GPS定位原理課件

第一章GPS衛(wèi)星定位原理一、衛(wèi)星定位技術(shù)發(fā)展的回顧二、GPS定位系統(tǒng)的組成三、GPS定位的觀測(cè)方程四、GPS衛(wèi)星測(cè)量的誤差來源五、差分法載波相位測(cè)量和觀測(cè)的線性組合

1ppt課件.一、衛(wèi)星定位技術(shù)發(fā)展的回顧人類從直立并漫游世界時(shí)就開始尋找一種簡單方式確定他所在位置和方向。如：堆石頭做標(biāo)記，但可能遭到雨水破壞；在開始探索海洋時(shí)，星星是唯一能依靠的東西，但僅能在晴朗的夜晚進(jìn)行，且由于距離太遠(yuǎn)使其無論在何處看起來都一樣，故需要精確的量測(cè)（早期天體導(dǎo)航的誤差可達(dá)幾百米至幾千米）。

衛(wèi)星定位技術(shù)是利用人造地球衛(wèi)星進(jìn)行點(diǎn)位測(cè)量的。五十年代美國國家大地測(cè)量局。開始利用衛(wèi)星幾何光學(xué)觀測(cè)法和衛(wèi)星軌道跟蹤法建立全球衛(wèi)星網(wǎng)和全球地心坐標(biāo)系，建立了一個(gè)由45個(gè)點(diǎn)組成的全球三角網(wǎng)。前蘇聯(lián)和若干歐洲國家也作了類似的工作。六十年代美國還完成了多普勒衛(wèi)星定位系統(tǒng)---海軍子午導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)（NNSS）的布設(shè)，并于1968年向民用開放。前蘇聯(lián)也建立了一個(gè)由12顆所謂宇宙衛(wèi)星組成的叫做CICADA系統(tǒng)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，自此揭開了衛(wèi)星定位的新篇章。接著美國在七十年代又開始研制第二代衛(wèi)星定位系統(tǒng)---全球定位系統(tǒng)（GPS）。2ppt課件.

進(jìn)入八十年代，GPS得到了全面的發(fā)展。它的定位精度非常高，在大地測(cè)量和地球動(dòng)力學(xué)中獲得了日益廣泛的應(yīng)用。俄羅斯、法國和德國也相繼研制了GLONASS、DORIS和PRARE系統(tǒng)。GLONASS系統(tǒng)定位原理與GPS系統(tǒng)相類似。DORIS為地基系統(tǒng)，其建立的主要目的用于美、法合作的海洋計(jì)劃TOPEX/POSEIDON的精密定軌，也用于絕對(duì)與相對(duì)定位以及監(jiān)測(cè)地殼運(yùn)動(dòng)。PRARE（PreciseRangeAndRange-rateEquipment）為一種精密雙向、雙頻（S/X帶）衛(wèi)星跟蹤系統(tǒng)，它可以測(cè)定時(shí)鐘參數(shù)、軌道根數(shù)、站坐標(biāo)和地球自轉(zhuǎn)參數(shù)。

進(jìn)入九十年代,空間定位技術(shù)群更是得到了空前的發(fā)展,GLONASS系統(tǒng)正式投入運(yùn)行，西歐歐洲空間局(ESA)開始籌建NAVSAT,NAVSAT是由6顆地球同步衛(wèi)星(GEO)和12顆高橢圓軌道衛(wèi)星(HEO)組成的混合衛(wèi)星星座.可實(shí)現(xiàn)全天候、實(shí)時(shí)導(dǎo)航和定位。日本也在積極籌劃建立日本的多功能衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)(MSAS)。

國際移動(dòng)衛(wèi)星組織(原名國際海事衛(wèi)星組織,簡稱INMARSAT)是提供全球通信的國際間合作組織,中國是INMARSAT的創(chuàng)始成員國之一.該組織可通過所屬的通信衛(wèi)星，提供全球移動(dòng)通信服務(wù)。3ppt課件.國際海事衛(wèi)星組織，計(jì)劃對(duì)其第三代衛(wèi)星INMARSATIII進(jìn)行改進(jìn)，使其具有轉(zhuǎn)發(fā)GPS/GLONASS導(dǎo)航信息的能力。國際民航組織（ICAO）為了打破一兩個(gè)國家獨(dú)霸衛(wèi)星定位的被動(dòng)局面,計(jì)劃組建民用的GNSS系統(tǒng),在2000年以前,建成與完善由GPS+GLONASS+INMARSAT+GAIT+RAIM組成的混合系統(tǒng)。其中GAIT為地面增強(qiáng)和完好式監(jiān)視系統(tǒng),RAIM為機(jī)載獨(dú)立完善監(jiān)控系統(tǒng).混合系統(tǒng)建成之后,ICAO將允許在某特定空域內(nèi),將GNSS作為單一的導(dǎo)航手段運(yùn)行.2000年以后，ICAO將組建純民用GNSS系統(tǒng),建成后,GNSS將擁有30顆衛(wèi)星作為其第一代全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),這一系統(tǒng)不僅能提供與GPS和GLONASS系統(tǒng)類似的導(dǎo)航定位功能。,還能同時(shí)具有全球衛(wèi)星移動(dòng)通信的能力。這一組合導(dǎo)航系統(tǒng)的開發(fā)，全球?qū)⑿纬蒅PS/GLONASS/GNSS/INMARSAT等多種衛(wèi)星定位系統(tǒng)的多元化的空間資源環(huán)境。這將從根本上改變對(duì)單一系統(tǒng)的依賴，使衛(wèi)星定位技術(shù)的所有權(quán)、控制權(quán)和運(yùn)營權(quán)實(shí)行國際化，到那時(shí)衛(wèi)星定位技術(shù)才能成為能夠使人們完全放心使用的空間定位系統(tǒng)。

返回4ppt課件.二、GPS定位系統(tǒng)的組成GPS定位技術(shù)是利用高空中的GPS衛(wèi)星，向地面發(fā)射L波段的載頻無線電測(cè)距信號(hào)，由地面上用戶接收機(jī)實(shí)時(shí)地連續(xù)接收，并計(jì)算出接收機(jī)天線所在的位置。因此，GPS定位系統(tǒng)是由以下三個(gè)部分組成：（1）GPS衛(wèi)星星座（空間部分）（2）地面監(jiān)控系統(tǒng)（地面控制部分）（3）GPS信號(hào)接收機(jī)（用戶設(shè)備部分）。這三部分有各自獨(dú)立的功能和作用，對(duì)于整個(gè)全球定位系統(tǒng)來說，它們都是不可缺少的。5ppt課件.6ppt課件.（一）GPS衛(wèi)星和星座自1978年2月22日第一顆GPS試驗(yàn)衛(wèi)星（PRN4）入軌運(yùn)行之后，到1985年10月9日最后一顆GPS試驗(yàn)衛(wèi)星入軌運(yùn)行為止，總共發(fā)射了11顆GPS試驗(yàn)衛(wèi)星（BlockI），其中由于發(fā)射故障以及衛(wèi)星入軌后出現(xiàn)的故障，實(shí)際上只有部分GPS試驗(yàn)衛(wèi)星能夠正常工作。后來為了完善GPS定位系統(tǒng)的功能，又研制并陸續(xù)發(fā)射了BlockII和BlockIIA型GPS工作衛(wèi)星。第一顆GPS工作衛(wèi)星（PRN14）是于1989年2月14日發(fā)射，于1996年9月12日發(fā)射了第27顆GPS工作衛(wèi)星（BlockIIA，PRN30），其中有2顆衛(wèi)星因?yàn)楣收隙荒苷９ぷ鳎灿?jì)有25顆GPS工作衛(wèi)星構(gòu)成了完整的GPS工作衛(wèi)星星座，達(dá)到“全星座狀態(tài)”，同時(shí)所有的GPS試驗(yàn)衛(wèi)星停止工作，退出歷史舞臺(tái)。并且為了以后進(jìn)一步發(fā)展的需要，將采用更為先進(jìn)的BlockIIR和BlockIIF型衛(wèi)星。7ppt課件.8ppt課件.目前覆蓋全球的“GPS全星座”，使得在地球上任何地方可以同時(shí)觀測(cè)到4-12顆高度角15以上的衛(wèi)星。GPS衛(wèi)星分布在6個(gè)近圓形軌道面，高度在地面以上約20200km，軌道面相對(duì)于地球赤道面傾斜55角，衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)周期約11小時(shí)58分（半個(gè)恒星日）。這樣在各地每天出現(xiàn)的衛(wèi)星情況提前4分鐘與上一次的相同。在GPS定位系統(tǒng)中，GPS衛(wèi)星的作用是：（1）向廣大用戶連續(xù)不斷地發(fā)送導(dǎo)航定位信號(hào)，用導(dǎo)航電文報(bào)告自己的現(xiàn)勢(shì)位置，以及其它在軌衛(wèi)星的概略位置。（2）在飛越注入站上空時(shí)，接受由地面注入站用S波段發(fā)送來的導(dǎo)航電文和其它有關(guān)信息，供實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)給地面上廣大用戶。（3）接收地面主控站通過注入站發(fā)送到衛(wèi)星的調(diào)度命令。9ppt課件.GPS衛(wèi)星分布圖10ppt課件.（二）地面監(jiān)控系統(tǒng)地面監(jiān)控系統(tǒng)由一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站組成。主控站的作用是收集各個(gè)監(jiān)測(cè)站所測(cè)得的偽距和積分多普勒觀測(cè)值、環(huán)境要素等數(shù)據(jù)，計(jì)算每顆GPS衛(wèi)星的星歷、時(shí)鐘改正量、狀態(tài)數(shù)據(jù)、以及信號(hào)的大氣層傳播改正，并按一定的形式編制成導(dǎo)航電文，傳送到主控站，此外還控制和監(jiān)視其余站的工作情況并管理調(diào)度GPS衛(wèi)星。

注入站的作用是將主控站傳來的導(dǎo)航電文，用10cm（S）波段的微波作載波，分別注入到相應(yīng)的GPS衛(wèi)星中，通過衛(wèi)星將導(dǎo)航電文傳遞給地面上的廣大用戶。由于導(dǎo)航電文是GPS用戶所需要的一項(xiàng)重要信息，通過導(dǎo)航電文才能確定出GPS衛(wèi)星在各時(shí)刻的具體位置，因此注入站的作用是很重要的。11ppt課件.

