A碼偽距或P碼偽距作為觀測(cè)量進(jìn)行定位測(cè)量。 B 載波相位測(cè)量：利用L1載波或L2載波測(cè)得的載波相位偽距作為觀測(cè)量進(jìn)行定位測(cè)量。 C 雙程測(cè)距：用于電磁波測(cè)距儀 D 單程測(cè)距：用于GPS 偽距： 由衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼到達(dá)GPS接收機(jī)的傳播時(shí)間乘以光速所得出的

24、量測(cè)距離。 在同一觀測(cè)歷元，只需同時(shí)觀測(cè)4顆衛(wèi)星，即可獲得4個(gè)觀測(cè)方程式，解求出這4個(gè)未知數(shù)。 當(dāng)超過4顆衛(wèi)星時(shí)，存在多余觀測(cè)，則需用最小二乘法求得改正數(shù)和精確值。 重建載波：將非連續(xù)的載波信號(hào)恢復(fù)成連續(xù)的載波信號(hào)。 3 碼相關(guān)法 方法 :將所接收到的調(diào)制信號(hào)（衛(wèi)星信號(hào)）與接收機(jī)產(chǎn)生的復(fù)制碼相乘。（再進(jìn)行一次二進(jìn)制調(diào)相） 將測(cè)距碼去掉，僅留下載波和導(dǎo)航電文。 特點(diǎn) (1) 限制：需要了解碼的結(jié)構(gòu)。 (2)優(yōu)點(diǎn)：可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波長的載波，信號(hào)質(zhì)量好（信噪比高）（能恢復(fù)L1載波） 4 平方法 方法:(1) 將所接收到的調(diào)制信號(hào)（衛(wèi)星信號(hào)）自乘。（載波的二次

25、諧波） (2)去掉了導(dǎo)航電文和測(cè)距碼 特點(diǎn) (1) 優(yōu)點(diǎn)：無需了解碼的結(jié)構(gòu) (2)缺點(diǎn)：無法獲得導(dǎo)航電文，所獲載波波長為原來波長的一半，信號(hào)質(zhì)量較差（信噪比低，降低了30dB） 5 整數(shù)解 ： 基本方法 1)求初始解確定基線向量的實(shí)數(shù)解和整周未知數(shù)的實(shí)數(shù)解 2)將整周模糊度一一固定為整數(shù)（非常有把握） 3) 求固定解：作為已知值代回法方程，重新求解基線向量，從而獲得固定解 6 實(shí)數(shù)解 ： 基線較長，誤差相關(guān)性減弱，初始解的誤差將隨之增大，從而使模糊度參數(shù)很難固定，整數(shù)化的意義不大。 7 周跳產(chǎn)生的原因 a) 建筑物或樹木等障礙物的遮

26、擋 b) 電離層電子活動(dòng)劇烈 c) 多路徑效應(yīng)的影響 d) 衛(wèi)星信噪比(SNR)太低 e) 接收機(jī)的高動(dòng)態(tài) f) 接收機(jī)內(nèi)置軟件的設(shè)計(jì)不周全 8 單差（站間單差）： A 消除了與衛(wèi)星有關(guān)的誤差：如衛(wèi)星鐘差 B 站間距不大時(shí)可消除大部分大氣誤差 C 多測(cè)站時(shí)注意選取基站 9 雙差（星際二次差） 在一次差的基礎(chǔ)進(jìn)一步消除了與接收機(jī)有關(guān)的載波相位及其鐘差項(xiàng) 注意選取基星 GPS基線向量處理時(shí)常用的模型 10 差 （歷元間差分）:在雙差的基礎(chǔ)上進(jìn)一步消除了初始整周模糊度 11 差分模型的優(yōu)缺點(diǎn) a) 優(yōu)點(diǎn)：（1）消除或減弱一些具有系統(tǒng)性誤差的影響

