GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理考點(diǎn)

1、GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理名詞解釋。周跳與特點(diǎn)：整周計(jì)數(shù)出現(xiàn)系統(tǒng)偏差，而不足一整周的部分仍然保持正確的現(xiàn)象。多路徑效應(yīng)： 經(jīng)某些物體表面反射后到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)與直接來自衛(wèi)星的信號(hào)疊加干擾后進(jìn)入接收機(jī)，將使測(cè)量值產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。載波： 可運(yùn)載調(diào)制信號(hào)的高頻振蕩波。L1 載波：由衛(wèi)星上的原子鐘所產(chǎn)生的的基準(zhǔn)頻率f0 （ =10.23MHz）倍頻 154 倍后形成的。L2 載波：由f0 倍頻 120 倍后形成的。L5 載波：由f0 倍頻 115 倍。作用：更好地消除電離層延遲，組成更多線性組合觀測(cè)值。測(cè)距碼：用于測(cè)定從衛(wèi)星至接收機(jī)間的距離的二進(jìn)制碼。（GPS衛(wèi)星所用屬于偽隨機(jī)噪聲碼。）偽隨機(jī)噪聲碼相關(guān)系數(shù)：

2、不同的碼相關(guān)系數(shù)為0 或 1/n ，對(duì)齊的碼相關(guān)系數(shù)為1。GPS測(cè)距： 衛(wèi)星發(fā)射天線的（平均）相位中心至接收機(jī)接收天線相位中心之間的距離。導(dǎo)航電文： 由 GPS向用戶播發(fā)的一組反映衛(wèi)星在空間的運(yùn)行軌道、層延遲修正參數(shù)及衛(wèi)星的工作狀態(tài)等信息的二進(jìn)制代碼。衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)、電離衛(wèi)星星歷：用于描述太空飛行體位置和速度的表達(dá)式。衛(wèi)星星歷的時(shí)間按世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（ UTC）計(jì)算。 GPS時(shí)不跳秒， UTC會(huì)跳秒。廣播星歷： 由 GPS的地面控制部分所確定和提供的，預(yù)報(bào)星歷。采用 1984 年世界大地坐標(biāo)系。經(jīng) GPS衛(wèi)星向所有用戶公開播發(fā)的一種精密星歷： 為滿足精密應(yīng)用領(lǐng)域的需要而研制、生產(chǎn)的一種高精度的事

3、后星歷。按一定時(shí)間間隔（通常15min ）來給出衛(wèi)星在空間的三維坐標(biāo)、三維運(yùn)動(dòng)速度及衛(wèi)星鐘改正數(shù)等信息。整周模糊度：相對(duì)定位： 確定 同步跟蹤 相同的GPS衛(wèi)星信號(hào)的若干臺(tái)接收機(jī)之間的相對(duì)位置（坐標(biāo)差） 的定位方法。靜態(tài)定位： 如果待定點(diǎn)在地固坐標(biāo)系中的位置只存在可忽略的變化，數(shù)據(jù)處理時(shí)， 整個(gè)時(shí)段內(nèi)的待定點(diǎn)坐標(biāo)都可以認(rèn)為是固定不變的一組常數(shù)。確定這些待定點(diǎn)的位置稱為靜態(tài)定位。動(dòng)態(tài)定位： 一個(gè)時(shí)段內(nèi)， 待定點(diǎn)在地固坐標(biāo)系中位置有顯著變化，數(shù)據(jù)處理時(shí)，每個(gè)歷元的帶頂點(diǎn)坐標(biāo)均需作為一組未知參數(shù)， 確定這些載體在不同時(shí)刻的瞬時(shí)位置的工作稱為動(dòng)態(tài)定位。衛(wèi)星天線相位中心偏差：衛(wèi)星天線相位中心與衛(wèi)星質(zhì)心之

