【正文】 目 錄第一章 概 述……………………………………………………..1第二章 靜態(tài)GPS的基本原理………………………………….….3 第一節(jié) 靜態(tài)GPS的組成情況……………………………....3 第二節(jié) 美國的限制性政策與用戶的措施…………….……5 第三節(jié) GPS相對(duì)定位原理……………………….…………7第三章 NGS200型GPS接收機(jī)簡(jiǎn)介…………..………………….10第一節(jié) NGS200型GPS接收機(jī)的系統(tǒng)組成………………10第二節(jié) 性能及指標(biāo)…………………………………….…….11第四章 用靜態(tài)GPS進(jìn)行控制測(cè)量………………………………….12 第一節(jié) 概 述…………………………………. ………………12第二節(jié) GPS網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)……………………..………………13第三節(jié) 選點(diǎn)……………………..………………………………18第四節(jié) 觀測(cè)工作………………..………………………………19第五節(jié) 數(shù)據(jù)處理…………………..……………………………20第五章 GPS測(cè)量的誤差來源及其影響…………...………………..33第一節(jié) GPS測(cè)量誤差分類……………………...……………33第二節(jié) 消除、削弱誤差影響的措施…………………………39后 記………………………………………………..…………………..41參考文獻(xiàn)……………………………………….…………………………41第一章 概 述 全球定位系統(tǒng)（Global Positioning system—GPS），是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，而建立起來的新一代精密衛(wèi)星定位系統(tǒng)。1957年10月，世界上第一顆人造衛(wèi)星的成功發(fā)射，使得空間科學(xué)得以迅速發(fā)展，人類進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代。為了滿足軍事部門和民用部門，對(duì)連續(xù)實(shí)時(shí)和三維導(dǎo)航的迫切要求，1973年美國國防部便開始組織海路空三軍，共同研究建立了新一代衛(wèi)星系統(tǒng)的計(jì)劃。這就是目前所稱的“授時(shí)與測(cè)距導(dǎo)航系統(tǒng)/全球定位系統(tǒng)”（Navigation System Timing and Ranging/Global Positioning SystemNAVSTAR/GPS），通常稱為“全球定位系統(tǒng)”（GPS）。 該系統(tǒng)是由美國國防部出資100億元開發(fā)的一種無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，具有高精度、全天候、全球覆蓋能力，將于本世紀(jì)末取代所有的其他無線電導(dǎo)航系統(tǒng)?，F(xiàn)在GPS系統(tǒng)的全部24顆衛(wèi)星已部署完畢，整個(gè)系統(tǒng)已投入運(yùn)行，美國政府已應(yīng)允，GPS系統(tǒng)將在相當(dāng)長的一段時(shí)間里免費(fèi)供全世界的用戶使用。 正如人們所說：“GPS的應(yīng)用，僅受人們的想象力制約?！盙PS自問世以來，已充分顯示了其在無線電導(dǎo)航、定位領(lǐng)域的霸主地位。海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，GPS為美國及其盟軍以極少的代價(jià)，在短的時(shí)間里取得勝利起到了重要作用。許多民用領(lǐng)域也由于GPS的出現(xiàn)而產(chǎn)生了革命性變化：目前，GPS不僅在美國及其盟軍的軍隊(duì)中廣泛用于導(dǎo)航定位，幾乎所有的用戶，都被GPS的高精度、全天候、全球覆蓋能力、方便靈活、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉所吸引。GPS現(xiàn)已廣泛用于航空航海測(cè)量、大地測(cè)量、遙感、石油勘探、地震測(cè)量、野外救生、探險(xiǎn)、防火等領(lǐng)域。 我國的GPS應(yīng)用發(fā)展勢(shì)頭猛進(jìn)，在短短幾年內(nèi)，GPS在我國的應(yīng)用以由少數(shù)的幾家科研單位和軍用部門擴(kuò)展到民用領(lǐng)域，GPS的廣泛應(yīng)用已改變了人類的生活方式，提高了工作效率，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益?？梢哉fGPS應(yīng)用前景是廣泛的，市場(chǎng)是巨大的。對(duì)于經(jīng)典的測(cè)量技術(shù)來說，用GPS進(jìn)行測(cè)量的主要特點(diǎn)如下：l 觀測(cè)站之間無須通視。既要保持良好的通視，又要有良好的網(wǎng)形，這一直是在經(jīng)典測(cè)量中實(shí)踐上難以實(shí)現(xiàn)的困難之一。