全球卫星定位测量.ppt

《土建工程测量》第第8 8章章 全球全球卫星定位测量卫星定位测量8.1   全球卫星定位系统的组成全球卫星定位系统的组成8.2  GPS卫星定位的基本原理卫星定位的基本原理与与方法方法8.3  GPS小区域控制测量小区域控制测量《土建工程测量》8 8.1   .1   全球卫星定位系统的组成全球卫星定位系统的组成      全球卫星定位系统（GPS）是Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System的字母缩写词NAVSTAR/GPS的简称，其含义为“授时、测距导航系统/全球定位系统”        全球卫星定位系统共由三部分组成，即空间部分（由GPS卫星组成）、地面监控部分（由若干地面站组成）和用户部分（以接收机为主体）三部分有着各自独立的功能和作用，但又缺一不可，全球定位系统是一个有机配合的整体系统《土建工程测量》GPSGPS卫星系统的组成卫星系统的组成空间星座部分空间星座部分空间星座部分空间星座部分（空间部分）（空间部分）（空间部分）（空间部分） 地面支撑系统地面支撑系统地面支撑系统地面支撑系统 （地面监控部分）（地面监控部分）（地面监控部分）（地面监控部分）GPSGPSGPSGPS接收机接收机接收机接收机 （用户部分）（用户部分）（用户部分）（用户部分）空间部分由24颗GPS卫星组成地面监控系统由监测站、主控站、注入站组成用户部分由GPS接收机组成监测站注入站主控站《土建工程测量》（（（（1 1 1 1））））GPSGPSGPSGPS卫星星座卫星星座卫星星座卫星星座 Ø地地球球上上任任何何地地方方至至少少同同时时可可看看到到四四颗颗卫卫星星。

其其发发射射信信号号能能覆覆盖盖地地面面面面积积38%38% 在在全全球球任任何何地地方方、、任任何何恶恶劣劣的的气气候候条条件件下下，，为为用用户户提提供供二二十十四四小小时时不不间间断的免费服务断的免费服务 Ø卫星高度：卫星高度：2020020200公里公里Ø运行周期：运行周期：1111小时小时5858分分Ø卫星分布在六条升交点相隔卫星分布在六条升交点相隔60º60º的轨道面上，轨道倾角为的轨道面上，轨道倾角为55º55ºØ每条轨道上分布四颗卫星，相临两轨道上的卫星相隔每条轨道上分布四颗卫星，相临两轨道上的卫星相隔40º40º空间星座部分空间星座部分空间星座部分空间星座部分《土建工程测量》（（（（2 2 2 2））））GPSGPSGPSGPS卫星卫星卫星卫星 GPSGPS卫星是由洛克韦尔国际公司空间部研制的卫星是由洛克韦尔国际公司空间部研制的1.1.1.1.卫星重卫星重卫星重卫星重843.68kg843.68kg843.68kg843.68kg（包括（包括（包括（包括310kg310kg310kg310kg燃料）燃料）燃料）燃料）2.2.2.2.卫星主体采用铝蜂巢结构，卫星主体采用铝蜂巢结构，卫星主体采用铝蜂巢结构，卫星主体采用铝蜂巢结构，直径为直径为直径为直径为1.5m1.5m1.5m1.5m。

3.3.3.3.两两两两块块块块双双双双叶叶叶叶对对对对日日日日定定定定向向向向太太太太阳阳阳阳能能能能电电电电池池池池帆帆帆帆板板板板，，，，长长长长5.33m5.33m5.33m5.33m，，，，接接接接受受受受日日日日光光光光面面面面积积积积7.2m7.2m7.2m7.2m2 2 2 2在在在在为为为为卫卫卫卫星星星星提提提提供供供供电电电电力力力力的的的的同同同同时时时时给三组给三组给三组给三组15AH15AH15AH15AH的镉镍蓄电池充电的镉镍蓄电池充电的镉镍蓄电池充电的镉镍蓄电池充电4.4.4.4.星星星星体体体体底底底底部部部部装装装装有有有有由由由由12121212个个个个单单单单元元元元构构构构成成成成多多多多波波波波束束束束定定定定向向向向天天天天线线线线，，，，波波波波束束束束方方方方向向向向图图图图能能能能覆盖约半个地球覆盖约半个地球覆盖约半个地球覆盖约半个地球5.5.5.5.星星星星体体体体两两两两端端端端面面面面上上上上装装装装有有有有全全全全向向向向遥遥遥遥测测测测遥遥遥遥控天线，用与地面监控网通信控天线，用与地面监控网通信控天线，用与地面监控网通信控天线，用与地面监控网通信。

6. 6. 6. 6. 卫卫卫卫星星星星上上上上装装装装有有有有姿姿姿姿态态态态控控控控制制制制系系系系统统统统和和和和轨轨轨轨道道道道控控控控制制制制系系系系统统统统卫卫卫卫星星星星的的的的设设设设计计计计寿命为寿命为寿命为寿命为7.57.57.57.5年《土建工程测量》（（（（3 3 3 3）在）在）在）在GPSGPSGPSGPS系统中卫星的作用系统中卫星的作用系统中卫星的作用系统中卫星的作用 1. 1. 1. 1. 在在在在L L L L波段的两个无线载波波段的两个无线载波波段的两个无线载波波段的两个无线载波(19cm(19cm(19cm(19cm和和和和24cm24cm24cm24cm波波波波) ) ) )向广大用向广大用向广大用向广大用户连续不断地发送导航定位信号户连续不断地发送导航定位信号户连续不断地发送导航定位信号户连续不断地发送导航定位信号 2. 2. 2. 2. 在卫星飞越注入站上空时，接收由地面注入站用在卫星飞越注入站上空时，接收由地面注入站用在卫星飞越注入站上空时，接收由地面注入站用在卫星飞越注入站上空时，接收由地面注入站用 S S S S 波段（波段（波段（波段（10cm10cm10cm10cm波段）不断发送到卫星的导航电文和其他有关波段）不断发送到卫星的导航电文和其他有关波段）不断发送到卫星的导航电文和其他有关波段）不断发送到卫星的导航电文和其他有关信息信息信息信息 。

