GPS測量原理及其應(yīng)用教案

第1次課日期 周次 星期 學(xué)時一、教學(xué)目的：使學(xué)生了解GPS定位系統(tǒng)的歷史,把握GPS的組成。二、教學(xué)內(nèi)容：1。1GPS定位系統(tǒng)的歷史(1〕早期的衛(wèi)星定位技術(shù)(多普勒定位)系統(tǒng)及其缺陷GPS全球定位系統(tǒng)的建立1。2GPS的組成GPS系統(tǒng)包括三大局部：空間局部—GPS衛(wèi)星星座；地面把握局部—地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備局部-GPS信號接收機(jī)。3GPSGPSGPSGPS三、重點難點:難點:衛(wèi)星運動理論根底。四、作業(yè)與試驗：1GPSGPSGPSGPSGPS第2次課日期 周次 星期 學(xué)時一、教學(xué)目的：本節(jié)主要介紹天球坐標(biāo)系、地球坐標(biāo)系和衛(wèi)星測量中常用的坐標(biāo)系的建立方法。二、教學(xué)內(nèi)容：天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系(2〕天球球面坐標(biāo)系的定義(3〕地球直角坐標(biāo)系的定義〔4〕地球大地坐標(biāo)系的定義站心赤道直角坐標(biāo)系與站心地平直角坐標(biāo)系(2〕站心地平直角坐標(biāo)系〔3)站心地平極坐標(biāo)系。3〔1〕瞬時極天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系〔2)固定極天球坐標(biāo)系——平天球坐標(biāo)系固定極地球坐標(biāo)系-—平地球坐標(biāo)系坐標(biāo)系的兩種定義方式與協(xié)議坐標(biāo)系WGS—84國家大地坐標(biāo)系坐標(biāo)原點：前蘇聯(lián)的普爾科沃.存在問題：(1〕橢球參數(shù)有較大誤差。(2〕參考橢球面與我國大地水準(zhǔn)面存在著自西向東明顯的系統(tǒng)性傾斜?！?〕幾何大地測量和物理大地測量應(yīng)用的參考面不統(tǒng)一?！?)定向不明確。坐標(biāo)原點:陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。參考橢球:1975年國際橢球。特點：承受1975年國際橢球.參心大地坐標(biāo)系是在1954年北京坐標(biāo)系根底上建立起來的。橢球面同似大地水準(zhǔn)面在我國境內(nèi)最為密合，是多點定位。定向明確。大地原點地處我國中部.1954(BJ54〕1980〔GDZ80〕轉(zhuǎn)換得來的。參考橢球：克拉索夫斯基橢球。BJ54的特點:(1〕承受克拉索夫斯基橢球。GDZ80BJ54舊建立起來的參心坐標(biāo)系。承受多點定位.但橢球面與大地水準(zhǔn)面在我國境內(nèi)不是最正確擬合。定向明確。大地原點與GDZ80一樣，但大地起算數(shù)據(jù)不同。大地高程基準(zhǔn)承受1956年黃海高程?！?)BJ54BJ54三、重點難點:重點：各種坐標(biāo)系的定義和相互關(guān)系；難點:各種坐標(biāo)系定義和本質(zhì)的理解。四、作業(yè)與試驗：、GPS第3次課日期 周次 星期 學(xué)時一、教學(xué)目的：本節(jié)主要介紹天球坐標(biāo)系、地球坐標(biāo)系和衛(wèi)星測量中常用的坐標(biāo)系的建立方法。二、教學(xué)內(nèi)容：。62〕不同大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換〔3〕大地坐標(biāo)系和空間大地直角坐標(biāo)系的換算2.7ST計量時間單位：恒星日、恒星小時、恒星分、恒星秒;=86400分類：真恒星時和平恒星時。MT計量時間單位：平太陽日、平太陽小時、平太陽分、平太陽秒；=24=1440=86400陽時.UTUT。IAT原子時的尺度標(biāo)準(zhǔn)：國際制秒〔SI)原子時的原點由下式確定:AT=UT2—0.0039(s〕UTCUTC則要求盡可量與世界時接近。協(xié)調(diào)時與國際原子時之間的關(guān)系，如下式所示：IAT=UTC+1s×n 〔n為調(diào)整參數(shù)〕GPSTGPSTGPSTIAT19s。三、重點難點：難點：各種坐標(biāo)系定義和本質(zhì)的理解。四、作業(yè)與試驗：WGS-84第4次課日期 周次 星期 學(xué)時一、教學(xué)目的：使學(xué)生了解與衛(wèi)星運動有關(guān)的幾個根本概念和衛(wèi)星的根本運動規(guī)律。二、教學(xué)內(nèi)容：第三章衛(wèi)星運動根底及GPS概述1。