GPS测量原理及其应用复习资料.docx

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1、GPS测量原理及其应用第一章绪论一：全球导航卫星系统GNSS 美国的GPS系统，俄罗斯的GLONASS系统，欧盟的伽利略(GALILEO)系统和中国的北斗二号卫星导航定位系统。二：GPS系统组成合各部分的作用 包括三大部分：空间部分GPS卫星星座；地面控制部分地面监控系统；用户设备部分一一GPS信号接收机。GPS工作卫星及其星座的作用：1) 提供星历和时间信息2)发射伪距和载表信息，提供其他辅助信息地面监控系统的作用：1) 监测卫星是否正常工作跟踪计算卫星的轨道参数并发送给卫星2) 保持各颗卫星时间同步GPS接收机的作用：接受GPS卫星发射的无线电信号，获得必要的信息并经数 据处理完成定位工作

2、。三：GPS系统的特点定位精度高；观测时间段；测站间无需通视；可提供三维坐 标；操作简便；全天候作业；功能多、应用广 第二章坐标系统和时间系统各时间系统的应用 1）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为恒星时系统。恒星时在天文学中有着广泛的应用。2）平太阳时MT：以平太阳为参考点，由平太阳的周日视运动 所定义的时间系统为平太阳时系统，平太阳时与日常生活中使用 的时间系统是一致的。3）世界时UT：以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时定义为 世界时UT,用于天球坐标系与地球坐标系之间的转换计算。4）原子时：这一时间尺度被广泛用于动力学作为时间单位。5）协调世界时：既保持时

3、间尺度的均匀性，又能近似地反映地 球自转的变化。第三章 卫星运动基础及GPS卫星星历一：人造卫星所受的作用力有地球对卫星的引力，太阳、月 亮对卫星的引力，大气阻力，太阳光压，地球潮汐力等。二体问 题是忽略所有的摄动力，仅考虑地球质心引力研究卫星相对于地 球的运动，在天体力学中，称之为二体运动。：GPS卫星星历分为预报星历和后处理星历。三：GPS卫星广播星历预报参数（p40）第四章GPS卫星的导航电文和卫星信号一：GPS卫星的导航电文（简称卫星电文）是用户用来定位和导航的数据基础。它主要包括：卫星星历、 时钟改正、电离层时延改正、工作状态信息以及C/A码转换到捕 获P码的信息。二：遥测码，转换码

4、第一数据快，第二数据块，第三数据块 主要应用及内容遥测码位于各子帧的开头，它用来表明卫星注入数据状态；转换码位于每个子帧的第二个字码，其作用是提供帮助用户 从捕获的C/A码转换到捕获P码的Z计数；第一数据块位于第1子帧的第310字码，它的主要内容包 括：标识码，时延差改正星期序号卫星的健康状况数据 龄期卫星时钟改正系数等；第二数据块包含第2和第3子帧，其内容表示GPS卫星的 星历，这些数据位用户提供了有关计算卫星运动位置的信息；第三数据块包括第4和第5两个子帧，其内容包括了所有 GPS卫星的历书数据。三：GPS卫星信号GPS卫星信号是GPS卫星向广大用户发送的用于导航定位 的调制波，它包含有：

5、载波、测距码和数据码。时钟基本频率为 10.23MHzo L1 载波 1575.42MHz、波长 19.032cm； L2 载波 1227.6MHz、波长24.42cm。GPS卫星的测距码和数据码是采用 调相技术调制到载波上的。四：GPS接收机的分类及组成1）按接收机的用途分类导航型接收机测地型接收机授时型接收机2）按接收机的载波频率分类单频接收机双频接收机接收机主要由GPS接收机天线单元，GPS接收机主机单元 和电源三部分组成。GPS接收机天线有下列几种类型：单板天线四螺旋形天 线微带天线锥形天线第五章GPS卫星定位基本原理一：整周跳变的修复周跳：如果在跟踪卫星过程中，由于某些原因，如卫星信

6、号 被障碍物挡住而暂时中断，或受无线电信号干扰造成失锁。这样, 计数器无法连续计数。因此，当信号重新被跟踪后，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。整周跳变的探测与修复:是指探测出在何时发生了周跳并求 出丢失的整周跳,对中断后的整周记数进行改正,将其恢复为正 确的计数,使这部分观测值仍可使用。二：GPS绝对定位和相对定位静态绝对定位：接收机天线处于静止状态下，确定观测站坐 标的方法称为静态绝对定位。相对定位是用两台接收机分别安置在基线的两端，同步观测 相同的GPS卫星，以确定基线端点的相对位置或基线向量。三：观测值的线性组合常用的求一次差是在接收机间求