3. 3. 3. 3. 接收地面注入站发送到卫星的调度命令（其命令由接收地面注入站发送到卫星的调度命令（其命令由接收地面注入站发送到卫星的调度命令（其命令由接收地面注入站发送到卫星的调度命令（其命令由主控站传来的主控站传来的主控站传来的主控站传来的），适时地改正运行偏差或启用备用时钟等适时地改正运行偏差或启用备用时钟等适时地改正运行偏差或启用备用时钟等适时地改正运行偏差或启用备用时钟等《土建工程测量》GPSGPSGPSGPS地面监控部分地面监控部分地面监控部分地面监控部分 1个主控站个主控站 3个注入站个注入站 5个监测站个监测站 斯斯斯斯平平平平士士士士 阿阿阿阿松松松松森森森森岛岛岛岛 狄狄狄狄哥哥哥哥····伽伽伽伽西西西西亚亚亚亚卡卡卡卡瓦瓦瓦瓦迦迦迦迦兰兰兰兰夏夏夏夏威威威威夷夷夷夷岛岛岛岛       《土建工程测量》地点：地点：地点：地点：位于科罗拉多的斯平士位于科罗拉多的斯平士位于科罗拉多的斯平士位于科罗拉多的斯平士(Colorado Springs)(Colorado Springs)的的的的联联联联合空间合空间合空间合空间执行中心执行中心执行中心执行中心(CSOC) (CSOC) （一）主控站（一）主控站（一）主控站（一）主控站   设备：设备：设备：设备：主控站拥有大型电子计算机，用作数据采集、主控站拥有大型电子计算机，用作数据采集、主控站拥有大型电子计算机，用作数据采集、主控站拥有大型电子计算机，用作数据采集、计算、计算、计算、计算、   传输、诊断、编辑等。

传输、诊断、编辑等传输、诊断、编辑等传输、诊断、编辑等      作用：作用：作用：作用：（一）采集数据（一）采集数据（一）采集数据（一）采集数据（二）编辑电文（二）编辑电文（二）编辑电文（二）编辑电文（三）诊断功能（三）诊断功能（三）诊断功能（三）诊断功能（四）调整卫星（四）调整卫星（四）调整卫星（四）调整卫星《土建工程测量》（二）注入站（二）注入站地地点点：：三三三三个个个个站站站站分分分分别别别别设设设设大大大大西西西西洋洋洋洋的的的的阿阿阿阿松松松松森森森森(Ascension)(Ascension)(Ascension)(Ascension)岛岛岛岛、、、、印印印印度度度度洋洋洋洋的的的的狄狄狄狄哥哥哥哥····伽伽伽伽西西西西亚亚亚亚(Diego (Diego (Diego (Diego Garcia)Garcia)Garcia)Garcia)和和和和太太太太平平平平洋洋洋洋的的的的卡卡卡卡瓦瓦瓦瓦迦迦迦迦兰兰兰兰(Kwajalein) (Kwajalein) (Kwajalein) (Kwajalein) 的的的的三三三三个个个个美美美美国军事基地上国军事基地上国军事基地上。

国军事基地上设备：设备：设备：设备：一台直径一台直径一台直径一台直径3.6m3.6m3.6m3.6m的天线，一台的天线，一台的天线，一台的天线，一台S S S S波段发射机和波段发射机和波段发射机和波段发射机和一一一一台计算机台计算机台计算机台计算机 作作作作用用用用：：：：将将将将主主主主控控控控站站站站传传传传送送送送的的的的卫卫卫卫星星星星导导导导航航航航电电电电文文文文注注注注入入入入各各各各个个个个卫卫卫卫星星星星，，，，并并并并监监监监测测测测注注注注入入入入信信信信息息息息正正正正确确确确性性性性，，，，每每每每天天天天注注注注入入入入3 3次次次次，，，，每每每每次次次次注入注入注入注入1414天的导航电文天的导航电文天的导航电文天的导航电文《土建工程测量》（三）监测站（三）监测站（三）监测站（三）监测站 作用：作用：作用：作用：对每颗卫星进行观测，精确测定卫星在空间的位置，并向对每颗卫星进行观测，精确测定卫星在空间的位置，并向对每颗卫星进行观测，精确测定卫星在空间的位置，并向对每颗卫星进行观测，精确测定卫星在空间的位置，并向 主控站提供观测数据。

