GPS測量技術總結(jié)

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)GPS技術測量GPS：是全球定位系統(tǒng)（globalpositioningsystem）的英文縮寫，是隨著現(xiàn)代科學技術發(fā)展起來而建立的新一代精密衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。GPS衛(wèi)星定位測量是利用GPS系統(tǒng)解決大地測量問題的一項空間技術。天球：天球是指以地球質(zhì)心為中心，半徑為無窮大的理想球體。天球赤道面與天球赤道：通過地球質(zhì)心M且垂直于天軸發(fā)的平面稱為天球赤道面，與地球赤道面重合。天球赤道面與天球面的交線稱為天球赤道。天球子午面與天球子午圈：包含天軸的平面稱為天球子午面，與地球子午面重合。天球子午面與天球的交線為一大圓，稱為天球子午圈。天球子午圈被天軸截成的兩個半圓稱為時圈。WGS-84世界大地坐標系：原點是地球質(zhì)心M,Z軸指向BIH1984.0時元定義的協(xié)議地極，X軸指向BIH1984.0時元定義的零子午面與CTP相應的赤道交點，Y軸垂直于XMZ平面，且與Z、X軸構(gòu)成右手系，采用的是地球橢球碼：表示信息的二進制數(shù)及其結(jié)合碼元（比特）：每一位二進制數(shù)成為一個碼元或者一個比特，比特的意思就是二進制數(shù)，它是碼的度量單位，也是信息量的度量單位信號調(diào)制：將低頻信號家在到高頻的載波上的過程。這時原低頻信號稱為調(diào)制，加載信號后的載波叫已調(diào)波。。實現(xiàn)碼信號與載波信號的調(diào)制是通過碼狀態(tài)與載波相乘實現(xiàn)的。信號解調(diào)：從接收到的已調(diào)波中分離出測距碼信號，導航電文以及純凈的載波信號。方法有碼相關解調(diào)技術和平方解調(diào)技術。SA技術：為了限制SPA用戶的定時定位精度，美國政府對GPS工作衛(wèi)星信號的技術，包括：對信號基準頻率的S技術，對導航電文，對P碼譯碼技術衛(wèi)星星歷：是一系列描述衛(wèi)星運動及其軌道的參數(shù)。GPS動態(tài)定位：GPS動態(tài)測量是利用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)實時測量物體的連續(xù)運動狀態(tài)參數(shù)。如果所求的狀態(tài)參數(shù)僅僅是三位坐標參數(shù)，就稱為GPS動態(tài)定位導航：如果所求狀態(tài)參數(shù)不僅包括三維坐標參數(shù)，還包括物體的三維速度，以及時間和方位等參數(shù)，這樣動態(tài)測量稱為導航差分動態(tài)定位（動態(tài)相對定位）：用兩臺GPS接收機，將一臺接收機安設在基準站上固定不動，另一臺接收機安置在運動的載體上，兩臺接收機同步觀測相同的衛(wèi)星，通過在觀測值之間求差，以消除具有相關性的誤差，提高定位精度。而運動點位置是通過確定該點相對基準站的相對位置實現(xiàn)的。LADGPS：在一個較大區(qū)域布設多個基準站以及構(gòu)成基準站網(wǎng)，其中常包括一個或數(shù)個監(jiān)控站，位于該區(qū)域中的用戶根據(jù)多個基準站所提供的改正信息，經(jīng)平差計算后球的用戶站定位改正數(shù)，這種差分GPS定位系統(tǒng)稱為具有多個基準站的局部區(qū)域差分GPS系統(tǒng)WADGPS：在一個相當大的區(qū)域中相對較少的基準站組成差分GPS網(wǎng)，各基準站將求得距離改正數(shù)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理中心，由數(shù)據(jù)處理中心統(tǒng)一處理，將各種GPS觀測誤差源加以區(qū)分，然后再傳遞給用戶，這樣一種系統(tǒng)稱為廣域差分GPS系統(tǒng)同步觀測：兩臺以及兩臺以上的GPS接收機在相同的時間段內(nèi)同時連續(xù)跟蹤相同的衛(wèi)星組。重復基線坐標閉合差：當某條基線被兩個或多個時段觀測時，就構(gòu)成了所謂重復基線坐標閉合差條件。（異步圖形閉合條件和重復基線坐標閉合條件是衡量精度、檢驗粗差和系統(tǒng)差的重要指標）天軸與天極：地球自轉(zhuǎn)的延伸直線為天軸，天軸與天球面的交點稱為天極，交點Pn為北天極，位于北極星附近，Ps為南天極。位于地球北半球的觀測者，因地球遮擋不能看到南天極。大地水準面：如前所述，水準面有無窮多個，其中通過平均海水面的水準面稱為大地水準面。由于大地水準面所包圍的形體稱為大地體。因為大地水準面是水準面之一，故大地水準面具有水準面的所有特性。單差：可在不同衛(wèi)星間、不同歷元間求差或者不同觀測站求取觀測量之差，所得求差結(jié)果當作虛擬觀測值。雙差：對單差觀測值繼續(xù)求差，所得求差結(jié)果仍可以當作虛擬觀測值。三差：對雙差觀測值繼續(xù)求差網(wǎng)絡RTK：多基準站RTK技術也稱網(wǎng)絡RTK技術，是普通RTK方法的改進。坐標正反算公式2

坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換一般情況下，我們使用的是1954年北京坐標系或1980年西安坐標系，而GPS測定的坐標是WGS-84坐標系坐標，需要進行坐標系轉(zhuǎn)換。對于非測量專業(yè)的工作人員來說，雖然GPS定位操作非常容易，但坐標轉(zhuǎn)換則難以掌握，EXCEL是比較普及的電子表格軟件，能夠處理較復雜的數(shù)學運算，用它的公式編輯功能，進行GPS坐標轉(zhuǎn)換，會非常輕松自如。要進行坐標系轉(zhuǎn)換，離不開高斯投影換算，下面分別介紹用EXCEL進行換算的方法和GPS坐標轉(zhuǎn)換方法。2.1

用EXCEL進行高斯投影換算從經(jīng)緯度BL換算到高斯平面直角坐標XY（高斯投影正算），或從XY換算成BL（高斯投影反算），一般需要專用計算機軟件完成，在目前流行的換算軟件中，大都需要一個點一個點地進行，不能成批量地完成，給實際工作中帶來了許多不便。但是，通過實驗發(fā)現(xiàn)，用EXCEL可以很直觀、方便地完成坐標換算工作，只需要在EXCEL的相應單元格中輸入相應的公式即可。下面以54坐標系為例，介紹具體的計算方法。完成經(jīng)緯度BL到平面直角坐標XY的換算。在EXCEL中，選擇輸入公式的起始單元格，例如：第2行第1列（A2格）為起始單元格，各單元格的格式如下：、單元格；單元格內(nèi)容；說明A2；輸入中央子午線，以度.分秒形式輸入，如115度30分則輸入115.30；起算數(shù)據(jù)L0B2；=INT(A2)+(INT(A2*100)-INT(A2)*100)/60+(A2*10000-INT(A2*100)*100)/3600；把L0化成度C2；以度小數(shù)形式輸入緯度值，如38°14′20″則輸入38.1420；起算數(shù)據(jù)BD2；以度小數(shù)形式輸入經(jīng)度值；起算數(shù)據(jù)LE2；=INT(C2)+(INT(C2*100)-INT(C2)*100)/60+(C2*10000-INT(C2*100)*100)/3600；把B化成度F2；=INT(D2)+(INT(D2*100)-INT(D2)*100)/60+(D2*10000-INT(D2*100)*100)/3600；把L化成度G2；=F2-B2；L-L0H2；=G2/57.23；化作弧度I2；=TAN(RADIANS(E2))；Tan(B)J2；=COS(RADIANS(E2))；COS(B)K2；=0.5*J2*J2L2；=I2*I2M2；=1+K2N2；=.9018/SQRT(M2)O2；=H2*H2*J2*J2P2；=I2*J2Q2；=P2*P2R2；=(32005.78006+Q2*(133.92133+Q2*0.7031))S2；=.49686*E2/57.-P2*J2*R2+((((L2-58)*L2+61)*O2/30+(4*K2+5)*M2-L2)*O2/12+1)*N2*I2*O2/2計算結(jié)果XT2；=((((L2-18)*L2-(58*L2-14)*K2+5)*O2/20+M2-L2)*O2/6+1)*N2*(H2*J2)計算結(jié)果Y按上面表格中的公式輸入到相應單元格后，就可方便地由經(jīng)緯度求得平面直角坐標。當輸入完所有的經(jīng)緯度后，用鼠標下拉即可得到所有的計算結(jié)果。表中的許多單元格公式為中間過程，可以用EXCEL的列隱藏功能把這些沒有必要顯示的列隱藏起來，表面上形成標準的計算報表，使整個計算表簡單明了。從理論上講，可計算的數(shù)據(jù)量是無限的，當?shù)谝淮屋斎牍胶?，相當于自己完成了一軟件的編制，可另存起來供今后重復使用?.2