4、間的差異。衛(wèi)星星歷誤差：衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星位置和速度與衛(wèi)星實(shí)際位置與速度之差。相對(duì)論效應(yīng)：由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所處的狀態(tài)不同而引起的相對(duì)鐘誤差。電離層延遲 （折射）： 60km-1000km 大氣層在紫外線、X 射線、射線和高能粒子的作用下，該區(qū)域內(nèi)的氣體分子和原子產(chǎn)生電離， 形成自由電子和正離子， 影響無(wú)線電信號(hào)的傳播， 使傳播速度發(fā)生變化， 傳播路徑產(chǎn)生彎曲， 使信號(hào)傳播時(shí)間與真空中光速的乘積不等于衛(wèi)星至接收機(jī)間的幾何距離。對(duì)流層延遲 （折射）：50km以下的大氣層， 大氣折射率取決于氣溫、 氣壓和相對(duì)濕度等因子，信號(hào)的傳播路徑也會(huì)產(chǎn)生彎曲。多路徑效應(yīng) ：經(jīng)某些物體表面反射后到達(dá)接收機(jī)的信

5、號(hào)與直接來自衛(wèi)星的信號(hào)疊加干擾后進(jìn)入接收機(jī)，將使測(cè)量值產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。相關(guān)系數(shù)R=（相同碼元數(shù) - 不同碼元數(shù)）/ 總碼元數(shù)。多余參數(shù)： 用戶不感興趣，但為了模型精度不得不引入的參數(shù)?；€解算： 利用同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，確定接收機(jī)間的相對(duì)位置。固定解： 當(dāng)整周模糊度參數(shù)取整數(shù)時(shí)所求得的基線向量解，也稱整數(shù)解。浮點(diǎn)解： 當(dāng)整周模糊度參數(shù)取實(shí)數(shù)時(shí)所求得的基線向量解，也稱實(shí)數(shù)解。單點(diǎn)定位： 根據(jù)衛(wèi)星星歷給出的瞬間衛(wèi)星在空間的位置和衛(wèi)星鐘差，由一臺(tái)接收機(jī)測(cè)定的從衛(wèi)星至接收機(jī)的距離，通過距離交會(huì)法來獨(dú)立測(cè)定該接收機(jī)在地球坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)（及接收機(jī)鐘差）的定位方法。DOP：三維點(diǎn)位精度衰減因子 PDOP；時(shí)間精

6、度衰減因子 TDOP；幾何精度衰減因子 GDOP；二維平面精度衰減因子 HDOP；高程精度衰減因子 VDOP。中誤差 m=m0*DOP。精密單點(diǎn)定位 （PPP）：利用載波相位觀測(cè)值以及由 IGS 等組織提供的高精度的衛(wèi)星星歷及衛(wèi)星鐘差來進(jìn)行高精度單點(diǎn)定位的方法。差分 GPS：RTK：利用 GPS載波相位觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位的技術(shù)。CORS系統(tǒng)： 連續(xù)運(yùn)行參考系統(tǒng)，以提供衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)為主的多功能服務(wù)系統(tǒng)。閉合環(huán)及環(huán)閉合差同步觀測(cè)環(huán)RINEX格式 ：與接收機(jī)無(wú)關(guān)的通用標(biāo)準(zhǔn)格式?；€向量： 由 2 臺(tái)以上 GPS接收機(jī)所采集的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)形成的差分觀測(cè)值，方法所計(jì)算出的接收機(jī)間的三維坐標(biāo)差

7、。通過參數(shù)估計(jì)網(wǎng)平差簡(jiǎn)答。C/A 碼（粗碼）的作用：1.捕獲衛(wèi)星信號(hào)；2.粗略測(cè)距?！綪 碼為精碼，原本用于軍方嚴(yán)格保密。現(xiàn)被Y 碼取代。】信號(hào)調(diào)制：1. 調(diào)幅；2. 調(diào)頻；3. 調(diào)相。4. GPS衛(wèi)星信號(hào)采用二進(jìn)制相位調(diào)制法。GPS測(cè)量中的誤差：1. 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差：a) 衛(wèi)星星歷誤差： 衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星位置和速度與衛(wèi)星實(shí)際位置與速度之差。b) 衛(wèi)星鐘的鐘誤差：衛(wèi)星鐘讀數(shù)與真實(shí)的GPS時(shí)間之差。c) 相對(duì)論效應(yīng)： 由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所處的狀態(tài)不同而引起的相對(duì)鐘誤差。d) 信號(hào)在衛(wèi)星內(nèi)的時(shí)延： 開始生成測(cè)距信號(hào)至信號(hào)生成并離開發(fā)射天線相位中心間的時(shí)間。e) 衛(wèi)星天線相位中心偏差： 衛(wèi)星天

