電磁波與全球定位系統(tǒng)(GPS)背景資料

電磁波與全球定位系統(tǒng)〔GPS〕什么是全球定位系統(tǒng)〔GPS〕全球定位系統(tǒng)〔GlobalPositioningSystemGPS〕7020年，耗資200億美元，于199410GPS以全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等顯著特點(diǎn)，贏得寬闊測(cè)繪工作者的信任，并成功地應(yīng)用于大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、工程變形監(jiān)測(cè)、資源勘察、地球動(dòng)力學(xué)等多種學(xué)科，從而給測(cè)繪領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)深刻的技術(shù)革命。全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystemGPS)是美國(guó)其次代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。是統(tǒng)一樣，全球定位系統(tǒng)由空間局部、地面監(jiān)控局部和用戶接收機(jī)三大局部組成。242.0221+31158〔每軌道面四顆55〔DO的全球?qū)Ш搅α?。GPS用戶接GPS衛(wèi)星的全部觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)計(jì)算每顆GPS任務(wù)主要是在每顆衛(wèi)星運(yùn)行至上空時(shí)把這類導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站的指令注入到衛(wèi)星對(duì)每顆GPS全球定位系統(tǒng)具有性能好、精度高、應(yīng)用廣的特點(diǎn)，是迄今最好的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，硬、軟件的不斷完善，應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地開(kāi)拓，目前已普及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各種部門，并開(kāi)頭逐步深入人們的日常生活。GPSGPS米〔各個(gè)衛(wèi)星不同，隨時(shí)變化；以及GPS系統(tǒng)信息，如衛(wèi)星狀況等。GPS0A碼測(cè)得的偽距稱為UA20PP2GPS接收機(jī)對(duì)收到的衛(wèi)星信號(hào)，進(jìn)展解碼或承受其它技術(shù)，將調(diào)制在載波上的信息去掉后，就可以恢復(fù)載波。嚴(yán)格而言，載波相位應(yīng)被稱為載波拍頻相位，它是收到的受多普勒頻移影響的衛(wèi)星信號(hào)載波相位與接收機(jī)本機(jī)振蕩產(chǎn)生信號(hào)相位之差精度也只能承受相位觀測(cè)值。按定位方式，GPS定位分為單點(diǎn)定位和相對(duì)定位〔差分定位。單點(diǎn)定位就是依據(jù)一臺(tái)〔差分定位是依據(jù)兩臺(tái)以上接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)確定觀測(cè)點(diǎn)之間的相相位觀測(cè)值進(jìn)展相對(duì)定位。在GPS位計(jì)算時(shí)還要受到衛(wèi)星播送星歷誤差的影響差的主要局部，在精度要求高，接收機(jī)間距離較遠(yuǎn)時(shí)〔大氣有明顯差異，應(yīng)選用雙頻接收機(jī)。30100差分定位，或用于測(cè)量放樣等的厘米級(jí)的相位差分定位RT，實(shí)時(shí)差分定位需要數(shù)據(jù)鏈靜止，則稱為靜態(tài)定位，在進(jìn)展掌握網(wǎng)觀測(cè)時(shí)，一般均承受這種方式由幾臺(tái)接收機(jī)同時(shí)GPS機(jī)，是接收機(jī)中性能最好的一類。目前，GPS已經(jīng)能夠到達(dá)地殼形變觀測(cè)的精度要求，IGSGPSGPS空間局部—GPS地面掌握局部—地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備局部—GPS信號(hào)接收機(jī)。GPSGPS213GPS〔21+3〕GPS星座。24655606090度，一軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)30在兩萬(wàn)公里高空的GPS124GPS衛(wèi)星。