1、GPSGPS測量基本知識測量基本知識工程測量 第7章第7章 GPSGPS測量基本知識測量基本知識7.1 概述7.2 GPS測量基本原理 7.3 GPS測量外業組織及實施傳統測量手段傳統測量手段傳統測繪技術與現代測繪技術傳統測繪技術與現代測繪技術 英文全稱是 NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Position System（導航星測時與測距全球定位系統），簡稱 GPS 有時也被稱作NAVSTAR GPS。 美國國防部負責開發 空基全天侯導航定位系統 用以滿足軍方在地面或近地空間內獲取目標或載體的位置、速度和時間信息的要求 也可為民間用戶

2、提供類似但受限的免費服務 7.1 7.1 概述概述一、系統組成一、系統組成 空間部分 地面監控部分 用戶部分用戶部分用戶部分主控站主控站USCG空間部分空間部分地面天線地面天線一一 GPSGPS系統介紹系統介紹 24-27顆衛星 軌高：21000km 6個軌道平面（一）空間部分（一）空間部分 主控站(1)+監控站(5)+注入站(3)（二）地面監控部分（二）地面監控部分 主控站：主控站：處理各監控站對GPS的觀測數據，計算出衛星的星歷和衛星鐘的改正數等；對衛星進行控制，向衛星發布指令，主控站也具有監控站的功能。 監控站：監控站：接收衛星信號，監測衛星的工作狀態。 注入站：注入站：將主控站計算出的

3、衛星星歷和衛星鐘改正數等注入到衛星中地面監控部分的功能地面監控部分的功能 配有配有GPSGPS信號接收裝置并利用信號接收裝置并利用GPSGPS觀測值來定位，觀測值來定位，導航，定時的用戶（民用導航，定時的用戶（民用+ +軍用）軍用）（三）用戶部分（三）用戶部分（1 1）按工作原理分：）按工作原理分： 碼相關型接收機 平方型接收機 混合型接收機（2 2）按信號通道類型分：）按信號通道類型分： 多通道接收機 序貫通道接收機 多路復用通道接收機（3 3）根據接收信號的頻率分：）根據接收信號的頻率分：n單頻接收機（L1）n雙頻接收機（L1+L2）（4 4）根據接收機的用途分：）根據接收機的用途分：n導

4、航型n測量型n授時型接收機的分類接收機的分類常用的接收機品牌常用的接收機品牌 高精度測量型 Trimble Leica Ashtech Topcon 導航型 Garmin Magellan 作業范圍作業范圍：全球地面覆蓋，無須通視 作業時間：作業時間：實時，全天候 成果精度成果精度：精度高 勞動強度勞動強度：自動化程度高 三維坐標三維坐標：真三維坐標GPSGPS的特點的特點GPSGPS測量的時間系統和坐標系統測量的時間系統和坐標系統SIATGPST19時間系統：坐標系統: WGS-847.2 GPS7.2 GPS測量基本原理測量基本原理一、一、GPSGPS信號信號 GPS衛星發射兩種頻率的載波

5、信號： L1：10.23MHZ*154；波長19cm L2：10.23MHZ*120；波長24.42cm在L1和L2上又分別調制了:測距碼（C/A碼，P碼）+ 數據碼 C/A碼（米）：一個碼元寬度對應距離293米，測距誤差（1/100）2.93米 P碼（米）；一個碼元寬度對應距離29.3米，測距誤差（1/100）0.293米 L1載波相位 L2載波相位 導航電文（星歷）（實時廣播星歷）+（事后精密星歷）二二 、GPS定位的常用觀測值L1L1載波相位觀測值載波相位觀測值L2L2載波相位觀測值載波相位觀測值調制在調制在L1L1上的上的C/AC/A碼偽距碼偽距調制在調制在L1L1上的上的P P碼偽距

6、碼偽距調制在調制在L2L2上的上的P P碼偽距碼偽距L1L1上的多普勒頻移上的多普勒頻移L2L2上的多普勒頻移上的多普勒頻移 實際上，在進行GPS定位時，除了大量地使用上面的觀測值進行數據處理以外，還經常使用由上面的若干種觀測值通過某些組合而形成的一些特殊觀測值，如寬巷觀測值（Wide-Lane）、窄巷觀測值（Narrow-Lane）、消除電離層延遲的觀測值（Ion-Free）來進行數據處理。三三 GPSGPS定位模式定位模式 定位模式定位模式 絕對定位(靜態與動態) 相對定位(靜態與動態) 差分定位四、偽距測量與載波相位測量四、偽距測量與載波相位測量)()()(0IntNttjikijkjk

