【正文】 .................................................................. 26 RTK網(wǎng) ............................................................................................................................. 27 RTK精度影響因素 .......................................................................................................... 27 RTK 定位誤差 ........................................................................................................ 27 同儀器和 GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差 ......................................................................... 27 同信號傳播有關(guān)的誤差 ..................................................................................... 28 如何提高 GPS 在工程測量應(yīng)用中的精度 1 1 緒論 概述 使用人造 衛(wèi)星確定地球上點的位置的研究開始于 1959年，霍布斯進大學應(yīng)用物理實驗室的子午衛(wèi)星導航系統(tǒng) Transit于 1964 年 1月研制成功。事實證明，該系統(tǒng)不受時間、天氣等因素的限制，能在地球上任何觀測到衛(wèi)星的地方接收衛(wèi)星信號，進行單點定位、雙點聯(lián)測等工作，然后計算出測站在地球坐標系中三維地心坐標和兩點間三維坐標差。但由于該系統(tǒng)衛(wèi)星少，觀測間隔時間大（每隔 1~2小時才能觀測一次），無法實時連續(xù)定位，并且只能得到二維坐標經(jīng)度和緯度，沒有高程。由于衛(wèi)星軌道太低，受大氣阻力和引力場的影響較大，限制了定位經(jīng)度。鑒于上述原因， 美國國防部于 1973年批準陸、海、空三軍共同研制第二代衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，英文為 Navigation Sstellite Timing And Ranging/Global Positioning System[1]，簡稱 GPS。該系統(tǒng)歷經(jīng)三個階段：原理可行性驗證階段（ 1973～ 1979），系統(tǒng)研制與試驗階段（ 1979～1984）和工程發(fā)展與完成階段。到 1994年，所有 GPS星座裝配完成， 20年，耗資近300億美元，最終建成由 24顆衛(wèi)星構(gòu)成的 GPS 系統(tǒng) [2]。 GPS自產(chǎn)生以來就得到迅速發(fā)展，其優(yōu)越的性能特點 ，引起各國軍事和民用部門廣泛關(guān)注。該系統(tǒng)可提供全天 24小時的全球定位服務(wù)，利用導航衛(wèi)星發(fā)射信號進行測時測距，具有海、陸、空全方位實時三維導航定位能力，可為用戶提供高精度的三維位置、三維速度、一維時間信息 [3]。近十多年， GPS技術(shù)高度自動化以及所能達到的精度，使其在大地測量、控制測量、工程測量及車輛、船舶、飛機等的導航方面，得到廣泛應(yīng)用 [4]。 研究背景與意義 傳統(tǒng)的工程控制測量是在大地測量基礎(chǔ)上進行的，即必須有一定數(shù)量的已知點作為工程控制測量的起算依據(jù)。而傳統(tǒng)的大地測量，首先是在全國范圍內(nèi)布 設(shè)高精度的一等鎖和二等網(wǎng)，然后逐級加密出三、四等網(wǎng)，為工程控制測量提供起算點。它不僅周期長，花費的代價大，隨著時間的推移，大量點位遭到破壞，使傳統(tǒng)的工程控制測量難以實施，且施測過程中還必須考慮通視條件和圖形結(jié)構(gòu)，使工程測量的精度和效率受到很大影響。 