【正文】 和處理，以測量GPS信號從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時間，解釋由GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航消息，確定該站點三維坐標(biāo)。 GPS衛(wèi)星信號GPS衛(wèi)星信號被調(diào)制波的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位，為廣大用戶的發(fā)送，它包括：載波，測距碼和數(shù)據(jù)碼。,。L1載波：fl=154=157542MHz，波長為入1=L2載波：f2=120=12276MHz39。波長為x 2=(式中：)在L1和L2上又分別調(diào)制著多種信號,這些信號主要有:(1) C / A碼是用于粗測距和GPS衛(wèi)星信號的捕獲偽隨機(jī)碼。 L1被調(diào)制在載波上，1MHz的是偽隨機(jī)噪聲碼（PRN碼），1023（期間1米次）的碼長。由于每顆衛(wèi)星的C / A碼是不一樣的，所以我們經(jīng)常使用他們的PRN號來區(qū)分它們。 C / A碼是該站的信號的一個主要的衛(wèi)星間的距離確定普通用戶。(2) P碼是衛(wèi)星的精密測量代碼，這被調(diào)制在L1和L2載波上是10MH?偽隨機(jī)噪聲碼，七天在實施AS，P碼和W模式代碼通過增加兩個生成的執(zhí)行期間保密的Y碼，此時，普通用戶無法使用P碼進(jìn)行導(dǎo)航。(3)導(dǎo)航信息：導(dǎo)航信息被調(diào)制在L1載波上的信號頻率為50H Z，包含一個GPS衛(wèi)星的軌道參數(shù)，衛(wèi)星時鐘校正和其它系統(tǒng)參數(shù)。用戶通常需要使用此信息來計算地球的軌道時間導(dǎo)航GPS衛(wèi)星定位，導(dǎo)航信息也被稱為廣播星歷。 GPS定位原理根據(jù)測量中的距離交會定點原理，GPS實現(xiàn)其定位。, 在待測點Q放置GPS接收機(jī), 在某一時刻 同時接收到3顆(或3顆以上)衛(wèi)星、 所發(fā)出的信號。通過數(shù)據(jù)計算和處理，可求得該時刻衛(wèi)星、到接收機(jī)天線中心(測站點)的距離 。根據(jù)衛(wèi)星星歷可查到3顆衛(wèi)星的三維坐標(biāo)( , , ) , j= 1, 2, 3, 因而由下列式子求出Q點的三維坐標(biāo)( , , ): () （） （） 根據(jù)來自不同衛(wèi)星和加工方法所接收的信號，對GPS衛(wèi)星定位的主要形式可分為偽距測量定位，載波相位測量和差分GPS定位。對于不確定的點，根據(jù)運(yùn)動狀態(tài)可分為靜態(tài)和動態(tài)定位。定位單個GPS接收機(jī)被稱為單點定位或絕對定位。兩個或更多的接收器被放置在由同步觀測的衛(wèi)星信號進(jìn)行測試，以確定該測試點的相對位置，被稱為相對定位。（1） 偽距測量：由GPS接收機(jī)在某一時刻測出得到四顆以上GPS衛(wèi)星的偽距以及已知的衛(wèi)星位置稱為偽距法定位。測得的偽距測距碼信號被從衛(wèi)星發(fā)送到到達(dá)GPS接收機(jī)的傳播時間乘以光從測量得到的速度。由于電離層和對流層延遲的衛(wèi)星鐘，接收機(jī)鐘差和無線電信號，實際測量的距離和距離從接收到的衛(wèi)星幾何有一定的差異，但一般加權(quán)距離測算出來的偽距。用C/A碼進(jìn)行測量的偽距為C/A碼偽距，用P碼測量的偽距為P碼偽距。雖然偽距定位法一次性定位精度不高，但因其具有定位速度快，無多值性等好處，仍舊是GP采用定位的最基本的方法。測得的偽距載波相位測量值可被用作在解決不確定性整個波數(shù)問題的支持信息。（1）由相同結(jié)構(gòu)從動自己接收機(jī)的時鐘脈沖生成一個復(fù)制碼（2）通過時間延遲允許T的延遲，兩碼相關(guān)進(jìn)行比較。（3）距離ρ=c△t=cT 。 當(dāng)要校正錯誤的偽距，精確的計算，來自衛(wèi)星的衛(wèi)星信號到達(dá)測站的鐘面的傳播時間： () ()現(xiàn)顧及大氣折射影響 （） 為理想距離。 當(dāng)然，偽距觀測方程是非線性的語言，此衛(wèi)星站之間的幾何距離為： ()由于方程是非線性方程，上述方程需要被線性化的方程，如下圖所示： ()有三個測站未知數(shù) 以及一個鐘差未知數(shù) 電離層和對流層改正通常是通過專門的數(shù)學(xué)模型分開。因此，該接收機(jī)需要跟蹤至少四個衛(wèi)星來解決。