主控站提供观测数据主控站提供观测数据主控站提供观测数据 设设设设备备备备：：：：监监监监测测测测站站站站有有有有双双双双频频频频GPSGPSGPSGPS接接接接收收收收机机机机，，，，对对对对每每每每颗颗颗颗卫卫卫卫星星星星长长长长年年年年连连连连续续续续不不不不断断断断地地地地进进进进行行行行观观观观测测测测，，，，每每每每6 6 6 6秒秒秒秒进进进进行行行行一一一一次次次次伪伪伪伪距距距距测测测测量量量量和和和和积积积积分分分分多多多多普普普普勒勒勒勒观观观观测测测测，，，，采采采采集气象要素等数据集气象要素等数据集气象要素等数据集气象要素等数据 监监监监测测测测站站站站是是是是一一一一种种种种无无无无人人人人值值值值守守守守的的的的数数数数据据据据采采采采集集集集中中中中心心心心，，，，受受受受主主主主控控控控站站站站的的的的控控控控制制制制，，，，定定定定时时时时将将将将观观观观测测测测数数数数据据据据送送送送往往往往主主主主控控控控站站站站5 5 5 5个个个个监监监监测测测测站站站站分分分分布布布布在在在在美美美美国国国国本本本本土土土土和和和和三三三三大大大大洋洋洋洋的的的的美美美美军军军军基基基基地地地地上上上上，，，，保保保保证证证证了了了了全全全全球球球球GPSGPSGPSGPS定定定定轨轨轨轨的的的的精精精精度度度度要要要要求求求求。

由由由由这这这这5 5 5 5个个个个监监监监测测测测站提供的观测数据形成了站提供的观测数据形成了站提供的观测数据形成了站提供的观测数据形成了GPSGPSGPSGPS卫星实时发布的广播星历卫星实时发布的广播星历卫星实时发布的广播星历卫星实时发布的广播星历地地地地点点点点：：：：5 5 5 5个个个个监监监监测测测测站站站站：：：：除除除除一一一一个个个个主主主主控控控控站站站站、、、、三三三三个个个个注注注注入入入入站站站站兼兼兼兼作作作作外外外外，，，，还还还还有有有有一一一一个在夏威夷岛个在夏威夷岛个在夏威夷岛个在夏威夷岛《土建工程测量》 =用户部分观测和记录由若干卫星发送的数据用户部分观测和记录由若干卫星发送的数据,并运并运用数学方法求得三维空间位置以及时间和速度用数学方法求得三维空间位置以及时间和速度GPSGPSGPSGPS用户部分用户部分用户部分用户部分 《土建工程测量》 用用用用户户户户部部部部分分分分包包包包括括括括用用用用户户户户组组组组织织织织系系系系统统统统和和和和根根根根据据据据要要要要求求求求安安安安装装装装相相相相应应应应的的的的设设设设备备备备，，，，但但但但其其其其中中中中心心心心设设设设备备备备是是是是GPSGPSGPSGPS接接接接收收收收机机机机。

它它它它是是是是一一一一种种种种特特特特制制制制的的的的无无无无线线线线电电电电接接接接收收收收机机机机，，，，用来接收导航卫星发射的信号，并以此计算出定位数据用来接收导航卫星发射的信号，并以此计算出定位数据用来接收导航卫星发射的信号，并以此计算出定位数据用来接收导航卫星发射的信号，并以此计算出定位数据G G G GP P P PS S S S用用用用户户户户设设设设备备备备GPSGPSGPSGPS接收机硬件接收机硬件接收机硬件接收机硬件机内软件机内软件机内软件机内软件GPSGPSGPSGPS数据的后期处理软件数据的后期处理软件数据的后期处理软件数据的后期处理软件天线单元天线单元天线单元天线单元接收单元接收单元接收单元接收单元前置放大器前置放大器前置放大器前置放大器接收天线接收天线接收天线接收天线《土建工程测量》TOPCONTOPCON产品产品《土建工程测量》南方仪器厂南方仪器厂《土建工程测量》《土建工程测量》8 8.2 GPS.2 GPS卫星定位的基本原理卫星定位的基本原理8 8.2.1 GPS.2.1 GPS卫星信号的组成卫星信号的组成卫星信号卫星信号卫星信号卫星信号 载波信号载波信号载波信号载波信号(L(L(L(L1 1 1 1，，，，L L L L2 2 2 2) ) ) )测距码测距码测距码测距码(P(P(P(P码码码码,C/A,C/A,C/A,C/A码码码码) ) ) )数据码数据码数据码数据码( ( ( (导航电文或导航电文或导航电文或导航电文或D D D D码码码码) ) ) ) 1.1.载波信号载波信号 L L1 1载波，波长载波，波长λ=19.03cmλ=19.03cm，频率，频率f f1 1=1575.42MHZ=1575.42MHZ L L2 2载波，波长载波，波长λ=24.42cmλ=24.42cm，频率，频率f f2 2=1227.6OMHZ=1227.6OMHZ。

