第七章 控制测量课件.ppt

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1、第七章第七章 控控 制制 测测 量量 第一节第一节 概概 述述第二节第二节 导线测量导线测量 第三节第三节 交会测量交会测量 第四节第四节 高程控制测量高程控制测量 第五节第五节 GPSGPS测量测量 第一节第一节 概概 述述 由控制点构成的几何图形，称为由控制点构成的几何图形，称为控制网控制网； 对控制网进行布设、观测、计算，以确定控制点位置的测量对控制网进行布设、观测、计算，以确定控制点位置的测量工作称为工作称为控制测量控制测量。 控制测量贯穿在工程建设的各个阶段：控制测量贯穿在工程建设的各个阶段： 在在工程勘测设计阶段工程勘测设计阶段，要建立用于测绘大比例尺地形图的测，要建立用于测绘大比

2、例尺地形图的测图控制网；图控制网； 在在工程施工阶段工程施工阶段，要建立用于工程施工放样的施工控制网；，要建立用于工程施工放样的施工控制网； 在在工程竣工后的运营阶段工程竣工后的运营阶段，要建立以监测建筑物变形为目的，要建立以监测建筑物变形为目的变形观测专用控制网。变形观测专用控制网。 一、平面控制测量一、平面控制测量 平面控制测量确定控制点的平面位置平面控制测量确定控制点的平面位置(X(X、Y)Y)，进行平面控制进行平面控制测量的主要目的是完成点位（坐标）的传递和控制。测量的主要目的是完成点位（坐标）的传递和控制。 平面控制网的平面控制网的传统布设方法传统布设方法主要采用主要采用三角网三角网

3、的形式，也可采的形式，也可采用用边角网边角网和和三边网三边网，在困难地区可采用，在困难地区可采用导线网导线网。 国家平面控制网、国家平面控制网、 城市平面控制网、城市平面控制网、 工程控制网。工程控制网。 小区域控制网小区域控制网 GPS 控制网控制网 GPSGPS定位技术已成为建立平面控制网的最主要的方法。定位技术已成为建立平面控制网的最主要的方法。一、平面控制测量一、平面控制测量国家一、二等三角网示意图国家一、二等三角网示意图 二、高程控制测量二、高程控制测量在测区布设高程控制点，即在测区布设高程控制点，即水准点水准点，由连接各水准点的水准测量路线组成由连接各水准点的水准测量路线组成高程控

4、制网高程控制网。高程控制测量的主要方法是：高程控制测量的主要方法是： 水准测量水准测量 三角高程测量三角高程测量 国家水准网国家水准网 城市水准测量城市水准测量 工程水准测量工程水准测量 小区域高程控制网小区域高程控制网 二、高程控制测量二、高程控制测量国家一等水准网布设示意图国家一等水准网布设示意图 第二节第二节 导线测量导线测量一、导线的布设形式一、导线的布设形式 将地面上相邻控制点用直线连接而形成的折线，称为将地面上相邻控制点用直线连接而形成的折线，称为导线导线。 这些控制点称为这些控制点称为导线点导线点； 每条直线称为每条直线称为导线边导线边； 相邻导线边之间的水平角称为相邻导线边之间

5、的水平角称为转折角转折角； 通过观测导线边的边长和转折角，根据起算数据可计算出各通过观测导线边的边长和转折角，根据起算数据可计算出各导线点的平面坐标。导线点的平面坐标。 附合导线、附合导线、 闭合导线闭合导线 支导线支导线一、导线的布设形式一、导线的布设形式1.附合导线附合导线2.2.闭合导线闭合导线3.3.支导线支导线二、导线测量的外业工作二、导线测量的外业工作1.1.踏勘选点及建立标志踏勘选点及建立标志 注意注意下列事项：下列事项：（1 1）相邻导线点间应通视良好，以便于角度测量和距离测量；）相邻导线点间应通视良好，以便于角度测量和距离测量；（2 2）点位应选在土质坚实、便于长期保存标志和

6、安置仪器的地方；）点位应选在土质坚实、便于长期保存标志和安置仪器的地方；（3 3）视野开阔，便于测绘周围的地物和地貌。）视野开阔，便于测绘周围的地物和地貌。（4 4）导线边长应大致相等，最长不超过平均边长的）导线边长应大致相等，最长不超过平均边长的2 2倍，相邻边长倍，相邻边长之比不宜超过之比不宜超过1313。（5 5）点位均匀，便于控制整个测区。）点位均匀，便于控制整个测区。二、导线测量的外业工作二、导线测量的外业工作2. 测角测角 在导线前进方向左侧的转折角称为在导线前进方向左侧的转折角称为左角左角， 在导线前进方向右侧的转折角称为在导线前进方向右侧的转折角称为右角右角。 闭合导线通常观测