監(jiān)測(cè)站的主要任務(wù)是為主控站編算導(dǎo)航電文提供原始觀測(cè)數(shù)據(jù)。每個(gè)監(jiān)測(cè)站上都有GPS信號(hào)接收機(jī)對(duì)所見衛(wèi)星作偽距測(cè)量和積分多普勒觀測(cè)，采集環(huán)境要素等數(shù)據(jù)，經(jīng)初步處理后發(fā)往主控站。以上地面監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際上都是由美國軍方所控制。由于軍方為了限制民間用戶通過GPS所達(dá)到的實(shí)時(shí)定位精度，而對(duì)GPS衛(wèi)星軌道精度和時(shí)鐘穩(wěn)定性作了有意降低（SA政策），這不利于廣大民間用戶。為了克服SA政策的影響，一些國際性科研機(jī)構(gòu)建立了廣泛分布的全球性跟蹤網(wǎng)絡(luò)，用來精確測(cè)定GPS衛(wèi)星的軌道元素供后處理之用，或計(jì)算預(yù)報(bào)星歷。但是這兩種星歷都不是由GPS衛(wèi)星播發(fā)給用戶，而是要通過一定的信息渠道獲得，有別于GPS衛(wèi)星的廣播星歷。12ppt課件.(三)用戶設(shè)備部分GPS的空間部分和地面監(jiān)控部分，為用戶廣泛利用該系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航和定位提供了基礎(chǔ)。而用戶要實(shí)現(xiàn)利用GPS進(jìn)行導(dǎo)航和定位的目的，還需要具備GPS信號(hào)接收機(jī)，即用戶設(shè)備部分。這部分的作用是接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，獲得必要的導(dǎo)航和定位信息及觀測(cè)量，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后獲得觀測(cè)時(shí)刻接收機(jī)天線相位中心的位置坐標(biāo)。

用戶設(shè)備部分主要由GPS接收機(jī)硬件和數(shù)據(jù)處理軟件組成。關(guān)于GPS接收機(jī)有多種分類方法，但對(duì)于大地測(cè)量應(yīng)用來說，一般都是采用較精密的雙頻接收機(jī)，可作雙頻載波相位測(cè)量。從具體應(yīng)用與成本價(jià)格出發(fā)，也可選用稍為便宜的單頻接收機(jī)。所有GPS接收機(jī)生產(chǎn)廠家一般都隨機(jī)提供數(shù)據(jù)處理軟件包，但其作用是有限的。國際上有一些科研機(jī)構(gòu)為了克服商用數(shù)據(jù)處理軟件的不足，已經(jīng)開發(fā)研制了多種精密的GPS數(shù)據(jù)后處理軟件包，如GAMIT（美國麻省理工學(xué)院）、Bernese（瑞士伯爾尼大學(xué)天文學(xué)院）、GIPSY（美國加州大學(xué)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室）等，主要用于科研目的。

13ppt課件.14ppt課件.

返回15ppt課件.（四）、相對(duì)于經(jīng)典的測(cè)量技術(shù)來說，這一新技術(shù)的主要特點(diǎn)如下：

●全球地面覆蓋?！?/p>

功能多，精度高。●實(shí)時(shí)定位?！?/p>

應(yīng)用廣泛。16ppt課件.●觀測(cè)站之間無需通視。既要保持良好的通視條件，又要保障測(cè)量控制網(wǎng)的良好結(jié)構(gòu)，這一直是經(jīng)典測(cè)量技術(shù)在實(shí)踐方面的困難問題之一。GPS測(cè)量不要求觀測(cè)站之間相互通視，因而不再需要建造覘標(biāo)，這一優(yōu)點(diǎn)既可大大減少測(cè)量工作的經(jīng)費(fèi)和時(shí)間，同時(shí)也使點(diǎn)位的選擇變得甚為靈活。不過為了使接收GPS衛(wèi)星的信號(hào)不受干擾，必須保持觀測(cè)站的上空開闊（凈空）。17ppt課件.●定位精度高?，F(xiàn)已完成的大量實(shí)驗(yàn)表明，目前在小于50km的基線上，其相對(duì)定位精度可達(dá)1~2×10-6，而在100km~500km的基線上可達(dá)10-6~10-7。隨著觀測(cè)技術(shù)與數(shù)據(jù)處理方法的改善，可望在大于1000km的距離上，相對(duì)定位精度可達(dá)到或優(yōu)于10-8。18ppt課件.●觀測(cè)時(shí)間短。目前，利用經(jīng)典的靜態(tài)定位方法，完成一條基線的相對(duì)定位所需要的觀測(cè)時(shí)間，根據(jù)要求的精度不同，一般約為1~3小時(shí)。為了進(jìn)一步縮短觀測(cè)時(shí)間，提高作業(yè)速度，近年來發(fā)展的短基線（例如不超過20km）快速相對(duì)定位法，其觀測(cè)時(shí)間僅需數(shù)分鐘。19ppt課件.●提供三維坐標(biāo)。GPS測(cè)量，在精確測(cè)定觀測(cè)站平面位置的同時(shí)，可以精確測(cè)定觀測(cè)站的大地高程。GPS測(cè)量的這一特點(diǎn)，不僅為研究大地水準(zhǔn)面的形狀和確定地面點(diǎn)的高程開辟了新途徑，同時(shí)也為其在航空物探，航空攝影測(cè)量及精度導(dǎo)航中的應(yīng)用，提供了重要的高程數(shù)據(jù)。20ppt課件.●操作簡便。GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度很高，在觀測(cè)中測(cè)量員的主要任務(wù)只是安置并開關(guān)儀器，量取儀器高，監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)和采集環(huán)境的氣象數(shù)據(jù)，而其它觀測(cè)工作，如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測(cè)和記錄等均由儀器自動(dòng)完成。另外，GPS用戶接收機(jī)一般重量較輕，體積較小，因此攜帶和搬運(yùn)都很方便。21ppt課件.●全天侯作業(yè)。GPS觀測(cè)工作，可以在任何地點(diǎn)，任何時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行，一般也不受天氣狀況的影響。22ppt課件.三、GPS定位的觀測(cè)方程（一）偽距法GPS全球定位系統(tǒng)的基本定位方法，是通過測(cè)量信號(hào)從衛(wèi)星到接收機(jī)的傳播時(shí)間，得到衛(wèi)星與接收機(jī)之間的距離，然后根據(jù)多個(gè)這樣的距離來解算接收機(jī)天線所在的位置坐標(biāo)。假定衛(wèi)星和接收機(jī)的時(shí)鐘都是與GPS系統(tǒng)的時(shí)間（或UTC時(shí)間）保持完全同步，即不存在衛(wèi)星鐘差與接收機(jī)鐘差，并且為簡化起見，也不考慮大氣層折射延遲（包括電離層和對(duì)流層）等的影響，則此時(shí)衛(wèi)星至地面接收機(jī)的距離，與信號(hào)傳播時(shí)間之間有如下簡單關(guān)系：

(2.1)式中c為光速。實(shí)際上衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘一般并沒有與GPS系統(tǒng)時(shí)間完全同步，再考慮到大氣層折射延遲的影響，因此測(cè)量得到的并非真正的衛(wèi)星至接收機(jī)的幾何直線距離，而是所謂的偽距PR： (2.2)23ppt課件.式中tR

為接收機(jī)時(shí)鐘與GPS系統(tǒng)時(shí)間的同步差，tS

為衛(wèi)星鐘與GPS系統(tǒng)時(shí)間的同步差，ta

為大氣層折射延遲影響（包括電離層和對(duì)流層的折射延遲），

XS、XR

分別為GPS衛(wèi)星和接收機(jī)在協(xié)議地球坐標(biāo)系（WGS84系）中的地心矢量。

在式(2.2)中，tS

可以由衛(wèi)星廣播電文查出，并在觀測(cè)方程中作相應(yīng)的改正；tR

一般是直接作為未知數(shù)，與測(cè)站坐標(biāo)等其它未知數(shù)一并求解；ta

為大氣層折射所致的多余時(shí)間延遲，其中電離層折射影響可以通過雙頻觀測(cè)技術(shù)予以消除，對(duì)單頻接收機(jī)則可通過有關(guān)模型予以粗略改正；對(duì)流層折射效應(yīng)可以通過選擇適當(dāng)延遲模型予以估算，例如Hopfield模型或Saastamoinen模型等。

由于存在測(cè)站三維位置坐標(biāo)和接收機(jī)時(shí)鐘改正量四個(gè)未知數(shù)，故至少需同時(shí)對(duì)四個(gè)衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)才能對(duì)方程（2.2）求解，求出四個(gè)未知數(shù)。定位原理如圖2-1所示。24ppt課件.無SA時(shí)

C/A碼單點(diǎn)定位精度15-30m有SA時(shí)

C/A碼單點(diǎn)定位精度100m軍用P碼單點(diǎn)定位精度3m精度:GPS衛(wèi)星GPS單機(jī)實(shí)時(shí)定位原理25ppt課件.將式(2.2）展開為線性形式，其矩陣表達(dá)式為

(2.3)式中，X包括接收機(jī)三維位置坐標(biāo)和接收機(jī)時(shí)鐘改正量等未知參數(shù)。若觀測(cè)值協(xié)方差矩陣用L表示，觀測(cè)值權(quán)矩陣，則法方程及其解可以表示為：

(2.4)當(dāng)P=I（單位矩陣）時(shí)，可以表示如下：

(2.5)26ppt課件.該系數(shù)陣是在空間直角坐標(biāo)系中給出的，而實(shí)際上為了便于估算觀測(cè)站的位置精度，常采用其在大地坐標(biāo)系統(tǒng)中的表達(dá)形式。假設(shè)在大地坐標(biāo)系統(tǒng)中相應(yīng)點(diǎn)位坐標(biāo)的權(quán)系數(shù)陣為則根據(jù)方差與協(xié)方差傳播定律，可得其中27ppt課件.為了評(píng)價(jià)定位結(jié)果，在導(dǎo)航學(xué)中一般采用精度因子（DOP）來表示，它是權(quán)系數(shù)陣（2.5）中主對(duì)角線元素的函數(shù)。關(guān)于DOP的定義如下 (2.6)通常有如下幾種：

平面位置精度因子高程精度因子VDOP=空間位置精度因子

接收機(jī)鐘差精度因子TDOP=tt幾何精度因子一般DOP值越小，則相應(yīng)的解算結(jié)果精度越高。28ppt課件.29ppt課件.(二)多普勒偽距法由于GPS衛(wèi)星繞地球運(yùn)行，地面點(diǎn)P與GPS衛(wèi)星之間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其結(jié)果是使P點(diǎn)接收到的GPS信號(hào)中存在有多普勒頻移：

(2.7)式中，fS為衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)頻率，fR為在P點(diǎn)接收到的衛(wèi)星信號(hào)頻率，VS為衛(wèi)星相對(duì)于P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的徑向速度，c為光速。實(shí)際觀測(cè)量并非是fd，而是所謂的積分多普勒計(jì)數(shù)：