GPS技術(shù)的發(fā)展為大地測量提供了一種新的測量手段。因為 GPS測量不需要兩點問通視、受天氣影響較小、直接獲得三維坐標等優(yōu)點， GPS技術(shù)已成為大地測量的主要手段。 1 近年來，由于 GPS 接收機的小功耗、小型化，給其應(yīng)用于測量領(lǐng)域提供了便利條件。軟件方面， GPS 平差、 基線結(jié)算也有了較大發(fā)展，促進了 GPS在測量中的廣泛應(yīng)用。最近幾年，動態(tài) GPS（ RTK）的發(fā)展縮短了工程工期，減少了人員的投入，降低了成本，充分體現(xiàn)出 GPS技術(shù)的優(yōu)越性。但是在工程實踐中，要確保 GPS數(shù)據(jù)的精度及穩(wěn)定性，充分發(fā)揮它在測量中的優(yōu)越性，就必須分析對其精度的影響因素。動態(tài)GPS的應(yīng)用使測量人員投入減少，觀測時間縮短，由于不受通視條件和網(wǎng)形等條件的影響，提高了工作效率，但是同時由于動態(tài) GPS 測量沒有靜態(tài)測量的約束條件，不能直接衡量它的觀測精度，無法滿足控制測量的要求。其精度與靜態(tài)測量相比存在一定的差距 ，還有可靠性不高，缺少檢核條件等缺點。因此，有必要研究分析 GPS各種測量的資料、觀測及數(shù)據(jù)處理方法，探求 GPS測量精度。通過研究 分析 ，對 GPS測量有進一步的認識，進一步提高觀測精度和工作效率 。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2022年，我國建成北斗導航試驗系統(tǒng)， 我國成為繼美、俄之后世界上第三個擁有自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家。 2022年 12月 27日起， 北斗導航系統(tǒng) 開始向中國 以及 周邊地區(qū)提供導航定位和授時服務(wù) ； 2022年 3月 24日，歐盟首腦會議批準建設(shè)伽利略衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的實施計劃；建成 的最初目標是 2022年，但 由于技術(shù)等問題延長到了2022年。 2022年初，歐盟委員會再次宣布，伽利略系統(tǒng)將推遲到 2022年投入運營。 1998年 lO月 19日一 1999年 4月 19日，美國導航研究所和國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)中心、國際 GPS服務(wù)中心、國際大地測量協(xié)會共同組織了一次 GLONASS/GPS國際大聯(lián)測，并稱之為國際 GLoNASS試驗。 這次聯(lián)測在美國、俄羅斯、中國香港、臺灣和法國等 26個國家和地區(qū)布設(shè)了 61個觀測站，國際激光測距服務(wù)中心也參加了 GLONASS／ GPS國際大聯(lián)測，它組織了中國、日本、美國和澳大利亞等 15個國家， 30臺衛(wèi) 星激光測距儀，對 9顆 GLONASS導航衛(wèi)星激光測距。依據(jù) GLONASS全球觀測網(wǎng)的測量成果，解算出 WGS84坐標與 PZ90坐標和 ITRF坐標之間的參數(shù)。由此可見，需要組織大的測量隊伍，布設(shè)分布適宜的觀測網(wǎng)，才能夠解算出多種衛(wèi)星導航系統(tǒng)的統(tǒng)一坐標，獲取較滿意成果 [5]。為得到高精度的動態(tài)已知點，衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)較多采用全球定軌觀測網(wǎng)來測定導航衛(wèi)星的軌道參數(shù)。隨我國對地觀測衛(wèi)星的精密定軌需求的增強，對地觀測衛(wèi)星不斷發(fā)射升空，將給測繪工作者帶來用武的新天地。 70年代后期，在從事多年理論研究的同時，我國航天科 技單位引進試制成功了各種如何提高 GPS 在工程測量應(yīng)用中的精度 1 人造衛(wèi)星觀測儀器。 80年代初，我國有些科研單位和院校開始研究 GPS技術(shù)。 80年代中期，我國引進了 GPS接收機，并應(yīng)用于各個領(lǐng)域。并 已 研究建立 了 自己的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。 