7、多边形的内角。闭合导线通常观测多边形的内角。3. 测边测边 导线边长可采用光电测距仪测量，由于测得的是斜距，还需观测导线边长可采用光电测距仪测量，由于测得的是斜距，还需观测竖直角，用以将倾斜距离改化为水平距离。竖直角，用以将倾斜距离改化为水平距离。 采用采用全站仪全站仪在测定导线转折角的同时可测得导线边长。在测定导线转折角的同时可测得导线边长。三、导线测量的内业计算三、导线测量的内业计算1.平面直角坐标正、反算平面直角坐标正、反算 ABABABAByyyxxx ABABABABABABDyDx sincos ABABABABABABDyyDxx sincos纵坐标增量纵坐标增量横坐标增量横坐标

8、增量 已知已知A点坐标点坐标（xA、yA）、）、A点至点至B点的水平距离点的水平距离DAB和坐标方位和坐标方位角角AB，求，求B点坐标（点坐标（ xB、yB ），称为），称为坐标正算坐标正算。 三、导线测量的内业计算三、导线测量的内业计算 直线的坐标方位角和水平距离可根据两端点的已知坐标计算直线的坐标方位角和水平距离可根据两端点的已知坐标计算出来，称为出来，称为坐标反算坐标反算。 ABABABxyarctan 22cossinABABABABABABAByxxyD ABABxxx ABAByyy ； 2.附合导线计算附合导线计算（1）角度闭合差的计算及分配）角度闭合差的计算及分配 计算顺序如下

9、：计算顺序如下： BNBNf mnf 2容式中，式中，n 为导线转折角的个数。为导线转折角的个数。为为左角左角时，其改正数为时，其改正数为 nfvii为为右角右角时，其改正数为时，其改正数为nfvii2.附合导线计算附合导线计算（2）推算各边的坐标方位角）推算各边的坐标方位角 （3）计算坐标增量）计算坐标增量 （4）坐标增量闭合差的计算和分配）坐标增量闭合差的计算和分配 )()(ABBByABBBxyyyyyfxxxxxf纵坐标增量闭合差纵坐标增量闭合差 横坐标增量闭合差横坐标增量闭合差 22yxDfff 导线全长闭合差导线全长闭合差 DfDk/1导线全长相对闭合差导线全长相对闭合差 （4）坐

10、标增量闭合差的计算和分配）坐标增量闭合差的计算和分配 当全长相对闭合差不大于容许值时，可将坐标增量闭合差反符当全长相对闭合差不大于容许值时，可将坐标增量闭合差反符号按边长成正比例地改正它们的坐标增量，其号按边长成正比例地改正它们的坐标增量，其改正数改正数为为: ijyyijxxDDfvDDfvijij ijijyijijxijijvyyvxx改正后的坐标增量改正后的坐标增量为为 2.附合导线计算附合导线计算（5）坐标计算）坐标计算 根据起始点坐标及改正后的坐标增量，根据起始点坐标及改正后的坐标增量，依次计算各导线点依次计算各导线点的坐的坐标。标。 由推算而得的由推算而得的B 点的坐标应与已知值

11、完全相符，以此作为计算点的坐标应与已知值完全相符，以此作为计算检核检核。 3.闭合导线的计算闭合导线的计算180)2(内nf 闭合导线的计算步骤与附合导线完闭合导线的计算步骤与附合导线完全相同，仅在角度闭合差和坐标增量闭全相同，仅在角度闭合差和坐标增量闭合差的计算上有所不同。合差的计算上有所不同。 nfvi00理理yx 闭合导线纵、横坐标增量代数和闭合导线纵、横坐标增量代数和的理论值应为零。的理论值应为零。 测理测测理测yyyfxxxfyx4.全站仪导线测量全站仪导线测量 为了减弱仪器对中误差和目标偏心误差对测角和测距的影为了减弱仪器对中误差和目标偏心误差对测角和测距的影响，在导线测量中，常采

12、用响，在导线测量中，常采用三联脚架法三联脚架法。 三联脚架法减少了坐标传递误差，从而提高导线的观测精三联脚架法减少了坐标传递误差，从而提高导线的观测精度。度。 第三节第三节 交会测量交会测量一、前方交会一、前方交会 在已知点在已知点A、B上设站观测水平角上设站观测水平角、，根据已知点坐标和观测角值，可计算出待根据已知点坐标和观测角值，可计算出待定点定点P 的坐标，称为的坐标，称为前方交会法前方交会法。 cotcot)(cotcotcotcot)(cotcotABBAPABBAPxxyyyyyxxx上式称为上式称为余切公式余切公式。是在。是在ABP的的A点（已知点）、点（已知点）、B点（已点（已