(2.8)式中，f0為P點(diǎn)處接收機(jī)參考頻率，t1、t2為積分區(qū)間的端點(diǎn)。積分多普勒計(jì)數(shù)實(shí)際上是接收機(jī)本振信號(hào)與接收信號(hào)在一段時(shí)間上的積分拍頻。NP與衛(wèi)星至接收機(jī)的距離變化量之間存在有下列關(guān)系：

(2.9)將上式線性化，并考慮大氣層折射延遲的影響、衛(wèi)星鐘與接收機(jī)時(shí)鐘誤差等影響，即可得到實(shí)用的觀測(cè)方程。30ppt課件.(三)載波相位測(cè)量方法由于載波的波長遠(yuǎn)小于測(cè)距碼的波長，所以在分辨率相同的情況下，載波相位的觀測(cè)精度遠(yuǎn)較碼相位的觀測(cè)精度高。載波相位觀測(cè)值的定義為

(2.10)式中，S(tS)為接收機(jī)于tR時(shí)刻收到的衛(wèi)星信號(hào)的相位，R(tR)為接收機(jī)同時(shí)刻產(chǎn)生的參考信號(hào)的相位，tS、tR

是GPS系統(tǒng)時(shí)間或UTC時(shí)間。對(duì)于連續(xù)波，載波相位測(cè)量的觀測(cè)方程可表示為：

(2.11)式中，為信號(hào)發(fā)射時(shí)刻（tS）的衛(wèi)星至接收機(jī)距離，=c/fS為信號(hào)波長，fS為衛(wèi)星信號(hào)頻率，

N為初始觀測(cè)時(shí)刻傳播路徑上整波長數(shù)目（整周未知數(shù)），t包括衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘誤差和大氣層折射延遲等影響。從上式中可以看到，用精密的載波相位測(cè)量值解算時(shí)，除了同樣要考慮衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘的時(shí)間同步差，以及大氣層折射延遲影響外，還有整周未知數(shù)的問題。只有這些問題都解決了，才能得出高精度的衛(wèi)星測(cè)量定位結(jié)果。31ppt課件.四、干涉測(cè)量方法GPS干涉測(cè)量方法是由射電天文學(xué)中VLBI（甚長基線干涉測(cè)量）技術(shù)發(fā)展而來的，其基本觀測(cè)量是衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)兩個(gè)測(cè)站的時(shí)間差（干涉時(shí)延）或基線相位差。觀測(cè)方程分別為

(2.12) (2.13)而式中，i、j為測(cè)站編號(hào)，Ni、Nj分別為測(cè)站i和測(cè)站j與某顆GPS衛(wèi)星有關(guān)的初始整周未知數(shù)，ti、tj為測(cè)站i和測(cè)站j接收機(jī)時(shí)間與GPS系統(tǒng)時(shí)間的同步差，=c/fS為衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)的波長。將式（2.13）與式（2.11）相比較，不難發(fā)現(xiàn)，載波相位觀測(cè)值經(jīng)過簡單的變換（單差）就可以得到與干涉測(cè)量方法相同的觀測(cè)方程。

目前GPS接收機(jī)主要采用的是偽距法和載波相位觀測(cè)量，而干涉測(cè)量方法和多普勒方法則退居次要地位。

返回32ppt課件.基準(zhǔn)站（坐標(biāo)已知）GPS衛(wèi)星待定站（坐標(biāo)未知）差分定位精度偽距：<5m相位：厘米級(jí)到毫米級(jí)差分GPS定位原理33ppt課件.四、GPS衛(wèi)星測(cè)量的誤差來源GPS衛(wèi)星在距離地面約20200公里的高空，向地面上的廣大用戶發(fā)送測(cè)距信號(hào)和導(dǎo)航電文等信息。GPS定位的觀測(cè)量不可避免地會(huì)受到多種誤差源影響。按照這些誤差源的來源，一般可分為三種情況：（1）與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差、（2）與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差、（3）與接收設(shè)備有關(guān)的誤差。以下作簡要的分析：(一)與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差1．衛(wèi)星星歷誤差:它是指廣播星歷或其它軌道信息給出的衛(wèi)星位置與衛(wèi)星真實(shí)位置之間的差值。前面已經(jīng)提到過，GPS衛(wèi)星星歷是由布設(shè)在地面上、具有一定數(shù)量與空間分布的監(jiān)測(cè)站連續(xù)跟蹤觀測(cè)GPS衛(wèi)星，34ppt課件.并結(jié)合環(huán)境要素等其它信息，再由主控站對(duì)衛(wèi)星作精密定軌計(jì)算得到的。而廣播星歷又是由定軌結(jié)果外推得出，因此廣播星歷的精度是有限的，另外由于SA政策的實(shí)施，人為地對(duì)廣播星歷精度又作了降低，這都不利于高精度用戶對(duì)廣播星歷的使用。一些國際性科學(xué)研究組織為了克服這種困難，建立了全球范圍大量分布的衛(wèi)星跟蹤站，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)做精密的定軌計(jì)算，可以提供高精度的后處理用GPS星歷，其中IGS精密星歷，據(jù)稱其絕對(duì)定軌精度已達(dá)5cm。國際上進(jìn)行了一些大范圍的GPS會(huì)測(cè)實(shí)驗(yàn)，采用IGS精密星歷，并使用Bernese等高精度后處理軟件，結(jié)果精度普遍達(dá)到10-8以上。2．衛(wèi)星鐘誤差

由于衛(wèi)星位置是時(shí)間的函數(shù)，所以GPS的觀測(cè)量均以精密測(cè)時(shí)為前提。雖然GPS衛(wèi)星均配有高精度的原子鐘，但它們與理想的GPS時(shí)之間仍會(huì)有偏差或漂移，難以避免。對(duì)于此，導(dǎo)航電文是用二階多項(xiàng)式表示這種偏差量：

(2.14)其中，t0e為參考?xì)v元，a0為衛(wèi)星鐘的固定鐘差，a1為衛(wèi)星鐘的鐘速，a2為衛(wèi)星鐘的鐘速變化率（鐘漂）。這些值都在導(dǎo)航電文中給出。而對(duì)于IGS精密星歷，在解算出各歷元時(shí)刻GPS衛(wèi)星的軌道位置時(shí)，一般也提供了關(guān)于此衛(wèi)星的時(shí)鐘偏差量，準(zhǔn)確度在0.5ns～5.0ns以內(nèi)，由此引起的等效距離誤差在0.5m左右。35ppt課件.(二)與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差與GPS信號(hào)傳播有關(guān)的誤差主要是大氣折射誤差和多路徑效應(yīng)。而大氣折射誤差根據(jù)其性質(zhì)，往往區(qū)分為電離層折射影響和對(duì)流層折射影響。實(shí)際上，這里對(duì)流層折射影響也包括有來自平流層與中間層的折射，因此也可合稱為中性大氣折射影響，但一般還是簡單地稱為對(duì)流層折射。所謂多路徑效應(yīng)，是指接收機(jī)天線除直接收到來自GPS衛(wèi)星的信號(hào)外，還可能收到天線周圍地物反射來的信號(hào)。這兩種信號(hào)疊加在一起將會(huì)引起測(cè)量參考點(diǎn)（相位中心）的變化，而且這種變化隨天線周圍反射面的性質(zhì)而異，難以控制。多路徑效應(yīng)具有周期性誤差，其變化幅度可達(dá)數(shù)厘米。

消除或減弱多路徑效應(yīng)，除了采用載波相位測(cè)量方法外，一般是采用造型適宜且屏蔽良好的天線。這種天線一般裝備有抑徑板或抑徑圈，可以阻擋來自水平面以下的多路徑信號(hào)被接收。但是實(shí)際上，有些多路徑信號(hào)并不是來自地面的反射，而是豎立的高大建筑物表面，經(jīng)過這種表面反射的多路徑信號(hào)，往往也具有較大的高度角值，可以從水平面以上進(jìn)入接收機(jī)天線。因此在進(jìn)行GPS測(cè)量選址工作時(shí)，還應(yīng)當(dāng)考慮多路徑信號(hào)產(chǎn)生的可能性，盡量避開這種高大建筑物。

36ppt課件.(三)與接收設(shè)備有關(guān)的誤差這類誤差主要有：觀測(cè)誤差、接收機(jī)鐘差、相位中心誤差和載波相位觀測(cè)的整周不定性誤差等。1．觀測(cè)誤差

分觀測(cè)的分辨誤差與接收機(jī)天線相對(duì)測(cè)站點(diǎn)的安置誤差。一般認(rèn)為觀測(cè)的分辨誤差約為信號(hào)波長的1%。由于載波的波長遠(yuǎn)小于GPS偽隨機(jī)測(cè)距碼的波長，因此采用載波相位觀測(cè)量一般可以達(dá)到更高的精度。而天線的安置誤差主要有天線的置平與對(duì)中誤差和量取天線高的誤差。只要在觀測(cè)中認(rèn)真操作，可以盡量減少這些誤差的影響。2．接收機(jī)的鐘差

對(duì)于這種誤差，一般是在數(shù)據(jù)處理中作為未知數(shù)來解出。另外在作差分法相對(duì)定位時(shí)，也可以通過在不同衛(wèi)星之間求差來消除這部分影響。37ppt課件.3．天線的相位中心誤差

GPS測(cè)量的觀測(cè)值都是以天線的相位中心為準(zhǔn)的，而我們一般只能觀察到天線的幾何中心，因此要求天線的幾何中心與相位中心一致，這應(yīng)在天線的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)上達(dá)到，是天線生產(chǎn)廠家的任務(wù)。另外，若采用同種型號(hào)的接收機(jī)天線，可以近似認(rèn)為相位中心與幾何中心的偏離情況是一樣的，因此用觀測(cè)值的求差和相對(duì)定位能削弱這種影響，但這時(shí)要求統(tǒng)一按天線的方向標(biāo)定向，使各天線的指北極都指向正北方向。關(guān)于載波相位測(cè)量的整周不定性誤差，主要是指觀測(cè)中整周未知數(shù)的跳變現(xiàn)象（周跳）。另外也有在數(shù)據(jù)處理時(shí)求解整周未知數(shù)時(shí)的失敗，不能將整周未知數(shù)固定為某一整數(shù)，而只能取實(shí)數(shù)解的情況。周跳的發(fā)生是與多種因素有關(guān)的，如信號(hào)受阻擋失鎖、接收機(jī)內(nèi)部熱噪聲影響、電離層活動(dòng)出現(xiàn)異常變化等。這里涉及到太多的專業(yè)內(nèi)容，限于篇幅本文中不作詳細(xì)介紹。