2.2.测距码测距码 C/AC/A码（粗码码（粗码/ /捕获码）：调制在捕获码）：调制在L L1 1载波上结构公开，不载波上结构公开，不同的卫星有不同的同的卫星有不同的C/AC/A码 P P码码（（精码）：调制在精码）：调制在L L1 1和和L L2 2载波上3.3.数据码（数据码（D D码）（导航电文）码）（导航电文） 提供有关卫星位置，卫星钟的性能、发射机的状态等数提供有关卫星位置，卫星钟的性能、发射机的状态等数据和信息用户利用观测值以及这些信息和数据就能进行导据和信息用户利用观测值以及这些信息和数据就能进行导航和定位航和定位《土建工程测量》GPSGPSGPSGPS所有的信号都是在同一基本频率控制下产生的所有的信号都是在同一基本频率控制下产生的所有的信号都是在同一基本频率控制下产生的所有的信号都是在同一基本频率控制下产生的 基本频率基本频率10.23MHzL11575.42MHzC/A码码1.023MHzP码码10.23MHz数据码数据码（（D码）码）50BPSL21227.60MHzP码码10.23MHz÷204600×1÷10×154×120数据码数据码（（D码）码）50BPS《土建工程测量》8 8.2.2 GPS.2.2 GPS的常用坐标系的常用坐标系原点：原点：是是地球地球的质心的质心Z Z 轴：轴：指向指向国际时间局国际时间局BIHBIH1984.01984.0定义的定义的协议地球北极协议地球北极（（CTPCTP）方向）方向 Y Y轴：轴：垂直垂直于于ZOXZOX平面且与平面且与Z Z、、X X轴构成轴构成右手坐标系右手坐标系WGS--84世界大地坐标系：世界大地坐标系：X 轴：轴：指向指向BIH1984.0的零的零 子午面子午面    和和CTP相对应的赤道的交点相对应的赤道的交点《土建工程测量》8 8.2.3 GPS.2.3 GPS定位原理定位原理                 利用三个以上卫星的已知空间位置，交会出地面未知点利用三个以上卫星的已知空间位置，交会出地面未知点利用三个以上卫星的已知空间位置，交会出地面未知点利用三个以上卫星的已知空间位置，交会出地面未知点（用户接收机）的位置。

用户接收机）的位置用户接收机）的位置用户接收机）的位置《土建工程测量》ρρρρ1 1 1 12 2 2 2 = (X - X= (X - X= (X - X= (X - X1 1 1 1) ) ) )2 2 2 2 + (Y - Y+ (Y - Y+ (Y - Y+ (Y - Y1 1 1 1) ) ) )2 2 2 2 + (Z - Z+ (Z - Z+ (Z - Z+ (Z - Z1 1 1 1) ) ) )2 2 2 2ρρρρ2 2 2 22 2 2 2 = (X – X= (X – X= (X – X= (X – X2 2 2 2) ) ) )2 2 2 2 + (Y – Y+ (Y – Y+ (Y – Y+ (Y – Y2 2 2 2) ) ) )2 2 2 2 + (Z – Z+ (Z – Z+ (Z – Z+ (Z – Z2 2 2 2) ) ) )2 2 2 2ρρρρ3 3 3 32 2 2 2 = (X – X= (X – X= (X – X= (X – X3 3 3 3) ) ) )2 2 2 2 + (Y – Y+ (Y – Y+ (Y – Y+ (Y – Y3 3 3 3) ) ) )2 2 2 2 + (Z – Z+ (Z – Z+ (Z – Z+ (Z – Z3 3 3 3) ) ) )2 2 2 2 通通通通过过过过导导导导航航航航电电电电文文文文解解解解译译译译出出出出三三三三颗颗颗颗卫卫卫卫星星星星的的的的坐坐坐坐标标标标，，，，通通通通过过过过测测测测量量量量求求求求出出出出三三三三颗颗颗颗卫卫卫卫星星星星到到到到测测测测站站站站的的的的距距距距离离离离ρρρρi i，，，，用用用用距距距距离离离离交交交交会会会会即即即即可可可可求求求求出出出出测测测测站站站站点点点点的的的的坐标坐标坐标坐标（（（（X X X X，，，，Y Y Y Y，，，，Z Z Z Z））））。

式中：式中：X1、、Y1、、Z1，， X2、、Y2、、Z2……表示第表示第1、、2、、3……颗颗卫星的坐标卫星的坐标《土建工程测量》        由于卫星钟差、电离层折射和大气对流的影响，由于卫星钟差、电离层折射和大气对流的影响，可以通过导航电文中所给的有关参数加以修正，而可以通过导航电文中所给的有关参数加以修正，而接收机的钟差接收机的钟差却难以预先准确地确定，所以把接收却难以预先准确地确定，所以把接收机的钟差当作一个未知数，与测站坐标一起解算机的钟差当作一个未知数，与测站坐标一起解算这样，在一个观测站上要解出这样，在一个观测站上要解出4个未知参数，即个未知参数，即3个个点位坐标分量和点位坐标分量和1个钟差参数，就至少同时观测个钟差参数，就至少同时观测4颗颗卫星        一般来说，利用一般来说，利用C/A码进行实时绝对定位，各码进行实时绝对定位，各坐标分量精度在坐标分量精度在5～～10m《土建工程测量》8 8.2.4 .2.4 伪距测量与载波相位测量伪距测量与载波相位测量1.1.伪距测量伪距测量 伪距法定位伪距法定位伪距法定位伪距法定位————————在某一时刻，由在某一时刻，由在某一时刻，由在某一时刻，由GPSGPSGPSGPS接收机测出其接收机测出其接收机测出其接收机测出其到到到到4 4 4 4颗颗颗颗以以以以上上上上GPSGPSGPSGPS卫星的伪距，根据已知的卫星位置，采用距离交会的方卫星的伪距，根据已知的卫星位置，采用距离交会的方卫星的伪距，根据已知的卫星位置，采用距离交会的方卫星的伪距，根据已知的卫星位置，采用距离交会的方法求接收机天线所在点的三维坐标。