27、 （2）減少平差計(jì)算中未知數(shù)的個(gè)數(shù) b) 缺點(diǎn)：（1）原始獨(dú)立觀測(cè)量通過求差將引起差分量之間的相關(guān)性 （2）平差計(jì)算中，差分法將使觀測(cè)方程數(shù)明顯減少 （3）基站和基星選取情況隨接收機(jī)的數(shù)量增多情況越來越復(fù)雜 12 差分GPS的基本原理 利用基準(zhǔn)站（設(shè)在坐標(biāo)精確已知的點(diǎn)上）測(cè)定具有空間相關(guān)性的誤差或其對(duì)測(cè)量定位結(jié)果的影響，供流動(dòng)站改正其觀測(cè)值或定位結(jié)果 13 分改正數(shù)的類型 a) 距離改正數(shù)：利用基準(zhǔn)站坐標(biāo)和衛(wèi)星星歷可計(jì)算出站星間的計(jì)算距離，計(jì)算距離減去觀測(cè)距離即為距離改正數(shù)。 b) 位置（坐標(biāo)改正數(shù)）改正數(shù)：基準(zhǔn)站上的接收機(jī)對(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，確定出測(cè)站的觀測(cè)坐標(biāo)，測(cè)

28、站的已知坐標(biāo)與觀測(cè)坐標(biāo)之差即為位置的改正數(shù)。 14 單站GPS差分（SRDGPS） a) 根據(jù)差分GPS基準(zhǔn)站發(fā)送的信息方式可將單站GPS差分定位分為:位置差分、偽距差分、載波相位差分。 b) 位置差分原理 基站 計(jì)算坐標(biāo)值 已知坐標(biāo)值 坐標(biāo)偏差 坐標(biāo)改正 流動(dòng)站 l 偽距差分原理 基站 計(jì)算偽距值 偽距觀測(cè)值 偽距偏差 偽距改正 l 載波相位差分原理 l 載波相位差分技術(shù)又稱RTK (Real Time Kinematic)技術(shù)。其方法有修正法和差分法。差分法是將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送給用戶，進(jìn)行求差結(jié)算坐標(biāo)。 基站 流動(dòng)站 相位觀測(cè)值

29、 流動(dòng)站的坐標(biāo) 相位觀測(cè)值 差分計(jì)算 15 GPS 網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù) 1、目前主要的GPS測(cè)量規(guī)范（規(guī)程） l 2009年國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布的《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》GB/T18314-2009 l 2005年國家測(cè)繪局發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)建設(shè)規(guī)范》CH/T2008-2005 l 1992年國家測(cè)繪局發(fā)布的測(cè)繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》CH2001-92 l 1997年建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程》CJJ73-97 l 各行業(yè)部門的其他GPS測(cè)量規(guī)程或細(xì)則

30、 2、測(cè)量任務(wù)書 測(cè)量任務(wù)書或合同是測(cè)量施工單位上級(jí)主管部門或合同甲方下達(dá)的技術(shù)要求文件。它規(guī)定了測(cè)量任務(wù)的范圍、目的、精度和密度要求，提交成果資料的項(xiàng)目和時(shí)間，完成任務(wù)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等。 GPS測(cè)量的精度標(biāo)準(zhǔn) GPS測(cè)量的精度標(biāo)準(zhǔn)通常用網(wǎng)中相鄰點(diǎn)之間弦長中誤差表示，其形式為： 式中：σ—基線向量的弦長中誤差（ mm ）； ɑ——固定誤差（ mm ）； b——比例誤差系數(shù)（ppm）； d——相鄰點(diǎn)之間的距離（km）。 實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)測(cè)區(qū)大小、GPS網(wǎng)的用途，來設(shè)計(jì)網(wǎng)的等級(jí)和精度標(biāo)準(zhǔn)。 第七章 GPS測(cè)量的誤差來源及其

31、影響 1 GPS測(cè)量誤差的來源 （1）與衛(wèi)星有關(guān)的誤差：衛(wèi)星軌道誤差（星歷誤差）、衛(wèi)星鐘差、相對(duì)論效應(yīng) （2）與傳播途徑有關(guān)的誤差：電離層延遲、對(duì)流層延遲、多路徑效應(yīng) （3）與接收設(shè)備有關(guān)的誤差：接收機(jī)天線相位中心的偏移和變化、接收機(jī)鐘差、接收機(jī)內(nèi)部噪聲 2總電子含量 TEC ：即為沿衛(wèi)星信號(hào)傳播路徑 s 對(duì)電子密度 Ne 進(jìn)行積分所獲得的結(jié)果,也即底面積為一個(gè)單位面積沿信號(hào)傳播路徑貫穿整個(gè)電離層的一個(gè)柱體中所含的電子數(shù)。通常以電子數(shù)/m2或電子數(shù)/ cm2為單位。 3 多路徑誤差與多路徑效應(yīng) 多路徑（Multipath）誤差 ： 在GPS測(cè)量中，被測(cè)站附近的物體所反

