第七章--全球卫星定位系统GPS课件.ppt

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1、GPS 的组成7 7 全球卫星定位系统全球卫星定位系统GPSGPS2/18/20232/18/20231GPSGPS（Global Positioning SystemGlobal Positioning System）即全球定位系统，是由美国建立的一个卫即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航星导航定位系统，利用该系统，用户可以在全球定位系统，利用该系统，用户可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速；另外，利用该系统，用户航定位和测速；另外，利用该系统，用户还能够进行高精度的时间传递和高精度的还能够进行高精度的时间传递和高精度的精密定位

2、。精密定位。GPS GPS 计划始于计划始于1973 1973 年，已于年，已于1994 1994 年进入年进入完全运行状态。完全运行状态。GPS GPS 的整个系由空间部分、的整个系由空间部分、地面控制部分和用户部分所组成：地面控制部分和用户部分所组成：2/18/20232/18/20232GPS 系统的组成空间部分：空间部分：空间部分：提供星历和时间信息提供星历和时间信息提供星历和时间信息 发射伪距和载表信号发射伪距和载表信号发射伪距和载表信号 提供其它辅助信息提供其它辅助信息提供其它辅助信息地面控制部分：地面控制部分：地面控制部分：中心控制系统中心控制系统中心控制系统 实现时间同步实现时

3、间同步实现时间同步 跟踪卫星进行定轨跟踪卫星进行定轨跟踪卫星进行定轨用户部分用户部分用户部分：接收并测卫星信号接收并测卫星信号接收并测卫星信号 记录处理数据记录处理数据记录处理数据 提供导航定位信息提供导航定位信息提供导航定位信息2/18/20232/18/20233空间部分24颗卫星（21+3）6个轨道平面55轨道倾角20200km轨道高度（地面高度）12小时（恒星时）轨道周期5个多小时出现在地平线以上（每颗星）2/18/20232/18/20234地面控制部分一个主控站一个主控站一个主控站一个主控站：科罗拉多：科罗拉多 斯必灵司斯必灵司三个注入站：三个注入站：三个注入站：三个注入站：阿松森

4、（阿松森（Ascencion)Ascencion)迭哥迭哥 伽西亚伽西亚(Diego Garcia)(Diego Garcia)卡瓦加兰卡瓦加兰(kwajalein)(kwajalein)五个监测站五个监测站五个监测站五个监测站=1=1个主控站个主控站+3+3个注入站个注入站+夏威夷夏威夷（Hawaii)Hawaii)55HawaiiAscencionDiego GarciakwajaleinColorado springs2/18/20232/18/20235 用户部分 通用接收机（定位型）：导航型接收机一般情况下无数据输出的记录存储设备天线天线天线天线前置放大器前置放大器前置放大器前置放大

5、器电源部分电源部分电源部分电源部分射电部分射电部分射电部分射电部分微处理器微处理器微处理器微处理器 数据存器数据存器数据存器数据存器 显示控制器显示控制器显示控制器显示控制器供电信号信息命令数据供电，控制供电数据控制 2/18/20232/18/20236GPS 信号 2/18/20232/18/20237 GPS 卫星信号 卫星信号结构卫星信号结构 每颗卫星都发射一系列无线电信号（基准频率每颗卫星都发射一系列无线电信号（基准频率）两种载波（两种载波（L1和和L2）两种码信号（两种码信号（C/A码和码和P码）码）一组导航电文（信息码，一组导航电文（信息码，D码）码）基准频率基准频率10.23M

6、HZ L11575.42 MHZ C/A码码 1.023MHZ P码码 10.23MHZL21227.60MHZ15412050比特比特/S卫星信息电文（卫星信息电文（D码）码）2/18/20232/18/20238定位原理2/18/20232/18/20239 接收机对跟踪的每一颗卫星进行测距接收机对跟踪的每一颗卫星进行测距地心SiPijPj riRjR Rj j=r=ri i+P+Piijj有关各观测量及已知数据如下：有关各观测量及已知数据如下：r 为已知的卫地矢量P为观测量（伪距）R为未知的测站点位矢量对卫星进行测距2/18/20232/18/202310距离观测值的计算接收机至卫星的距

7、离借助于卫星发射的码信号量测并计算得到的接收机本身按同一公式复制码信号比较本机码信号及到达的码信号确定传播延迟的时间t传播延迟时间乘以光速就是距离观测值=C t卫星钟调制的码信号接收机时钟复制的码信号tt2/18/20232/18/202311单点定位结果的获取单点定位解可以理解为一个后方交会问题卫星充当轨道上运动的控制点，观测值为测站至卫星的伪距（由时延值推算得到）由于接收机时钟与卫星钟存在同步误差所以要同步观测4颗卫星，解算四个未知参数：精度 ,经度 ,高程 h,钟差 t2/18/20232/18/202312采用载波相位观测值发自卫星的电磁波信号：信号量测精度优于波长的1/100载波波长