法求接收机天线所在点的三维坐标法求接收机天线所在点的三维坐标法求接收机天线所在点的三维坐标 伪距伪距伪距伪距————————由卫星发射的测距码信号到达由卫星发射的测距码信号到达由卫星发射的测距码信号到达由卫星发射的测距码信号到达GPSGPSGPSGPS接收机的传播接收机的传播接收机的传播接收机的传播时间乘以光速所得出的量测距离由于卫星钟、接收机钟的误时间乘以光速所得出的量测距离由于卫星钟、接收机钟的误时间乘以光速所得出的量测距离由于卫星钟、接收机钟的误时间乘以光速所得出的量测距离由于卫星钟、接收机钟的误差以及无线电通过电离层和对流层中的延迟，实际测出的距离差以及无线电通过电离层和对流层中的延迟，实际测出的距离差以及无线电通过电离层和对流层中的延迟，实际测出的距离差以及无线电通过电离层和对流层中的延迟，实际测出的距离  与卫星到接收机的几何距离与卫星到接收机的几何距离与卫星到接收机的几何距离与卫星到接收机的几何距离   有一定的差值，因此一般称量有一定的差值，因此一般称量有一定的差值，因此一般称量有一定的差值，因此一般称量测出的距离为测出的距离为测出的距离为测出的距离为伪距伪距伪距伪距。

用用用用C/AC/AC/AC/A码进行测量的伪距为码进行测量的伪距为码进行测量的伪距为码进行测量的伪距为C/AC/AC/AC/A码伪距；用码伪距；用码伪距；用码伪距；用P P P P码进行测量的码进行测量的码进行测量的码进行测量的伪距为伪距为伪距为伪距为P P P P码伪距 《土建工程测量》2.2.载波相位测量载波相位测量 波长：波长：波长：波长：L L L L1 1 1 1 信号的波长为信号的波长为信号的波长为信号的波长为19.03 cm19.03 cm19.03 cm19.03 cm L L L L2 2 2 2 信号的波长为信号的波长为信号的波长为信号的波长为24.42 cm24.42 cm24.42 cm24.42 cm载波相位测量属于非码信号测量系统载波相位测量属于非码信号测量系统载波相位测量属于非码信号测量系统载波相位测量属于非码信号测量系统优点：优点：优点：优点：把载波作为量测信号，对载波进行相位测量把载波作为量测信号，对载波进行相位测量把载波作为量测信号，对载波进行相位测量把载波作为量测信号，对载波进行相位测量 可以达到很高的精度，目前可达到可以达到很高的精度，目前可达到可以达到很高的精度，目前可达到可以达到很高的精度，目前可达到1 1 1 1～～～～2mm2mm2mm2mm。

缺点：缺点：缺点：缺点：载波信号是一种周期性的正弦信号，相位测载波信号是一种周期性的正弦信号，相位测载波信号是一种周期性的正弦信号，相位测载波信号是一种周期性的正弦信号，相位测 量只能测定不足一个波长的小数部分，无法量只能测定不足一个波长的小数部分，无法量只能测定不足一个波长的小数部分，无法量只能测定不足一个波长的小数部分，无法 测定其整波长个数因而存在着整周数的不测定其整波长个数因而存在着整周数的不测定其整波长个数因而存在着整周数的不测定其整波长个数因而存在着整周数的不 确定性问题，使解算过程比较复杂确定性问题，使解算过程比较复杂确定性问题，使解算过程比较复杂确定性问题，使解算过程比较复杂《土建工程测量》8 8.2.5 GPS.2.5 GPS定位方法定位方法        GPS定位的方法有多种，根据定位的方法有多种，根据接收机的运动状态接收机的运动状态可分为静可分为静态定位和动态定位，根据态定位和动态定位，根据定位的模式定位的模式又可分为绝对（单点）定又可分为绝对（单点）定位和相对定位（差分定位），按位和相对定位（差分定位），按数据的处理方式数据的处理方式可分为实时定可分为实时定位和后处理定位。

位和后处理定位1.1.1.1.绝对定位：绝对定位：绝对定位：绝对定位：它是利用一台接收机观测卫星，独立地确定出它是利用一台接收机观测卫星，独立地确定出它是利用一台接收机观测卫星，独立地确定出它是利用一台接收机观测卫星，独立地确定出自身在自身在自身在自身在WGSWGS－－－－8484地心坐标系的绝对位置地心坐标系的绝对位置地心坐标系的绝对位置地心坐标系的绝对位置                这一位置在这一位置在这一位置在这一位置在WGSWGS－－－－8484坐标系中是唯一的，所以称为绝对坐标系中是唯一的，所以称为绝对坐标系中是唯一的，所以称为绝对坐标系中是唯一的，所以称为绝对定位因为利用一台接收机能完成定位工作，又称为定位因为利用一台接收机能完成定位工作，又称为定位因为利用一台接收机能完成定位工作，又称为定位因为利用一台接收机能完成定位工作，又称为单点定位单点定位单点定位单点定位《土建工程测量》 绝对绝对绝对绝对定位的优点是只需一台接收机即可独立定位，外业观定位的优点是只需一台接收机即可独立定位，外业观定位的优点是只需一台接收机即可独立定位，外业观定位的优点是只需一台接收机即可独立定位，外业观测的组织和实施比较方便，数据处理比较简单；缺点是定位精测的组织和实施比较方便，数据处理比较简单；缺点是定位精测的组织和实施比较方便，数据处理比较简单；缺点是定位精测的组织和实施比较方便，数据处理比较简单；缺点是定位精度低，受各种误差的影响比较大，只能达到米级。