20世紀 80年代末期以來， GPS技術(shù)在我國測繪、航天、地質(zhì)、航道、海洋、交通、水利、石油、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)和信息等行業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用。 GPS的現(xiàn)代化加速了 GPS技術(shù)在我國更多領(lǐng)域的應(yīng)用。例如大地測量方面，用 GPS技術(shù)開展國際聯(lián)測建立全球性大地控制網(wǎng)，提供高精度地心坐標，測定精化大地水準面。建立各級測量控制網(wǎng)，提供高精度平面和高程三 維基準。衛(wèi)星導航定位技術(shù)與遙感、通信和電子消費產(chǎn)品不斷的融合，將創(chuàng)造出更多新產(chǎn)品和新服務(wù)。特別是我國自行研發(fā)的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的成功運行和伽利略衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)即將建成，將開創(chuàng)衛(wèi)星導航定位應(yīng)用的新天地。 本文內(nèi)容安排 本文 分析了 GPS測量 理論，在靜態(tài) GPS方面，重點分析 各種來源誤差、 起算點、布網(wǎng)方法 以及 觀測時間對 GPS測量精度 的影響。針對不同工程的不同要求，以具體工程數(shù)據(jù)加以理論分析，探討出比較合理的 提高 GPS在工程測量應(yīng)用中精度的 方法 來指 導工程實踐；在動態(tài) RIK部分，分析其誤差來源的若干因 素， 得出一些指導工程實踐的結(jié)論。 本文的內(nèi)容安排如下： 第一章首先介紹了 GPS在 測繪領(lǐng)域的 巨大優(yōu)勢和潛力， 本文的研究背景與意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。 第二章介紹了全球定位系統(tǒng)，闡述了靜態(tài) GPS系統(tǒng)的構(gòu)成、 定位 原理，重點介 紹了 絕對定位、相對定位和差分 GPS定位原理 。 第三章對 影響 GPS測量精度的因素進行研究。分析 了影響 GPS測量精度 的若干因素，其次對各個因素通過具體工程數(shù)據(jù)加以分析和處理，并得出結(jié)論。 第四章介紹 RTK的測量原理，主要介紹其系統(tǒng)的組成、工作原理、 誤差來源 以及相應(yīng)提高精度的方法 。 第 五 章對全文總結(jié) 和對未來工作的展望。 1 2 GPS 測量原理及其技術(shù)概述 GPS 在工程測量中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景 GPS 定位系統(tǒng)自產(chǎn)生以來就得到了迅速的發(fā)展，引起各國軍事部門和民用部門的普遍關(guān)注。 GPS定位技術(shù)以其高自動化和所達到的精度，也引起了測量工作者極大的興趣，使其在應(yīng)用基礎(chǔ)的研究、新應(yīng)用領(lǐng)域的開拓、軟件和硬件的開發(fā)等方面，都得到蓬勃發(fā)展?，F(xiàn)在這一定位技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工程測量、大地測量、地籍測量、地殼變形監(jiān)測、地殼運動監(jiān)測、航空攝影和海洋測繪、運載工具導航和管制、工程變形監(jiān)測和地球動力學等許多測量領(lǐng)域。自 1982 年第一代測量型的 GPS 接收機投入市場以來，我國陸續(xù)進口了 GPS接收機進行各方面的研究工作。 90年代后， GPS接收機價格下降，越來越多的單位購買 GPS接收機應(yīng)用于工程測量等領(lǐng)域。 相對于經(jīng)典測量技術(shù)而言， GPS測量技術(shù)主要特點如下： 測站間無需通視。 GPS測量技術(shù)不需要測站間相互通視，不再需要建造覘標。這一優(yōu)點使點位的選著變得更為靈活，同時也大大的減少了測量工作的時間和費用。 定位精度高。已完成的大量 GPS 測量表明，在小于 50 千米的基線上，其相對定位精度可達 1～ 2ppm，基線越長，他的相對精度就越高。 觀測時間短。