（2） 載波相位觀測有兩種頻率的波存在于GPS載波信號上：L1：L2：。 整周模糊度，相位差公式應(yīng)為： () () ()載波相位觀測示意圖，：：載波相位信號傳播圖由于接收機(jī)的頻率漂移比較小，一般可以忽略，即： 由于有接收機(jī)鐘差，所以相位觀測方程可表示為： ()式中：考慮到電流層和對流層都會對傳播相位產(chǎn)生影響，載波相位觀測方程表示為： ()式子兩邊都乘以 可轉(zhuǎn)化為：()載波相位觀測方程： () 測向距離形式的觀測方程： ()根據(jù)上述公式，對接收機(jī)的鐘差，衛(wèi)星鐘差，衛(wèi)星軌道誤差，多路徑效應(yīng)，電離層誤差，對流層誤差可通過最小二乘原理或者卡拉曼濾波算法的實時數(shù)據(jù)或解決處理的原則糾正。其中，接收器的時鐘差異可以被視為恒定的，多路徑效應(yīng)是隨機(jī)誤差，電離層和對流層是基于初步的觀察可以歸納為一個模型，它隨時間的變化，并以糾正觀察到的數(shù)據(jù)。第三章 GPS在變形監(jiān)測中的應(yīng)用 變形監(jiān)測變形是自然界普遍存在的現(xiàn)象，它是指在不同的負(fù)載，在尺寸，形狀和變形體的位置的時間和空間上的變化。變形監(jiān)測的范圍是非常廣泛的，從地面運(yùn)動，全球板塊運(yùn)動，地球自轉(zhuǎn)速率變化與地殼相對運(yùn)動，地殼形變，變形區(qū)域，然后滑坡滑動，傾斜和沉降的工程建設(shè)其他全球性變形，地下開采引起的地標(biāo)沉降和流動，工業(yè)設(shè)備或部件，如工程和本地化的扭曲偏移變形，變形幾乎是無處不在。變形監(jiān)測是使用測量儀器進(jìn)行定期實時監(jiān)測，以確定代表性的點在空間和時間的變化信息。變形可分為靜態(tài)變形和動態(tài)變形，靜態(tài)變形是指變形體隨時間而發(fā)生的緩慢變形。動態(tài)變形主要是指身體的變形在外界變形下的負(fù)載壓力時，通常這種變形是瞬間的壓力的作用下發(fā)生的效果。 應(yīng)用GPS進(jìn)行變形監(jiān)測的優(yōu)缺點GPS技術(shù)變形監(jiān)測具有以下優(yōu)點：（1）GPS測量一個顯著特點是測站之間測量無需保持通視。傳統(tǒng)的變形監(jiān)測方法，只有點之間通視才能進(jìn)行測量。對于GPS，測站之間無需通視只需測站上空無障礙物即可。由于GPS定位時測站間無需保持通視，從而可以使變形監(jiān)測點的布設(shè)更為自由、靈活，并可省去不少中間傳遞過渡點，節(jié)省大量人力物力和財力。（2）操作簡便。目前CPS接收機(jī)已經(jīng)越來越趨于小型化和操作傻瓜化，只需將天線對中、整平、測量天線高度，打開觀察電源。其他，如衛(wèi)星捕獲，跟蹤等觀測儀器自動完成。（3）能同時測定點的三維位移信息。采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行變形監(jiān)測時，平面位移通常是帶正錘線，錘向下行，角線方向相交，交點和總臺來測量距離的極坐標(biāo)等方法，和垂直方向的位移通常使用精確的流平性，靜壓液位測量，測斜儀和其他方法來確定。分別測定在水平方向和垂直方向的位移不僅增加了工作量和長期監(jiān)測期間，監(jiān)測的時間，并且難以保持一致的點，從而提高變形分析的難度。GPS可以監(jiān)測被測物體的三維坐標(biāo)信息。（4）監(jiān)測精度高。在變形監(jiān)測中，如果GPS接收機(jī)天線保持靜止，CPS可以提供更高的110的相對定位精度，其結(jié)果不會影響變形監(jiān)測的因素，包括天線對中誤差，整平誤差，定位誤差，天線高度的測量誤差。在衛(wèi)星的誤差傳播的影響的信號的公用部分，不完善的解算軟件，GPS數(shù)據(jù)處理起始坐標(biāo)的誤差，也可以消除或減少。（5）全天候觀測。GPS測量不受氣候條件的限制，在風(fēng)雪雨霧中仍能進(jìn)行正常觀測。這對于防洪，滑坡，泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測等應(yīng)用方面尤為重要。（6）易于實現(xiàn)全系統(tǒng)的自動化。由于數(shù)據(jù)采集的GPS接收器是自動的,并且還預(yù)留所需的用戶界面，使用戶可以更方便地把建無人看守自動監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集，傳輸，處理，分析，存儲報警充分的GPS變形監(jiān)測系統(tǒng)自動化。