度低，受各种误差的影响比较大，只能达到米级度低，受各种误差的影响比较大，只能达到米级度低，受各种误差的影响比较大，只能达到米级 2. 2.   相对定位相对定位相对定位相对定位：它是利用不同地点的接收机同步跟踪相同的：它是利用不同地点的接收机同步跟踪相同的：它是利用不同地点的接收机同步跟踪相同的：它是利用不同地点的接收机同步跟踪相同的GPSGPS卫星信号，确定若干台接收机之间的相对位置卫星信号，确定若干台接收机之间的相对位置卫星信号，确定若干台接收机之间的相对位置卫星信号，确定若干台接收机之间的相对位置《土建工程测量》                相对定位相对定位相对定位相对定位测量是相对于某一已知点的位置，而不是在测量是相对于某一已知点的位置，而不是在测量是相对于某一已知点的位置，而不是在测量是相对于某一已知点的位置，而不是在WGSWGS－－－－8484坐标系中的绝对位置它精确测定出两点之间的坐坐标系中的绝对位置它精确测定出两点之间的坐坐标系中的绝对位置它精确测定出两点之间的坐坐标系中的绝对位置它精确测定出两点之间的坐标分量和边长至少要应用两台精密测地型标分量和边长。

至少要应用两台精密测地型标分量和边长至少要应用两台精密测地型标分量和边长至少要应用两台精密测地型GPSGPS接收机        由于同步观测相同的卫星，卫星的轨道误差，卫星的钟由于同步观测相同的卫星，卫星的轨道误差，卫星的钟差，接收机的钟差以及电离层、对流层的折射误差等对观测差，接收机的钟差以及电离层、对流层的折射误差等对观测量具有一定的相关性，因此利用这些观测量不同组合，进行量具有一定的相关性，因此利用这些观测量不同组合，进行相对定位，可以有效的消除削弱上述误差的影响，从而提高相对定位，可以有效的消除削弱上述误差的影响，从而提高定位精度定位精度 《土建工程测量》3.实时定位和后处理定位实时定位和后处理定位        对GPS信号的处理，从时间上可划分为实时处理及后处理实时处理就是一边接收卫星信号，一边进行计算后处理是指把卫星信号记录在一定的介质上，回到室内统一进行数据处理以进行定位的方法4.静态定位和动态定位静态定位和动态定位       所谓静态定位，就是待定点的位置在观测过程中固定不变所谓动态定位，就是待定点在运动载体上，在观测过程中是变化的动态定位的特点是可以测定一个动态点的实时位置，多余观测量少，定位精度较低。

        静态相对定位的精度一般在几毫米到几厘米范围内，动态相对定位的精度一般在几厘米到几米范围内《土建工程测量》     随着快速静态测量、准动态测量、动态测量，尤其是实时随着快速静态测量、准动态测量、动态测量，尤其是实时动态定位测量工作方式的出现，动态定位测量工作方式的出现，GPS在测绘领域中的应用开始在测绘领域中的应用开始深入到各种测量工作之中深入到各种测量工作之中     实时动态定位测量，即实时动态定位测量，即GPS RTK测量技术（其中测量技术（其中RTK为实为实时动态的意思，英文是时动态的意思，英文是Real Time Kinematic）GPS RTK测量技术原理：测量技术原理：    在两台在两台GPS接收机之间增加一套无线通信系统（又称数据链）接收机之间增加一套无线通信系统（又称数据链），将两台或多台相对独立的，将两台或多台相对独立的GPS接收机联成有机的整体基准接收机联成有机的整体基准站（安置在己知点上的站（安置在己知点上的GPS接收机）通过电台将观测信息、测接收机）通过电台将观测信息、测站数据传输给流动站（运动中的的站数据传输给流动站（运动中的的GPS接收机），如下图接收机），如下图 5.实时动态定位测量实时动态定位测量《土建工程测量》GPS RTK测量技术测量技术基准站的坐标基准站的坐标基基准准站站流流动动站站《土建工程测量》1.定位精度高定位精度高       实践证明：伪距观测单点实时定位精度，P码为10m左右，C/A码为40m左右，若事后处理精度可达3～5m。

载波相位测量，相对定位精度可达10-6～10-7在300～1500m工程精密定位中，1小时以上的观测，解其平面位置误差小于1mm2.观测时间短观测时间短       目前，20km以内的相对静态定位，仅需15～20分钟，实时动态定位时，每个流动站与基准站相距在15km以内时，流动站观测只需1～2分钟3.全天候全球覆盖全天候全球覆盖       由于GPS有24颗卫星，且分布合理，轨道高达20200km，所以地球上任何地方在任何时间至少都可以同时观测到4颗GPS卫星，因而可以提供全天侯的导航定位服务由于用户只需接收GPS信号，无需发射任何信号，因此，隐蔽性能好，可同时容纳无限量用户使用的特点8.2.6  GPS系统定位的特点系统定位的特点《土建工程测量》4.测站间无需通视测站间无需通视       GPS定位测站间无需通视，只需测站上空较为开阔即可，因而节省了大量造标费用，并且选点灵活，可稀可密，5.操作简便操作简便       随着GPS接收机的不断改进，自动化程度越来越高，接收机体积越来越小，重量越来越轻，操作十分简便，使野外工作变得轻松愉快6.功能多，应用广功能多，应用广       GPS系统不仅可用于测量、导航，还可用于测速、测时。