位于地平線以上的衛(wèi)星顆數(shù)隨著時(shí)間和地點(diǎn)的不同而不同，最少可見(jiàn)到411GPS4顆GPS衛(wèi)4顆衛(wèi)星在觀測(cè)過(guò)程中的幾何位置分布對(duì)定位精度有肯定的影響。對(duì)于某地某時(shí)，甚至不能測(cè)得準(zhǔn)確的點(diǎn)位坐標(biāo)，這種時(shí)間段叫做“間隙段”。但這種時(shí)間間?GPS地面監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于導(dǎo)航定位來(lái)說(shuō)，GPS星放射的星歷—描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及其軌道的的參數(shù)算得的。每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)供給的。衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常工作，以及衛(wèi)星是否始終沿著預(yù)定軌道運(yùn)行，都要由地面設(shè)備進(jìn)展監(jiān)測(cè)和掌握。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)—GPS時(shí)間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測(cè)各顆衛(wèi)星的時(shí)間，求出鐘差。然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文發(fā)給用戶設(shè)備。GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站。GPS信號(hào)接收機(jī)GPS信號(hào)接收機(jī)的任務(wù)是：能夠捕獲到按肯定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星的信號(hào)，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對(duì)所接收到的GPS信號(hào)進(jìn)展變換、放大和處理，以便測(cè)量出GPS信號(hào)從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時(shí)間，解譯出GPS靜態(tài)定位中，GPSGPS衛(wèi)星的過(guò)程中固定不變，接收機(jī)高精度地GPSGPSGPS接收機(jī)測(cè)定一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)行軌跡。GPS信號(hào)接收機(jī)所位于的運(yùn)動(dòng)物體叫做載體〔如航行中的船艦，空中的飛機(jī)，行走的車輛等。載體上的GPS接收機(jī)天線在跟蹤GPS衛(wèi)星的過(guò)程中相對(duì)地球而運(yùn)動(dòng)，接收機(jī)用GPS信號(hào)實(shí)時(shí)地測(cè)得運(yùn)動(dòng)載體的狀態(tài)參數(shù)〔瞬間三維位置和三維速度。接收機(jī)硬件和機(jī)內(nèi)軟件以及GPS數(shù)據(jù)的后處理軟件包，構(gòu)成完整的GPS用戶設(shè)備。GPS接收機(jī)的構(gòu)造分為天線單元和接收單元兩大局部。對(duì)于測(cè)地型接收機(jī)來(lái)說(shuō)，兩個(gè)單元一般分成兩個(gè)獨(dú)立的部件，觀測(cè)時(shí)將天線單元安置在測(cè)站上，接收單元置于測(cè)站四周的適當(dāng)?shù)胤?，用電纜線將兩者連接成一個(gè)整機(jī)。也有的將天線單元和接收單元制作成一個(gè)整體，觀GPS接收機(jī)一般用蓄電池做電源。同時(shí)承受機(jī)內(nèi)機(jī)外兩種直流電源。設(shè)置機(jī)內(nèi)電池的目后，機(jī)內(nèi)電池為RAMGPSGPS于周密相對(duì)定位時(shí)，其雙頻接收機(jī)精度可達(dá)5mm+1PPM.D，單頻接收機(jī)在肯定距離內(nèi)精度可達(dá)10mm+2PPM.D。用于差分定位其精度可達(dá)亞米級(jí)至厘米級(jí)。目前，各種類型的GPSGPSGLONASS兼容的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)接收機(jī)已經(jīng)問(wèn)世。GPSGPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航定位信號(hào)，是一種可供很多用戶共享的信息資源。對(duì)于陸地、海GPSGPSGPSGPSGPS接收機(jī)，產(chǎn)品也有幾百種。這些產(chǎn)品可以依據(jù)原理、用途、功能等來(lái)分類。