返回38ppt課件.五、差分法載波相位測(cè)量和觀測(cè)量的線性組合設(shè)在某基線兩端安設(shè)GPS接收機(jī)Ti（i=1，2），對(duì)衛(wèi)星sk和sj與歷元t1和t2進(jìn)行同步觀測(cè)，則對(duì)任一頻率Li（i=1，2），有獨(dú)立的載波相位觀測(cè)量j1(t1)、j1(t2)、k1(t1)、k1(t2)、j2(t1)、j2(t2)、k2(t1)、k2(t2)。這些觀測(cè)量被稱為基本觀測(cè)量，而相應(yīng)的基本觀測(cè)方程為(2.15)式中t1(t)為歷元t時(shí)測(cè)站1的接收機(jī)鐘差，tj(t)為歷元t時(shí)衛(wèi)星j的時(shí)鐘誤差，j1,IP(t)為電離層折射延遲量，j1,T(t)為對(duì)流層折射延遲量。為了克服關(guān)于大氣折射延遲改正不夠準(zhǔn)確，以及減少未知數(shù)等原因，常對(duì)以上觀測(cè)量作差分處理。一般用到的有單差、雙差、和三差法。39ppt課件.(一)單差法單差觀測(cè)量通常是指不同觀測(cè)站同步觀測(cè)相同衛(wèi)星所得觀測(cè)量之差，其表達(dá)形式為

(2.16)相應(yīng)的觀測(cè)方程為

(2.17)可見其中已經(jīng)消去了兩站共視衛(wèi)星sj的時(shí)鐘誤差tj(t)，另外對(duì)流層折射與電離層折射部分也都有所消弱。40ppt課件.圖2-4測(cè)站間同步觀測(cè)量的單差

T2

T1

S1

41ppt課件.(二)雙差法雙差觀測(cè)量是在單差法基礎(chǔ)上，對(duì)不同測(cè)站同步觀測(cè)一組衛(wèi)星所得單差之差，即

(2.18)相應(yīng)的觀測(cè)方程為

(2.19)這樣進(jìn)一步消除了兩站的接收機(jī)時(shí)鐘誤差項(xiàng)。為了簡便起見，式中忽略了有關(guān)大氣折射延遲的雙差項(xiàng)。42ppt課件.圖2-5GPS同步觀測(cè)量之雙差

T1

T2S1

S243ppt課件.(三)三差法三差法是在雙差法基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)不同歷元之間，不同測(cè)站同步觀測(cè)的同一組衛(wèi)星所得雙差觀測(cè)量作差分，即

(2.20)相應(yīng)的觀測(cè)方程為(2.21)這樣一來，就進(jìn)一步消去了雙差觀測(cè)方程中含有整周未知數(shù)的項(xiàng)。44ppt課件.圖2-6GPS相對(duì)定位的觀測(cè)量T1T245ppt課件.差分法載波相位測(cè)量雖然可以消去一系列多余參數(shù)項(xiàng)（即指不含有測(cè)站坐標(biāo)的項(xiàng)），但是在組成差分觀測(cè)方程的同時(shí)，減少了觀測(cè)方程的個(gè)數(shù)，另外也增加了觀測(cè)量之間的相關(guān)性，這些都不利于提高最后解的精度。一般是采用雙差法求解最終結(jié)果，而三差法則只是用于確定整周未知數(shù)或求得測(cè)站坐標(biāo)的近似解。

返回46ppt課件.第二章GPS測(cè)量的實(shí)施前面介紹了有關(guān)GPS定位的基本概念和原理，本章將介紹目前GPS測(cè)量實(shí)施的主要過程，作業(yè)的基本方法和原則。由于GPS測(cè)量工作的實(shí)施方法與用戶的要求，和所用接收系統(tǒng)硬件與軟件的發(fā)展水平密切相關(guān)，所以，關(guān)于GPS測(cè)量工作的作業(yè)細(xì)節(jié)，用戶還須按國家有關(guān)部門頒發(fā)的GPS測(cè)量規(guī)范，以及所用GPS接收系統(tǒng)的操作說明書執(zhí)行。

47ppt課件.第1節(jié)

概

述GPS測(cè)量工作可分為外業(yè)作業(yè)和內(nèi)業(yè)兩大部分。其中，外業(yè)工作主要包括，選點(diǎn)（即觀測(cè)站址的選擇）、建立測(cè)站標(biāo)志、野外觀測(cè)作業(yè)以及成果質(zhì)量檢核等工作；內(nèi)業(yè)工作主要包括，GPS測(cè)量的技術(shù)設(shè)計(jì)、測(cè)后數(shù)據(jù)處理以及技術(shù)總結(jié)等。如果按照GPS測(cè)量實(shí)施的工作程序，則大體可分為這樣幾個(gè)階段：網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)；選點(diǎn)與建立標(biāo)志；外業(yè)觀測(cè)；成果檢核與處理。

GPS測(cè)量，是一項(xiàng)技術(shù)復(fù)雜、要求嚴(yán)格、耗費(fèi)較大的工作，實(shí)施這項(xiàng)工作的原則是，在滿足用戶對(duì)測(cè)量精度和可靠性等要求的情況下，盡可能地減少經(jīng)費(fèi)、時(shí)間和人力的消耗。因此，對(duì)其各階段的工作，都要精心設(shè)計(jì)，精心組織和實(shí)施。48ppt課件.為了滿足用戶的要求，GPS測(cè)量作業(yè)，應(yīng)遵守統(tǒng)一的規(guī)范和細(xì)則。但是，測(cè)量工作的實(shí)施，與GPS定位技術(shù)的發(fā)展水平密切相關(guān)，GPS接收系統(tǒng)硬件與軟件的不斷改善，將直接影響測(cè)量工作的實(shí)施方法、觀測(cè)時(shí)間、作業(yè)的要求和成果處理方法。雖然一些國家為了實(shí)際工作的需要，已制定了一些適用于不同任務(wù)的作業(yè)規(guī)范或細(xì)則，但一般只能對(duì)GPS測(cè)量工作的實(shí)施，提出一些原則性的規(guī)定與要求。因此，這里我們將以這些規(guī)范為參考，主要介紹一下有關(guān)GPS測(cè)量作業(yè)的基本方法和原則?？紤]到，以載波相位觀測(cè)量為根據(jù)的相對(duì)定位法，是當(dāng)前GPS測(cè)量中普遍采用的精密定位方法，所以，下面將主要介紹實(shí)施這種高精度GPS測(cè)量工作的基本程序與作業(yè)模式。49ppt課件.第2節(jié)

GPS網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)GPS網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，是實(shí)施GPS測(cè)量工作的第一步，是一項(xiàng)基礎(chǔ)性的工作，也是在網(wǎng)的精確性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性方面，實(shí)現(xiàn)用戶要求的重要環(huán)節(jié)。這項(xiàng)工作的主要內(nèi)容包括，精度指標(biāo)的合理確定，網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)和網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

50ppt課件.2.1精度標(biāo)準(zhǔn)的確定對(duì)GPS網(wǎng)的精度要求，主要取決于網(wǎng)的用途。精度指標(biāo)，通常均以網(wǎng)中相鄰點(diǎn)之間的距離誤差來表示，其形式為

（1）其中，──網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間的距離誤差(mm)；

a0──與接收設(shè)備有關(guān)的常量誤差(mm);b0──比例誤差(ppm或10-6)；

D──相鄰點(diǎn)間的距離(km)。根據(jù)我國1992年頒布的GPS測(cè)量規(guī)范的要求，GPS相對(duì)定位的精度，劃分為如表1所列的標(biāo)準(zhǔn)。51ppt課件.GPS相對(duì)定位的精度指標(biāo)表1測(cè)量分級(jí)常量誤差a0(mm)比例誤差b0(10-6)相鄰點(diǎn)距離(km)ABCDE581010100.1151020100—200015—2505—402—151—1052ppt課件.上表所列的精度指標(biāo)，主要是對(duì)GPS網(wǎng)的平面位置而言，而考慮到垂直分量的精度，一般較水平分量為差，所以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在GPS網(wǎng)中對(duì)垂直分量的精度要求，可將上表所列的比例誤差部分增大一倍。為了讀者參考，在表2中，同時(shí)給出了美國聯(lián)邦大地測(cè)量分管理委員會(huì)(FederalGeodeticControlSubcommittee──FGCS)，于1988年公布的GPS相對(duì)定位的精度標(biāo)準(zhǔn)。53ppt課件.美國GPS相對(duì)定位精度標(biāo)準(zhǔn)表2測(cè)量類型等/級(jí)（95%置信度）（最小幾何精度標(biāo)準(zhǔn)）基線誤差(cm)距離相對(duì)誤差(ppm)全球的和區(qū)域的地球動(dòng)力學(xué)測(cè)量；形變測(cè)量AA0.30.01國家大地參考系一等網(wǎng)；區(qū)域的和地方的地球動(dòng)力學(xué)；形變測(cè)量A0.50.1國家大地參考系一等網(wǎng)；區(qū)域的和地方的地球動(dòng)力學(xué)；形變測(cè)量B0.81國家大地參考系（地面測(cè)量）；為滿足測(cè)圖，土地信息、地籍和工程要求進(jìn)行的有關(guān)控制測(cè)量C一等二等/Ⅰ級(jí)二等/Ⅱ級(jí)三等

1.02.03.05.0

10205010054ppt課件.

精度指標(biāo)，是GPS網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一個(gè)重要量，它的大小將直接影響GPS網(wǎng)的布設(shè)方案、觀測(cè)計(jì)劃、觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理方法以及作業(yè)的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。所以，在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，要根據(jù)用戶的實(shí)際需要和可能，慎重確定。55ppt課件.2.2網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)，雖然主要決定于用戶的要求，但是有關(guān)經(jīng)費(fèi)、時(shí)間和人力的消耗以及所需接收設(shè)備的類型、數(shù)量和后勤保障條件等，也都與網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)有關(guān)。對(duì)此應(yīng)當(dāng)充分加以顧及，以期在滿足用戶要求的條件下，盡量減少消耗。56ppt課件.(1)設(shè)計(jì)的一般原則為了滿足用戶的要求，設(shè)計(jì)的一般原則是●GPS網(wǎng)一般應(yīng)采用獨(dú)立觀測(cè)邊構(gòu)成閉合圖形，例如三角形、多邊形或附合線路，以增加檢核條件，提高網(wǎng)的可靠性?！馟PS網(wǎng)作為測(cè)量控制網(wǎng)，其相鄰點(diǎn)間基線向量的精度，應(yīng)分布均勻?！馟PS網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)盡量與原有地面控制網(wǎng)點(diǎn)相重合。重合點(diǎn)一般不應(yīng)少于3個(gè)（不足時(shí)應(yīng)聯(lián)測(cè)），且在網(wǎng)中應(yīng)分布均勻，以利于可靠地確定GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)?！馟PS網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)考慮與水準(zhǔn)點(diǎn)相重合，而非重合點(diǎn)，一般應(yīng)根據(jù)要求以水準(zhǔn)測(cè)量方法（或相當(dāng)精度的方法）進(jìn)行聯(lián)測(cè)，或在網(wǎng)中布設(shè)一定密度的水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)點(diǎn)，以便為大地水準(zhǔn)面的研究提供資料?！駷榱吮阌贕PS的測(cè)量觀測(cè)和水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)，GPS網(wǎng)點(diǎn)一般設(shè)在視野開闊和交通便利的地方?！駷榱吮阌谟媒?jīng)典方法聯(lián)測(cè)或擴(kuò)展，可在GPS網(wǎng)點(diǎn)附近布設(shè)一通視良好的方位點(diǎn)，以建立聯(lián)測(cè)方向。方位點(diǎn)與觀測(cè)站的距離，一般應(yīng)大于300m。57ppt課件.（2）基本圖形的選擇根據(jù)GPS測(cè)量的不同用途，GPS網(wǎng)的獨(dú)立觀測(cè)邊，應(yīng)構(gòu)成一定的幾何圖形。圖形的基本形式如下。

圖-1三角形圖-2環(huán)形網(wǎng)58ppt課件.