32、射的衛(wèi)星信號(hào)（反射波）被接收機(jī)天線所接收，與直接來自衛(wèi)星的信號(hào)（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使觀測(cè)值偏離真值產(chǎn)生所謂的“多路徑誤差”。 多路徑效應(yīng)： 由于多路徑的信號(hào)傳播所引起的干涉時(shí)延效應(yīng)稱為多路徑效應(yīng)。 4 減弱多路徑誤差的方法 （1）觀測(cè)上 ： 選擇合適的測(cè)站，避開易產(chǎn)生多路徑的環(huán)境 （2）硬件上 ： 采用抗多路徑誤差的儀器設(shè)備 A 抗多路徑的天線：帶抑徑板或抑徑圈的天線，極化天線 B 抗多路徑的接收機(jī)：窄相關(guān)技術(shù)MEDLL(Multipath Estimating Delay Lock Loop)等。 （3） 數(shù)據(jù)處理上 : 加權(quán) 、參數(shù)法 、濾波法 、信號(hào)分析法

33、 第八章 GPS測(cè)量的設(shè)計(jì)與實(shí)施 1 GPS 網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù) 目前主要的GPS測(cè)量規(guī)范（規(guī)程） （1）2009年國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布的《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》GB/T18314-2009 （2）2005年國家測(cè)繪局發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)建設(shè)規(guī)范》CH/T2008-2005 （3）1992年國家測(cè)繪局發(fā)布的測(cè)繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》CH2001-92 （4）1997年建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程》CJJ73-97 （5）各行業(yè)部門的其他GPS測(cè)量規(guī)程或細(xì)則 2

34、GPS測(cè)量的精度標(biāo)準(zhǔn) GPS測(cè)量的精度標(biāo)準(zhǔn)通常用網(wǎng)中相鄰點(diǎn)之間弦長中誤差表示，其形式為： 式中：σ—基線向量的弦長中誤差（ mm ）； ɑ——固定誤差（ mm ）； b——比例誤差系數(shù)（ppm）；d——相鄰點(diǎn)之間的距離（km）。 實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)測(cè)區(qū)大小、GPS網(wǎng)的用途，來設(shè)計(jì)網(wǎng)的等級(jí)和精度標(biāo)準(zhǔn)。 3 GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì) 基準(zhǔn)設(shè)計(jì)的定義：在GPS網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)中，必須明確GPS網(wǎng)的成果所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)和起算數(shù)據(jù)的工作，稱為GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)包括位置基準(zhǔn)、方位基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)。 GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)的確定： （1）位置基準(zhǔn)：GP

35、S 網(wǎng)的位置基準(zhǔn)取決于網(wǎng)中 “起算點(diǎn)” 的坐標(biāo)和平差方法。確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)一般可采用下列方法: A 選取網(wǎng)中一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)并加以固定或給以適當(dāng)?shù)臋?quán)：對(duì)網(wǎng)的定向和尺度都沒有影響,由于在網(wǎng)平差中沒有給出多余的約束條件, 將其稱為獨(dú)立網(wǎng)。 B 在網(wǎng)中選取若干個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)并加以固定或給以適當(dāng)?shù)臋?quán)：在確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)的同時(shí)也會(huì)對(duì)網(wǎng)的方向和尺度產(chǎn)生影響。由于給出的起算數(shù)據(jù)多于必要的起算數(shù)據(jù)數(shù), 故稱其為附合網(wǎng)。 (2)尺度基準(zhǔn)：由 GPS網(wǎng)中的基線來提供的, 這些基線可以是地面電磁波測(cè)距邊或已知點(diǎn)間的固定邊, 也可以是 GPS 網(wǎng)中的基線向量。 (3)方位基準(zhǔn)：一般是由網(wǎng)中的起始方位角來提供的