按接收機(jī)的用途分類：導(dǎo)航型接收機(jī)--此類型接收機(jī)主要用于運(yùn)動(dòng)載體的導(dǎo)航速度。這類接收機(jī)一般承受C/A碼偽距測(cè)量，單點(diǎn)實(shí)時(shí)定位精度較低，一般為±25mm，有SA影響時(shí)為±100mm。這類接收機(jī)價(jià)格廉價(jià)，應(yīng)用廣泛。依據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，此類接收空型——用于飛機(jī)導(dǎo)航定位。由于飛機(jī)運(yùn)行速度快，因此，在航空上用的接收機(jī)要求能適應(yīng)高速運(yùn)動(dòng)。星載型——用于衛(wèi)星的導(dǎo)航定位。由于衛(wèi)星的速度高達(dá)7km/s以上，因此對(duì)接收機(jī)的要求更高。器構(gòu)造簡(jiǎn)單，價(jià)格較貴。授時(shí)型接收機(jī)--這類接收機(jī)主要利用GPS天文臺(tái)及無(wú)線電通訊中時(shí)間同步。按接收機(jī)的載波頻率分類：?jiǎn)晤l接收機(jī)--單頻接收機(jī)只能接收L1載波信號(hào)，測(cè)定載波相位觀測(cè)值進(jìn)展定位。由于不能有效消退電離層延遲影響，單頻接收機(jī)只適用于短基線〔<15km〕的周密定位。雙頻接收機(jī)--雙頻接收機(jī)可以同時(shí)接收L1，L2載波信號(hào)。利用雙頻對(duì)電離層延遲的不一樣，可以消退電離層對(duì)電磁波信號(hào)的延遲的影響，因此雙頻接收機(jī)可用于長(zhǎng)達(dá)幾千公里的周密定位。按接收機(jī)通道數(shù)分類：GPS接收機(jī)能同時(shí)接收多顆GPS衛(wèi)星的信號(hào)，為了分別接收到的不同衛(wèi)星的信號(hào)，以實(shí)具有的通道種類可分為：多通道接收機(jī)序貫穿道接收機(jī)多路多用通道接收機(jī)按接收機(jī)工作原理分類：碼相關(guān)型接收機(jī)--碼相關(guān)型接收機(jī)是利用碼相關(guān)技術(shù)得到偽距觀測(cè)值。平方型接收機(jī)--平方型接收機(jī)是利用載波信號(hào)的平方技術(shù)去掉調(diào)制信號(hào),來(lái)恢復(fù)完整的載波信號(hào)通過(guò)相位計(jì)測(cè)定接收機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的載波信號(hào)與接收到的載波信號(hào)之間的相位差，測(cè)定偽距觀測(cè)值。以得到載波相位觀測(cè)值。干預(yù)型接收機(jī)--這種接收機(jī)是將GPS站間距離。如何使用GPS〔一〕GPS作為野外定位的最正確工具，在戶外運(yùn)動(dòng)中有廣泛的應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)也可以越來(lái)越常常地觀察有人使用了。GPS不象電視或收音機(jī)，翻開(kāi)就能用，它更象一架相機(jī)，你需要有肯定的技巧?，F(xiàn)在介紹一些GPS首先大家要弄清使用GPS時(shí)常遇到的一些術(shù)語(yǔ)：坐標(biāo)(coordinate)有23維兩種坐標(biāo)表示，當(dāng)GPS433它只能計(jì)算出2維坐標(biāo)：精度和緯度，這時(shí)它可能還會(huì)顯示高度數(shù)據(jù)，但這數(shù)據(jù)是無(wú)效的。大局部GPS不僅能以經(jīng)/緯度(Lat/Long)的方式，顯示坐標(biāo)，而且還可以用UTM(UniversalTransverseMercator)等坐標(biāo)系統(tǒng)顯示坐標(biāo)但我們一般還是使用LAT/LONG由你所使用的地圖的坐標(biāo)系統(tǒng)打算的。坐標(biāo)的精度在SelectiveAvailability(美國(guó)防部為GPSGPS100-50星信號(hào)的多少和強(qiáng)弱而定，假設(shè)依據(jù)GPS的指示，說(shuō)你已經(jīng)到達(dá)，那么四周看看，應(yīng)當(dāng)在大約一個(gè)足球場(chǎng)大小的面積內(nèi)覺(jué)察你的目標(biāo)的。SASA15(GPS性能介紹上說(shuō)的精度都給的是noSA“hddd.ddddd“,“hddd*mm.mmm““，“hddd*mm“ss.s“““(其中的“*”代表“度”，以下同)地球39940.67110.941.84930.840075.364040075*sin(90-40),2761.4223.69并把各位數(shù)字轉(zhuǎn)變一對(duì)應(yīng)地面移動(dòng)多少米記住GPS有英制和公制兩種方式，進(jìn)GPS的SETUP顯示也都會(huì)成公制的了。