13、知点）、知点）、P点（待定点）按点（待定点）按逆时针逆时针编号的情况下推导出的。编号的情况下推导出的。 一、前方交会一、前方交会 三点前方交会三点前方交会 为了避免错误并提高待定点的精度，一般为了避免错误并提高待定点的精度，一般测量中都要求布设有三个已知点的前方交会。测量中都要求布设有三个已知点的前方交会。 计算时，分两组利用余切公式计算计算时，分两组利用余切公式计算P点坐点坐标。若两组坐标的较差在允许限差内，则取两标。若两组坐标的较差在允许限差内，则取两组坐标的平均值作为组坐标的平均值作为P 点的最后坐标。点的最后坐标。 由未知点至两相邻已知点方向间的夹角称由未知点至两相邻已知点方向间的夹角

14、称为为交会角交会角（）。）。前方交会测量中，要求前方交会测量中，要求交会角一般应大于交会角一般应大于30并小于并小于150。 二、后方交会二、后方交会 若仅在待定点若仅在待定点P 设站，向三个已知点设站，向三个已知点A、B、C 观测，测得两个观测，测得两个水平夹角水平夹角、，再根据三个已知点的坐标和，再根据三个已知点的坐标和、角，计算待定点角，计算待定点P 的坐标，此法称为的坐标，此法称为后方交会后方交会 。 CBACCBBAAPCBACCBBAAPPPPyPyPyPyPPPxPxPxPx cotcot1cotcot1cotcot1CPBPAPCBA式中式中仿权公式仿权公式 二、后方交会二、后

15、方交会采用仿权公式计算时规定：采用仿权公式计算时规定： 已知点已知点A、B、C按按逆时针逆时针编号，编号， A、B、C为三个已知点构成的三角形的内角，其值由三为三个已知点构成的三角形的内角，其值由三条已知边的坐标方位角计算，条已知边的坐标方位角计算， 在在P点对点对A、B、C三点观测的水平方向值为三点观测的水平方向值为Ra、Rb、Rc，构成的，构成的三个水平角为：三个水平角为： baaccbRRRRRR 二、后方交会二、后方交会 通常观测四个已知点，组成两组后方交会，分别计算通常观测四个已知点，组成两组后方交会，分别计算P点的两点的两组坐标值，求其较差。若较差在限差之内，即可取两组坐标的平均组

16、坐标值，求其较差。若较差在限差之内，即可取两组坐标的平均值作为值作为P点的最后坐标。点的最后坐标。 过三个已知点构成的圆称为过三个已知点构成的圆称为危险圆危险圆。l 待定点待定点P 不能位于危险圆的圆周上，否不能位于危险圆的圆周上，否则则P点将不能惟一确定。点将不能惟一确定。l 若接近危险圆（待定点若接近危险圆（待定点P至危险圆圆周至危险圆圆周的距离小于危险圆半径的五分之一），确的距离小于危险圆半径的五分之一），确定定P点的可靠性将很低，点的可靠性将很低， 在野外选点和内业组成计算图形时应在野外选点和内业组成计算图形时应尽量避免上述情况。尽量避免上述情况。 三、测边交会三、测边交会 从待定点从

17、待定点P向两个已知点向两个已知点A、B测量边长测量边长PA和和PB，以计算，以计算P点的点的坐标，称为坐标，称为测边交会测边交会。测量时通常采用。测量时通常采用三边交会法三边交会法。 A、B、C为已知点，为已知点，P为待定点，为待定点，A、B、C按逆时针排列，按逆时针排列，a、b、c为边长观测值。为边长观测值。 由已知点反算边的坐标方位角和边长：由已知点反算边的坐标方位角和边长：CBAB、CBABDD、 ABABaDbaDA2cosarc222APAPAPAPayyaxxsincos在在ABP中中 AABAP三、测边交会三、测边交会在在BCP 中，中， BCBCcDbcDC2cosarc222

18、CBCPC CPCPCPCPcyycxxsincos 计算的两组坐标，其较差在容许限差内，则取它们的平均值计算的两组坐标，其较差在容许限差内，则取它们的平均值作为作为P 点的最后坐标。点的最后坐标。 四、自由设站法四、自由设站法 将全站仪安置在待定点上，通过对两个或多个已知控制点的测量将全站仪安置在待定点上，通过对两个或多个已知控制点的测量（测角和测距的任意组合），便可由全站仪内置程序根据已输入的各（测角和测距的任意组合），便可由全站仪内置程序根据已输入的各已知点的坐标，计算出待定点的坐标，称为已知点的坐标，计算出待定点的坐标，称为全站仪自由设站法全站仪自由设站法。 自由设站法可方便地增设测站