36、, 也可由 GPS 網(wǎng)中的各基線向量共同來提供。利用舊網(wǎng)中的若干控制點(diǎn)作為 GPS網(wǎng)中的已知點(diǎn)進(jìn)行附合網(wǎng)平差時(shí), 方位基準(zhǔn)將由這些已知點(diǎn)間的方位角提供。 4 GPS網(wǎng)圖形構(gòu)成的幾個(gè)基本概念 A 觀測(cè)時(shí)斷：測(cè)站上開始接收衛(wèi)星信號(hào)到觀測(cè)停止，連續(xù)工作的時(shí)間段，簡稱時(shí)段。其持續(xù)的時(shí)間稱為時(shí)段長度。 B 同步觀測(cè)：兩臺(tái)或兩臺(tái)以上接收機(jī)同時(shí)對(duì)同一組衛(wèi)星進(jìn)行的觀測(cè)。同步觀測(cè)是進(jìn)行相對(duì)定位時(shí)必須遵循的一條原則。(只有同步觀測(cè)才有可能通過在接收機(jī)間求差的方式來消除或大幅度消弱衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘誤差、電離層延遲、對(duì)流層延遲等誤差。) C 基線向量 利用進(jìn)行同步觀測(cè)的GPS接收機(jī)所采集的

37、觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出的接收機(jī)間的三維坐標(biāo)差即為基線向量，簡稱基線；(與計(jì)算時(shí)所采用的衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)同屬一個(gè)坐標(biāo)參照系；地心坐標(biāo)的坐標(biāo)差(△X, △ Y, △ Z),大地坐標(biāo)的坐標(biāo)差(△ B, △ L, △ H)) D 同步觀測(cè)環(huán)：三臺(tái)或三臺(tái)以上接收機(jī)同步觀測(cè)獲得的基線向量所構(gòu)成的閉合環(huán)，簡稱同步環(huán)。同步環(huán)閉合差從理論上講應(yīng)等于零。 E 閉合環(huán)及環(huán)閉合差 (1)閉合環(huán)：由多條極限向量首尾相連所構(gòu)成的閉合圖形。 (2)環(huán)閉合差：組成閉合環(huán)的基線向量按同一方向（順時(shí)針或逆時(shí)針）的矢量和。環(huán)閉合差又分為：分量閉合差和全長閉合差。 分量閉合差：組成閉合環(huán)的基線向量按同一方向（順時(shí)針或逆時(shí)針）

38、矢量的各個(gè)分量的和。 全長閉合差：分量閉合差的平方和開方。 F 同步環(huán)閉合差:從理論上講應(yīng)等于零。同步環(huán)閉合差實(shí)際上并不為零。同步環(huán)閉合差可以從某一側(cè)面反映 GPS 測(cè)量的質(zhì)量, 故有些規(guī)范中規(guī)定要進(jìn)行同步環(huán)閉合差的檢驗(yàn)。但是由于許多誤差( 如對(duì)中誤差、 量取天線高時(shí)出現(xiàn)的粗差等) 無法在同步環(huán)閉合差中得以反映, 因此,即使同步環(huán)閉合差很小也并不意味著 GPS 測(cè)量的質(zhì)量一定很好 G 獨(dú)立觀測(cè)環(huán)：由獨(dú)立觀測(cè)（非同步觀測(cè)）所獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)，簡稱獨(dú)立環(huán)。(獨(dú)立環(huán)檢驗(yàn)，更能充分暴露出基線向量中存在的問題，更客觀地反映GPS測(cè)量的質(zhì)量) H 異步觀測(cè)環(huán)：在