●三角形網(wǎng)GPS網(wǎng)中的三角形邊由獨(dú)立觀測(cè)邊組成。根據(jù)經(jīng)典測(cè)量的經(jīng)驗(yàn)已知，這種圖形的幾何結(jié)構(gòu)強(qiáng)，具有良好的自檢能力，能夠有效地發(fā)現(xiàn)觀測(cè)成果的粗差，以保障網(wǎng)的可靠性。同時(shí)，經(jīng)平差后網(wǎng)中的相鄰點(diǎn)間基線向量的精度分布均勻。這種網(wǎng)形的主要缺點(diǎn)是觀測(cè)工作量較大，尤其當(dāng)接收機(jī)的數(shù)量較少時(shí)，將使觀測(cè)工作的總時(shí)間大為延長。因此通常只有當(dāng)網(wǎng)的精度和可靠性要求較高時(shí)，才單獨(dú)采用這種圖形。由若干含有多條獨(dú)立觀測(cè)邊的閉合環(huán)所組成的網(wǎng)，稱為環(huán)形網(wǎng)。這種網(wǎng)形與經(jīng)典測(cè)量中的導(dǎo)線網(wǎng)相似，其圖形的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度比三角網(wǎng)為差。不難理解，由于這時(shí)網(wǎng)的自檢能力和可靠性，與閉合環(huán)中所含基線邊的數(shù)量有關(guān)，所以，根據(jù)網(wǎng)的不同精度要求，一般都規(guī)定閉合環(huán)中包含的基線邊，不超過一定的數(shù)量。例如，在文獻(xiàn)[124]中，對(duì)閉合環(huán)中基線的邊數(shù)，作了如下的限制。59ppt課件.閉合環(huán)中基線邊數(shù)的限值表3級(jí)別一二三閉合環(huán)中的邊數(shù)45660ppt課件.環(huán)形網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是觀測(cè)工作量較小，且具有較好的自檢性和可靠性，其缺點(diǎn)主要是，非直接觀測(cè)的基線邊（或間接邊）精度比直接觀測(cè)邊低，相鄰點(diǎn)間的基本精度分布不均勻。作為環(huán)形網(wǎng)的特例，在實(shí)際工作中還可按照網(wǎng)的用途和實(shí)際情況，采用所謂附合線路。這種附合線與經(jīng)典測(cè)量中的附合導(dǎo)線相類似。采用這種圖形的條件是，附合線路兩端點(diǎn)間的已知基線向量，必須具有較高的精度，另外，附合線路所包含的基線邊數(shù)，也不能超過一定的限制。三角形網(wǎng)和環(huán)形網(wǎng)，是大地測(cè)量和精密工程測(cè)量中普遍采用的兩種基本圖形。通常，根據(jù)情況往往采用上述兩種圖形的混合網(wǎng)形。61ppt課件.●星形網(wǎng)星形網(wǎng)的幾何圖形如圖-3所示。星形網(wǎng)的幾何圖形簡單，但其直接觀測(cè)邊之間，一般不構(gòu)成閉合圖形，所以其檢驗(yàn)與發(fā)現(xiàn)粗差的能力差。這種網(wǎng)形的主要優(yōu)點(diǎn)，是觀測(cè)中通常只需要兩臺(tái)GPS接收機(jī)，作業(yè)簡單。因此在快速靜態(tài)定位和準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定位等快速作業(yè)模式中，大都采用這種網(wǎng)形，它被廣泛地應(yīng)用于工程放樣、邊界測(cè)量、地籍測(cè)量和碎部測(cè)量等。

圖-3星形網(wǎng)62ppt課件.(3)獨(dú)立基線向量的選擇前已指出，GPS控制網(wǎng)一般應(yīng)由獨(dú)立觀測(cè)的基線向量構(gòu)成。假設(shè)，在GPS測(cè)量中，參加同步觀測(cè)的儀器數(shù)為k1，則每一觀測(cè)時(shí)段可得基線向量(或稱基線)數(shù)為

（2）其中包括的獨(dú)立基線向量數(shù)為(k1-1)。其余均為非獨(dú)立基線向量，可由獨(dú)立基線向量導(dǎo)出，其數(shù)量為。例如，當(dāng)ki=4時(shí)，每一觀測(cè)時(shí)段可得基線數(shù)為6，其中獨(dú)立基線3條，非獨(dú)立基線3條。63ppt課件.然而，在（ki-1）ki/2同步觀測(cè)的基線中，如何選擇(ki-1)條獨(dú)立基線，卻具有一定的任意性。例如，在上例中，3條獨(dú)立基線的選擇方式，可有圖-4所示多種形式。參加同步觀測(cè)的儀器越多，選取獨(dú)立基線向量的可能方式便迅速增加。這就為選用獨(dú)立基線向量，以構(gòu)成最佳的GPS網(wǎng)形，提供了充分的選擇性。在實(shí)際工作中，可根據(jù)對(duì)GPS網(wǎng)的要求和經(jīng)驗(yàn)來確定。64ppt課件.圖-4獨(dú)立基線向量的可能選取方式示例（單一時(shí)段）當(dāng)具有多時(shí)段的觀測(cè)成果時(shí)，獨(dú)立基線向量的選取，一般應(yīng)以構(gòu)成閉合圖形為優(yōu)。例如，用4臺(tái)儀器進(jìn)行了2個(gè)時(shí)段的同步觀測(cè)，這時(shí)可得6條獨(dú)立基線向量，其選取的基本方式，可取以下五種（圖-5）。

65ppt課件.圖-5獨(dú)立基線向量的選取方式示例(兩時(shí)段)

雙時(shí)段觀測(cè)的基線向量

單時(shí)段觀測(cè)的基線向量

(a)(b)(c)(d)

(e)

數(shù)據(jù)分析表明，圖中選取方式（e），在精確性與可靠性方面，均優(yōu)于其余選取方式[45]。66ppt課件.2.3網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)網(wǎng)的基準(zhǔn)包括網(wǎng)的位置基準(zhǔn)、方向基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)。而確定網(wǎng)的基準(zhǔn)，是通過網(wǎng)的整體平差來實(shí)現(xiàn)的。在GPS網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)網(wǎng)的用途，提出確定網(wǎng)的基準(zhǔn)的方法和原則。一般來說，在GPS網(wǎng)整體平差中，可能含有兩類觀測(cè)量，即相對(duì)觀測(cè)量（如基線向量）和絕對(duì)觀測(cè)量（如點(diǎn)在WGS-84中的坐標(biāo)值）。在僅含有相對(duì)觀測(cè)量的GPS網(wǎng)中，網(wǎng)的方向基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)，由在平差計(jì)算中作為相關(guān)觀測(cè)量的基線向量唯一地確定；而網(wǎng)的位置基準(zhǔn)，則決定于所取網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)的近似值系統(tǒng)和平差方法。在GPS網(wǎng)包含點(diǎn)的坐標(biāo)觀測(cè)量的情況下，網(wǎng)的位置基準(zhǔn)，將取決于這些網(wǎng)點(diǎn)的坐標(biāo)值及其精度。

GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)，一般主要是指確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)問題。確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)，通?？筛鶕?jù)情況，選取以下方法：67ppt課件.（1）選取網(wǎng)中一點(diǎn)的坐標(biāo)值并加以固定，或給以適當(dāng)?shù)臋?quán)；（2）網(wǎng)中的點(diǎn)均不固定，通過自由網(wǎng)偽逆平差或擬穩(wěn)平差，確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)；（3）在網(wǎng)中選若干點(diǎn)的坐標(biāo)值并加以固定；（4）選網(wǎng)中若干點(diǎn)（直至全部點(diǎn)）的坐標(biāo)值并給以適當(dāng)?shù)臋?quán)。前兩種方法，對(duì)GPS網(wǎng)定位的約束條件最少，所以，通常稱為最小的約束法；而后兩種方法，對(duì)平差計(jì)算則存在若干約束條件，其約束條件的多少，取決于在網(wǎng)中所選點(diǎn)的數(shù)量，這種方法，通常稱為約束法。以最小約束法進(jìn)行GPS網(wǎng)的平差，對(duì)網(wǎng)的定向與尺度沒有影響，也就是說，不管采用上述那種最小的約束法，平差后網(wǎng)的方向和尺度，以及網(wǎng)中元素（邊長、方位或坐標(biāo)差）的相對(duì)精度都是相同的，但網(wǎng)的位置及點(diǎn)位精度卻不相同。68ppt課件.約束平差法，在確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)的同時(shí)，對(duì)GPS網(wǎng)的方向和尺度也會(huì)產(chǎn)生影響，其影響程度，與約束條件的多少，及所取觀測(cè)值的精度有關(guān)。當(dāng)網(wǎng)中已知點(diǎn)的坐標(biāo)含有較大的誤差，或其權(quán)難以可靠地確定時(shí)，將會(huì)對(duì)網(wǎng)的定向與尺度產(chǎn)生不利的影響。雖然從理論上說，在網(wǎng)的平差計(jì)算中，給所有的已知位置以適當(dāng)?shù)臋?quán)的比例關(guān)系，則是一個(gè)需要慎重考慮的問題。所以，一般只有對(duì)于一個(gè)大范圍的GPS網(wǎng)，而且要求精確地位于WGS-84協(xié)議地球坐標(biāo)系時(shí)，或者具有一組分布適宜的，高精度的已知點(diǎn)時(shí)，為改善GPS網(wǎng)的定向和尺度，約束平差法才具有重要意義。在一般情況下，對(duì)于一些區(qū)域性的GPS網(wǎng)，如城市、礦山和工程GPS網(wǎng)，其是否精確位于地心坐標(biāo)系統(tǒng)，并不特別重要，因此，這時(shí)多采用最小約束平差法。而且，為了與經(jīng)典地面網(wǎng)相聯(lián)合，通常以采用固定一點(diǎn)的經(jīng)典自由網(wǎng)平差法為宜。