19、点。自由设站法可方便地增设测站点。 测站点坐标的精度不仅与测角和测距测站点坐标的精度不仅与测角和测距的精度有关，也与所观测的已知点数和距的精度有关，也与所观测的已知点数和距离数有关。观测的已知点数（一般全站仪离数有关。观测的已知点数（一般全站仪限定五个）和距离数越多，计算结果的精限定五个）和距离数越多，计算结果的精度越高。度越高。 当用全站仪进行当用全站仪进行两点后方交会两点后方交会时，必须观测待定点至两已时，必须观测待定点至两已知点的距离和两方向间的夹角。知点的距离和两方向间的夹角。 边角后方交会边角后方交会 第四节第四节 高程控制测量高程控制测量一、一、 三、四等水准测量三、四等水准测量

20、1. 三等和四等水准测量的技术要求三等和四等水准测量的技术要求等级等级仪器仪器类型类型标准视线标准视线长度长度 /m/m后前视后前视距差距差 /m/m后前视距后前视距差累计差累计/m/m黑红面读黑红面读数差数差 /mm/mm黑红面所测黑红面所测高差之差高差之差/mm/mm检测间歇点高检测间歇点高差之差差之差 /mm/mm三等三等四等四等S3S3S3S3656580803.03.05.05.06.06.010.010.02.02.03.03.03.03.05.05.03.03.05.05.02. 三等和四等水准测量的方法三等和四等水准测量的方法 三等水准测量应进行往、返观测；三等水准测量应进行往

21、、返观测； 四等水准测量除水准支线应进行往、返观测外，对附合路线或四等水准测量除水准支线应进行往、返观测外，对附合路线或闭合环均可单程测量。闭合环均可单程测量。 每测段往、返测的每测段往、返测的测站数均应为偶数测站数均应为偶数。 2. 三等和四等水准测量的方法三等和四等水准测量的方法(1)(1)观测方法观测方法 在一个测站上用双面尺法的观测顺序为在一个测站上用双面尺法的观测顺序为“后前前后后前前后”（黑、（黑、黑、红、红）黑、红、红） ：l 照准后视标尺黑面，进行视距丝、中丝读数；照准后视标尺黑面，进行视距丝、中丝读数；l 照准前视标尺黑面，进行中丝、视距丝读数；照准前视标尺黑面，进行中丝、视

22、距丝读数；l 照准前视标尺红面，进行中丝读数；照准前视标尺红面，进行中丝读数；l 照准后视标尺红面，进行中丝读数；照准后视标尺红面，进行中丝读数； 四等水准测量每站观测顺序也可为四等水准测量每站观测顺序也可为“后后前前后后前前”（黑、红、（黑、红、黑、红）。黑、红）。 无论何种顺序，中丝读数均应在仪器无论何种顺序，中丝读数均应在仪器精平时精平时读取。读取。 一、一、 三、四等水准测量三、四等水准测量2. 三等和四等水准测量的方法三等和四等水准测量的方法（2）测站上的计算与校核测站上的计算与校核（3）观测结束后的计算与校核观测结束后的计算与校核3. 三等和四等水准测量成果的整理三等和四等水准测量

23、成果的整理 检核测段往返测高差不符值和附合路线或环线闭合差检核测段往返测高差不符值和附合路线或环线闭合差 。 高差闭合差的计算与调整方法高差闭合差的计算与调整方法 单结点水准网平差计算单结点水准网平差计算 二、跨河水准测量二、跨河水准测量 凡跨越江河、洼地、山谷等障碍地段的水准测量，统称为凡跨越江河、洼地、山谷等障碍地段的水准测量，统称为跨跨河水准测量河水准测量。u 观测时仪器观测时仪器i 角误差的影响增大、角误差的影响增大、u 地球曲率和大气折光的影响增大，地球曲率和大气折光的影响增大，u 在水准标尺上读数困难。在水准标尺上读数困难。 当三、四等水准路线跨越江河，视线长度超过当三、四等水准路

24、线跨越江河，视线长度超过200m 时，应时，应采用跨河水准测量方法。采用跨河水准测量方法。 二、跨河水准测量二、跨河水准测量1.直接读尺法直接读尺法 视线长度小于视线长度小于300 m 时采用时采用直接读尺法直接读尺法。 二、跨河水准测量二、跨河水准测量2.微动觇板法微动觇板法 视线长度小于视线长度小于500m（三等水准测量）或（三等水准测量）或1km（四等水准测量）时采用（四等水准测量）时采用微动觇板法微动觇板法。 为了能照准较远距离的水准标尺分划并进为了能照准较远距离的水准标尺分划并进行读数，须采用绘制有照准标志的行读数，须采用绘制有照准标志的特制觇板特制觇板。 三、三角高程测量三角高程测

25、量1. 三角高程测量的三角高程测量的基本原理基本原理viDhAB tanviDHhHHAABAB tan光电测距三角高程测量光电测距三角高程测量viShAB sin 凡仪器设置在已知高程点，观测该点与未知高程点之间的高凡仪器设置在已知高程点，观测该点与未知高程点之间的高差称为差称为直觇直觇； 仪器设在未知高程点，测定该点与已知高程点之间的高差称仪器设在未知高程点，测定该点与已知高程点之间的高差称为为反觇反觇。三、三角高程测量三角高程测量2. 地球曲率和大气折光的影响地球曲率和大气折光的影响 当两点间的距离超过当两点间的距离超过300m时，必须顾及时，必须顾及地球曲率地球曲率和和大气折光大气折光