39、構(gòu)成多邊形環(huán)路的所有基線向量中，只要有非同步觀測(cè)基線向量，則該多邊形環(huán)路叫異步觀測(cè)環(huán)，簡稱異步環(huán)。 I 復(fù)測(cè)基線（重復(fù)基線）及其長度較差：在某兩個(gè)測(cè)站間，由多個(gè)時(shí)段的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)所獲得的多個(gè)基線。 J 復(fù)測(cè)基線的長度較差：兩條復(fù)測(cè)基線的分量較差的平方和開方 ( 異步環(huán)閉合條件和重復(fù)基線坐標(biāo)閉合條件是衡量精度、檢驗(yàn)粗差和系統(tǒng)誤差的重要指標(biāo)) K 同步觀測(cè)基線向量：利用同一時(shí)段的多個(gè)同步觀測(cè)站所采集的觀測(cè)數(shù)據(jù)所計(jì)算出的若干基線向量； 若在某時(shí)段共有N臺(tái)接收機(jī)進(jìn)行了同步觀測(cè)，則共可得到 N(N-1)/2條同步觀測(cè)基線。 L 獨(dú)立基線向量：若一組基線向量中的任何一條基線

40、向量都無法用該組中其它基線向量的線性組合來表示，則該組基線向量就是一組獨(dú)立的基線向量。 滿足下面條件之一的為獨(dú)立基線向量 (1)未構(gòu)成閉合環(huán)的一組基線向量（例如：一條基線向量，未構(gòu)成閉合環(huán)的一組同步觀測(cè)基線） .(2) 雖構(gòu)成了閉合環(huán)，但并非所有基線都來自同一觀測(cè)時(shí)段 (3) 完全由同步觀測(cè)基線所構(gòu)成的閉合環(huán)之間是線性相關(guān)的，是一組非獨(dú)立基線向量。在同步觀測(cè)環(huán)中，有(N-1)條獨(dú)立基線向量（N為接收機(jī)數(shù)量） 5 GPS網(wǎng)特征條件的計(jì)算 觀測(cè)時(shí)斷數(shù) ： 式中：n為網(wǎng)點(diǎn)數(shù)，m為每點(diǎn)設(shè)站次數(shù)，N為接收機(jī)數(shù)。 總基線數(shù)：

41、 必要基線數(shù)： 獨(dú)立基線數(shù)： 多余基線數(shù)： 6 接收機(jī)的檢驗(yàn) 接收機(jī)全面檢驗(yàn)的內(nèi)容，包括一般性檢視、通電檢驗(yàn)和試測(cè)檢驗(yàn)。 l 一般檢驗(yàn)：主要檢查接收機(jī)設(shè)備各部件及其附件是否齊全、完好，緊固部分是否松動(dòng)與脫落，使用手冊(cè)及資料是否齊全等。 l 通電檢驗(yàn)：接收機(jī)通電后有關(guān)信號(hào)燈、按鍵、顯示系統(tǒng)和儀表的工作情況，以及自測(cè)試系統(tǒng)的工作情況，當(dāng)自測(cè)正常后，按操作步驟檢驗(yàn)儀器的工作情況。 7 接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平的測(cè)試 零基線法：在進(jìn)行零基線檢驗(yàn)時(shí), 同一天線輸出的信號(hào)通過 “GPS 功率分配器” ( 簡稱功分器) 分為功率和相位都相同的兩路或多路信號(hào)送往兩臺(tái)或多臺(tái) GPS

42、接收機(jī), 然后依據(jù)各接收機(jī)所接收的信號(hào)組成雙差觀測(cè)值來解算基線向量。顯然, 這些基線向量的理論值均應(yīng)為零 零基線法 : 在高度角 10° 以上無障礙物的開闊地帶安置天線, 連接天線、 功分器和 GPS接收機(jī)。對(duì) 4 顆或 4 顆以上的 GPS 衛(wèi)星進(jìn)行 1 ～1. 5h 的同步觀測(cè)。應(yīng)用廠方提供的隨機(jī)軟件對(duì)基線向量進(jìn)行解算, 所求得的坐標(biāo)分量均應(yīng)小于1mm。 采用零基線法檢驗(yàn)接收機(jī)的噪聲水平時(shí), 其結(jié)果不受衛(wèi)星星歷誤差, 天線的平均相位中心偏差, 電離層延遲和對(duì)流層延遲, 多路徑誤差,以及天線的對(duì)中、 整平、 定向和量高誤差等因素的影響,故精度較高。