69ppt課件.第3節(jié)

選點(diǎn)與建立標(biāo)志

3.1選點(diǎn)工作

選點(diǎn)，即觀測(cè)站址的選擇。由于GPS測(cè)量觀測(cè)站之間不要相互通視，而且網(wǎng)的圖形選擇也比較靈活，所以選點(diǎn)工作，遠(yuǎn)較經(jīng)典控制測(cè)量的選點(diǎn)工作簡便。但由于點(diǎn)位的選擇，對(duì)于保證觀測(cè)工作的順利進(jìn)行和可靠地保持測(cè)量結(jié)果，具有重要意義，所以，在選點(diǎn)工作開始之前，應(yīng)充分收集和了解有關(guān)測(cè)區(qū)的地理情況，以及原有測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)的分布及保存情況，以便確定適宜的觀測(cè)站位置。選點(diǎn)工作通常應(yīng)遵守的原則是（1）觀測(cè)站（即接收天線安置點(diǎn)）應(yīng)遠(yuǎn)離大功率的無線電發(fā)射臺(tái)和高壓輸電線，以避免其周圍磁場(chǎng)對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)的干擾。接收機(jī)天線與其距離，一般不得小于200m；70ppt課件.（2）觀測(cè)站附近不應(yīng)有大面積的水域，或?qū)﹄姶挪ǚ瓷洌ɑ蛭眨?qiáng)烈的物體，以減弱多路徑效應(yīng)的影響；（3）觀測(cè)站應(yīng)設(shè)在易于安置接收設(shè)備的地方，且視場(chǎng)開闊。在視場(chǎng)內(nèi)周圍障礙物的高度角，根據(jù)情況一般應(yīng)小于10～15；（4）觀測(cè)站應(yīng)選在交通方便的地方，并且便于用其它測(cè)量手段聯(lián)測(cè)和擴(kuò)展；（5）對(duì)于基線較長的GPS網(wǎng)，還應(yīng)考慮觀測(cè)站附近，應(yīng)具有良好的通信設(shè)施（電話與電報(bào)、郵電）和電力供應(yīng)，以供觀測(cè)站之間的聯(lián)絡(luò)和設(shè)備用電；（6）點(diǎn)位選定后（包括方位點(diǎn)），均應(yīng)按規(guī)定繪制點(diǎn)之記，其主要內(nèi)容包括，點(diǎn)位及點(diǎn)位略圖，點(diǎn)位的交通情況以及選點(diǎn)情況等。選點(diǎn)工作結(jié)束后，應(yīng)提交的技術(shù)資料主要包括l點(diǎn)之記及點(diǎn)的環(huán)視圖（附錄五、六）；lGPS網(wǎng)選點(diǎn)圖；l選點(diǎn)工作技術(shù)總結(jié)。71ppt課件.3.2建立點(diǎn)位標(biāo)志為了保持點(diǎn)位，以便長期利用GPS測(cè)量進(jìn)行重復(fù)觀測(cè)，GPS 網(wǎng)點(diǎn)，一般應(yīng)設(shè)置具有中心標(biāo)志的標(biāo)石，以精確標(biāo)志點(diǎn)位。點(diǎn)的標(biāo)石和標(biāo)志必須穩(wěn)定、堅(jiān)固，以利長久保存和利用。尤其對(duì)于研究地球動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象和工程變形。而建立的各種監(jiān)測(cè)網(wǎng)，以及大范圍的高精度GPS網(wǎng)，其網(wǎng)點(diǎn)的位置，必須可靠地加以標(biāo)志。對(duì)于城市、礦山和工程測(cè)量的區(qū)域性GPS網(wǎng)，其點(diǎn)位一般也須妥善地加以標(biāo)志。但是，隨著GPS定位技術(shù)的發(fā)展和普及，重測(cè)一個(gè)點(diǎn)，將可能比建造和長久保持一個(gè)點(diǎn)更經(jīng)濟(jì)，那時(shí)，除上述以研究動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象為目的的監(jiān)測(cè)網(wǎng)、衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)和作為坐標(biāo)系統(tǒng)維持和傳遞國家GPS控制網(wǎng)之外，建造長久保護(hù)的標(biāo)志點(diǎn)，可能將不再是必要的了。72ppt課件.目前，GPS網(wǎng)點(diǎn)的標(biāo)石類型及其適用范圍，如表4所列。關(guān)于各種標(biāo)石的構(gòu)造可參見附錄七。類別形式適用級(jí)別基巖標(biāo)石基巖天線墩基巖標(biāo)石A基本標(biāo)石一般基本標(biāo)石土層天線墩巖層天線墩凍土基本標(biāo)石沙丘基本標(biāo)石A或B普通標(biāo)石一般標(biāo)石巖層標(biāo)石建筑物上標(biāo)石B～E標(biāo)石類型表473ppt課件.第4節(jié)GPS測(cè)量的觀測(cè)工作觀測(cè)工作的內(nèi)容主要包括：觀測(cè)計(jì)劃的擬定、儀器的選擇與檢驗(yàn)和觀測(cè)工作的實(shí)施等。其中，有關(guān)儀器的檢驗(yàn)，將在5節(jié)另行介紹。74ppt課件.4.1觀測(cè)計(jì)劃的擬定觀測(cè)工作，或數(shù)據(jù)采集，是GPS測(cè)量的主要外業(yè)工作，所以，當(dāng)觀測(cè)工作開始之前，仔細(xì)地?cái)M定觀測(cè)計(jì)劃，對(duì)于順利地完成觀測(cè)任務(wù)，保障測(cè)量成果的精度，提高效益是極為重要的。擬定觀測(cè)計(jì)劃的依據(jù)是：GPS網(wǎng)的布設(shè)方案，規(guī)模大小，精度要求，GPS衛(wèi)星星座，參加作業(yè)的GPS接收機(jī)數(shù)量以及后勤保障條件（運(yùn)輸、通信）等。觀測(cè)計(jì)劃的主要內(nèi)容應(yīng)包括：GPS衛(wèi)星的可見性圖及最佳觀測(cè)時(shí)間的選擇，采用的接收機(jī)類型和數(shù)量，觀測(cè)區(qū)的劃分和觀測(cè)工作的進(jìn)程以及接收機(jī)的高度計(jì)劃等。75ppt課件.1.觀測(cè)工作量的設(shè)計(jì)與計(jì)算

外業(yè)觀測(cè)的工作量，與用戶的要求精度和采用的接收機(jī)類型和數(shù)量，以及作業(yè)模式等因素有關(guān)。GPS網(wǎng)觀測(cè)工作量的設(shè)計(jì)，除要考慮觀測(cè)工作的效率外，還必須保證網(wǎng)的精度和可靠性。前已指出，當(dāng)參加作業(yè)的接收機(jī)數(shù)為ki，則每一時(shí)段可得觀測(cè)基線向量數(shù)為ki(ki-1)/2其中包括獨(dú)立觀測(cè)向量數(shù)(ki--1)和多余觀測(cè)向量數(shù)（ki-1）(ki-2)/2。因?yàn)樵黾佣嘤嘤^測(cè)量，會(huì)提高網(wǎng)的可靠性，所以，作業(yè)中適當(dāng)增加接收機(jī)的數(shù)量，不僅會(huì)提高工作效率，同時(shí)也將明顯地增加多余觀測(cè)量。另外，為了有助于外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)的檢核，增加可靠性，通常根據(jù)不同的精度要求，基線測(cè)量中，同步觀測(cè)的時(shí)段數(shù)以及時(shí)段的長度，應(yīng)滿足表5規(guī)定。76ppt課件.GPS測(cè)量的基本技術(shù)規(guī)定表5級(jí)別項(xiàng)目ABCDE衛(wèi)星高度角（1）1015151515觀測(cè)時(shí)段數(shù)86222時(shí)段長度(min)180120906060數(shù)據(jù)采樣間隔(s)15～1615～6015～6015～6015～60衛(wèi)星觀測(cè)值象限分布(255)%(2510)%(2520)%(2520)%25%(2520)%25%77ppt課件.假設(shè)，np為GPS網(wǎng)的點(diǎn)數(shù)nT為相對(duì)定位的觀測(cè)時(shí)段數(shù)，則在采用邊連接方式推進(jìn)時(shí)，所需觀測(cè)時(shí)段的總數(shù)NT，可按下式估算：

78ppt課件.2.關(guān)于分區(qū)觀測(cè)當(dāng)GPS網(wǎng)的點(diǎn)數(shù)較多，而參加同步觀測(cè)的接收機(jī)數(shù)量有限時(shí)，網(wǎng)的觀測(cè)工作需分區(qū)進(jìn)行。當(dāng)實(shí)行分區(qū)觀測(cè)時(shí)，為了增加網(wǎng)的整體性，提高網(wǎng)的精度，相鄰分區(qū)應(yīng)設(shè)置公共點(diǎn)數(shù)，又會(huì)延緩測(cè)量工作的進(jìn)程，這在實(shí)際工作中，應(yīng)根據(jù)網(wǎng)的用途慎重考慮。一般公共點(diǎn)的數(shù)量不得少于3個(gè)。公共點(diǎn)數(shù)過少，將使網(wǎng)的整體性變差，影響網(wǎng)的精度。而增加公共點(diǎn)，又會(huì)延緩測(cè)量工作的進(jìn)程。79ppt課件.3.關(guān)于衛(wèi)星的可見性預(yù)報(bào)及觀測(cè)時(shí)段的選擇因?yàn)橛^測(cè)衛(wèi)星的幾何分布，對(duì)GPS定位的精度具有重要影響，所以，為了選擇最佳的觀測(cè)時(shí)段，擬定觀測(cè)計(jì)劃，應(yīng)首先編制如GPS衛(wèi)星數(shù)和PDOP變化圖。編制可見性圖所用的測(cè)站概略坐標(biāo)，可取該圖適用范圍（<300km）內(nèi)，各點(diǎn)概略坐標(biāo)的平均值，而編制可見性圖所用的概略星歷，其齡期也不能過長，一般不應(yīng)超過30天，超過時(shí)應(yīng)重新觀測(cè)一組新的概略星歷。80ppt課件.81ppt課件.在GPS測(cè)量中，所測(cè)衛(wèi)星與觀測(cè)站所組成的幾何圖形，其強(qiáng)度可取空間位置精度度因子（PDOP）來表示。無論是絕對(duì)定位或相對(duì)定位?；稻粦?yīng)超過一定的要求。相應(yīng)表1所列的精度級(jí)別，PDOP值應(yīng)不超過表6所列限制。圖6可見衛(wèi)星數(shù)和PDOP變化PDOP的限制表6級(jí)別ABCDEPDOP468101082ppt課件.4.觀測(cè)進(jìn)程及調(diào)度計(jì)劃最佳觀測(cè)時(shí)間確定后，在觀測(cè)工作開始之前，須擬定觀測(cè)工作的進(jìn)程表及接收機(jī)的高度計(jì)劃。尤其當(dāng)GPS網(wǎng)規(guī)模較大，參加作業(yè)的儀器較多時(shí)，仔細(xì)地?cái)M定和選擇這些計(jì)劃的優(yōu)化方案，對(duì)于順利地實(shí)現(xiàn)預(yù)定的觀測(cè)任務(wù)極為重要。觀測(cè)工作的進(jìn)程計(jì)劃，涉及到網(wǎng)的規(guī)模、精度要求、作業(yè)的接收機(jī)數(shù)量和后勤保障條件等，在實(shí)際工作中，應(yīng)根據(jù)最優(yōu)化的原則合理擬定。83ppt課件.4.2GPS測(cè)量儀器設(shè)備的配置GPS接收機(jī)是實(shí)施測(cè)量工作的關(guān)鍵設(shè)備，其性能要求所需的接收機(jī)數(shù)量與GPS網(wǎng)的布設(shè)方案和要求的精度有關(guān)，工作中可根據(jù)情況按表7規(guī)定選擇。PDOP的限制表6級(jí)別ABCD、E單頻/雙頻雙頻雙頻雙頻或單頻單頻或雙頻標(biāo)稱精度優(yōu)于5mm+0.5ppm優(yōu)于5mm+1ppm優(yōu)于5mm+2ppm優(yōu)于5mm+3ppm84ppt課件.級(jí)別ABCD、E觀測(cè)量載波相位載波相位載波相位載波相位同步觀測(cè)接收機(jī)數(shù)4322