用GPS測(cè)量不要求測(cè)站之間相互通視，所以不再需要建標(biāo)，這一技術(shù)可大大減少所需的人力和物力，同時(shí)也使點(diǎn)位的選擇變的靈活l 定位精度高。具有關(guān)資料顯示，目前在小于50km的基線上，其相對(duì)精度可達(dá)12ppm。l 觀測(cè)時(shí)間短。目前，利用經(jīng)典的靜態(tài)定位方法，完成一條基線的觀測(cè)時(shí)間根據(jù)精度的不同要求，一般需要13個(gè)小時(shí)而現(xiàn)在的快速定位方法的觀測(cè)時(shí)間僅需幾分鐘。l 提供三維坐標(biāo)。GPS測(cè)量，在精確測(cè)定觀測(cè)站平面位置的同時(shí)，還可以精確測(cè)定觀測(cè)站的大地高程。l 操作簡(jiǎn)便。GPS測(cè)量的自動(dòng)化很高。在觀測(cè)中測(cè)量員的工作只是安裝并開關(guān)儀器、量取儀器高等簡(jiǎn)單工作，大大簡(jiǎn)化了工作程序。l 全天候作業(yè)。GPS的測(cè)量工作可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，不受天氣的影響GPS系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，不僅吸引著一些不同行業(yè)科學(xué)家們的熱心研究和開發(fā)，而且激起了GPS信號(hào)接受機(jī)制造商們激烈競(jìng)爭(zhēng)。對(duì)于世界各國的廣大用戶而言，使用GPS信號(hào)的關(guān)鍵設(shè)備是能夠接收、跟蹤、變換和測(cè)量GPS信號(hào)的接收機(jī)，稱之為GPS信號(hào)接受機(jī)。它已經(jīng)成為一些電子儀器和測(cè)量儀器生產(chǎn)廠家竟相生產(chǎn)的高技術(shù)電子產(chǎn)品。目前國際上約有53個(gè)廠家生產(chǎn)著172種用途廣泛的GPS信號(hào)接受機(jī)。但由于我國的技術(shù)水平很難達(dá)到外國的先進(jìn)水平，所以一直以來在我國測(cè)量行業(yè)中所使用的都是外國品牌的接收機(jī)，基于此點(diǎn)作為一家專業(yè)的測(cè)繪儀器公司，南方公司以振興測(cè)繪民族工業(yè)、 創(chuàng)世界品牌為己任于1995年向廣大用戶推出了可與世界知名品牌相抗衡的自己的產(chǎn)品—南方系列GPS，五年來經(jīng)過南方公司和各界測(cè)繪同人的共同努力，南方系列GPS產(chǎn)品已經(jīng)逐漸走向成熟，現(xiàn)已占領(lǐng)中國市場(chǎng)的60%70%，并以出口到歐美和新加坡等地。第二章 靜態(tài)GPS的基本原理第一節(jié)GPS的組成情況全球定位系統(tǒng)主要有三大組成部分，即空間星座部分、地面監(jiān)控部分和用戶部分。（見圖21）空間部分：24顆 星廣播L1，L2，衛(wèi) 星軌道，時(shí)間數(shù)據(jù)及輔助資料信息監(jiān)控部分：中央控制系統(tǒng)時(shí)間同步跟蹤衛(wèi)星定軌用戶部分：接收設(shè)備接收衛(wèi)星信號(hào)圖21 全球定位系統(tǒng)（GPS）構(gòu)成示意圖1．空間星座部分全球定位系統(tǒng)的空間衛(wèi)星星座，由24顆衛(wèi)星組成，其中包括3顆備用衛(wèi)星。衛(wèi)星分布在6個(gè)軌道面上，每個(gè)軌道面上分布著4顆衛(wèi)星。GPS衛(wèi)星在空間上的分布，保證了在地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)刻均至少可以同時(shí)觀測(cè)到4顆衛(wèi)星，加之衛(wèi)星信號(hào)的傳播和接收不受天氣的影響，因此GPS是一種全天候、全球性的連續(xù)實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)。衛(wèi)星軌道面相對(duì)地球赤道面的傾角為55度，各軌道平面升交點(diǎn)的赤經(jīng)相差60度，在相鄰軌道上，衛(wèi)星的升l交距角相差30度 。軌道平均高度約為20200KM，衛(wèi)星運(yùn)行周期11小時(shí)58分。迄今，GPS衛(wèi)星已設(shè)計(jì)了三代，分別為BlockI，BlockII和BlockIII（見表2—1）。GPS衛(wèi)星區(qū)分?jǐn)?shù)量發(fā)射時(shí)間用途第一代BlockI111978—1985系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)第二代BlockII281988—1994正式工作第三代BlockIII90年代改善GPS表2－1GPS衛(wèi)星的基本功能是l 接收和儲(chǔ)存由地面監(jiān)控站發(fā)來的導(dǎo)航信息，接收并執(zhí)行監(jiān)控站的控制命令；l 衛(wèi)星上設(shè)有微處理機(jī)，進(jìn)行部分必要得數(shù)據(jù)處理；l 通過星載的高精度時(shí)鐘來提供精確的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)；l 向用戶發(fā)送定位信息；l 在地面監(jiān)控的指令下，通過推進(jìn)器調(diào)整衛(wèi)星的姿態(tài)和啟用備用衛(wèi)星。2．