【正文】 個點組成，其水平方向的重復精度達 210－8， ，垂直方向不低于 710－8。B 級網(wǎng)由 800 個點組成，其精度也分別好于 410－7 和 810－7。國家 A、B 級網(wǎng)以其特有的高精度把我國傳統(tǒng)大地網(wǎng)進行了全面改善和加強，從而克服了傳統(tǒng)大地網(wǎng)的精度不均勻，系統(tǒng)誤差較大等傳統(tǒng)測量手段不可避免缺點，這一高精度三維空間大地坐標系的建成將為我國 21太原理工大學陽泉學院————畢業(yè)設計說明書世紀前 10太原理工大學陽泉學院————畢業(yè)設計說明書5年的經(jīng)濟和社會持續(xù)發(fā)展提供基礎測繪保障。據(jù)報道在三峽二期工程施工中采用GPS 定位技術建立施工控制網(wǎng)，取得很好的效果，可以滿足其相應的精度要求；在青藏鐵路的建設中，從勘測到施工均采用了 GPS 定位技術，都取得了很好的效果。為了在測繪領域充分利用這一新技術，國家測繪局專門頒布了《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》 。在地籍和房產(chǎn)測繪中的應用：地籍及房地產(chǎn)測量是精確測定土地權屬界址點位置，同時測繪大比例尺地籍平面圖和房產(chǎn)圖并量算土地和房屋面積，供土地和房產(chǎn)管理部門使用。常規(guī)方法通常是先布設或加密控制點，然后依據(jù)這些點，測定地物點和地形點在圖上的位置并按照一定的規(guī)律和符號繪制成平面圖。而利用 GPS 定位技術，特別是采用 RTK 技術替代常規(guī)方法測繪地籍及房產(chǎn)成為可能。由于它不需要逐級布網(wǎng)加密，在測區(qū)只需少量的控制點即可。因此，它具有速度快，精度高且分布均勻等特點。在工程變形監(jiān)測中的應用：我國正處在全面基礎建設中，尤其是西部大開發(fā)，大型、特大型工程不斷涌現(xiàn)，為了這些工程的正常、安全地運行，必須對它進行變形監(jiān)測和安全預報，工程變形監(jiān)測通常要達到毫米或亞毫米級的精度，武漢測繪科技大學做了這方面的試驗，試驗結果證明 GPS 定位技術用于各種工程變形監(jiān)測是可行的。隔河巖水電站大壩外觀變形 GPS 自動化監(jiān)測系統(tǒng)，整個系統(tǒng)全自動，應用廣播星歷 1~2 小時 GPS 觀測資料解算的監(jiān)測點位，水平精度優(yōu)于 ，垂直精度優(yōu)于 ，6 小時的 GPS 觀測資料解算，水平精度、垂直精度均優(yōu)于 1mm。在資源勘察方面的應用：礦產(chǎn)資源勘查、礦區(qū)范圍的劃定、礦體規(guī)模的測定等都需要進行定點測量。以往的地質測量工作主利用傳統(tǒng)手段如經(jīng)緯儀、全站儀等測量儀器進行人工測量，然后在室內整理計算得到最終結果。這樣做不但工作量大，浪費大量的人力、物力，且測量結果精度還較低。時間周期也長，不能及時反映礦產(chǎn)資源的實際現(xiàn)狀。另外，在航空攝影測量、海洋測量、山體滑波監(jiān)測、運載工具導航和管制、地殼運動監(jiān)測、地球動力學研究等領域均得到了成功的應用。二、我國 GPS 定位技術的應用情況2022 年 2 月，國家計委提出“衛(wèi)星導航應用產(chǎn)業(yè)化專項” ，其目標是在“十五”太原理工大學陽泉學院畢業(yè)論文6末期，形成一個市場規(guī)模超過百億元的新產(chǎn)業(yè)。要在生產(chǎn)制造衛(wèi)星導航應用基礎產(chǎn)業(yè)的規(guī)模和數(shù)量上進入世界前列。接收機主板產(chǎn)量超過 100 萬套，行業(yè)總產(chǎn)值超過 100 億元（約占世界市場份額的 4%） 。其中導航運營服務產(chǎn)值將超過 20 億元。在基礎產(chǎn)品上，芯片組與主機板等將從目前的全部依賴進口變?yōu)樽灾鳟a(chǎn)品占 60%以上。產(chǎn)品出口將占國產(chǎn)總量的 10%，具有自主知識產(chǎn)權的芯片組、嵌入式軟件及專用數(shù)據(jù)將批量投放市場。