路標(biāo)(LandmarkorWaypoint)GPS內(nèi)存中保存的一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值。在有GPS時(shí)，按一下“MARK“鍵，就會(huì)把當(dāng)前點(diǎn)記成一個(gè)路標(biāo)，它有個(gè)默認(rèn)的一般是象“LMK04“之類的GPS3)的根底。標(biāo)記路標(biāo)是GPS你也可以從地圖上讀出一個(gè)地點(diǎn)的坐標(biāo)，手工或通過(guò)計(jì)算機(jī)接口輸入GPS，成為一個(gè)路標(biāo)。一個(gè)路標(biāo)可以將來(lái)用于GOTO5)的目標(biāo)，也可以選進(jìn)一條路線Route，見(jiàn)3.)作為一個(gè)支點(diǎn)。一般GPS500路線(ROUTE)路線是GPS標(biāo)，還可以包括假設(shè)干中間點(diǎn)的坐標(biāo)，每?jī)蓚€(gè)坐標(biāo)點(diǎn)之間的線段叫一條“腿“(leg)。常見(jiàn)GPS2030/計(jì)算機(jī)輸入數(shù)值，輸入的路點(diǎn)同時(shí)做為一個(gè)路標(biāo)(Waypoint/Landmark)保存。實(shí)際上一條路線的“(Activity)5)功能的目標(biāo)。前進(jìn)方向(Heading)GPS沒(méi)有指北針的功能，靜止不動(dòng)時(shí)它是不知道方向的。但GPS每隔一秒更一次當(dāng)前地點(diǎn)信息，每一點(diǎn)的坐標(biāo)和上一點(diǎn)的坐標(biāo)一比較GPS頭指的方向，它老人家是不知道自己的腦袋和運(yùn)動(dòng)路線是成多少度角的GPS示的，這個(gè)度數(shù)是手表表盤朝上，12GPS還可以用的位移和時(shí)間計(jì)算的。導(dǎo)向(Bearing)導(dǎo)向功能在以下條件下起作用：a、以設(shè)定“走向“(GOTO)目標(biāo)?！白呦颉澳繕?biāo)的設(shè)定可以按“GOTO“鍵，然后從列表中選擇一個(gè)路標(biāo)。以后“導(dǎo)向“功能將導(dǎo)向此路標(biāo)。b、目前有活潑路線(Activityroute)。活潑路線一般在設(shè)置->路線菜單下設(shè)定。假設(shè)個(gè)路點(diǎn)。在“導(dǎo)向“頁(yè)面上部都會(huì)標(biāo)有當(dāng)前導(dǎo)向路點(diǎn)名稱(“ROUTE“里的點(diǎn)也是知名稱的)。它是依據(jù)GPS把前進(jìn)方向GPS目標(biāo)方向的偏角，跟著這個(gè)箭頭就能找到目標(biāo)。日出日落時(shí)間(Sunset/raisetime)大多數(shù)GPS這在打算動(dòng)身/宿營(yíng)時(shí)間時(shí)是有用的。這個(gè)時(shí)間是GPS依據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)度和日期計(jì)算得到的，是小時(shí)以上。GPS的時(shí)間是從衛(wèi)星信號(hào)得到的格林尼制時(shí)間，在設(shè)置(setup)菜單里可以設(shè)置本地的時(shí)間偏移，對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)，應(yīng)設(shè)+8腳印線(Plottrail)GPS每秒更一次坐標(biāo)信息，所以可以記載自己的運(yùn)動(dòng)軌跡。一般GPS能記錄1024個(gè)以上腳印點(diǎn)，在一個(gè)專用頁(yè)面上，以可調(diào)比例尺顯示移動(dòng)軌跡。腳印點(diǎn)的采樣有自動(dòng)和定時(shí)兩種方式自動(dòng)采樣由GPS自動(dòng)打算腳印點(diǎn)的采樣方式一般是只記錄方向轉(zhuǎn)折點(diǎn)，長(zhǎng)距離直線行走時(shí)不記點(diǎn)；定時(shí)采樣可以規(guī)定采樣時(shí)間間隔，比方30秒、一分鐘、5分鐘或其他時(shí)間，每隔這么長(zhǎng)時(shí)間記一個(gè)腳印點(diǎn)。在腳印線頁(yè)面上可以清楚地看到自己腳印的水平投影。你可以開(kāi)頭記錄、停頓記錄、設(shè)置方式或清空腳印線?！澳_印”線上的點(diǎn)都沒(méi)知名字，不能單獨(dú)引用，查看其坐標(biāo)，主要用來(lái)畫路線圖(計(jì)算機(jī)下載路線?)和“回溯”功能。