地面監(jiān)控部分GPS的地面監(jiān)控部分，目前主要分布在全球的5個(gè)地面站，其中包括衛(wèi)星監(jiān)測(cè)站、主控站和信息注入站。l 監(jiān)測(cè)站，是在主控站控制下的自動(dòng)采集中心。l 主控站，設(shè)在科羅拉多（COLORADO SPRINGS）。主控站是管理所有的地面系統(tǒng)，推算星歷、衛(wèi)星鐘差和大氣層的修正參數(shù)，并把這些數(shù)據(jù)送到住入站調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星。l 住入站，現(xiàn)有3個(gè)，分別設(shè)在印度洋、南大西洋和南太平洋，其主要任務(wù)是在主控站的控制下，將主控站推算和編制的衛(wèi)星星歷、鐘差、導(dǎo)航電文和其他控制指令等，注入相應(yīng)衛(wèi)星的存儲(chǔ)系統(tǒng)，并監(jiān)測(cè)注入信息的正確性。3．用戶部分全球定位系統(tǒng)的空間部分和地面監(jiān)控部分，是用戶應(yīng)用該系統(tǒng)進(jìn)行定位的基礎(chǔ)，而用戶只有通過用戶設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用GPS定位的目的。用戶設(shè)備的主要任務(wù)是，接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號(hào)，以獲得必要的定位信息及觀測(cè)數(shù)據(jù)，并經(jīng)數(shù)據(jù)處理完成定位工作。目前，國際上適于測(cè)量的接收機(jī)有眾多品牌，主要由GPS接收機(jī)硬件和軟件來組成。第二節(jié) 美國的限制性政策與用戶的措施GPS技術(shù)與美國的國防現(xiàn)代化發(fā)展密切相關(guān)，為了保障美國的利益與安全，該系統(tǒng)除在設(shè)計(jì)方面采取了許多保密措施外，在系統(tǒng)運(yùn)行中還采取了一些措施，人為地將衛(wèi)星星歷和GPS衛(wèi)星鐘的精度降低，以限制廣大的民間用戶獲取GPS定位的精度，這些措施，目前主要包括：l 對(duì)不同得用戶，提供不同的服務(wù)方式。GPS衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號(hào)，含有兩種不同精度的測(cè)距碼，即所謂P碼（也稱精碼）和C/A碼（也稱粗碼）。相應(yīng)兩種測(cè)距碼，GPS也提供兩種定位服務(wù)方式，即精密定位服務(wù)（Precise Position service—PPS）和標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（Standard Positioning Service—SPS）。標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)的主要對(duì)象是廣大的用戶。利用SPS所得到的觀測(cè)量精度較低，且只能采用調(diào)制在一種頻率上的C/A碼測(cè)量距離，無法利用雙頻技術(shù)消除電離層折射的影響。其單點(diǎn)實(shí)時(shí)定位的精度約為20～30m。l 實(shí)施選擇可用性（ Selective Availability –SA）政策。為了進(jìn)一步降低標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)的定位精度，以保障美國國家的利益與安全，對(duì)GPS工作衛(wèi)星發(fā)布的信號(hào)實(shí)行了SA政策，以進(jìn)行認(rèn)為的干擾。目前，在SA政策的影響下，利用SPS的實(shí)時(shí)單點(diǎn)定位精度降為約100米（水平）和150（垂直）。SA政策是對(duì)非經(jīng)美國政府特許的廣大GPS用戶，采取的降低實(shí)時(shí)定位精度的措施，而對(duì)于能夠利用精密定位服務(wù)（PPS）的用戶，則可以自動(dòng)的消除SA的影響l 精測(cè)距碼(P碼)的加密措施（AntiSpooting—AS）。P碼的加密措施，也叫做“反電子欺騙”美國政府對(duì)用戶的限制政策,是民用部門和其它國家的用戶極為關(guān)心的問題。為了擺脫這種限制，當(dāng)前采用的措施主要是：。利用GPS衛(wèi)星，建立獨(dú)立的跟蹤系統(tǒng)，以精密地測(cè)定衛(wèi)星的軌道為用戶提供服務(wù)，是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)有效的措施。現(xiàn)在，我國正著手建立區(qū)域性測(cè)軌系統(tǒng)，向廣大用戶提供精密的星歷，這將對(duì)我國利用和普及GPS定位技術(shù)，推進(jìn)測(cè)繪科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，一些國家和地區(qū)正在發(fā)展自己的衛(wèi)星導(dǎo)航于定位技術(shù)。尤其是俄羅斯建立的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satelites System—GLONASS）引起了世界各國的普遍興趣，現(xiàn)在，不少用戶試驗(yàn)同時(shí)接收美國和俄羅斯的兩個(gè)定位系統(tǒng)，以改善接收的條件及提