作用在衛(wèi)星上力大氣光壓,地球潮汐力等.110—5。2.二體問題3。衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星軌道參數(shù)衛(wèi)星在空間運行的軌跡稱為衛(wèi)星軌道。4。無攝運動和無攝軌道無攝運動的衛(wèi)星軌道稱為無攝軌道。衛(wèi)星的無攝運動3。2.1Ω-—升交點赤經(jīng)。i——軌道面傾角。ω——近地點角距。M-—平近點角。5。3。2.23.2。3三、重點難點：難點：名詞定義的理解，二體問題的運動方程及求解。四、作業(yè)與試驗：1、任意時刻的衛(wèi)星位置及其運動速度可有哪幾個元素唯一地確定？第5次課日期 周次 星期 學(xué)時一、教學(xué)目的：使學(xué)生把握GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文和衛(wèi)星信號。二、教學(xué)內(nèi)容：4.1GPS4.1.1〔TLW，TelemetryWord)遙測碼位于各子幀的開頭,它用來說明衛(wèi)星注入數(shù)據(jù)的狀態(tài)，以次指示用戶是否選用該顆衛(wèi)星。。1.2〔HOW,HandOverWord)C/A24X1〔1。5〕重復(fù)數(shù)。。3改正;②星期序號;③衛(wèi)星安康狀況；④數(shù)據(jù)齡期；⑤衛(wèi)星時鐘改正系數(shù)等。。1.423GPS算衛(wèi)星運動位置的信息。。1.5第三數(shù)據(jù)塊包括第4和第5兩個子幀,其內(nèi)容包括了全部GPS衛(wèi)星的歷書數(shù)據(jù)。GPS波、測距碼和數(shù)據(jù)碼。。2.1PRN，01的編碼規(guī)章。三、重點難點:GPS難點：偽隨機(jī)噪聲碼的產(chǎn)生及特性。四、作業(yè)與試驗:無第6次課日期 周次 星期 學(xué)時一、教學(xué)目的：使學(xué)生把握GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文和衛(wèi)星信號.二、教學(xué)內(nèi)容:4.3GPS衛(wèi)星位置的計算(ntk觀測時刻衛(wèi)星平近點角Mk的計算EkVk

的計算升交距角Φk的計算攝動改正項δu,δr，δi的計算r

ik k k〔9)計算衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系的坐標(biāo)觀測時刻升交點經(jīng)度Ωk的計算計算衛(wèi)星在地心固定坐標(biāo)系中的直角坐標(biāo)衛(wèi)星在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)計算。4GPS。4.1GPS。4。2GPS組成。三、重點難點：GPS四、作業(yè)與試驗：無第7、8次課日期 周次 星期 學(xué)時一、教學(xué)目的:介紹偽距測量和載波相位測量的根本原理。二、教學(xué)內(nèi)容：第五章GPS5.1GPS上是將衛(wèi)星作為動態(tài)空間點,利用距離交會的原理確定接收機(jī)的三維位置.GPS〔1)L1〔2〕L2〔3)調(diào)制在L1C/A-code(5〕Dopple5。2衛(wèi)星鐘的誤差及大氣傳播誤差，故稱為偽距。20PP25。2。1接收機(jī)至衛(wèi)星的距離借助于衛(wèi)星放射的碼信號量測并計算得到的；接收機(jī)本身按同一公式復(fù)制碼信號；比較本機(jī)碼信號及到達(dá)的碼信號確定傳播延遲的時間Δt；。。2偽距定位根本觀測方程：Ct考慮電離層、對流層、鐘差影響有: ct ctj1 2 k5.35。3.11/100，載波波長〔L1=19cm,L2=24cm〕C/A(C/AP〕定位高得多的成果精度。載波相位根本觀測方程：j(t) NJ 〔初始相位觀測值〕k 0 0 0j(t)j(tj(tNJInt() 〔t時刻相位觀測值〕k i k i k i 0 i5.3.3GPSGPS三、重點難點：GPS四、作業(yè)與試驗：1、簡述載波相位測量的根本原理.第9次課日期 周次 星期 學(xué)時一、教學(xué)目的：使學(xué)生把握GPS測量的誤差來源及其影響。二、教學(xué)內(nèi)容：。1GPSGPS(2)信號傳播誤差：電離層延時，對流層延時，多路徑效應(yīng)?！?)觀測及接收設(shè)備誤差：接收機(jī)鐘差,接收機(jī)噪聲，天線相位中心誤差，天線安置誤差。SA6.26。36。4差和載波相位觀測的整周不定性影響.6。56。5。16。5.2三、重點難點：GPSGPS四、作業(yè)與試驗:1、爭論：如何應(yīng)用原始觀測量的非差分模型，進(jìn)展高精度定位爭論?