26、的影响，二者对高差的影响称为的影响，二者对高差的影响称为球气差球气差。 地球曲率对高差影响的改地球曲率对高差影响的改正，称为正，称为球差改正球差改正。 RDf221式中，式中，R 为地球半径。为地球半径。球差改正球差改正 f1 恒为正值。恒为正值。 三、三角高程测量三角高程测量2. 地球曲率和大气折光的影响地球曲率和大气折光的影响 大气折光对高差影响的改正，称为大气折光对高差影响的改正，称为气差改正气差改正。RDf222气差改正气差改正 f2 恒为负值。恒为负值。式中，式中，R为折光曲线的曲率半径。为折光曲线的曲率半径。 KRR/222DRKf K 称为称为大气垂直折光系数大气垂直折光系数。设

27、。设R =7R，则，则 K=0.14 令令则则三、三角高程测量三角高程测量2. 地球曲率和大气折光的影响地球曲率和大气折光的影响 球差改正与气差改正之和称为球差改正与气差改正之和称为两差改正两差改正。RDKfff21221fviDhABtanfviShABsin顾及两差改正顾及两差改正 f ： 对向观测对向观测高差取平均值，则可消除地球曲率和大气折光对高高差取平均值，则可消除地球曲率和大气折光对高差的影响。差的影响。 三、三角高程测量的应用三、三角高程测量的应用 三角高程测量一般是在平面控制网的基础上布设成三角高程测量一般是在平面控制网的基础上布设成高程导线高程导线附附合路线、闭合环线或合路线

28、、闭合环线或三角高程网三角高程网。 高程导线各边的高差测定应采用高程导线各边的高差测定应采用对向观测对向观测，也可象水准测量一，也可象水准测量一样，设置仪器于两点之间测定其高差。样，设置仪器于两点之间测定其高差。 用于代替四等水准的用于代替四等水准的光电测距高程导线光电测距高程导线，应起闭于不低于三等，应起闭于不低于三等的水准点上；的水准点上； 经纬仪三角高程导线经纬仪三角高程导线，应起闭于不低于四等水准联测的高程点上。，应起闭于不低于四等水准联测的高程点上。 三角高程网中应有一定数量的高程控制点作为高程起算数据。三角高程网中应有一定数量的高程控制点作为高程起算数据。第五节第五节 GPS测量测

29、量 全球定位系统（全球定位系统（GPS）是）是“卫星测时测距导航卫星测时测距导航/全球定位系统全球定位系统(Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System)”的简称的简称,是美国国防部研制的具有在海、陆、空进行全方位实时三维是美国国防部研制的具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS系统系统特点特点: 全天候、全天候、 高精度、高精度、 自动化、自动化、 高效益、高效益、 提供精密的三维坐标、速度和时间、提供精密的三维坐标、速度和

30、时间、 应用广泛。应用广泛。一、GPS系统的组成系统的组成 GPS系统由三系统由三部分组成：部分组成：l 空间空间GPS卫星星卫星星座；座；l 地面监控系统；地面监控系统；l 用户设备部分用户设备部分（GPS接收机）。接收机）。一、GPS系统的组成系统的组成1.GPS卫星星座卫星星座u 24 颗卫星，颗卫星，分布在分布在6 个轨道平面上，每个轨道个轨道平面上，每个轨道面上布设有面上布设有4颗卫星。颗卫星。u 轨道面轨道面倾角倾角55，u 卫星高度约卫星高度约 20200 Km ，u 卫星运行周期为卫星运行周期为11h58min（12恒星时）恒星时） 一、GPS系统的组成系统的组成 1.GPS卫

31、星星座卫星星座GPS卫星的卫星的基本功能基本功能： 接收并存储由地面注入站发送到卫星的导航电文和其它有接收并存储由地面注入站发送到卫星的导航电文和其它有关信息；关信息； 向广大用户连续不断地发送导航定位信号，由导航电文可向广大用户连续不断地发送导航定位信号，由导航电文可以知道该卫星当前的位置和卫星的工作情况；以知道该卫星当前的位置和卫星的工作情况； 接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，适时接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，适时地改正运行偏差或启用备用时钟等。地改正运行偏差或启用备用时钟等。 一、GPS系统的组成系统的组成 1.GPS卫星星座卫星星座 GPS卫星信号是卫星信