8、（L1=19cm,L2=24cm)比C/A码波长 (C/A=293m)短得多所以，GPS测量采用载波相位观测值可以获得比伪距（C/A码或P码）定位高得多的成果精度L1载波载波L2载波载波C/A码码P-码码 p=29.3 m L2=24 cm L1=19c m C/A=293 m2/18/20232/18/202313 组成星际站际两次差分观测值可以消去卫星钟的系统偏差可以消去卫星钟的系统偏差可以消去接收机时钟的误差可以消去接收机时钟的误差PikPljPijPjPlkPkSlSi可以消去轨道（星历）误差的影响可以消去轨道（星历）误差的影响可以削弱大气折射对观测值的影响可以削弱大气折射对观测值的影

9、响2/18/20232/18/202314解算出初始整周未知数 测站对某一卫星的载波相位观测值由三部分组成 （1）初始整周未知数n；（2）t 0至ti时刻的整周记数Ci；（3）相位尾数i 如果信号没有失锁，则每一个观测值包含同一个初始整周未知数n 为了利用载波相位进行定位，必须先解算出初始整周未知数，取得总观 测值n+Ci+iTime(0)AmbiguityTime(i)AmbiguityCounted CyclesPhase Measurement2/18/20232/18/202315弄清楚初始整周未知数的确定与定位精度的关系如果无法准确解出初始整周未知数，则定位精度难以优于如果无法准确解

10、出初始整周未知数，则定位精度难以优于1m随着初始整周未知数解算精度的提高，定位精度也相应提高随着初始整周未知数解算精度的提高，定位精度也相应提高一旦初始整周未知数精确获得，定位精度不再随时间延长而提高一旦初始整周未知数精确获得，定位精度不再随时间延长而提高经典静态定位需要经典静态定位需要30-80分钟观测才能求定初始整周未知数分钟观测才能求定初始整周未知数 快速静态定位将这个过程缩短到快速静态定位将这个过程缩短到2-5分钟分钟m精精度度1.000.10 0.01整周未知数确定后整周未知数确定前00308025时间（分）时间（分）经典静态定位经典静态定位快速静态定位快速静态定位2/18/2023

11、2/18/202316SPS 和PPS GPS GPS 系统针对不同用户提供两种不同类型系统针对不同用户提供两种不同类型的服务。一种是标准定位服务的服务。一种是标准定位服务(SPS(SPSStandard Positioning Service)Standard Positioning Service)，另一种是，另一种是精密定位服务精密定位服务(PPSPrecision(PPSPrecision PositioningService)PositioningService)。SPS SPS 主要面向全世主要面向全世界的民用用户。界的民用用户。PPS PPS 主要面向美国及其盟主要面向美国及其盟

12、国的军事部门以及民用的特许用户。国的军事部门以及民用的特许用户。2/18/20232/18/202317 GPS 定位的误差源 1.1.与与GPS GPS 卫星有关的因素卫星有关的因素 SA SA 美国政府从其国家利益出发，通过降低广播星历精度（美国政府从其国家利益出发，通过降低广播星历精度（技技术）、在术）、在GPS GPS 基准信号中加入高频抖动（技术）等方法，基准信号中加入高频抖动（技术）等方法，人为降低普通用户利用人为降低普通用户利用GPS GPS 进行导航定位时的精度。进行导航定位时的精度。卫星星历误差卫星星历误差 在进行在进行GPS GPS 定位时，计算在某时刻定位时，计算在某时刻

13、GPS GPS 卫星位置所需的卫星位置所需的卫星轨道参数是通过各种类型的星历卫星轨道参数是通过各种类型的星历7 7 提供的，但不论提供的，但不论采用哪种类型的星历，所计算出的卫星位置都会与其真实采用哪种类型的星历，所计算出的卫星位置都会与其真实位置有所差异，这就是所谓的星历误差。位置有所差异，这就是所谓的星历误差。卫星钟差卫星钟差 卫星钟差是卫星钟差是GPS GPS 卫星上所安装的原子钟的钟面时与卫星上所安装的原子钟的钟面时与GPS GPS 标准时间之间的误差。标准时间之间的误差。卫星信号发射天线相位中心偏差卫星信号发射天线相位中心偏差 卫星信号发射天线相位中心偏差是卫星信号发射天线相位中心偏