如果有必要，用戶可以從控制中心的辦公室查看每個GPS接收機(jī)的信息，你也可以發(fā)出命令來改變采樣率，時段長度和截至高度角等設(shè)置。（7）可消除或減弱系統(tǒng)誤差的影響。在變形監(jiān)測中我們所需要的是倆期變形監(jiān)測點坐標(biāo)的變化差異，而不是變形監(jiān)測點的本生身坐標(biāo)。倆期變形監(jiān)測中的公共誤差會影響到倆期坐標(biāo)點的大小，但不會影響到他們之間的差值。（8）可直接用大地高進(jìn)行垂直變形測量。在GPS測量中高程系統(tǒng)一直是一個令人棘手的問題。GPS只能測定大地高，而在日常的測量中，例如工程測量、地形測量等能測定的是正高和正常高，所以他們之間有下列的關(guān)系式： ()正因為如此，GPS定位技術(shù)得到了迅速的推廣在變形監(jiān)測中已成為一個適用性非常廣闊的新的變形監(jiān)測方法。當(dāng)然，使用GPS定位技術(shù)進(jìn)行變形監(jiān)測的時候，也有一些不足之處，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：(1) 點位選擇的自由度較低。為了保證測量工作的精度要求，在變形監(jiān)測的測站上做出一些要求：例如在測站周圍仰角15176。以上不允許障礙物的成片存在，測站大型發(fā)電機(jī)，變壓器，電源線和微波信號發(fā)射站，中轉(zhuǎn)站等有一定距離。但在變形監(jiān)測中往往難以滿足這些要求，因為監(jiān)測點的位置通常是由主辦單位根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)和力量水壩，橋梁，工廠等大型物體的情況造而定的，或是根據(jù)地質(zhì)人員從山體的斷層或滑坡而定的，變化的余地可以說是非常小。(2)觀測條件一般較差。如在三峽滑坡監(jiān)測，現(xiàn)場往往非常狹窄，大量衛(wèi)星被阻塞，并且存在嚴(yán)重的多路徑誤差。例如，監(jiān)視大壩時，由于堤壩和水庫的另一側(cè)是山地和樹木，天然差異的地理環(huán)境和植被往往導(dǎo)致對壩的兩側(cè)大氣條件（溫度，濕度等）產(chǎn)生的顯著差異，從而影響了對流層延遲校正精度。 GPS變形監(jiān)測模式GPS定位技術(shù)進(jìn)行變形監(jiān)測作業(yè)可采用兩種模式：連續(xù)性監(jiān)測模式和周期性監(jiān)測模式。（一）連續(xù)性變形監(jiān)測模式：連續(xù)性變形監(jiān)測指的是采用測量儀器來實時的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲得觀測點的變形信息。獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)是不是間斷的，具有較很高的時間分辨率。通常要求變形監(jiān)測的實時性。如：大壩在超水位蓄洪時，必須實時的對其進(jìn)行監(jiān)測，而且要求監(jiān)測系統(tǒng)具有很好的數(shù)據(jù)采集處理和分析計算功能。近幾年來，國內(nèi)外在動態(tài)監(jiān)測方面進(jìn)行了一些試驗工作。例如, 利用GPS技術(shù)卡爾加里，在強(qiáng)風(fēng)的動態(tài)變形加拿大（卡爾加里）塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測定。國內(nèi)懸掛一些大的（如廣東虎門大橋）和斜拉橋跨度一直在試圖安裝GPS實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)振動利用GPS測量風(fēng)深圳帝王大廈的特性。為了獲得該對象的動態(tài)特性，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣的連續(xù)，高頻率。出現(xiàn)高采樣率衛(wèi)星接收機(jī)（20Hz的，10HZ，5HZ）,使它成為研究各種工程建筑物的變形特性的新方法。連續(xù)性監(jiān)測模式具有下列優(yōu)點：。例如：對中誤差、整平誤差、量取天線高誤差等。 ，而且精度很高。連續(xù)性檢測模式的缺點是：a. 每個變形監(jiān)測點上都需要安置一臺GPS接收機(jī)，監(jiān)測所花費用比較貴。，否則無法長期工作，在野外的話沒有足夠的電源供給。（二）周期性測量變形監(jiān)測模式當(dāng)變形體的變形速率比較緩慢，在局部和空間內(nèi)沒有移動時, 可以通過GPS進(jìn)行周期性變形監(jiān)測, 監(jiān)測周期視具體情況而定，可以是一個月幾個月甚至是一年好幾年。