通過衛(wèi)星導航應用示范工程和基礎設施的建設，推動衛(wèi)星導航應用設備及其擴展系統(tǒng)在國民經(jīng)濟諸多部門和人們的日常生活中得到廣泛應用，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。汽車導航產(chǎn)品將進入市場/成為 GOS 最大的消費市場，同時帶動導航電子地圖的生產(chǎn)和經(jīng)銷。近年來，日本、歐盟、美國采取謹慎而積極的進軍姿態(tài)，爭先恐后進入中國市場。它們對我國的汽車導航市場抱有厚望，無疑源于對我國衛(wèi)星導航市場的看好。三、前景當初設計 GPS 系統(tǒng)的主要目的是用于導航，收集情報等軍事目的。但是，后來的應用開發(fā)表明，GPS 系統(tǒng)不僅能夠達到上述目的，而且用 GPS 衛(wèi)星發(fā)來的導航定位信號能夠進行厘米級甚至毫米級精度的靜態(tài)相對定位，米級至亞米級精度的動態(tài)定位，亞米級至厘米級 精度的速度測量和毫微秒級精度的時間測量。因此，GPS系統(tǒng)展現(xiàn)了極其廣闊的應用前景。 1. GPS 系統(tǒng)用途廣泛 用 GPS 信號可以進行海、空和陸地的導航，導彈的制導，大地測量和工程測量的精密定位， 時間的傳遞和速度的測量等。對于測繪領域，GPS 衛(wèi)星定位技術已經(jīng)用于建立高精度的 全國性的大地測量控制網(wǎng)，測定全球性的地球動態(tài)參數(shù)；用于建立陸地海洋大地測量基準， 進行高精度的海島陸地聯(lián)測以及海洋測繪；用于監(jiān)測地球板塊運動狀態(tài)和地殼形變；用于工程測量，成為建立城市與工程控制網(wǎng)的主要手段。用于測定航空航天攝影瞬間的 相機位置，實現(xiàn)僅有少量地面控制或無地面控制的航測快速成圖，導致地理信息系統(tǒng)、全球 環(huán)境遙感監(jiān)測的技術革命。 2. 多元化空間資源環(huán)境的出現(xiàn) 目前，GPS，GLONASS。INMARSAT 等系統(tǒng)都具備了導航定位功能，形成了多元化的空間資源環(huán)境。 這一多元化的空間資源環(huán)境，促使國際民間形成了一個共同太原理工大學陽泉學院畢業(yè)論文7的策略，即一方面對現(xiàn)有系統(tǒng) 充分利用，一方面積極籌建民間 GNSS 系統(tǒng)，待到2022 年前后，GNSS 純民間系統(tǒng)建成，全球 將形成 GPS/GLONASS/GNSS 三足鼎立之勢，才能從根本上擺脫對單一系統(tǒng)的依賴，形成國際共有、 國際共享的安全資源環(huán)境。世界才可進入將衛(wèi)星導航作為單一導航手段的最高應用境界。 國際民間的這一策略，反過來有影響和迫使美國對其 GPS 使用政策做出更開放的調整。 總之，由于多元化空間資源環(huán)境的確立，給 GPS 的發(fā)展應用創(chuàng)造了一個前所未有的良好 的國際環(huán)境。 3 .發(fā)展 GPS 產(chǎn)業(yè) 今后 GPS 將像目前汽車、無線電通信等一樣形成產(chǎn)業(yè)化。美國已將廣域增強系統(tǒng) WAAS（ 即將廣域差分系統(tǒng)中的發(fā)送修正數(shù)據(jù)鏈轉為地球同步衛(wèi)星發(fā)送，使地球同步衛(wèi)星也具有 C/A 碼功能，形成廣域 GPS 增強系統(tǒng)）計劃發(fā)展成國際標準。我國目前也有一些單位生產(chǎn) 車載 GPS 系統(tǒng)。為發(fā)展我國的 GPS 產(chǎn)業(yè)，武漢已經(jīng)成立中國 GPS 工程中心。 4 .GPS 的應用將進入人們的日常生活 GPS 信號接收機在人們生活中的應用，是一個難以用數(shù)字預測的廣闊天地，手表式的 GPS 接收機，將成為旅游者的忠實導游。盡管目前大多數(shù)人還不知道什么是 GPS，但有人預言， GPS 將改變我們的生活方式。今后，所有運載器，都將依賴于 GPS。GPS 就像移動電話、傳真機、 計算機互聯(lián)網(wǎng)對我們生活的影響一樣，人們日常生活將離不開它。