14、差是GPS GPS 卫星上信号发射卫星上信号发射天线的标称相位中心与其真实相位中心之间的差异。天线的标称相位中心与其真实相位中心之间的差异。2/18/20232/18/202318电离层延迟电离层延迟 由于地球周围的电离层对电磁波的折射效应，使由于地球周围的电离层对电磁波的折射效应，使得得GPS GPS 信号的传播速度发生变化，这种变化称为电信号的传播速度发生变化，这种变化称为电离层延迟。电磁波所受电离层折射的影响与电磁波离层延迟。电磁波所受电离层折射的影响与电磁波的频率以及电磁波传播途径上电子总含量有关。的频率以及电磁波传播途径上电子总含量有关。对流层延迟对流层延迟 由于地球周围的对流层对电

15、磁波的折射效应，使由于地球周围的对流层对电磁波的折射效应，使得得GPS GPS 信号的传播速度发生变化，这种变化称为对信号的传播速度发生变化，这种变化称为对流层延迟。电磁波所受对流层折射的影响与电磁波流层延迟。电磁波所受对流层折射的影响与电磁波传播途径上的温度、湿度和气压有关。传播途径上的温度、湿度和气压有关。多路径效应多路径效应 由于接收机周围环境的影响，使得接收机所接收由于接收机周围环境的影响，使得接收机所接收到的卫星信号中还包含有各种反射和折射信号的影到的卫星信号中还包含有各种反射和折射信号的影响，这就是所谓的多路径效应。响，这就是所谓的多路径效应。2.与传播途径有关的因素2/18/20

16、232/18/202319 接收机钟差接收机钟差 接收机钟差是接收机钟差是GPS GPS 接收机所使用的钟接收机所使用的钟的钟面时与的钟面时与GPS GPS 标准时之间的差异。标准时之间的差异。接收机天线相位中心偏差接收机天线相位中心偏差 接收机天线相位中心偏差是接收机天线相位中心偏差是GPS GPS 接收接收 机天线的标称相位中心与其真实的相位中机天线的标称相位中心与其真实的相位中心之间的差异。心之间的差异。接收机软件和硬件造成的误差接收机软件和硬件造成的误差 在进行在进行GPS GPS 定位时，定位结果还会受定位时，定位结果还会受到诸如处理与控制软件和硬件等的影响。到诸如处理与控制软件和硬

17、件等的影响。3.与接收机有关的因素2/18/20232/18/2023204.其它 GPS 控制部分人为或计算机造成的影响 由于GPS 控制部分的问题或用户在进行数据处理时引入的误差等。数据处理软件的影响 数据处理软件的算法不完善对定位结果的影响。2/18/20232/18/202321坐标系、基准和坐标系统 测量的基本任务就是确定物体在空间中的位置、姿态及其运动轨迹。而对这些特征的描述都是建立在某一个特定的空间框架和时间框架之上的。所谓空间框架就是我们常说的坐标系统，而时间框架就是我们常说的时间系统。2/18/20232/18/202322坐标系统 一个完整的坐标系统是由坐标系和基准两方面要

18、素所构成的。坐标系指的是描述空间位置的表达形式，而基准指的是为描述空间位置而定义的一系列点、线、面。在大地测量中的基准一般是指为确定点在空间中的位置，而采用的地球椭球或参考椭球的几何参数和物理参数，及其在空间的定位、定向方式，以及在描述空间位置时所采用的单位长度的定义。2/18/20232/18/202323坐标系的分类 正如前面所提及的，所谓坐标系指的是描述空间位置的表达形式，即采用什么方法来表示空间位置。人们为了描述空间位置，采用了多种方法，从而也产生了不同的坐标系，如直角坐标系、极坐标系等。在测量中，常用的坐标系有以下几种：2/18/20232/18/202324空间直角坐标系 l l空

19、间直角坐标系的坐空间直角坐标系的坐标系原点位于参考椭标系原点位于参考椭球的中心，球的中心，Z Z 轴指向轴指向参考椭球的北极，参考椭球的北极，X X 轴指向起始子午面与轴指向起始子午面与赤道的交点，赤道的交点，Y Y 轴位轴位于赤道面上，且按右于赤道面上，且按右手系与手系与X X 轴呈轴呈9090夹角。夹角。某点在空间中的坐标某点在空间中的坐标可用该点在此坐标系可用该点在此坐标系的各个坐标轴上的投的各个坐标轴上的投影来表示。影来表示。2/18/20232/18/202325空间大地坐标系 l l空间大地坐标系是采用大空间大地坐标系是采用大地经、纬度和大地高来描地经、纬度和大地高来描述空间位置的