7、tbtatropioncvcv 五、絕對定位五、絕對定位222222222222)()()()()()()()()(CCCCBBBBAAAAzzyyxxzzyyxxzzyyxx需要線性化需要線性化該觀測方程該觀測方程六、相對定位六、相對定位)()()(12tttjjj)()()()()()()(1212tttttttjjkkjkk)()()()()()()()()()()(111211122122212212tttttttttttjjkkjjkkkkk單差：（一）與衛星有關的誤差（一）與衛星有關的誤差 衛星軌道誤差衛星軌道誤差 衛星鐘差衛星鐘差七、七、 GPSGPS測量的誤差來源測量的誤差來源

8、（二）與傳播途徑有關的誤差（二）與傳播途徑有關的誤差 電離層折射電離層折射 對流層折射對流層折射 多路徑效應多路徑效應（三）與接收設備有關的誤差（三）與接收設備有關的誤差 接收機鐘差接收機鐘差 接收機軟件和硬件產生的誤差接收機軟件和硬件產生的誤差 接收機天線相位中心的偏差及變化接收機天線相位中心的偏差及變化相對的天線相位中心的偏差及變化相對的天線相位中心的偏差及變化絕對的天線相位中心的偏差及變化絕對的天線相位中心的偏差及變化（四）其它影響（四）其它影響 地球潮汐 固體潮 負荷潮（海潮，大氣負荷） 數據處理軟件的影響 數據處理軟件的算法不完善 一、 GPS控制網分類 一類是：國家或區域性的高精度

9、的GPS控制網，相鄰點的距離通常是從數千公里至數百公里，其主要任務是作為高精度三維國家大地測量控制網，以獲得國家大地坐標系與世界大地坐標系的轉換參數，為地學和空間科學等方面的科學研究工作服務；或者是對GPS網進行重復觀測，用以研究地區性的板塊運動或地殼形變規律等問題。 另一類是：局部性的GPS控制網，包括城市或礦區GPS控制網，或其它工程控制網。相鄰點間的距離為幾公里至幾十公里，其主要任務是直接為城市建設或工程建設服務。7.3 GPS7.3 GPS測量外業組織及實施測量外業組織及實施7.3.1 GPS7.3.1 GPS網的技術設計網的技術設計二、二、GPSGPS控制網布設原則控制網布設原則 G

10、PS網一般應通過獨立觀測邊構成閉合圖形,以增加檢核條件，提高網的可靠性。 GPS網點應盡量與原有地面控制點相重合。重合點一般不應少于3個，且在網中應分布均勻，以便可靠地確定GPS網與地面網之間的轉換參數。 GPS網點應考慮與部分水準點相重合，以便為大地水準面的研究提供資料。 為了便于觀測和水準聯測，GPS網點一般應設在視野開闊和容易到達的地方。 為了便于用經典方法聯測或擴展，可在網點附近布設一通視良好的方位點，以建立聯測方向。方位點與觀測站的距離一般要大于300m。 級別項目二等三等四等一級二級固定誤差a/mm1010101015比例誤差系數b/ppm25101020相鄰點平均距離/km952

11、11閉合環或附合路線的邊數/條68101010全球定位系統城市測量技術規程全球定位系統城市測量技術規程 三、三、GPSGPS測量精度分級測量精度分級 四、四、GPSGPS網形設計網形設計五、選點和埋石五、選點和埋石 視等級要求進行埋石六、坐標系統和起算數據六、坐標系統和起算數據 GPS測量結果：WGS-84坐標 控制網成果：國家坐標或地方獨立坐標7.3.2 7.3.2 外業組織外業組織1選擇作業模式。2GPS衛星預報和觀測調度計劃。3天線安置。4觀測作業。5觀測記錄與測量手簿。7.3.3 7.3.3 數據處理及成果檢核數據處理及成果檢核1GPS基線向量的計算及檢核2GPS網平差（無約束平差和約

12、束平差）3. 提交成果n技術設計說明書n衛星可見性預報表和觀測計劃nGPS網示意圖nGPS觀測數據nGPS基線解算結果nGPS基點的WGS-84坐標nGPS基點的國家坐標中的坐標或地方坐標系中的坐標 GPSGPS應用（簡介）應用（簡介）一、軍事方面的應用一、軍事方面的應用1. 1. 導彈制導導彈制導2.2.炮兵定向炮兵定向3.3.單兵導航單兵導航二、交通運輸中的應用二、交通運輸中的應用1. 1.車載導航系統車載導航系統GPS+無線數據通訊技術GPS+便攜電話GPS+衛星通訊電話GPS+無線電臺銀行車、救護車、救火車、公共汽車、出租車、保險業。電臺電臺監視屏監視屏計算機計算機2.2.動態目標監控動態目