测速的精度可达0.1m/s，测时的精度可达几十毫微秒应用领域从军事、公安到民用各个部门，交通、邮电、石油、煤矿、建筑、气象、地质、测绘、农业、林业、水利、土地管理等都有十分广泛的应用《土建工程测量》8 8.3 GPS.3 GPS小区域控制测量小区域控制测量8.3.1  GPS控制网的技术设计控制网的技术设计         1.充分考虑建立控制网的应用范围充分考虑建立控制网的应用范围         2.采用的布网方案及网形设计采用的布网方案及网形设计          适当地分级布设适当地分级布设GPS网网          顾及测站选址、仪器设备装置与后勤交通保障等因素顾及测站选址、仪器设备装置与后勤交通保障等因素          设计各观测时段的时间及接收机的搬站顺序设计各观测时段的时间及接收机的搬站顺序         GPS网一般由一个或若干个独立观测环组成，也可采用网一般由一个或若干个独立观测环组成，也可采用路线形式路线形式《土建工程测量》3.GPS测量的精度标准测量的精度标准       国家测绘局国家测绘局1992年制订的我国第一部年制订的我国第一部“GPS测量规范测量规范”将将GPS的测量精度分为的测量精度分为A～～E五级，以适应于不同范围、不同用五级，以适应于不同范围、不同用途要求的途要求的GPS工程。

工程 4.坐标系统与起算数据坐标系统与起算数据      在在GPS网的技术设计中，必须说明网的技术设计中，必须说明GPS网的成果所采用的坐网的成果所采用的坐标系统和起算数据标系统和起算数据      空间相似变换空间相似变换求得求得7个个待定系数：待定系数：3个平移参数、个平移参数、3个旋转参数个旋转参数和和1个缩放参数个缩放参数5.GPS点的高程点的高程    GPS测定的高程是测定的高程是WGS-84坐标系中的大地高，与我国采用的坐标系中的大地高，与我国采用的1985年黄海国家高程基准正常高之间也需要进行转换为了得到年黄海国家高程基准正常高之间也需要进行转换为了得到GPS点的正常高，应使一定数量的点的正常高，应使一定数量的GPS点与水准点重合，或者对点与水准点重合，或者对部分部分GPS点联测水准若需要进行水准联测，则在进行点联测水准若需要进行水准联测，则在进行GPS布点布点时应对此加以考虑时应对此加以考虑《土建工程测量》8.3.2  选点与建立点位标志选点与建立点位标志       选定选定GPS点点位时，应遵守以下的几点原则：点点位时，应遵守以下的几点原则：         1.周围应便于安置接收设备，便于操作，视野开阔，视场周围应便于安置接收设备，便于操作，视野开阔，视场内周围障碍物的高度角一般应小于内周围障碍物的高度角一般应小于15°；；         2.远离大功率无线电发射源（如电视台、微波站等），其远离大功率无线电发射源（如电视台、微波站等），其距离不小于距离不小于400m；远离高压输电线，其距离不小于；远离高压输电线，其距离不小于200m；；         3.点位附近不应有强烈干扰卫星信号接收的物体，并尽量点位附近不应有强烈干扰卫星信号接收的物体，并尽量避开大面积水域；避开大面积水域；         4.交通方便，有利于其交通方便，有利于其他测量手段扩展和联测；他测量手段扩展和联测；         5.地面基础稳定，易于点的保存地面基础稳定，易于点的保存        为长期保存点位，为长期保存点位，GPS控制点应设置标石，应绘制点之记、控制点应设置标石，应绘制点之记、测站环视图和测站环视图和GPS 网图、作为提交的选点技术资料。

网图、作为提交的选点技术资料《土建工程测量》8.3.3  GPS外业观测外业观测1.准备工作准备工作      (1)检查检查       GPS接收仪的检查可分为一般性检视、通电检验和试测检接收仪的检查可分为一般性检视、通电检验和试测检验主要判断仪器能否正常稳定工作主要判断仪器能否正常稳定工作       (2)编制编制GPS卫星可见性预报及观测时段的选择卫星可见性预报及观测时段的选择       GPS定位精度与观测卫星的几何图形有密切关系卫星几定位精度与观测卫星的几何图形有密切关系卫星几何图形的强度越好，定位精度越高从测观测站观测卫星的高何图形的强度越好，定位精度越高从测观测站观测卫星的高度角越小，卫星分布范围越大，则几何精度因子度角越小，卫星分布范围越大，则几何精度因子GDOP值值（（Geomatic Dilution Of Precision）越小，定位精度越高，一般）越小，定位精度越高，一般要求要求GDOP值小于值小于6因此，观测前要编制卫星可见性预报，选因此，观测前要编制卫星可见性预报，选择最佳观测时段，拟定观测计划一般择最佳观测时段，拟定观测计划一般GPS接收机的商用数据处接收机的商用数据处理系统都带有卫星可见预报软件。

理系统都带有卫星可见预报软件    《土建工程测量》 (2) 量取量取GPS接收机的仪器高接收机的仪器高度度        在观测前后各量取仪器高在观测前后各量取仪器高h一次，一次，量至毫米，较差不应大于量至毫米，较差不应大于3mm，直接，直接输入仪器高输入仪器高h，仪器内处理软件可自动，仪器内处理软件可自动计算天线高计算天线高H （（1 1））GPS接收仪的安置接收仪的安置     打开打开仪器箱，取出基座及对仪器箱，取出基座及对中器，将其安放在脚架上，在测站标志点上对中、整平基座中器，将其安放在脚架上，在测站标志点上对中、整平基座从从仪器箱中取出接收机，将其安放在对中器上，并将其锁紧仪器箱中取出接收机，将其安放在对中器上，并将其锁紧 2.观测工作观测工作        观测工作包括：观测工作包括：GPS接收仪安置，气象参数测定，测站记接收仪安置，气象参数测定，测站记录等下面以我国南方录等下面以我国南方NGS-9600为例略加说明为例略加说明《土建工程测量》      (3)开机观测开机观测       任务：捕获任务：捕获GPS卫星信号并对其进行跟踪、接收卫星信号并对其进行跟踪、接收和处理，以获取所需的定位观测数据。