GPS接收機(jī)的配置續(xù)表85ppt課件.

4.3觀測(cè)工作

觀測(cè)工作主要包括：天線安置，觀測(cè)作業(yè)，觀測(cè)記錄和觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量判定等。1.天線安置天線的妥善安置，是實(shí)現(xiàn)精密定位的重要條件之一。其安置工作一般應(yīng)滿足以下要求：靜態(tài)相對(duì)定位時(shí)，天線安置應(yīng)盡可能利用三腳架，并安置在標(biāo)志中心的上方直接對(duì)中觀測(cè)。在特殊情況下，方可進(jìn)行偏心觀測(cè)，但歸心元素應(yīng)精密測(cè)定。當(dāng)天線需安置在三角點(diǎn)覘標(biāo)的基板上時(shí)，應(yīng)先將覘標(biāo)頂部拆除，以防止對(duì)信號(hào)的干擾。這時(shí)可將標(biāo)志中心投影到基板上，作為安置天線的依據(jù)。天線底板上的圓水準(zhǔn)器氣泡必須居中。86ppt課件.天線的定向標(biāo)志線，應(yīng)指向正北，并顧及當(dāng)?shù)卮牌怯绊?，以減弱相位中心偏差的影響。定向誤差依定位的精度不同而異，一般應(yīng)不超過3～5。雷雨天氣安置天線時(shí)，應(yīng)注意將其底盤接地，防止雷擊。天線安置后，應(yīng)在各觀測(cè)時(shí)段的前后，各量測(cè)天線高一次，測(cè)量的方法按儀器的操作說明執(zhí)行。兩次量測(cè)結(jié)果之差不應(yīng)超過3mm，并取其平均值采用。所謂天線高，系指天線的相位中心，至觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)志中心頂端的垂直距離。一般分為上、下兩段，上段是從相位中心至天線底面的距離，這一段的數(shù)值由廠家給出，并作為常數(shù)；下段是從天線底面，至觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)志中心頂端的距離，這一段由用戶臨時(shí)測(cè)定。天線高的量測(cè)值應(yīng)為上下兩段距離之和。87ppt課件.2.觀測(cè)作業(yè)在開機(jī)實(shí)施觀測(cè)工作之前，接收機(jī)一般需按規(guī)定經(jīng)過預(yù)熱和靜置。觀測(cè)作業(yè)的主要任務(wù)是捕獲GPS衛(wèi)星信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行跟蹤、處理和量測(cè)，以獲取所需要的定位信息和觀測(cè)數(shù)據(jù)。利用GPS接收機(jī)作業(yè)的具體操作步驟和方法，隨接收機(jī)的類型和作業(yè)模式不同而異。而且，隨著接收機(jī)設(shè)備軟件和硬件的不斷發(fā)展，接收機(jī)設(shè)備的操作方法也將有所變化，自動(dòng)化的水平將不斷提高。用戶可按隨機(jī)操作手冊(cè)執(zhí)行。一般來說，在外業(yè)觀測(cè)工作中，操作人員應(yīng)注意以下事項(xiàng)：當(dāng)確認(rèn)外接電源電纜及天線等各項(xiàng)聯(lián)結(jié)完全無誤后，方可接通電源，啟動(dòng)接收機(jī)；開機(jī)后，接收機(jī)的有關(guān)指和儀表數(shù)據(jù)顯示正常時(shí)，方能進(jìn)行自測(cè)試和輸入有關(guān)測(cè)站和時(shí)段控制信息；88ppt課件.接收機(jī)在開始記錄數(shù)據(jù)后，用戶應(yīng)注意查看有關(guān)觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)量、衛(wèi)星號(hào)、相位測(cè)量殘差，實(shí)時(shí)定位結(jié)果及其變化、存儲(chǔ)介質(zhì)記錄等情況；在觀測(cè)過程中，接收機(jī)不得關(guān)閉并重新啟動(dòng)；不準(zhǔn)改變衛(wèi)星高度角的限值；不準(zhǔn)改變天線高；每一觀測(cè)時(shí)段中，氣象資料一般應(yīng)在時(shí)段始末及中間各觀測(cè)記錄一次，當(dāng)時(shí)段較長時(shí)（如超過60分），應(yīng)適當(dāng)增加觀測(cè)次數(shù)；觀測(cè)站的全部預(yù)定作業(yè)項(xiàng)目，經(jīng)檢查均已按規(guī)定完成，且記錄與資料均完整無誤后，方可遷站。

89ppt課件.3.觀測(cè)記錄在外業(yè)觀測(cè)過程中，所有的觀測(cè)數(shù)據(jù)和資料，均須妥善記錄。記錄的形式主要有以下兩種：（1）觀測(cè)記錄觀測(cè)記錄，由接收設(shè)備自動(dòng)形成，均記錄在存儲(chǔ)介質(zhì)（如磁帶、磁卡或記憶卡等）上，其內(nèi)容包括，載波相位觀測(cè)值及相應(yīng)的觀測(cè)歷元；同一歷元的測(cè)碼偽距觀測(cè)值；GPS衛(wèi)星星歷及衛(wèi)星鐘差參數(shù)；實(shí)時(shí)絕對(duì)定位結(jié)果；測(cè)站控制信息及接收機(jī)工作狀態(tài)信息。90ppt課件.（2）測(cè)量手簿測(cè)量手簿，是在接收機(jī)啟動(dòng)前及觀測(cè)過程中，由用戶隨時(shí)填寫的。其記錄格式和內(nèi)容參寫附錄八。其中，觀測(cè)記事欄記載觀測(cè)過程中發(fā)生的重要問題，問題出現(xiàn)的時(shí)間及其處理方式。為了保證記錄的準(zhǔn)確性，測(cè)量手簿必須在作業(yè)過程中隨時(shí)填寫，不得事后補(bǔ)記。上述觀測(cè)記錄和測(cè)量手簿，都是GPS精密定位的依據(jù)，必須妥善地保管。91ppt課件.第5節(jié)

GPS接收設(shè)備的檢驗(yàn)5.1檢驗(yàn)的主要內(nèi)容

GPS測(cè)量工作所采用的接收設(shè)備，都必須對(duì)其性能和可能達(dá)到的精度水平進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后方能參加作業(yè)。尤其對(duì)于新購置的設(shè)備，應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行全面的檢驗(yàn)。接收機(jī)全面檢驗(yàn)的內(nèi)容，包括一般檢視、通電檢驗(yàn)、試測(cè)檢驗(yàn)和隨機(jī)數(shù)據(jù)后處理軟件的檢測(cè)。92ppt課件.1.一般性檢視主要檢查接收設(shè)備的各部件及其附件是否齊全、完好，緊固部件有否松動(dòng)與脫落，設(shè)備的使用手冊(cè)及隨機(jī)軟件等資料是否齊全。93ppt課件.2.通電檢驗(yàn)檢驗(yàn)的主要項(xiàng)目包括：設(shè)備通電后有關(guān)信號(hào)燈、按鍵、顯示系統(tǒng)和儀表的工作情況，以及自測(cè)試系統(tǒng)的工作情況。當(dāng)自測(cè)試正常后，按操作步驟進(jìn)行衛(wèi)星的捕獲與跟蹤，以檢驗(yàn)接收機(jī)捕獲衛(wèi)星的時(shí)間，接收信號(hào)的信噪比及信號(hào)的鎖定等情況。94ppt課件.3.試測(cè)檢驗(yàn)試測(cè)檢驗(yàn)應(yīng)在不同長度的標(biāo)準(zhǔn)基線上，或?qū)ＴO(shè)的GPS測(cè)量檢驗(yàn)場(chǎng)上進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)基線的相對(duì)精度，應(yīng)不低于被檢驗(yàn)接收設(shè)備的標(biāo)稱精度。試測(cè)檢驗(yàn)是接收設(shè)備檢驗(yàn)的主要內(nèi)容之一，凡是用于精密定位的接收設(shè)備，都應(yīng)按作業(yè)時(shí)間的長短，至少在每年出測(cè)前進(jìn)行一次。試測(cè)檢驗(yàn)的主要內(nèi)容包括：接收機(jī)野外作業(yè)的性能，接收機(jī)的內(nèi)部噪聲水平，天線相位中心的穩(wěn)定性，以及對(duì)不同測(cè)程的基線測(cè)量所能達(dá)到的精度等。另外，天線底座的圓水準(zhǔn)器和光學(xué)對(duì)中器，也都要在每年出測(cè)前進(jìn)行檢驗(yàn)和校正。對(duì)于作業(yè)中所使用的氣象測(cè)量儀表（通風(fēng)干濕表、氣壓表、溫度計(jì)），也應(yīng)定期送氣象部門檢驗(yàn)，以保障其正常工作。95ppt課件.4.隨機(jī)數(shù)據(jù)后處理軟件的檢驗(yàn)隨機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件，是GPS接收設(shè)備的重要組成部分。對(duì)其所具有的功能，一般是通過實(shí)測(cè)的計(jì)算工作來進(jìn)行檢驗(yàn)的。對(duì)測(cè)量型GPS接收機(jī)，其主要檢驗(yàn)內(nèi)容包括：衛(wèi)星預(yù)報(bào)及觀測(cè)計(jì)劃擬定功能的檢驗(yàn)；靜態(tài)定位軟件和網(wǎng)平差軟件功能的檢驗(yàn)；快速靜態(tài)定位軟件和實(shí)時(shí)定位軟件功能的檢驗(yàn)等，并且通過上述檢驗(yàn)，在數(shù)據(jù)處理的精度，使用的自動(dòng)化水平，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的篩選，周跳的判別與修復(fù)，整周未知數(shù)的解算能力以及網(wǎng)平差的功能等方面，對(duì)軟件作出評(píng)價(jià)。96ppt課件.5.2GPS接收機(jī)的檢驗(yàn)內(nèi)容與方法