GPS坐標轉(zhuǎn)換方法GPS所采用的坐標系是美國國防部1984世界坐標系，簡稱WGS-84，它是一個協(xié)議地球參考系，坐標系原點在地球質(zhì)心。GPS的測量結(jié)果與我國的54系或80系坐標相差幾十米至一百多米，隨區(qū)域不同，差別也不同。由此可見，必須將WGS-84坐標進行坐標系轉(zhuǎn)換才能供標圖使用。坐標系之間的轉(zhuǎn)換一般采用七參數(shù)法或三參數(shù)法，其中七參數(shù)為X平移、Y平移、Z平移、X旋轉(zhuǎn)、Y旋轉(zhuǎn)、Z旋轉(zhuǎn)以及尺度比參數(shù)，若忽略旋轉(zhuǎn)參數(shù)和尺度比參數(shù)則為三參數(shù)方法，三參數(shù)法為七參數(shù)法的特例。這里的X、Y、Z是空間大地直角坐標系坐標，原理是：不把GPS所測定的WGS-84坐標當作WGS-84坐標，而是當作具有一定系統(tǒng)性誤差的54系坐標值，然后通過國家已知點糾正，消除該系統(tǒng)誤差。下面以WGS-84坐標轉(zhuǎn)換成54系坐標為例，介紹數(shù)據(jù)處理方法：首先，在測區(qū)附近選擇一國家已知點，在該已知點上用GPS測定WGPS-84坐標系經(jīng)緯度B和L，把此坐標視為有誤差的54系坐標，利用54系EXCEL將經(jīng)緯度BL轉(zhuǎn)換成平面直角坐標X’Y’，然后與已知坐標比較則可計算出偏移量：X=X－X’△Y=Y－Y’式中的X、Y為國家控制點的已知坐標，X’、Y’為測定坐標，△X和△Y為偏移量。求得偏移量后，就可以用此偏移量糾正測區(qū)內(nèi)的其他測量點了。把其他GPS測量點的經(jīng)緯度測量值，轉(zhuǎn)換成平面坐標X’Y’，在此XY坐標值上直接加上偏移值就得到了轉(zhuǎn)換后的54系坐標：X=X’+△XY=Y’+△Y在上述EXCEL計算表的最后兩列，附加上求得的改正數(shù)并分別與計算出來的XY相加后，即得到轉(zhuǎn)換結(jié)果。就1：1萬比例尺成圖而言，在一般的縣行政區(qū)范圍內(nèi)（如40Km×40Km），用此簡單的坐標改正法進行轉(zhuǎn)換與較復雜的七參數(shù)法沒有多大差別。能否滿足1：1萬比例尺變更調(diào)查的要求，主要取決于GPS接收機本身的精度，與轉(zhuǎn)換方法的選擇關系不大。當面積較大時，使用該方法可能會使誤差增大，這時可考慮分區(qū)域轉(zhuǎn)換。西安80坐標系與北京54坐標系其實是一種橢球參數(shù)的轉(zhuǎn)換作為這種轉(zhuǎn)換在同一個橢球里的轉(zhuǎn)換都是嚴密的，而在不同的橢球之間的轉(zhuǎn)換是不嚴密，因此不存在一套轉(zhuǎn)換參數(shù)可以全國通用的，在每個地方會不一樣，因為它們是兩個不同的橢球基準。那么，兩個橢球間的坐標轉(zhuǎn)換，一般而言比較嚴密的是用七參數(shù)布爾莎模型，即