20、。纬度是空述空间位置的。纬度是空间的点与参考椭球面的法间的点与参考椭球面的法线与赤道面的夹角，经度线与赤道面的夹角，经度是空间中的点与参考椭球是空间中的点与参考椭球的自转轴所在的面与参考的自转轴所在的面与参考椭球的起始子午面的夹角，椭球的起始子午面的夹角，大地高是空间点沿参考椭大地高是空间点沿参考椭球的法线方向到参考椭球球的法线方向到参考椭球面的距离。面的距离。2/18/20232/18/202326平面直角坐标系 平面直角坐标系是利用投影变换，将空间坐标（空间直角坐标或空间大地坐标）通过某种数学变换映射到平面上，这种变换又称为投影变换。投影变换的方法有很，如UTM 投影、Lambuda 投影

21、等，在我国采用的是高斯-克吕格投影，也称为高斯投影。2/18/20232/18/202327基 准 所谓基准是指为描述空间位置而定义的点、线、面，在大地测量中，在大地测量中，基准是指用以描述地球形状的参考椭球的参数，如参考椭球的长短半轴，以及参考椭球在空间中的定位及定向，还有在描述这些位置时所采用的单位长度的定义。2/18/20232/18/202328GPS 测量中常用的坐标系统 WGS-84 坐标系是目前GPS 所采用的坐标系统，GPS 所发布的星历参数就是基于此坐标系统的。WGS-84 坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z 轴指向BIH1984.0 定义的协议地球极方向，X 轴指向BIH1

22、984.0 的启始子午面和赤道的交点，Y 轴与X 轴和Z 轴构成右手系。2/18/20232/18/2023291954 年北京坐标系 1954 1954 年北京坐标系是我国目前广泛采用的年北京坐标系是我国目前广泛采用的大地测量坐标系大地测量坐标系,采用的参考椭球是克拉索采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球，遗憾的是，该椭球并未依据夫斯基椭球，遗憾的是，该椭球并未依据当时我国的天文观测资料进行重新定位，当时我国的天文观测资料进行重新定位，而是由前苏联西伯利亚地区的一等锁，经而是由前苏联西伯利亚地区的一等锁，经我国的东北地区传算过来的，该坐标系的我国的东北地区传算过来的，该坐标系的高程异常是以前苏联

23、高程异常是以前苏联1955 1955 年大地水准面重年大地水准面重新平差的结果为起算值，按我国天文水准新平差的结果为起算值，按我国天文水准路线推算出来的，而高程又是以路线推算出来的，而高程又是以1956 1956 年青年青岛验潮站的黄海平均海水面为基准。岛验潮站的黄海平均海水面为基准。2/18/20232/18/202330 克拉索夫斯基椭球参数同现代精确的椭球参数的克拉索夫斯基椭球参数同现代精确的椭球参数的差异较大，并且不包含表示地球物理特性的参数，因差异较大，并且不包含表示地球物理特性的参数，因而给理论和实际工作带来了许多不便。而给理论和实际工作带来了许多不便。椭球定向不十分明确，椭球的短

24、半轴既不指向国椭球定向不十分明确，椭球的短半轴既不指向国际通用的际通用的CIO CIO 极，极，也不指向目前我国使用的也不指向目前我国使用的JYD JYD 极。极。参考椭球面与我国大地水准面呈西高东低的系统性倾参考椭球面与我国大地水准面呈西高东低的系统性倾斜，东部高程异常达斜，东部高程异常达60 60 余米，最大达余米，最大达67 67 米。米。该坐标系统的大地点坐标是经过局部分区平差得该坐标系统的大地点坐标是经过局部分区平差得到的，因此，全国的天文大地控制点实际上不能形成到的，因此，全国的天文大地控制点实际上不能形成一个整体，区与区之间有较大的隙距，如在有的接合一个整体，区与区之间有较大的隙

25、距，如在有的接合部中，同一点在不同区的坐标值相差部中，同一点在不同区的坐标值相差1-2 1-2 米，不同分米，不同分区的尺度差异也很大，而且坐标传递是从东北到西北区的尺度差异也很大，而且坐标传递是从东北到西北和西南，后一区是以前一区的最弱部作为坐标起算点，和西南，后一区是以前一区的最弱部作为坐标起算点，因而一等锁具有明显的坐标积累误差。因而一等锁具有明显的坐标积累误差。1954 年北京坐标系存在着很多缺点 2/18/20232/18/2023311980 年西安大地坐标系 1978 1978 年，我国决定重新对全国天文大地网施行整体年，我国决定重新对全国天文大地网施行整体平差，并且建立新的国家