32、号是GPS卫星向广大用户发送的用于导航定位卫星向广大用户发送的用于导航定位的调制波。的调制波。 GPS卫星信号包含有：卫星信号包含有： 载波（载波（L1和和L2）、）、 测距码（测距码（C/A码和码和P码）码） 导航电文（导航电文（D码）码） 原子钟产生的基准频率原子钟产生的基准频率f0=10.23MHZ 一、GPS系统的组成系统的组成 1.GPS卫星星座卫星星座载波载波（L1和和L2）、）、 L1载波为载波为f1=154f0=1575.42MHZ（波长为（波长为19.03cm），）， L2载波为载波为f2=120f0=1227.60MHZ（波长为（波长为24.42cm）。）。载波的作用载波的

33、作用 把搭载于其上的测距码和导航电文从卫星传播到地面。把搭载于其上的测距码和导航电文从卫星传播到地面。 对于测量型接收机，载波又同时作为测量信号，对于测量型接收机，载波又同时作为测量信号， 一、GPS系统的组成系统的组成 1.GPS卫星星座卫星星座测距码测距码（C/A码和码和P码）码） C/A码和码和P码均属于伪随机噪声码，它们具有良好的自相关性码均属于伪随机噪声码，它们具有良好的自相关性和周期性，可以容易地复制。和周期性，可以容易地复制。 C/A码码用于粗测距和捕获用于粗测距和捕获GPS卫星信号，故被称为卫星信号，故被称为粗码粗码，C/A码的频率为码的频率为0.1 f0，周期为，周期为1ms

34、.作为一种公开码，作为一种公开码， C/A码只调制在码只调制在L1载波上。载波上。 P码码用于精密测距，称为用于精密测距，称为精码精码，频率为，频率为f0，其实际周期为一星期，其实际周期为一星期. P码测距误差仅为码测距误差仅为C/A码的码的1/10。P码同时调制在码同时调制在L1和和L2载波上，载波上，P码码是保密的，美国军方只提供给特许用户使用。是保密的，美国军方只提供给特许用户使用。 一、GPS系统的组成系统的组成 1.GPS卫星星座卫星星座导航电文导航电文 导航电文是由导航电文是由GPS卫星向用户播发的一组反映卫星在空间的卫星向用户播发的一组反映卫星在空间的位置、卫星的工作状态、卫星钟

35、的修正参数、电离层延迟修正参位置、卫星的工作状态、卫星钟的修正参数、电离层延迟修正参数等的二进制代码，也称数等的二进制代码，也称数据码数据码（D码码）。是用户利用）。是用户利用GPS 进行进行导航定位的基础数据。导航定位的基础数据。 一、GPS系统的组成系统的组成2. 地面监控系统地面监控系统 GPS系统的地面监控系统主要包括一个主控站、三个注入站和系统的地面监控系统主要包括一个主控站、三个注入站和五个监测站以及通信和辅助系统组成。五个监测站以及通信和辅助系统组成。一个一个主控站主控站：位于美国本土科罗拉多。：位于美国本土科罗拉多。 任务：控制和监视整个地面监控系统的工作并管理调度任务：控制和

36、监视整个地面监控系统的工作并管理调度GPS卫卫星。星。 三个三个注入站注入站：大西洋的阿森松岛、印度洋的迪戈加西亚岛、太平洋：大西洋的阿森松岛、印度洋的迪戈加西亚岛、太平洋的卡瓦加兰。的卡瓦加兰。 任务：将主控站传来的导航电文和卫星调控指令分别注入到相任务：将主控站传来的导航电文和卫星调控指令分别注入到相应卫星的存储器中。应卫星的存储器中。 五个五个监测站监测站：一个主控站：一个主控站 + + 三个注入站三个注入站 + + 夏威夷夏威夷 任务：对卫星进行连续跟踪监测和采集气象要素等数据，经初任务：对卫星进行连续跟踪监测和采集气象要素等数据，经初步处理后将数据发送给主控站。步处理后将数据发送给主

37、控站。 一、GPS系统的组成系统的组成3. 用户设备部分用户设备部分 GPS信号接收机信号接收机 主要包括天线单元、主机单元和电主要包括天线单元、主机单元和电源三部分。源三部分。 按用途分为：按用途分为：u 导航型、导航型、u 授时型、授时型、u 测量型。测量型。按接收的卫星信号频率数分为：按接收的卫星信号频率数分为： 单频接收机（只能接收单频接收机（只能接收L1载波信号）载波信号） 双频接收机（可同时接收双频接收机（可同时接收L1、L2载波信号）。载波信号）。二、二、GPS定位的基本原理定位的基本原理1.伪距测量原理伪距测量原理 GPS卫星到地面点上卫星到地面点上GPS接收机的距离接收机的距