X

平移，

Y

平移，

Z

平移，

X

旋轉(zhuǎn)（WX），

Y

旋轉(zhuǎn)（WY），

Z

旋轉(zhuǎn)（WZ），尺度變化（DM

）。要求得七參數(shù)就需要在一個地區(qū)需要

3

個以上的已知點。如果區(qū)域范圍不大，最遠點間的距離不大于

30Km（經(jīng)驗值

）

，這可以用三參數(shù)，即

X

平移，

Y

平移，

Z

平移，而將

X

旋轉(zhuǎn)，

Y

旋轉(zhuǎn)，

Z

旋轉(zhuǎn)，尺度變化面DM視為

0

。

方法如下（MAPGIS平臺中）：

第一步：向地方測繪局（或其它地方）找本區(qū)域三個公共點坐標對（即54坐標x，y，z和80坐標x，y，z）；第二步：將三個點的坐標對全部轉(zhuǎn)換以弧度為單位。（菜單：投影轉(zhuǎn)換/輸入單點投影轉(zhuǎn)換，計算出這三個點的弧度值并記錄下來）第三步：求公共點求操作系數(shù)（菜單：投影轉(zhuǎn)換/坐標系轉(zhuǎn)換）。如果求出轉(zhuǎn)換系數(shù)后，記錄下來。

第四步：編輯坐標轉(zhuǎn)換系數(shù)。（菜單：投影轉(zhuǎn)換/編輯坐標轉(zhuǎn)換系數(shù)。）最后進行投影變換，“當前投影”輸入80坐標系參數(shù)，“目的投影”輸入54坐標系參數(shù)。進行轉(zhuǎn)換時系統(tǒng)會自動調(diào)用曾編輯過的坐標轉(zhuǎn)換系數(shù)。3