第10、11日期 周次 星期 學(xué)時一、教學(xué)目的：GPSGPS測量技術(shù)設(shè)計書的編寫。二、教學(xué)內(nèi)容：第七章GPS測量的設(shè)計與實施7.1GPS。1.1GPS1.GPS1《全球定位系統(tǒng)〔GPS〕(2．測量任務(wù)書。1.2GPS。1。3GPS基準(zhǔn)設(shè)計的定義：GPSGPSGPS方位基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)?；鶞?zhǔn)設(shè)計應(yīng)考慮的幾個問題:〔1)應(yīng)在地面坐標(biāo)系中選定起算數(shù)據(jù)和聯(lián)測原有地方把握點假設(shè)干個,用以轉(zhuǎn)換坐標(biāo)。GPS測外,對它們也要適當(dāng)?shù)貥?gòu)成長邊圖形。聯(lián)測的高程點需均勻分布于網(wǎng)中,對丘陵或山區(qū)聯(lián)測高程點應(yīng)按高程擬合曲面的要求進(jìn)展布設(shè)。。1.4GPS7。2GPS測區(qū)踏勘測區(qū)踏勘主要了解以下狀況:布狀況;6、當(dāng)?shù)仫L(fēng)俗民情。資料收集的資料;4、城市及鄉(xiāng)、村行政區(qū)劃表。設(shè)備、器材籌備及人員組織設(shè)備、器材籌備及人員組織包括以下內(nèi)容：123、籌備施工器的投資預(yù)算.擬定外業(yè)觀測打算GPS(3〕參與作業(yè)的接收機(jī)數(shù)量；2．觀測打算的主要內(nèi)容：GPS(3〕選擇最正確觀測時斷；〔4〕觀測區(qū)域的設(shè)計與劃分;8-6.設(shè)計GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)的聯(lián)測方案GPS網(wǎng)中至少要重合觀測三個以上的地面把握點作為約束點。GPS技術(shù)設(shè)計書編寫1.任務(wù)來源及工作量;GPS點數(shù)、約束點數(shù)、水準(zhǔn)點數(shù)、檢查點數(shù)〕;GPS2。測區(qū)概況理;測區(qū)的地形及氣候狀況；測區(qū)把握點的分布及對把握點分析、利用和評價。布網(wǎng)方案4。選點與埋標(biāo)5。觀測6.數(shù)據(jù)處理度的評定指標(biāo).7。完成任務(wù)的措施要求措施具體,方法牢靠，能在實際工作中貫徹執(zhí)行.三、重點難點:；2.GPS；3.GPS量的圖形設(shè)計。GPS四、作業(yè)與試驗：GPS第12次課日期 周次 星期 學(xué)時一、教學(xué)目的：GPS測量數(shù)據(jù)處理方法及步驟.二、教學(xué)內(nèi)容：第八章GPS測量數(shù)據(jù)處理8.1GPS假設(shè)采樣間隔為20201804GPSGPS數(shù)據(jù)的基線向量解算、GPSGPS階段。8。1。18.1。28.1。3一步消退傳播延遲改正以及對接收機(jī)鐘差重評估等問題.基線處理完成后應(yīng)對其結(jié)果作以下分析和檢核：11％L12mm1cm成功.2、基線向量環(huán)閉合差的計算及檢核。由同時段的假設(shè)干基線向量組成的同步環(huán)和不〔以GPSGPS3、基線長度的精度基線處理后基線長度中誤差應(yīng)在標(biāo)稱精度值內(nèi).多數(shù)接收機(jī)的基線長度標(biāo)稱精度為5～1±1～2ppm·D(mm。保相對定位結(jié)果的精度。當(dāng)基線長度增長時,雙頻接收機(jī)消退電離層的影響將明顯優(yōu)于單頻接收機(jī)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果。4、雙差固定解與雙差實數(shù)解N確定為整數(shù)在進(jìn)一步平差時不作為未知數(shù)求解時,這樣的結(jié)果稱為雙差固定解。短基線狀況下可以準(zhǔn)確確定整周未知數(shù)，因而其解算結(jié)果優(yōu)于實數(shù)解,但兩者之間的基線向量〔5cm雙差實數(shù)解為佳。。2。2.1GPSGPS基線向量網(wǎng)的無約束平差常用的是三維無約束平差法.GPSWGS-84GPS〔WGS—84〕作為網(wǎng)平差時的位置基準(zhǔn)；其次種方法是網(wǎng)中無高級GPS自由網(wǎng)基準(zhǔn)。二維約束平差實際應(yīng)用中以國家(或地方〕坐標(biāo)系的一個點和一個基線的方向作為起算GPS〔或地方〕坐標(biāo)系的二維平面〔或球面〕上,然后在國家〔或地方〕GPSGPS數(shù)和剩余定向差參數(shù)。8.2.3GPS當(dāng)?shù)孛婢W(wǎng)除了數(shù)據(jù)(點坐標(biāo)，邊長和方位角〕以外