38、离 ，由于传播时间中包含有卫星钟差和接收机钟差以由于传播时间中包含有卫星钟差和接收机钟差以及测距码在及测距码在大气中传播的延迟误差等，由此测出大气中传播的延迟误差等，由此测出的距离的距离与卫星到接收机的几何距离与卫星到接收机的几何距离有一定差有一定差值，称测出的距离为值，称测出的距离为伪距伪距。 cjkjtropjiontctc式中，式中， 为电离层折射改正；为电离层折射改正； 为对流层的折射改正；为对流层的折射改正； 为卫为卫星钟差改正数；星钟差改正数； 为接收机钟差改正数；为接收机钟差改正数；c为光速；下标为光速；下标 k 表示表示接收机号；上标接收机号；上标 j 表示卫星号。表示卫星号。

39、jionjtropjtkt伪距伪距 改正后得实际距离：改正后得实际距离：1.伪距测量原理伪距测量原理 接收机必须接收机必须同时至少测定同时至少测定4颗卫星的伪距颗卫星的伪距才能解算出接收机的才能解算出接收机的三维坐标。伪距法定位的观测方程组：三维坐标。伪距法定位的观测方程组： jjtropjionjkjsjsjstctcZZYYXX 222式中，式中，j 为卫星数，为卫星数，j =1,2,3,4,jkjtropjiontctc上式中包含四个未知数，即接收机坐标及其钟差。上式中包含四个未知数，即接收机坐标及其钟差。 二、二、GPS定位的基本原理定位的基本原理2. 载波相位测量原理载波相位测量原理

40、 载波相位测量的载波相位测量的观测量观测量是是GPS接收机所接收机所接收的卫星载波信号与接收机本机参考信号接收的卫星载波信号与接收机本机参考信号的的相位差相位差。t0时刻时刻接收机到卫星的距离：接收机到卫星的距离： )()()(0000Nttjkk式中，式中，为载波波长，载波相位以周为单位。为载波波长，载波相位以周为单位。 2. 载波相位测量原理载波相位测量原理00)(NIntNi式中，式中，整周数整周数N0无法确定，称为无法确定，称为整周模糊度整周模糊度（或整周未知数）。（或整周未知数）。 iInt)()(Int为为t0到到ti时间内的整周数变化量时间内的整周数变化量 可由接收机直接测得可由

41、接收机直接测得载波相位测量的载波相位测量的基本观测方程基本观测方程： 0)(Nttcjtropjionjk 为载波波长为载波波长 式中式中,三、绝对定位和相对定位三、绝对定位和相对定位GPS测量定位方法测量定位方法 按定位模式分为：按定位模式分为：l 绝对定位（单点定位）绝对定位（单点定位）l 相对定位（差分定位）相对定位（差分定位） 根据定位时接收机天线的运动状态分为：根据定位时接收机天线的运动状态分为：n 静态定位静态定位n 动态定位动态定位 按获得定位结果的时效分为：按获得定位结果的时效分为：u 事后定位事后定位u 实时定位实时定位三、绝对定位和相对定位三、绝对定位和相对定位1. 绝对定

42、位绝对定位 GPS 绝对定位也称绝对定位也称单点定位单点定位，即利用，即利用GPS 卫星和一台用户接卫星和一台用户接收机之间的距离观测值直接确定用户接收机天线在收机之间的距离观测值直接确定用户接收机天线在 WGS 84 坐标坐标系中相对于坐标系原点系中相对于坐标系原点地球质心的绝对位置。地球质心的绝对位置。 静态绝对定位静态绝对定位 定位精度约为米级定位精度约为米级 动态绝对定位动态绝对定位 定位精度定位精度1040m 精密单点定位精密单点定位 定位精度可达厘米级定位精度可达厘米级 三、绝对定位和相对定位三、绝对定位和相对定位2. 相对定位相对定位 相对定位即在两个测站上用两台相对定位即在两个

43、测站上用两台GPS 接收机接收机同步观测相同步观测相同的同的GPS 卫星卫星，以确定两点间的相对位置（三维坐标差或基，以确定两点间的相对位置（三维坐标差或基线向量）。线向量）。 在一个端点坐标已知的情况下，可用基线向量推求另一在一个端点坐标已知的情况下，可用基线向量推求另一待定点的坐标。待定点的坐标。 在两个或多个观测站同步观测相同卫星的情况下，利用观在两个或多个观测站同步观测相同卫星的情况下，利用观测量的不同组合（求差）进行相对定位，可有效地消除或减弱测量的不同组合（求差）进行相对定位，可有效地消除或减弱相关误差的影响，从而提高相对定位的精度。相关误差的影响，从而提高相对定位的精度。 2.2

44、.相对定位相对定位单差法单差法 单差法是在接收机间求一次差。单差法是在接收机间求一次差。 双差法双差法 双差法是在接收机与卫星间求二次差。双差法是在接收机与卫星间求二次差。 三差法三差法 三差法是在接收机、卫星和观测历元间求三次差。三差法是在接收机、卫星和观测历元间求三次差。 四、四、GPS测量的作业方式测量的作业方式1.经典静态相对定位经典静态相对定位 采用两套或两套以上的接收设备，分别安采用两套或两套以上的接收设备，分别安置在一条或数条基线的端点，同步观测置在一条或数条基线的端点，同步观测4颗卫星颗卫星1h左右，或同步观测左右，或同步观测5颗卫星颗卫星20min。 基线的基线的定位精度定位