26、大地坐标系统，整体平差在平差，并且建立新的国家大地坐标系统，整体平差在新大地坐标系统中进行，这个坐标系统就是新大地坐标系统中进行，这个坐标系统就是1980 1980 年年西安大地坐标系统。西安大地坐标系统。1980 1980 年西安大地坐标系统所采年西安大地坐标系统所采用的地球椭球参数的四个几何和物理参数采用了用的地球椭球参数的四个几何和物理参数采用了IAG IAG 1975 1975 年的推荐值，椭球的短轴平行于地球的自转轴年的推荐值，椭球的短轴平行于地球的自转轴（由地球质心指向（由地球质心指向1968.0 JYD 1968.0 JYD 地极原点方向），起地极原点方向），起始子午面平行于格林

27、尼治平均天文子午面，椭球面同始子午面平行于格林尼治平均天文子午面，椭球面同似大地水准面在我国境内符合最好，高程系统以似大地水准面在我国境内符合最好，高程系统以1956 1956 年黄海平均海水面为高程起算基准。年黄海平均海水面为高程起算基准。2/18/20232/18/202332GPS 静态定位在测量中的应用 GPS 静态定位在测量中主要用于测定各种用途的控制点。其中，较为常见的方面是利用GPS 建立各种类型和等级的控制网，在这些方面，GPS 技术已基本上取代了常规的测量方法，成为了主要手段。较之于常规方法，GPS 在布设控制网方面具有以下一些特点：2/18/20232/18/202333测

28、量精度高：测量精度高：GPS GPS 观测的精度要明显高于一般的常观测的精度要明显高于一般的常规测量手段，规测量手段，GPS GPS 基线向量的相对精度一般在基线向量的相对精度一般在10-10-5 10-95 10-9之间，这是普通测量方法很难达到的。之间，这是普通测量方法很难达到的。选点灵活、不需要造标、费用低：选点灵活、不需要造标、费用低：GPS GPS 测量不要求测量不要求测站间相互通视，不需要建造觇标，作业成本低，测站间相互通视，不需要建造觇标，作业成本低，大大降低了布网费用。大大降低了布网费用。全天侯作业：在任何时间、任何气候条件下，均可全天侯作业：在任何时间、任何气候条件下，均可以

29、进行以进行GPS GPS 观测，大大方便了测量作业，有利于按观测，大大方便了测量作业，有利于按时、高效地完成控制网的布设。时、高效地完成控制网的布设。观测时间短：采用观测时间短：采用GPS GPS 布设一般等级的控制网时，布设一般等级的控制网时，在每个测站上的观测时间一般在在每个测站上的观测时间一般在12 12 个小时左右，个小时左右，采用快速静态定位的方法，观测时间更短。观测、采用快速静态定位的方法，观测时间更短。观测、处理自动化采用处理自动化采用GPS GPS 布设控制网，观测工程和数据布设控制网，观测工程和数据处理过程均是高度自动化的。处理过程均是高度自动化的。2/18/20232/18

30、/202334布设GPS 网的工作步骤 2/18/20232/18/202335测 前 工 作 项目的提出：一项项目的提出：一项GPS GPS 测量工程项目，往往是由工测量工程项目，往往是由工程发包方、上级主管部门或其他单位或部门提出，由程发包方、上级主管部门或其他单位或部门提出，由GPS GPS 测量队伍具体实施。对于一项测量队伍具体实施。对于一项GPS GPS 测量工程项测量工程项目，一般有如下一些要求：目，一般有如下一些要求：测区位置及其范围：测区的地理位置、范围，控制网测区位置及其范围：测区的地理位置、范围，控制网的控制面积。的控制面积。用途和精度等级：控制网将用于何种目的，其精度要用

31、途和精度等级：控制网将用于何种目的，其精度要求是多少，要求达到何种等级。求是多少，要求达到何种等级。点位分布及点的数量：控制网的点位分布、点的数量点位分布及点的数量：控制网的点位分布、点的数量及密度要求，是否有对点位分布有特殊要求的区域。及密度要求，是否有对点位分布有特殊要求的区域。提交成果的内容：用户需要提交哪些成果，所提交的提交成果的内容：用户需要提交哪些成果，所提交的坐标成果分别属于哪些坐标系，所提交的高程成果分坐标成果分别属于哪些坐标系，所提交的高程成果分别属于哪些高程系统，除了提交最终的结果外，是否别属于哪些高程系统，除了提交最终的结果外，是否还需要提交原始数据或中间数据等。还需要提

32、交原始数据或中间数据等。2/18/20232/18/202336时限要求：对提交成果的时限要求，即何时是提交成果的最后期限。时限要求：对提交成果的时限要求，即何时是提交成果的最后期限。投资经费：对工程的经费投入数量。投资经费：对工程的经费投入数量。技术设计：负责技术设计：负责GPS GPS 测量的单位在获得了测量任务后，需要根据测量的单位在获得了测量任务后，需要根据项目要求和相关技术规范进行测量工程的技术设计。关于技术设计项目要求和相关技术规范进行测量工程的技术设计。关于技术设计的具体内容将在第四章中作详细介绍。的具体内容将在第四章中作详细介绍。测绘资料的搜集与整理：在开始进行外业测量之前，现