很多GPS有一種叫做“回溯”(Traceback)的功能，使用此功能時(shí)，它會(huì)把腳印線轉(zhuǎn)化為一條“路線”(ROUTE)，路點(diǎn)的選擇是由GPS內(nèi)部程序完成的一般是選用腳印線上大的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 同時(shí)，把此路線激活為活動(dòng)路線，用戶即可按導(dǎo)向功能原路返回。要留意的是回溯功能一般會(huì)把回溯路線放進(jìn)某一默認(rèn)路線(比方route0)中，看你GPS的說(shuō)明書，使用前要先檢查此線路是否已有數(shù)據(jù)假設(shè)有要先用拷貝功能復(fù)制到另一條空線路中去，以免掩蓋?；厮萋肪€上的各路點(diǎn)用系統(tǒng)默認(rèn)的臨時(shí)名字如“T001“之類有的GPS定其次條回溯路線時(shí)會(huì)重用這些名字這時(shí)即使你已經(jīng)把舊的路線做了拷貝由于路點(diǎn)引用的名字被重用了，所以路線也會(huì)轉(zhuǎn)變，不是原來(lái)那條回溯路線了。請(qǐng)查看GPS的使用說(shuō)明書，并試用以明確你的狀況有必要的話對(duì)于需要長(zhǎng)期保存的TraceBack路線要拷貝到空閑路線，并重命名全部路點(diǎn)名字。如何使用GPS〔二〕GPSGPS20-30GPS可以在沒(méi)有電池時(shí)保證內(nèi)存中的各種數(shù)據(jù)不會(huì)喪失。由于GPS在靜止時(shí)沒(méi)有方向指示功能，所以同時(shí)帶上一個(gè)小巧的指北針是有用的。標(biāo)記路標(biāo)時(shí)，GPSLMK001之類，難于記憶，雖可改成一個(gè)比較好記一些的名字，但一是輸入不便，用上下箭頭選字母很費(fèi)力，二是一般只能起很短的英文名字，比方69再帶上一個(gè)小的錄音機(jī)/采訪機(jī)隨時(shí)記錄，是個(gè)不錯(cuò)的方法。有地圖使用GPS難得，GPS使用效果受到肯定限制。“萬(wàn)一”你有目的地四周的準(zhǔn)確地圖，則可以預(yù)先規(guī)劃線路，先做地圖上規(guī)劃，制定行程打算，可以依據(jù)線路的簡(jiǎn)單狀況和里程，建立一條或多條線路(ROUTEGPS(legs),并把一些單獨(dú)的標(biāo)志點(diǎn)作為路標(biāo)(Landmark/Waypoint)輸入GPSGPS事情，請(qǐng)想一下，每個(gè)路標(biāo)就要輸入名字、坐標(biāo)等20多個(gè)字母數(shù)字，每個(gè)字母數(shù)字要按最多/下載數(shù)據(jù)的緣由。帶上地圖！行進(jìn)時(shí)用一是利用GPS確定自己在地圖上的位置，二是依據(jù)導(dǎo)實(shí)際路線資料保存，供后人使用。無(wú)圖使用這是更為常見(jiàn)的使用方式。a、使用路點(diǎn)定點(diǎn)：常用于確定巖壁坐標(biāo)、探洞時(shí)確定洞口坐標(biāo)或其他象線路起點(diǎn)、轉(zhuǎn)折、宿營(yíng)點(diǎn)的坐標(biāo)。用法簡(jiǎn)潔，MARK一個(gè)坐標(biāo)就行了。找點(diǎn)：所要找的地點(diǎn)坐標(biāo)必需已經(jīng)以路標(biāo)(landmark/waypoint)的形式存在于GPSMARK/GOTO的目的路標(biāo)，然后轉(zhuǎn)到“導(dǎo)向”頁(yè)面，上面會(huì)顯示你離目標(biāo)的距離、速度、目標(biāo)方向角等數(shù)據(jù)，按方向角即可。b、使用路線輸入路線：假設(shè)能找到以前去過(guò)的朋友記錄的路線信息，把它們輸入GPS形激活，依據(jù)和“找點(diǎn)”一樣的方式，“導(dǎo)向”頁(yè)會(huì)引導(dǎo)你走向路線的第一個(gè)點(diǎn)，一旦到達(dá)，線路上你當(dāng)前位置對(duì)應(yīng)的下一個(gè)點(diǎn)。c、回溯回溯功能實(shí)際是輸入線路(route)的一種特別方法，它在原路返回時(shí)格外好使。但有些留意事項(xiàng)，路之苦了！什么是RTK常規(guī)的GPSRTK態(tài)實(shí)時(shí)差分〔Real-timekinematic〕GPS放樣、地形測(cè)圖，各種掌握測(cè)量帶來(lái)了曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。高精度的GPSRTKRTKGPS流淌站可隨時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果。RTKRTK〔9600RTK各種掌握測(cè)量傳統(tǒng)的大地測(cè)量、工程掌握測(cè)量承受三角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)方法來(lái)施測(cè)，不僅費(fèi)工