7、一次差，常用的求二次差是 在接收机间求一次差后再在卫星间求二次差，常用的求三次差是 在接收机、卫星和历元之间求三次差。四：差分GPS定位原理原理：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过去。用户接收 机在进行GPS观测的同时，也接受到基准站的改正数，并对其 定位结果进行改正，从而提高定位精度。单站差分按基准站发送的信息方式来分，可分为位置差分、 伪距差分和载波相位差分三种。位置差分原理和伪距差分的原理（略）五：GPS差分系统（LADGPS）局部区域GPS差分系统:在局部区域中应用差分GPS技术, 应该在区域中布设一个差分GPS网，该网由若干个

8、差分GPS基 准站组成，通常还包含一个或数个监控站。广域差分的概念：广域差分GPS的基本思想是对GPS观测 值的误差源加以区分，并单独对每一种误差源分别加以“模型 化”，然后将计算出的每一误差源的数值，通过数据链传输给用 户，以对用户GPS定位的误差加以改正，达到削弱这些误差源, 改善用户GPS定位精度的目的。第六章GPS卫星导航GPS动态定位方法：单点动态定位，实时差分动态定位，后处理差分动态定位第七章GPS测量的误差来源及其影响一：GPS测量误差的分类1、卫星部分星历误差钟误差相对论误差2、信号传 播电离层对流层多路径效应3、信号接收钟的误差位 置误差天线相位中心变化4、其他影响地球潮汐负

9、荷潮二：减弱电离层影响的措施（1）利用双频观测（2）利用电离层改正模型加以修正（3） 利用同步观测值求差三：减弱对流层折射改正残差影响的主要措施（1）采用对流层模型加以改正（2）引入描述对流层影响的 附加待估参数，在数据处理中一并求得（3）利用同步观测量求 差（4）利用水汽辐射计直接测定信号传播的影响四：多路径误差在GPS测量中，如果测站周围的反射物所反射的卫星信号 （反射波）进入接收机天线，这就将和直接来自卫星的信号（直 接拨）产生干涉，从而使观测值偏离真值产生所谓的“多路径误 差”。消弱多路径误差的方法：（1）选择合适的站址，（2）对接 收机天线的要求五：卫星星历误差由星历所给出的卫星在空

10、间的位置与实际位置之差称为卫星星历误差。解决星历误差的方法：（1）建立自己的卫星跟踪网独立定轨 （2）轨道松弛法（3）同步观测值求差六：GPS天线相位中心在垂直方向上偏差的大小，主要与GPS 天线设计、制造工艺及材料有关，也与观测环境、时间、季节及 气象条件等多种因素有关。第八章GPS测量的设计与实施一：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，简称同步环。二：GPS网的图形布设通常有点连式、边连式、网连式及边点混合连接四种基本方 式。也有布设成星形连接、附合导线连接、三角锁形连接等。三：GPS测量的外业准备有测区踏勘；资料收集；设备、器 材筹备及人员组织；拟定外

11、业观测计划；设计GPS网与地面网 的联测方案；GPS接收机选型及检验；技术设计书编写。GPS测量外业实施包括选点；标志埋设；观测工作；数据传 输及数据预处理等工作。四：GPS测量的作业模式目前，在GPS接受系统硬件和软件的支持下，较为普遍采 用的作业模式主要有静态相对定位、快速静态相对定位、准动态 相对定位和动态相对定位等。五：GPS数据处理的基本流程：数据采集，数据传输，预处理，基线解算，GPS网平差。（每点最好加上几句话描述）六：基线向量解算结果分析 对于20km以内的短基线，单频数据通过差分处理可有效地消除电离层影响，从而确保相对定位结果的精度。P153第九章GPS测量数据处理精确计算各GPS点的正常高H目前主要有GPS水准高程（简称GPS水准）、GPS重力高程和GPS三角高程等方法。除以上 三种方法外，还有求转换参数法和整体平差发。第十章GPS应用GPS定位技术以其精确度高、速度快、费用省、操作简便等优良特性被广泛应用于大地控制测量中。时至今日，可以说GPS 定位技术已完全取代了用常规测角、测距手段建立大地控制网。我们一般将应用GPS卫星定位技术建立的控制网叫GPS网。GPS在各领域中的应用。