33、有测绘资料测绘资料的搜集与整理：在开始进行外业测量之前，现有测绘资料的搜集与整理也是一项极其重要的工作。需要收集整理的资料主要的搜集与整理也是一项极其重要的工作。需要收集整理的资料主要包括测区及周边地区可利用的已知点的相关资料（点志记、坐标等）包括测区及周边地区可利用的已知点的相关资料（点志记、坐标等）和测区的地形图等。和测区的地形图等。仪器的检验：对将用于测量的各种仪器包括仪器的检验：对将用于测量的各种仪器包括GPS GPS 接收机及相关设接收机及相关设备、气象仪器等进行检验，以确保它们能够正常工作。备、气象仪器等进行检验，以确保它们能够正常工作。踏勘、选点埋石：在完成技术设计和测绘资料的搜

34、集与整理后，需踏勘、选点埋石：在完成技术设计和测绘资料的搜集与整理后，需要根据技术设计的要求对测区进行踏勘，并进行选点埋石工作。要根据技术设计的要求对测区进行踏勘，并进行选点埋石工作。2/18/20232/18/202337测 量 实 施实地了解测区情况：由于在很多情况下，选点埋石和测量是分别由实地了解测区情况：由于在很多情况下，选点埋石和测量是分别由两个不同的队伍或两批不同的人员完成的，因此，当负责两个不同的队伍或两批不同的人员完成的，因此，当负责GPS GPS 测量测量作业的队伍到达测区后，需要先对测区的情况作一个详细的了解。作业的队伍到达测区后，需要先对测区的情况作一个详细的了解。主要需

35、要了解的内容包括点位情况（点的位置、上点的难度等）、主要需要了解的内容包括点位情况（点的位置、上点的难度等）、测区内经济发展状况、民风民俗、交通状况、测量人员生活安排等。测区内经济发展状况、民风民俗、交通状况、测量人员生活安排等。这些对于今后测量工作的开展是非常重要的。这些对于今后测量工作的开展是非常重要的。卫星状况预：报根据测区的地理位置，以及最新的卫星星历，对卫卫星状况预：报根据测区的地理位置，以及最新的卫星星历，对卫星状况进行预报，作为选择合适的观测时间段的依据。所需预报的星状况进行预报，作为选择合适的观测时间段的依据。所需预报的卫星状况有卫星的可见性、可供观测的卫星星座、随时间变化的卫

36、星状况有卫星的可见性、可供观测的卫星星座、随时间变化的PDOP PDOP 值、随时间变化的值、随时间变化的RDOP RDOP 值等。对于个别有较多或较大障碍物值等。对于个别有较多或较大障碍物的测站，需要评估障碍物对的测站，需要评估障碍物对GPS GPS 观测可能产生的不良影响。观测可能产生的不良影响。确定作业方案：根据卫星状况、测量作业的进展情况、以及测区的确定作业方案：根据卫星状况、测量作业的进展情况、以及测区的实际情况，确定出具体的作业方案，以作业指令的形式下达给各个实际情况，确定出具体的作业方案，以作业指令的形式下达给各个作业小组，根据情况，作业指令可逐天下达，也可一次下达多天的作业小组

37、，根据情况，作业指令可逐天下达，也可一次下达多天的指令。作业方案的内容包括作业小组的分组情况，指令。作业方案的内容包括作业小组的分组情况，GPS GPS 观测的时间观测的时间段以及测站等。段以及测站等。2/18/20232/18/202338外业观测：各外业观测：各GPS GPS 观测小组在得到作业指挥员所下达的作业观测小组在得到作业指挥员所下达的作业指令后，应严格按照作业指令的要求进行外业观测。在进行指令后，应严格按照作业指令的要求进行外业观测。在进行外业观测时，外业观测人员除了严格按照作业规范、作业指外业观测时，外业观测人员除了严格按照作业规范、作业指令进行操作外，还要根据一些特殊情况，灵

38、活地采取应对措令进行操作外，还要根据一些特殊情况，灵活地采取应对措施。在外业中常见的情况有不能按时开机、仪器故障和电源施。在外业中常见的情况有不能按时开机、仪器故障和电源故障等。故障等。数据传输与转储：在一段外业观测结束后，应及时地将观测数据传输与转储：在一段外业观测结束后，应及时地将观测数据传输到计算机中，并根据要求进行备份，在数据传输时数据传输到计算机中，并根据要求进行备份，在数据传输时需要对照外业观测记录手簿，检查所输入的记录是否正确。需要对照外业观测记录手簿，检查所输入的记录是否正确。数据传输与转储应根据条件，及时进行。数据传输与转储应根据条件，及时进行。基线处理与质量评估：对所获得的