采用快速相對定位的方法，對于短基線 (小于 20千米 )，觀測時間可縮短到幾分鐘。對地形測量、放樣測量等測量工作，采用快速靜態(tài)、實時動態(tài)定位技術(shù)，可將一個點的測量時間縮短到幾秒鐘。 提供三維坐標。， GPS測量可同時觀測得到三維坐標，這一優(yōu)點為確定地面點的高程和研究大地水準面的形狀開辟了新途徑。 操作簡便。 GPS 接收機越來越輕便，測量的自動化程度高，測量任務(wù)主要是放置的 GPS接收機的天線，開關(guān)設(shè)備，測量儀器高，監(jiān)視設(shè)備的工作狀態(tài)。 全天候作業(yè)。可在任何的時間和地方連續(xù)進行 GPS 觀測，一般不會受 天氣狀況影響。當前的 GPS衛(wèi)星定位儀具有一個防水裝置。 正因為以上優(yōu)點， GPS 接收機已成為目前主要的測量儀器之一。常規(guī)平面控制測量已大部分采用 GPS 進行，將 GPS用于水上測量使工作效率大大提高。動態(tài) GPS測量技術(shù)的輸出，使 GPS 開始在放樣、地形等常規(guī)測量中使用。由于 GPS測量技術(shù)所具有的優(yōu)越性、先進性和跨學科的特點， 使得 GPS 定位技術(shù)已成為當今測量的前沿學科，與遙感、地理信息系統(tǒng)并稱為 3S[6]。 系統(tǒng)組成 GPS定位系統(tǒng)由空間衛(wèi)星、地面監(jiān)控和用戶接收機三部分組成。 如何提高 GPS 在工程測量應(yīng)用中的精度 1 圖 空間 衛(wèi)星部分 如圖 ， 21+3 顆衛(wèi)星分布在六個獨立軌道上，每個軌道有 4 顆衛(wèi)星，各軌道升交點赤經(jīng)相差 60176。，對赤道面傾角為 55176。，衛(wèi)星運行周期為 11h58min，衛(wèi)星高度為 20200km。衛(wèi)星通過天定附近可觀測時間為 5小時，衛(wèi)星的布局能保證在全球任何時刻任何地方高度角在 25176。以上的可觀測衛(wèi)星數(shù)至少 4顆 [8]。 衛(wèi)星接收并存儲地面監(jiān)控站發(fā)出的導航信息，在原子頻標控制下發(fā)送導航與定位信息給用戶，接收執(zhí)行監(jiān)控站的指令，進行必要數(shù)據(jù)處理，調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)和播發(fā)信號的關(guān)啟 [7]。衛(wèi)星上安裝有微型計算機、原子鐘、電子存儲 和發(fā)射設(shè)備，均由太陽能電池供電。衛(wèi)星上備有的少量燃料用來調(diào)衛(wèi)星型軌道姿態(tài)，若出現(xiàn)故障，備用衛(wèi)星隨時可由地面控制站發(fā)出指令飛往指定地點。 地面監(jiān)控部分 地面監(jiān)控部分包括一個主控站、三個信息注入站和五個監(jiān)測站。主控站位于美國本土，主要負責協(xié)調(diào)管理地面監(jiān)控系統(tǒng)。三個信息注入站分別位于大西洋、印度洋、太平洋，他們都位于赤道帶附近 [9]。注入站將主控站推算編制的導航電文、衛(wèi)星星歷、控制指令注入相應(yīng)衛(wèi)星的存儲系統(tǒng)。監(jiān)測站中四個位于主控站和信息注入站，另一個位于夏威夷。監(jiān)測站主要用于監(jiān)測大氣數(shù)據(jù)、衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)及衛(wèi)星工作狀 態(tài)。 用戶接收機 用戶接收機包括主機、天線、電源、輸入和輸出設(shè)備、數(shù)據(jù)處理軟件等。接收機通過天線接收衛(wèi)星發(fā)出的信號，利用本機產(chǎn)生的偽隨機噪聲碼獲得距離觀測量和導航電文，依據(jù)導航電文提供的鐘差改正數(shù)和衛(wèi)星位置，計算接收機所處的位置 [10]。通常采用全方位形的天線，以便采集各方位衛(wèi)星信號。天線基座中的前置放大器將信號放大，由同軸電纜接入主機。 1 按接收機使用狀態(tài)的不同，分為高動態(tài)接收機和低動態(tài)接收機；按精度的不同，分為雙頻精碼接收機和單頻粗碼接收機；按用途的不同，可分為測量型、導航型、受時型接收機。 GPS 測量原理 GPS測量的基本原理是利用測距交會原理來確定點位的三維坐標。 GPS衛(wèi)星發(fā)送給用戶的導航電文是不歸零的二進