結(jié)論在使用GPS測量中，外業(yè)的觀測簡單、快捷，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的計算可以通過相應的軟件直接得到WGS-84的坐標。為了將其轉(zhuǎn)換為常用的BJ-54或XA-80坐標，常常使測量人員比較棘手。本文論述了用EXCEL進行坐標轉(zhuǎn)換的方法，在小測區(qū)面積范圍內(nèi)可以直接使用，在大測區(qū)面積范圍內(nèi)分區(qū)使用，給測量的計算帶來了很大的方便。3、GPS星座的基本參數(shù)24顆衛(wèi)星分布在六個等間隔的軌道上，軌道面相對赤道面的傾角為55度，每個軌道面上有4顆衛(wèi)星，衛(wèi)星軌道為圓形，運行周期為11小時58分，6、GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分——GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分——地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設備部分——GPS信號接收機。7、工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括:1個主控站、3個注入站和5個監(jiān)測站。9、歲差、章動地球接近于一個赤道隆起的橢球體，在日月和其它天體引力對地球隆起部分的作用下，地球在繞太陽運行時，自轉(zhuǎn)軸方向不再保持不變，25800年繞黃極一周,從而使春分點在黃道上產(chǎn)生緩慢西移，此現(xiàn)象在天文學上稱為歲差。在日月引力等因素的影響下，瞬時北天極將繞瞬時平北天極產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，軌跡大致為橢圓。10、GPS常用坐標系WGS-84大地坐標系、國家大地坐標系、地方獨立坐標系、ITRF坐標框架14、二體問題、衛(wèi)星的受攝運動、瞬時軌道參數(shù)忽略所有的攝動力，僅考慮地球質(zhì)心引力研究衛(wèi)星相對于地球的運動，在天體力學中，稱之為二體問題。對于衛(wèi)星精密定位來說，必須考慮地球引力場攝動力、日月攝動力、大氣阻力、光壓攝動力、潮汐攝動力對衛(wèi)星運動狀態(tài)的影響?？紤]了攝動力作用的衛(wèi)星運動稱為衛(wèi)星的受攝運動。受攝運動的軌道參數(shù)不再保持為常數(shù)，而是隨時間變化的軌道參數(shù)。瞬時軌道參數(shù)：衛(wèi)星在地球質(zhì)心引力和各種攝動力總的影響下的軌道參數(shù)稱為瞬時軌道參數(shù)；衛(wèi)星運動的真實軌道稱為衛(wèi)星的攝動軌道或瞬時軌道。瞬時軌道不是橢圓，軌道平面在空間的方向也不是固定不變的。在人造地球衛(wèi)星所受的攝動力中，地球引力場攝動力最大，約為10-3量級，其他攝動力大多小于或接近于是10-6量級。這些攝動力引起衛(wèi)星位置的變化，引起軌道參數(shù)的變化。15、預報星歷、星歷、參考星歷：又叫廣播星星歷包括相對某一參考歷元的開普勒軌道參數(shù)和必要的軌道攝動改正項參數(shù)。衛(wèi)星星歷：是一組對應某一時刻的軌道參數(shù)及其變率。參考星歷：相應參考歷元的衛(wèi)星開普勒軌道參數(shù)，是根據(jù)GPS監(jiān)測站約1周的監(jiān)測資料推算的。16、GPS用戶通過衛(wèi)星廣播星歷的參數(shù)共16個包括1個參考時刻6個相應參考時刻的開普勒軌道參數(shù)和9個反映攝動力影響的參數(shù)。17、后處理星歷:是一些國家的某些部門根據(jù)各自建立的跟蹤站所獲得的精密觀測資料，應用與確定預報星歷相似的方法，計算的衛(wèi)星星歷。18、導航電文導航電文：是包含有關衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星工作狀態(tài)、時間系統(tǒng)、衛(wèi)星鐘運行狀態(tài)、軌道攝動改正、大氣折射改正和由C/A碼捕獲P碼等導航信息的數(shù)據(jù)碼（或D碼）。23、接收機的組成接收機天線單元、接收機主機單元、電源26、依據(jù)測距的原理，其定位原理與方法主要有：偽距法定位載波相位測量定位差分技術27、偽距測量偽距法定位：由GPS接收機在某一時刻測出得到四顆以上GPS衛(wèi)星的偽距以及已知的衛(wèi)星位置，采用距離交會的方法求定接收機天線所在點的三維坐標。偽距：就是由衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達GPS接收機的傳播時間乘以光速所得出的量測距離。由于衛(wèi)星鐘、接收機鐘的誤差以及無線電信號經(jīng)過電離層和對流層中的延遲，實際測出的距30、整周未知數(shù)的確定:1.偽距法2.將整周未知數(shù)當做平差中的待定參數(shù)—經(jīng)典方法3.多普勒法(三差法)4.快速確定整周未知數(shù)法31、周跳：周跳:如果在跟蹤衛(wèi)星過程中，由于某種原因，如衛(wèi)星信號被障礙物擋住而暫時中斷，或受無線電信號干擾造成失鎖。這樣，計數(shù)器無法連續(xù)計數(shù)。因此，當信號重新被跟蹤后，整周計數(shù)就不正確，但是不到一個整周的相位觀測值仍是正確的。周跳的出現(xiàn)和處理是載波相位測量中的重要問題。32、GPS絕對定位、相對定位33、一次差：將觀測值直接相減的過程叫做求一次差。34、二次差:對載波相位觀測值的一次差分觀測值繼續(xù)求差，所得結(jié)果仍可以被當作虛擬觀測值，叫做載波相位觀測值的二次差或雙差。35、三次差:對二次差繼續(xù)求差稱為求三次差.所得結(jié)果叫作載波相位觀測值的三次差或三差.36、GPS定位中，存在著三部分誤差：40、RTK技術載波相位差分技術又稱RTK(RealTimeKinematic)技術，是實時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法。46、GPS動態(tài)定位主要方法單點動態(tài)定位它是用安設在一個運動載體上的GPS信號接收機，自主地測得該運動載體的實時位置，從而描繪出該運動載體的運動軌跡。所以單點動態(tài)定位又叫絕對動態(tài)定位。例如，行駛的汽車和火車，常用單點動態(tài)定位。實時差分動態(tài)定位它是用安設在一個運動載體上的GPS信號接收機，及安設在一個基準站上的另一臺GPS接收機，聯(lián)合測得該運動載體的實時位置，從而描繪出該運動載體的運行軌跡，故差分動態(tài)定位又稱為相對動態(tài)定位。飛機著陸和船艦進港后處理差分動態(tài)定位在運動載體和基準站之間，不必像實時差分動態(tài)定位那樣建立實時數(shù)據(jù)傳輸，而是在定位觀測以后，對兩臺GPS接收機所采集的定位數(shù)據(jù)進行測后的聯(lián)合處理，從而計算出接收機所在運動載體在對應時間上的坐標位置。51、多路徑誤差在GPS測量中，如果測站周圍的反射物所反射得衛(wèi)星信號（反射波）進入接收機天線，這就將和直接來自衛(wèi)星的信號（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使觀測值偏離真值產(chǎn)生所謂的“多路徑效應”。52、53、與衛(wèi)星有關的誤差衛(wèi)星星歷差、衛(wèi)星鐘誤差、相對論效應54、廣播星歷、實測星歷