39、外业数据及时地进行处理，基线处理与质量评估：对所获得的外业数据及时地进行处理，解算出基线向量，并对解算结果进行质量评估。作业指挥员解算出基线向量，并对解算结果进行质量评估。作业指挥员需要根据基线解算情况作下一步需要根据基线解算情况作下一步GPS GPS 观测作业的安排。观测作业的安排。重复确定作业方案、外业观测、数据传输与转储与基线处理重复确定作业方案、外业观测、数据传输与转储与基线处理与质量评估四步，直至完成所有与质量评估四步，直至完成所有GPS GPS 观测工作。观测工作。2/18/20232/18/202339测 后 工 作 结果分析（网平差处理与质量评估）：结果分析（网平差处理与质量评

40、估）：,对外业观测所得到的基线向量进行质量检对外业观测所得到的基线向量进行质量检验，并对由合格的基线向量所构建成的验，并对由合格的基线向量所构建成的GPS GPS 基线向量网进行平差解算，得出网中基线向量网进行平差解算，得出网中各点的坐标成果。如果需要利用各点的坐标成果。如果需要利用GPS GPS 测定测定网中各点的正高或正常高，还需要进行高网中各点的正高或正常高，还需要进行高程拟合。程拟合。技术总结：根据整个技术总结：根据整个GPS GPS 网的布设及数据网的布设及数据处理情况，进行全面的技术总结。处理情况，进行全面的技术总结。成果验收成果验收2/18/20232/18/202340技 术

41、设 计 在布设在布设GPS GPS 网时，技术设计是非常重要网时，技术设计是非常重要的。这是因为技术设计提供了布设的。这是因为技术设计提供了布设GPS GPS 网的技术准则，在布设网的技术准则，在布设GPS GPS 网时所遇到网时所遇到的所有技术问题，都需要从技术设计中寻的所有技术问题，都需要从技术设计中寻找答案。因此，在进行每一项找答案。因此，在进行每一项GPS GPS 工程工程时，都必须首先进行技术设计。时，都必须首先进行技术设计。2/18/20232/18/202341技术设计的内容 项目来源：介绍项目的来源、性质。测区概况：介绍测区的地理位置、气候、人文、经济发展状况、交通条件、通讯条

42、件等。工程概况：介绍工程的目的、作用、要求、GPS 网等级（精度）、完成时间等。技术依据：介绍作业所依据的测量规范、工程规范、行业标准等。2/18/20232/18/202342施测方案：介绍测量所采用的仪器、采取的布施测方案：介绍测量所采用的仪器、采取的布网方法等。网方法等。作业要求：介绍外业观测时的具体操作规程、作业要求：介绍外业观测时的具体操作规程、技术要求等，包括仪器参数的设置（如采样率、技术要求等，包括仪器参数的设置（如采样率、截止高度角等）、对中精度、整平精度、天线截止高度角等）、对中精度、整平精度、天线高的量测方法及精度要求等。高的量测方法及精度要求等。观测质量控制：介绍外业观测

43、的质量要求，包观测质量控制：介绍外业观测的质量要求，包括质量控制方法及各项限差要求等。括质量控制方法及各项限差要求等。数据处理方案：详细的数据处理方案，包括基数据处理方案：详细的数据处理方案，包括基线解算和网平差处理所采用的软件和处理方法线解算和网平差处理所采用的软件和处理方法等内容。等内容。2/18/20232/18/202343布 网 方 法 国家测绘局1992年制订的我国第一部“GPS测量规范”将GPS的精度分为AE五级（见下表）。其中A、B两级一般是国家GPS控制网。C、D、E三级是针对局部性GPS网规定的。2/18/20232/18/202344 应通过独立观测边构成闭合图形，以增加

44、检核条应通过独立观测边构成闭合图形，以增加检核条件，提高网的可靠性。件，提高网的可靠性。应尽量与原有地面控制网相重合，重合点一般不应尽量与原有地面控制网相重合，重合点一般不少于少于3 3个，且分布均匀。个，且分布均匀。应考虑与水准点相重合应考虑与水准点相重合 ，或在网中布设一定密度，或在网中布设一定密度的水准联测点。的水准联测点。点应设在视野开阔和容易到达的地方联测方向。点应设在视野开阔和容易到达的地方联测方向。可在网点附近布设一通视良好的方位点，以建立可在网点附近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。联测方向。根据根据GPSGPS测量的不同用途，测量的不同用途，GPSGPS网的独立观测边网