45、精度可达可达5mm+10-6D，D为基为基线长度（线长度（km）。）。 经典静态相对定位经典静态相对定位适用适用:建立全球性或国家级大地控制网、建立全球性或国家级大地控制网、地壳运动监测网、地壳运动监测网、长距离检校基线、长距离检校基线、精密工程控制网、精密工程控制网、进行岛屿与大陆联测等。进行岛屿与大陆联测等。四、四、GPS测量的作业方式测量的作业方式2.快速静态定位快速静态定位 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，并且在每个流动站上可见卫星；另一台接收机依次到各点流动设站，

46、并且在每个流动站上观测观测12min。 该模式作业速度快、精度高，流动站相对于该模式作业速度快、精度高，流动站相对于基准站的基准站的基线精度基线精度约为约为5mm+10-6D。 缺点缺点是两台接收机工作时，不能构成闭合图是两台接收机工作时，不能构成闭合图形，可靠性较差。形，可靠性较差。 适用适用于控制网的建立及其加密、工程测量和于控制网的建立及其加密、工程测量和地籍测量。地籍测量。 四、四、GPS测量的作业方式测量的作业方式3.准动态定位准动态定位 在测区选择一基准站，安置一台接收机连续跟踪所有可见卫在测区选择一基准站，安置一台接收机连续跟踪所有可见卫星；安置另一台接收机于起始点，观测星；安置

47、另一台接收机于起始点，观测 12min；在保持所观测；在保持所观测卫星连续跟踪的情况下，流动的接收机依次迁到其他流动点各观卫星连续跟踪的情况下，流动的接收机依次迁到其他流动点各观测数秒钟。流动点与基准点相距不超过测数秒钟。流动点与基准点相距不超过15km。 该模式的该模式的基线精度基线精度为为12cm。 适用适用于开阔地区的加密控制测量、工于开阔地区的加密控制测量、工程定位、碎部测量、剖面测量及线路测量程定位、碎部测量、剖面测量及线路测量等。等。 四、四、GPS测量的作业方式测量的作业方式4.动态定位动态定位 建立一基准站，安置一台接收机连续跟踪建立一基准站，安置一台接收机连续跟踪所有可见卫星

48、；另一台接收机安置在运动的载所有可见卫星；另一台接收机安置在运动的载体上，在出发点按静态定位，静止观测体上，在出发点按静态定位，静止观测12min；运动的接收机从出发点开始，在运动；运动的接收机从出发点开始，在运动过程中按预定的时间间隔自动观测。过程中按预定的时间间隔自动观测。 该模式要求同步观测该模式要求同步观测5颗卫星，其中至少有颗卫星，其中至少有4颗卫星应保持连续颗卫星应保持连续跟踪；运动点与基准点相距不超过跟踪；运动点与基准点相距不超过15km。 该模式的该模式的基线精度基线精度可达可达12cm。 适用适用于航道测量、道路中线测量、剖面测量以及运动目标的精于航道测量、道路中线测量、剖面

49、测量以及运动目标的精密定轨。密定轨。 四、四、GPS测量的作业方式测量的作业方式5.实时动态（实时动态（RTK）定位）定位 实时动态（实时动态（Real-Time Kinematic，简称，简称RTK）测量是以载波）测量是以载波相位观测量为根据的实时差分相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术，其测量技术，其定位精度定位精度可达厘米可达厘米级。级。 。 作业模式主要有：作业模式主要有： 快速静态测量、快速静态测量、 准动态测量、准动态测量、 动态测量。动态测量。 五、五、GPS测量误差测量误差1.1.与卫星有关的误差与卫星有关的误差（1）卫星星历误差卫星星历误差 由卫星星历所给卫星位置与实际位

50、置之差称为星历误差，由卫星星历所给卫星位置与实际位置之差称为星历误差，它对单点定位精度影响较大。它对单点定位精度影响较大。 （2）卫星钟误差卫星钟误差 GPS卫星均设有高精度的原子钟，但与标准卫星均设有高精度的原子钟，但与标准GPS时之间时之间仍存在着偏差或飘移。仍存在着偏差或飘移。 五、五、GPS测量误差测量误差2.与信号传播有关的误差与信号传播有关的误差（1）对流层折射误差对流层折射误差 对流层是高度为对流层是高度为40km以下的大气底层，其折射误差可用模型改正。以下的大气底层，其折射误差可用模型改正。 （2）电离层折射误差电离层折射误差 GPS信号通过电离层时，信号的路径会发生弯曲，传播