：是衛(wèi)星電文中攜帶的主要信息。

實測星歷：它是根據(jù)實測資料進行擬合處理而直接得出的星歷。55、解決星歷誤差的方法:

1）建立自己的衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)獨立定軌;2）軌道松馳法;3）同步觀測值法.56、衛(wèi)星鐘的鐘誤差模型改正衛(wèi)星鐘的鐘差包括由鐘差、頻偏、頻漂等產(chǎn)生的誤差，也包含鐘的隨機誤差。

經(jīng)改正后，各衛(wèi)星鐘之間的同步差可保持在20ns以內(nèi)，由此引起的等效距離偏差不會超過6m，衛(wèi)星鐘差和經(jīng)改正后的殘余誤差，則需采用在接收機間求一次差等方法來進一步消除它。57、與接受機有關的誤差接收機鐘誤差、接收機位置誤差、天線相應中心位置誤差、幾何圖形強度誤差接收機的位置誤差與天線相位中心誤差接收機天線相位中心相對觀測標石中心位置的誤差，叫接收機位置誤差。觀測時相位中心的瞬時位置（一般稱相位中心）與理論上的相位中心將有所不同，這種差別叫天線相位中心的位置偏移。59、GPS網(wǎng)技術設計的依據(jù):GPS測量規(guī)范(規(guī)程)和測量任務書60、GPS網(wǎng)圖形構(gòu)成的幾個基本概念①觀測時段：測站上開始接收衛(wèi)星信號到觀測停止，連續(xù)工作的時間段，簡稱時段。②同步觀測：兩臺或兩臺以上接收機同時對同一組衛(wèi)星進行的觀測。③同步觀測環(huán)：三臺或三臺以上接收機同步觀測獲得的基線向量所構(gòu)成的閉合環(huán)，簡稱同步環(huán)。④獨立觀測環(huán)：由獨立觀測所獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)，簡稱獨立環(huán)。⑤異步觀測環(huán)：在構(gòu)成多邊形環(huán)路的所有基線向量中，只要有非同步觀測基線向量，則該多