隨著GPS接收機(jī)硬件與軟件的不斷改善，對(duì)GPS接收機(jī)的檢驗(yàn)內(nèi)容和方法也將有所變化?，F(xiàn)將測(cè)量型GPS接收機(jī)，目前幾項(xiàng)主要的檢驗(yàn)內(nèi)容及檢驗(yàn)方法簡介如下。97ppt課件.1.接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平的檢驗(yàn)接收機(jī)的內(nèi)噪聲，主要是由于接收機(jī)硬件的不完善（如接收機(jī)鐘差、信號(hào)通道的時(shí)間延遲及延遲鎖定相環(huán)誤差等）所引起，其檢驗(yàn)方法，可根據(jù)實(shí)際情況采用以下兩種方法之一。

l零基線檢驗(yàn)法。這項(xiàng)檢驗(yàn)的主要設(shè)備，如圖7所示的功率分配器（簡稱功分器），其檢驗(yàn)的基本原理是，將同一天線接收的GPS衛(wèi)星信號(hào)，通過功分器分成相位、功率相同的兩路信號(hào)，分別輸入兩臺(tái)接收機(jī)，根據(jù)兩臺(tái)接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用相對(duì)定位的原理解算相應(yīng)的基線向量。這種方法，可以有效地消除大氣折射誤差，衛(wèi)星軌道偏差，天線相位中心偏差，信號(hào)多路徑誤差以及儀器對(duì)中誤差等項(xiàng)影響。在理論上，所解算的基線向量應(yīng)為0。所以，解算的基線向量與理論值的偏差，將直接地反映接收機(jī)內(nèi)部的噪聲水平。98ppt課件.

由以上敘述可知，在這項(xiàng)檢驗(yàn)中，功分器的質(zhì)量，對(duì)保障接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平檢驗(yàn)的可靠性，是極其重要的。

-----超短基線檢驗(yàn)法在無功分器的情況下，GPS接收機(jī)的內(nèi)部噪聲水平，也可利用長度精確已知的超短基線或基線網(wǎng)進(jìn)行檢驗(yàn)。為此，須在地勢(shì)平坦，對(duì)空視野開闊的地區(qū)，布設(shè)一邊長為5m～10m的基線或基線網(wǎng)。檢驗(yàn)時(shí)須將兩臺(tái)接收機(jī)的天線，分別安置在超短基線的兩端，并按高精度靜態(tài)相對(duì)定位的要求進(jìn)行同步觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)段的長度，根據(jù)情況可取1.0～2.0小時(shí)。這時(shí)，由于基線長度很短，所以觀測(cè)數(shù)據(jù)通過差分處理后，可以有效地消除衛(wèi)星軌道誤差，大氣折射誤差和多路徑效應(yīng)等外界因素的影響，其測(cè)量結(jié)果與已知的基線長度之差，便主要反應(yīng)了接收機(jī)的內(nèi)部噪聲水平。99ppt課件.2.天線相位中心穩(wěn)定性的檢驗(yàn)天線相位中心穩(wěn)定性的檢驗(yàn)，目前可根據(jù)情況采用以下兩種方法之一，即-----旋轉(zhuǎn)天線法；-----相對(duì)定位法；旋轉(zhuǎn)天線法，雖是目前較為嚴(yán)格地測(cè)定天線相位中心位置，及其變化規(guī)律的方法，但這一方法，需在微波暗室中進(jìn)行，并要利用專門的微波天線測(cè)量設(shè)備。檢驗(yàn)較為復(fù)雜，尚難以普遍采用。對(duì)于這種方法的細(xì)節(jié)，有興趣的讀者可參見有關(guān)文獻(xiàn)。100ppt課件.相對(duì)定位法，是目前應(yīng)用較為普遍的方法。檢驗(yàn)工作須在超短基線網(wǎng)上進(jìn)行，以便盡可能地消除衛(wèi)星軌道誤差，大氣折射誤差和多路徑效應(yīng)等因素的影響。這一方法的基本工作過程是，將GPS接收天線分別精確地安置在基線網(wǎng)的端點(diǎn)上，并將天線的定向標(biāo)志指向正北。觀測(cè)一個(gè)時(shí)段（1～2小時(shí)）后，固定一個(gè)天線不動(dòng)，將其余依次同向旋轉(zhuǎn)90，180和270，并再分別觀測(cè)一個(gè)時(shí)段。根據(jù)以上觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用相對(duì)定位原理，求解各時(shí)段的基線值，其互差一般規(guī)定不應(yīng)超GPS接收機(jī)標(biāo)稱固定誤差的二倍。101ppt課件.3.關(guān)于GPS測(cè)量系統(tǒng)的野外檢定場(chǎng)前已指出，GPS測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)測(cè)，一般應(yīng)在GPS專用野外檢驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行。因此，建立一個(gè)布局合理，質(zhì)量良好的檢定場(chǎng)。無論對(duì)新購進(jìn)的GPS接收設(shè)備的開箱檢驗(yàn)，或?qū)τ谝延性O(shè)備出測(cè)前和收測(cè)后的檢驗(yàn)，均具有重要意義。為了保障檢定結(jié)果的可靠性和檢驗(yàn)工作的適應(yīng)性，檢定場(chǎng)的建立一般應(yīng)遵循以下主要原則：-----為了滿足用戶對(duì)不同測(cè)程和不同檢驗(yàn)內(nèi)容的要求，檢定場(chǎng)通常應(yīng)由超短邊（5m～10m），短邊（<10km），長邊(～500km)和超長邊(>500km)構(gòu)成。-----檢定場(chǎng)不同長度的基線，應(yīng)分別構(gòu)成閉合圖形（如三角形或大地四邊形），以便進(jìn)行圖形條件檢驗(yàn)，提高檢定的可靠性；102ppt課件.-----檢定場(chǎng)應(yīng)位于地質(zhì)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、穩(wěn)定的地區(qū)，以利長期保存；-----檢定場(chǎng)的點(diǎn)位選擇，除應(yīng)滿足GPS測(cè)量選點(diǎn)的一般要求外，尤應(yīng)注意設(shè)在交通方便，通信與電力供應(yīng)條件良好，視野（對(duì)空）開闊的地區(qū)，以方便使用；GPS測(cè)量系統(tǒng)的檢驗(yàn)，是了解該系統(tǒng)的性能、精度，保障GPS測(cè)量質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，在實(shí)際工作中應(yīng)予以充分重視。GPS接收機(jī)屬貴重的精密電子儀器，為了確保設(shè)備的安全和正常工作，用戶必須制定嚴(yán)格的使用、運(yùn)輸與保管辦法。103ppt課件.第6節(jié)

GPS測(cè)量的作業(yè)模式所謂GPS測(cè)量的作業(yè)模式，亦即利用GPS定位技術(shù)，確定觀測(cè)站之間相對(duì)位置所采用的作業(yè)方式。它與GPS接收設(shè)備的軟件和硬件密切相關(guān)。同時(shí)，不同的作業(yè)模式，因作業(yè)方法和觀測(cè)時(shí)間的不同，而具有不同的應(yīng)用范圍。近年來，特別由于GPS測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)的發(fā)展，為確定兩點(diǎn)之間的相對(duì)位置，已有多種作業(yè)模式可供選擇。目前，在GPS接收系統(tǒng)硬件和軟件的支持下，較為普遍采用的作業(yè)模式，主要有靜態(tài)相對(duì)定位、快速靜態(tài)相對(duì)定位、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位和動(dòng)態(tài)相對(duì)定位等。現(xiàn)將這些不同作業(yè)模式的特點(diǎn)及其適用范圍，簡單地介紹如下。

104ppt課件.105ppt課件.6.1經(jīng)典靜態(tài)相對(duì)定位模式作業(yè)方法：采用兩套（或兩套以上）接收設(shè)備，分別安置在一條（或數(shù)條）基線的端點(diǎn)，根據(jù)基線長度和要求的精度，按表5的規(guī)定同步觀測(cè)4顆以上衛(wèi)星數(shù)時(shí)段，每一時(shí)段長1～3小時(shí)。定位精度：基線測(cè)量的精度可達(dá)5mm+1ppm×D，D為基線長度，以公里計(jì)。特點(diǎn)：這種作業(yè)模式所觀測(cè)的獨(dú)立基線邊，應(yīng)構(gòu)成某種閉合圖形（如圖8），以利于觀測(cè)成果的檢核，增強(qiáng)網(wǎng)的強(qiáng)度，提高成果的可靠性和精確性，基線長度可由數(shù)公里至上千公里。106ppt課件.適應(yīng)范圍：·

建立地殼運(yùn)動(dòng)或工程變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)；·

建立全球性或國家級(jí)大地控制網(wǎng)；·建立長距離檢?；€；·進(jìn)行島嶼與大陸聯(lián)測(cè)；·建立精密工程測(cè)量控制網(wǎng)。107ppt課件.圖8經(jīng)典靜態(tài)相對(duì)定位108ppt課件.6.2快速靜態(tài)相對(duì)定位模式作業(yè)方法：在測(cè)區(qū)的中部選擇一個(gè)基準(zhǔn)站(或參考站)，并安置一臺(tái)接收機(jī)，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星；另一臺(tái)接收機(jī)，依次到各點(diǎn)流動(dòng)設(shè)站，并且在每個(gè)流動(dòng)站上，靜止觀測(cè)數(shù)分鐘，以便按快速解算整周未知數(shù)的方法解算整周未知數(shù)。如圖10-9所示。該作業(yè)模式要求，在觀測(cè)中必須至少跟蹤4顆衛(wèi)星，同時(shí)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距，不超過15km。

109ppt課件.圖9快速靜態(tài)相對(duì)定位模