8、線相位中心與衛(wèi)星質(zhì)心之間的差異。2. 與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差：a) 電離層延遲 （折射）：60km-1000km 大氣層在紫外線、 X 射線、 射線和高能粒子的作用下，該區(qū)域內(nèi)的氣體分子和原子產(chǎn)生電離，形成自由電子和正離子，影響無(wú)線電信號(hào)的傳播， 使傳播速度發(fā)生變化， 傳播路徑產(chǎn)生彎曲， 使信號(hào)傳播時(shí)間與真空中光速的乘積不等于衛(wèi)星至接收機(jī)間的幾何距離。b) 對(duì)流層延遲 （折射）：50km 以下的大氣層，大氣折射率取決于氣溫、氣壓和相對(duì)濕度等因子，信號(hào)的傳播路徑也會(huì)產(chǎn)生彎曲。c) 多路徑效應(yīng) ：經(jīng)某些物體表面反射后到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)與直接來自衛(wèi)星的信號(hào)疊加干擾后進(jìn)入接收機(jī)，將使測(cè)量值產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。3

9、. 與接收機(jī)有關(guān)的誤差：a) 接收機(jī)鐘的鐘誤差。b) 接收機(jī)的位置誤差。c) 接收機(jī)測(cè)量的噪聲。d) 接收機(jī)天線相位中心誤差。e) 信號(hào)在接收機(jī)內(nèi)的時(shí)延。消除或削弱GPS誤差影響的方法和措施：1. 模型改正法。（理論公式 / 經(jīng)驗(yàn)公式。）2. 求差法。（誤差具有較強(qiáng)的相關(guān)性。 ）3. 參數(shù)法。（參數(shù)估計(jì)。）4. 回避法。電離層改正：1. 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透恼?. 雙頻改正模型。3. 三頻觀測(cè)值改正。高精度 GPS測(cè)量中的對(duì)流層改正：1. 待定參數(shù)法。2. 隨機(jī)模型法。削弱多路徑誤差的方法：1. 選擇合適的站址；2. 選擇合適的接收機(jī)；3. 適當(dāng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間；4. 數(shù)據(jù)處理。（參數(shù)法、模型法等。 ）測(cè)

10、距碼測(cè)距的特點(diǎn)：1. 易于將微弱的衛(wèi)星信號(hào)提取出來；2. 與脈沖信號(hào)相比可提高測(cè)距精度；3. 便于用 CDMA（碼分多址）技術(shù)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行識(shí)別和處理；4. 便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理。偽距觀測(cè)值：波浪線 = 衛(wèi)星與接收機(jī)真正距離 - （電離層延遲改正 Vion ）- （對(duì)流層延遲改正 Vtrop ） +c* 衛(wèi)星鐘改正數(shù) Vts-c* 接收機(jī)鐘改正數(shù) VtR.至少要觀測(cè)四個(gè)衛(wèi)星才能獲得接收機(jī)位置。精度較低。載波相位測(cè)量：優(yōu)點(diǎn)：精度高缺點(diǎn)：整周模糊度問題（：平方法恢復(fù)的是半波長(zhǎng)的載波，難以確定）；整周跳變問題。1.重建載波（：碼相關(guān)法、平方法、互相關(guān)技術(shù)、Z 跟蹤技術(shù)。）2. 周跳；3. 整周模