第二章 GPS 衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)第一節(jié) GPS 衛(wèi)星定位系統(tǒng)的組成GPS 全球定位系統(tǒng)由以下三個部分組成：空間部分（GPS 衛(wèi)星） 、地面監(jiān)控部分和用戶部分。一、空間部分GPS 系統(tǒng)的空間部分是指 GPS 工作衛(wèi)星星座，其由 24 顆衛(wèi)星組成，其中 21 顆工作衛(wèi)星，3 顆備用衛(wèi)星，均勻分布在 6 個軌道上。衛(wèi)星軌道平面與地球赤道面傾角為 55176。，各個軌道平面的升交點赤經(jīng)相差 60176。，軌道平均高度為 太原理工大學陽泉學院畢業(yè)論文8運行周期為 11 小時 58 分（恒星時） ，同一軌道上的各衛(wèi)星的升交角距為 90176。，GPS衛(wèi)星的上述時空配置，基本保證了地球上任何地點，在任何時刻均至少可以同時觀測到 4 顆衛(wèi)星，以滿足地面用戶實時全天候精密導航和定位。GPS 衛(wèi)星的主體呈圓柱形，直徑約為 ，重約 774kg，兩側各安裝兩塊雙葉太陽能電池板，能自動對日定向，以保證衛(wèi)星正常工作用電。每顆衛(wèi)星帶有四臺高精度原子鐘，其中 2 臺為銣鐘，2 臺為銫鐘。GPS 衛(wèi)星上設有微處理機，可以進行必要的數(shù)據(jù)處理工作，它主要的 3 個基本功能：根據(jù)地面監(jiān)控指令接收和儲存由地面監(jiān)控站發(fā)來的導航信息，調整衛(wèi)星姿態(tài)、啟動備用衛(wèi)星；向 GPS 用戶播送導航電文，提供導航和定位信息；通過高精度衛(wèi)星鐘向用戶提供精密的時間標準。圖 21 GPS 衛(wèi)星軌道圖二、GPS 地面監(jiān)控部分支持整個系統(tǒng)正常運行的地面設施稱為地面監(jiān)控部分。它由一個主控站，三個注入站和五個監(jiān)控站以及通信和輔助系統(tǒng)組成。主控站擁有以大型計算機為主體的數(shù)據(jù)收集、計算、傳輸、診斷等設備。它的主要功能是：收集各監(jiān)測站測得的距離和距離差、氣象要素、衛(wèi)星時鐘和工作狀況的數(shù)據(jù)，監(jiān)測站自身的狀態(tài)數(shù)據(jù)等；根太原理工大學陽泉學院畢業(yè)論文9據(jù)收集的數(shù)據(jù)及時計算每顆 GPS 衛(wèi)星的星歷，時鐘改正，狀態(tài)數(shù)據(jù)以及信號的大氣傳播改正，并按一定格式編制成導航電文，傳送到注入站；監(jiān)控整個地面監(jiān)控系統(tǒng)是否工作正常，檢驗注入衛(wèi)星的導航電文是否正確，監(jiān)測衛(wèi)星是否將導航電文發(fā)出；調度備用衛(wèi)星替代失效的工作衛(wèi)星，將偏離軌道的衛(wèi)星“拉回”到正常軌道位置。22 GPS 系統(tǒng)監(jiān)控站和主控站分布圖主 控 站 監(jiān) 測 站 注 入 站大西洋 太平洋印度洋監(jiān)控站是為主控站編算導航電文提供觀測數(shù)據(jù)，每個監(jiān)測站均用 GPS 信號接收機測量每顆可見衛(wèi)星的偽距和距離差，采集氣象要素等數(shù)據(jù)，并將它們發(fā)送給主控站。注入站是向 GPS 衛(wèi)星輸入導航電文和其他命令的地面設施。3 個注入站分別位于迭哥伽西亞、阿松森群島和卡瓦加蘭。注入站能將接收到的導航電文存儲在微機中，當衛(wèi)星通過其上空時再用大口徑發(fā)射天線將這些導航電文和其他命令分別“注入”衛(wèi)星。通信和輔助系統(tǒng)是指地面監(jiān)控系統(tǒng)中負責數(shù)據(jù)傳輸以及提供其他輔助服務的機構和設施。全球定位系統(tǒng)的通信系統(tǒng)由通信線、海底電纜及衛(wèi)星通信等聯(lián)合組成。三、用戶部分主要指 GPS 接收機，此外還包括氣象儀器、計算機、鋼尺等儀器設備組成。GPS信號接收機，是 GPS 導航衛(wèi)星的用戶設備，是實現(xiàn) GPS 衛(wèi)星導航定位的終端儀器。