45、的独立观测边均应构成一定的几何图形，基本形式有：均应构成一定的几何图形，基本形式有：设计的一般原则设计的一般原则2/18/20232/18/202345三三 角角 形形 网网优点：优点：优点：优点：图形几何结构强，图形几何结构强，具有良好的自检能具有良好的自检能力，经平差后网中力，经平差后网中相邻点间基线向量相邻点间基线向量的精度均匀。的精度均匀。缺点：缺点：缺点：缺点：观测工作量大。观测工作量大。只有在网的精度和只有在网的精度和可靠性要求比较高可靠性要求比较高时，才单独采用这时，才单独采用这种图形。种图形。2/18/20232/18/202346环环 形形 网网优点：优点：观测工作量较小，且

46、观测工作量较小，且具有较好的自检性和可具有较好的自检性和可靠性。靠性。缺点：缺点：非直接观测基线边非直接观测基线边（或间接边）精度较直（或间接边）精度较直接观测边低，相邻点间接观测边低，相邻点间的基线精度分布不均匀。的基线精度分布不均匀。是大地测量和精密工程是大地测量和精密工程测量中普遍采用的图形。测量中普遍采用的图形。通常采用上述两种图形通常采用上述两种图形的混合图形。的混合图形。2/18/20232/18/202347星星 形形 网网l优点：优点：观测中只需要两台观测中只需要两台GPSGPS接收机，作业简接收机，作业简单。单。l缺点：缺点：几何图形简单，检几何图形简单，检验和发现粗差能力差

47、验和发现粗差能力差,广泛用于工程测量、广泛用于工程测量、边界测量、地籍测量边界测量、地籍测量 和碎部测量等。和碎部测量等。2/18/20232/18/202348GPS快速定位图形布设快速定位图形布设两台仪器作业的基本图形：两台仪器作业的基本图形：n n多边形环状网。两接收机同步作业，交替迁站多边形环状网。两接收机同步作业，交替迁站n-n-1 1次，得到首尾相接的次，得到首尾相接的n n边形闭合环，每个新点均边形闭合环，每个新点均与两条独立基线相连。与两条独立基线相连。n n单基准形状网。两接收机同步作业，单基准形状网。两接收机同步作业，1 1台固定不台固定不动，动，1 1台快速流动迁站台快速

48、流动迁站n-1n-1次，得到次，得到n n条独立基线，条独立基线，每个新点只与每个新点只与1 1条独立基线相连。因此每个点上条独立基线相连。因此每个点上必须进行第二次设站。必须进行第二次设站。123451234562/18/20232/18/2023491 1 单基准星状网。单基准星状网。1 1台固定不动，台固定不动，2 2台各快速流动迁站台各快速流动迁站 n-1 n-1次，得次，得到到 2n 2n条独立基线，每个新点只与条独立基线，每个新点只与1 1条独立基线相连。因此每个点条独立基线相连。因此每个点上必须进行第二次设站。上必须进行第二次设站。2 2 双基准菱状网。双基准菱状网。2 2台固定

49、不动，台固定不动，1 1台快速流动迁站台快速流动迁站n-1n-1次，得到次，得到2n2n条独立快速定位基线。如果两基准站采用静态定位方式，可得条独立快速定位基线。如果两基准站采用静态定位方式，可得到到2n+12n+1条独立基线向量条独立基线向量 。如果采用在流动站迁站期间两基准站多。如果采用在流动站迁站期间两基准站多次快速定位得到多组快速定位基线向量的方法，最多可得到次快速定位得到多组快速定位基线向量的方法，最多可得到3n-13n-1条独立基线向量。条独立基线向量。12345652341三台接收机作业的基本图形：2/18/20232/18/202350GPS 基线解算 基线解算的过程实际上主要

50、是一个平差的基线解算的过程实际上主要是一个平差的过程，平差所采用的观测值主要是双差观过程，平差所采用的观测值主要是双差观测值。在基线解算时，平差要分三个阶段测值。在基线解算时，平差要分三个阶段进行，第一阶段进行初始平差，解算出整进行，第一阶段进行初始平差，解算出整周未知数参数周未知数参数 的和基线向量的实数解（浮的和基线向量的实数解（浮动解）；在第二阶段，将整周未知数固定动解）；在第二阶段，将整周未知数固定成整数；在第三阶段，将确定了的整周未成整数；在第三阶段，将确定了的整周未知数作为已知值，仅将待定的测站坐标作知数作为已知值，仅将待定的测站坐标作为未知参数，再次进行平差解算，解求出为未知参数