11、糊度。載波相位觀測(cè)值=N0+整周計(jì)數(shù)Int +不足整周部分Fr （）。單差、雙差、三差觀測(cè)值：（消除鐘差、整周模糊度等未知參數(shù)。）站間一次差分：在接收機(jī)之間求一次差。站間星間：在接收機(jī)和衛(wèi)星間求二次差。站間、星間、歷元間各求一次：三次差。1. 數(shù)據(jù)利用率低。 （只有同步數(shù)據(jù)才能進(jìn)行差分。 ）2. 引入基線矢量替代了位置矢量。3. 差分觀測(cè)值間有相關(guān)性，使問題復(fù)雜化。4. 解的通用性差，某些參數(shù)無(wú)法求出。周跳與特點(diǎn)： （電源故障或振蕩器本身故障不屬于整周跳變。）產(chǎn)生周跳的原因：1. 障礙物阻擋。2. 接收機(jī)天線運(yùn)動(dòng)。3. 接收衛(wèi)星信號(hào)信噪比低。4. 接收機(jī)衛(wèi)星故障。周跳的特點(diǎn)：1. 全波長(zhǎng)載波相

12、位觀測(cè)值周跳大小為載波波長(zhǎng)的整數(shù)倍。2. 平方法的觀測(cè)值周跳為 k /2.3.如果在歷元T1 與 T2 之間發(fā)生了周跳，從T2 歷元開始的后續(xù)各歷元上整周數(shù)減少了 n 周，曲線會(huì)變得不連續(xù)不規(guī)則，用戶只需將后半段有周跳的曲線平行上移與前半段保持平滑連續(xù)就能完成周跳的修復(fù)。探測(cè)周跳的方法：1. 高次差法：將誤差的量逐次放大。2. 多項(xiàng)式擬合法。3. 雙頻相位擬合法。4. 外部約束法。整周模糊度：確定方法：1. 取整法；2. 置信區(qū)間搜索法。3. FARA法、已知基線法、交換天線法等。意義：1. 獲得高精度定位結(jié)構(gòu)的必要條件；2. 對(duì)作業(yè)效率具有決定性作用?；€解算的過程：1. 求初始解；2. 將

13、整周模糊度固定為整數(shù)； （重點(diǎn)）3. 求固定解。相對(duì)定位的優(yōu)缺點(diǎn)： （與所用的星歷屬同一坐標(biāo)系。）優(yōu)點(diǎn)： 高精度缺點(diǎn)： 至少需要2 臺(tái)接收機(jī)同步觀測(cè)；數(shù)據(jù)處理較麻煩；不能直接獲取絕對(duì)坐標(biāo)。網(wǎng)絡(luò) RTK的組成：1. 基準(zhǔn)站網(wǎng)；2. 數(shù)據(jù)處理中心及數(shù)據(jù)播發(fā)中心；3. 數(shù)據(jù)通信鏈路；4. 用戶。差分 GPS：1. 單點(diǎn)定位。2. 將 GPS單點(diǎn)定位結(jié)果與已知站坐標(biāo)比較。3. 計(jì)算較為簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)傳輸量也少，4. 基準(zhǔn)站與流動(dòng)站需要觀測(cè)相同的一組衛(wèi)星。（不需完全相同，不能完全不同。 ）差分改正數(shù)：1.距離改正數(shù)：基站坐標(biāo)與衛(wèi)星星歷計(jì)算的站星距- 觀測(cè)距離。2. 位置改正數(shù)：接收機(jī)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)確定的觀測(cè)坐標(biāo)與已知坐標(biāo)之差。廣域差分與單站、 局域差分的基本區(qū)別在于： 后兩者將綜合影響播發(fā)給用戶， 前者將誤差分別估算出來播發(fā)給用戶。影響基線解算結(jié)果的因素：1. 基線解算時(shí)所設(shè)定的起點(diǎn)坐標(biāo)不準(zhǔn)確。2. 少數(shù)衛(wèi)星觀測(cè)時(shí)間太短，導(dǎo)致這些衛(wèi)星的整周未知數(shù)無(wú)法準(zhǔn)確確定。3. 周跳探測(cè)、修復(fù)不正確。 （可通過殘差圖判別。 ）4. 觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，多路徑效應(yīng)比較嚴(yán)重，觀測(cè)值的改正數(shù)普遍較大。5. 對(duì)流層或電離層折射影響過大。無(wú)電離層觀測(cè)值進(jìn)行基線解算