這時采用GPS靜態(tài)相對定位方法，在測站上同時安置幾臺以上GPS接收機(jī)進(jìn)行觀測，觀測的時段長短和觀測次數(shù)由觀測精度而定。通常采用邊連式的方法布設(shè)GPS控制網(wǎng)，數(shù)據(jù)處理和分析計算在內(nèi)業(yè)進(jìn)行。一般采納GPS數(shù)據(jù)處理軟件，例如pass，在此軟件上進(jìn)行基線向量處理和網(wǎng)平差計算。最終生成網(wǎng)平差成果報告，從成果報告上可以獲取變形監(jiān)測點的三維坐標(biāo)信息。周期性監(jiān)測模式的優(yōu)點為：，有休息時間。周期性監(jiān)測模式的缺點是：。特別是在高程測量方面，精度很難達(dá)到亞麻毫米級的級別。 ，速度慢。 GPS變形監(jiān)測網(wǎng)使用GPS技術(shù)監(jiān)測變形建筑物時，一般在離變形區(qū)較遠(yuǎn)的地方設(shè)置基準(zhǔn)點，構(gòu)成基準(zhǔn)站。在變形體上選擇一些監(jiān)測點，當(dāng)作GPS觀測的流動站。如果運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)傳輸技術(shù)，實時測量數(shù)據(jù)自動傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，并保存，處理，分析和顯示，它可以是連續(xù)的自動變形監(jiān)測。下面說明GPS基準(zhǔn)網(wǎng)和變形監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)原則與方法。（一）基準(zhǔn)設(shè)計GPS技術(shù)被用于變形測量時，所計算出的基線向量的三維坐標(biāo)差是屬WGS84坐標(biāo)系的。實際需要的點位坐標(biāo)可以是WGS84坐標(biāo)系的坐標(biāo)，也可能是國家坐標(biāo)系或地方獨立坐標(biāo)系的坐標(biāo)。因此，在GPS變形監(jiān)測網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計時，必須確定GPS成果所采用的起算數(shù)據(jù)和坐標(biāo)系統(tǒng)，就是明確GPS變形監(jiān)測網(wǎng)所采用的基準(zhǔn)。對于GPS監(jiān)測網(wǎng)形坐標(biāo)系的選擇，假設(shè)選取的坐標(biāo)系是WGS84坐標(biāo)系。那么在設(shè)計基準(zhǔn)網(wǎng)的時候，最好能夠進(jìn)行附近國家GPS點的聯(lián)測。假設(shè)選擇的是國家大地坐標(biāo)系或是地方獨立坐標(biāo)系，那么基準(zhǔn)點選擇的時候應(yīng)該包含有國家大地坐標(biāo)系或是地方獨立坐標(biāo)系下的坐標(biāo)點，這樣以便于將在WGS84坐標(biāo)系觀測下的變形數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。GPS測量出的高程結(jié)果為WGS84下的大地高，也可以作為變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析參考。假設(shè)實際應(yīng)用中采用的是水準(zhǔn)高程，則在變形監(jiān)測的時候應(yīng)該將GPS監(jiān)測點的高程測量出來，將GPS下的大地高通過曲面擬合轉(zhuǎn)換為正高或正常高。（二）網(wǎng)形設(shè)計由于GPS同步觀測不要需點之間相互通視，因此GPS大大增加了GPS網(wǎng)形設(shè)計的靈活性。根據(jù)不同的精度要求，GPS網(wǎng)的網(wǎng)形布局一般有點連式、邊連式、網(wǎng)連式及邊點混合連接幾種方式。GPS觀測中，3臺或3臺以上GPS接收機(jī)同步觀測所得到的基線向量叫做同步環(huán)，不是同步觀測所得到的基線向量叫做異步環(huán)。點連式是指相鄰的同步觀測圖形之間只有一個公共點相連接，以這種方式布設(shè)的變形監(jiān)測網(wǎng)幾何圖形強(qiáng)度較低，而且有較少的異步環(huán)甚至沒有，通常不單獨使用這種方法布設(shè)監(jiān)測網(wǎng)。邊連式是指相鄰的同步觀測圖形之間只有一條公共基線連接。這種布網(wǎng)方式，幾何圖形強(qiáng)度較高，有較強(qiáng)的的可靠性，而且會有足夠的異步環(huán)供網(wǎng)形精度監(jiān)測