太原理工大學陽泉學院畢業(yè)論文10它是一種能夠接收、跟蹤、變換和測量 GPS 衛(wèi)星導航定位信號的無線電設備，既具有常用無線電設備的共性，又具有捕獲、跟蹤和處理衛(wèi)星微弱信號的特性。在測量領域，隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，體積小、重量輕便于攜帶的 GPS 定位裝置和高精度的技術指標為工程測量帶來了極大的方便。以下是 GPS 信號接收機的類型： 按工作原理分類基于被動式定位原理的 GPS 衛(wèi)星測量技術，關鍵在于怎樣測得 GPS 信號接收天線和 GPS 衛(wèi)星之間的距離（簡稱站星距離） 。按測量站星距離所用測距信號之異，GPS 信號接收機可以分為下列幾種類（1） 碼接收機：用偽噪聲碼和載波作測距信號；（2） 無碼接收機：僅用載波作測距信號；（3） 集成接收機：既用 GPS 信號，又用 GLONASS 信號測量站星距離。 按用途分類（1）測地型接收機：厘米級精度，測后數(shù)據(jù)處理；（2）導航型接收機：米級精度，實時數(shù)據(jù)處理；（3）定時型接收機：專用于時間測定和頻率控制。 按所用載波頻率多少分類用于衛(wèi)星導航定位的載波是 L1 和 L2，它們的頻率分別為：f1=154=。f2=120=.按所用載波頻率多少，GPS 信號接收機可以分成下列類型：（1）單頻接收機：僅使用第一載波（L1）及其調制波進行導航定位測量；（2）雙頻接收機：同時使用多個載波及其調制波進行導航定位測量。 第二節(jié) GPS 衛(wèi)星的導航定位信號。一、概述GPS 衛(wèi)星發(fā)射的信號由載波、測距碼和導航電文組成。載波可運載調制信號的高頻振蕩波稱為載波。GPS 衛(wèi)星所用的載波有兩個，由于它們均位于載波 L 波段，故分別稱為 L1 載波和 L2 載波。其中 L1 載波是由衛(wèi)星上的原子鐘所產(chǎn)生的基準頻率 f0 倍頻 154 倍后形成的，L2 載波是由基準頻率 f0 倍頻 120太原理工大學陽泉學院畢業(yè)論文11倍后形成的。采用兩個不同頻率載波的主要目的是為了較完善地消除電離層延遲。在全球定位系統(tǒng)中，載波除了能更好地傳送測距碼和導航電文這些有用意信息外，在載波相位測量中它又被當做一種測距信號來使用。其測距精度比偽距測量的精度高 23 個數(shù)量級。因此，載波相位測量在高精度定位中得到廣泛的應用。測距碼是用于測定從衛(wèi)星到接收機間的距離的二進制碼，是由若干個多級反饋移位寄存器所產(chǎn)生的 M 序列經(jīng)平移、截短、求模二和等一系列復雜處理后形成的。根據(jù)性質和用途的不同，測距碼可分為粗碼（C/A 碼）和精碼（P 碼或 Y 碼）兩類，各衛(wèi)星所用的測距碼互不相同且相互正交。C/A 碼是一種結構公開的明碼，供全世界所有的用戶免費使用。目前，/A 碼只調制在 L1 載波上，故無法精確地消除電離層延遲。Y 碼的結構是完全保密的，只有美國及其盟國的軍方用戶以及少數(shù)經(jīng)美國政府授權的用戶才能使用 P 碼。由于 P 碼的碼元寬度僅為 C/A 碼的 1/10，而且該測距碼又同時調制在 L1 和 L2 兩個載波上，可較完善地消除電離層延遲，故用它來測距可獲得較精確的結果。 導航電文導航電文是由 GPS 衛(wèi)星向用戶播發(fā)的一組反映衛(wèi)星在空間位置、衛(wèi)星的工作狀態(tài)、衛(wèi)星鐘的修正參數(shù)、電離層延遲修正參數(shù)等重要數(shù)據(jù)的二進制代碼，也稱數(shù)據(jù)碼（D 碼） 。它是用戶利用 GPS 進行導航定位時一組不可少的數(shù)據(jù)。 二、GPS 信號接收機的組成及原理天線單元它由接收天線和前置放大器兩個部件組成。它的作用是，將到達 GPS 信號接收天線的功率約為160dBW 的 GPS 電磁波變換成微波電信號，并將如此微弱的 GPS 電信號予以放大。為便于接收機對信號進行跟蹤、處理、和量測，對天線部分有以下要求：天線與前置放大器應密封一體，以保障其正常工作，減少信號損失；能夠接收來自任何方向的衛(wèi)星信號，不產(chǎn)生死