和处理，以获取所需的定位观测数据     南方南方NGS-9600有三种观测模式：有三种观测模式：智能模式、手智能模式、手动模式和节电模式动模式和节电模式在在“智能智能”模式下，软件自动模式下，软件自动判断卫星定位状态和判断卫星定位状态和PDOP值      (4)观测记录与测量手簿观测记录与测量手簿      观测记录由观测记录由GPS接收机自动形成，自动记录在存储介质接收机自动形成，自动记录在存储介质（如（如PCMCIA卡等）上，其内容有卡等）上，其内容有GPS卫星星历及卫星钟差卫星星历及卫星钟差参数、伪距观测值等至于测站的信息，包括测站点点号、参数、伪距观测值等至于测站的信息，包括测站点点号、时段号、天线高等，通常是由观测人员手工输入接收机时段号、天线高等，通常是由观测人员手工输入接收机        测量手簿在观测过程中由观测人员填写，不得测后补记测量手簿在观测过程中由观测人员填写，不得测后补记手簿的内容还包括天气状况、气象元素、观测人员等内容手簿的内容还包括天气状况、气象元素、观测人员等内容《土建工程测量》其智能模式的观测步骤如下：其智能模式的观测步骤如下：(a) 按下电源开关按下电源开关 “开关开关”键，键，进入初始界面。

进入初始界面b) 按下按下 “智能智能”键按钮，选择键按钮，选择“智能智能”模式进入主界面模式进入主界面        锁定的卫星变为黑色显示，锁定的卫星变为黑色显示，只捕捉而未锁定的可视卫星为白只捕捉而未锁定的可视卫星为白色显示，卫星几何精度因子色显示，卫星几何精度因子PDOP值显示在该界面下界面值显示在该界面下界面右侧显示标准北京时间，已记录右侧显示标准北京时间，已记录采集采集GPS星历数据的时间星历数据的时间(单位单位为分钟、秒为分钟、秒)，内存剩余空间，，内存剩余空间，采用的电源及电量采用的电源及电量主界面《土建工程测量》(c)按下按下F3 “测量测量”键，进入键，进入“测量测量”功能子界面，可看到接功能子界面，可看到接收机状态，测站的经纬度坐标、定位模式、精度因子等收机状态，测站的经纬度坐标、定位模式、精度因子等主界面主界面测量子界面测量子界面《土建工程测量》(d)在测量功能子界面中，按在测量功能子界面中，按下下 “点名点名”键，进入键，进入“点名点名输入输入”功能子界面功能子界面 输入点名：输入点名：给将要记录的数据命名文件名给将要记录的数据命名文件名 输入时段长度：输入时段长度：（对于四等、一级、二级要求（对于四等、一级、二级要求   ≥45min                                          ，三等，三等≥60min，一，一≥90min）） 输入测站仪器高：输入测站仪器高：        最后按最后按    “确定确定”键键。

          在此界面上，按下在此界面上，按下     “↓”键，可选择键，可选择0～～9中的某一字中的某一字符，按符，按     “→”键，可移动光标按键，可移动光标按      “A→Z”键，可选择键，可选择A至至Z中的某一字符中的某一字符测量子界面测量子界面点名子界面点名子界面《土建工程测量》(e)点名子界面输入完成后，按点名子界面输入完成后，按 F4  “确定确定”键，返回测量功能键，返回测量功能子界面，接收机就开始采集数据，当子界面，接收机就开始采集数据，当数据采集时间数据采集时间满足要求满足要求后，在测量功能子界面中按后，在测量功能子界面中按 “返回返回”键，退回主界面，按键，退回主界面，按“开关开关”键关机测量子界面测量子界面点名子界面点名子界面《土建工程测量》       观测记录由观测记录由GPS接收机自动形成，自动记录在存接收机自动形成，自动记录在存储介质（如储介质（如PCMCIA卡等）上，其内容有：卡等）上，其内容有：GPS卫卫星星历及卫星钟差参数；伪距观测值、载波相位观星星历及卫星钟差参数；伪距观测值、载波相位观测值、相应的测值、相应的GPS时间      测量手簿在观测过程中由观测人员填写，不得测测量手簿在观测过程中由观测人员填写，不得测后补记。

手簿的内容还包括天气状况、气象元素、后补记手簿的内容还包括天气状况、气象元素、观测人员等内容观测人员等内容《土建工程测量》8.3.4  成果检核与数据处理成果检核与数据处理 1.1.将观测数据下载到计算机中，并计算将观测数据下载到计算机中，并计算GPSGPS基线向量，基基线向量，基线向量的解算软件线向量的解算软件一般可用一般可用仪器厂家提供的软件仪器厂家提供的软件 2.2.对解算成果进行检核，常见的有同步环和异步环的检测对解算成果进行检核，常见的有同步环和异步环的检测根据规范要求的精度，剔除误差大的数据，必要时还需要进行根据规范要求的精度，剔除误差大的数据，必要时还需要进行重测 3.3.将基线向量组网进行平差了平差软件可以采用仪器厂将基线向量组网进行平差了平差软件可以采用仪器厂家提供的软件，也可以采用通用数据格式的第三方软件或自编家提供的软件，也可以采用通用数据格式的第三方软件或自编软件 4.4.通过平差计算，最终得到各观测点在指定坐标系中的坐通过平差计算，最终得到各观测点在指定坐标系中的坐标，并对坐标值的精度进行评定标，并对坐标值的精度进行评定。