【正文】 面， GPS 平差、 基線結(jié)算也有了較大發(fā)展，促進(jìn)了 GPS在測(cè)量中的廣泛應(yīng)用。其精度與靜態(tài)測(cè)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(diǎn)。 2022年 12月 27日起， 北斗導(dǎo)航系統(tǒng) 開始向中國(guó) 以及 周邊地區(qū)提供導(dǎo)航定位和授時(shí)服務(wù) ； 2022年 3月 24日，歐盟首腦會(huì)議批準(zhǔn)建設(shè)伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的實(shí)施計(jì)劃；建成 的最初目標(biāo)是 2022年，但 由于技術(shù)等問題延長(zhǎng)到了2022年。依據(jù) GLONASS全球觀測(cè)網(wǎng)的測(cè)量成果，解算出 WGS84坐標(biāo)與 PZ90坐標(biāo)和 ITRF坐標(biāo)之間的參數(shù)。 70年代后期，在從事多年理論研究的同時(shí)，我國(guó)航天科 技單位引進(jìn)試制成功了各種如何提高 GPS 在工程測(cè)量應(yīng)用中的精度 1 人造衛(wèi)星觀測(cè)儀器。 20世紀(jì) 80年代末期以來， GPS技術(shù)在我國(guó)測(cè)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。衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)與遙感、通信和電子消費(fèi)產(chǎn)品不斷的融合，將創(chuàng)造出更多新產(chǎn)品和新服務(wù)。 本文的內(nèi)容安排如下： 第一章首先介紹了 GPS在 測(cè)繪領(lǐng)域的 巨大優(yōu)勢(shì)和潛力， 本文的研究背景與意義，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。 第四章介紹 RTK的測(cè)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 ?，F(xiàn)在這一定位技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工程測(cè)量、大地測(cè)量、地籍測(cè)量、地殼變形監(jiān)測(cè)、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、航空攝影和海洋測(cè)繪、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、工程變形監(jiān)測(cè)和地球動(dòng)力學(xué)等許多測(cè)量領(lǐng)域。 GPS測(cè)量技術(shù)不需要測(cè)站間相互通視，不再需要建造覘標(biāo)。 觀測(cè)時(shí)間短。 GPS測(cè)量可同時(shí)觀測(cè)得到三維坐標(biāo)，這一優(yōu)點(diǎn)為確定地面點(diǎn)的高程和研究大地水準(zhǔn)面的形狀開辟了新途徑?？稍谌魏蔚臅r(shí)間和地方連續(xù)進(jìn)行 GPS 觀測(cè)，一般不會(huì)受 天氣狀況影響。動(dòng)態(tài) GPS測(cè)量技術(shù)的輸出，使 GPS 開始在放樣、地形等常規(guī)測(cè)量中使用。對(duì)赤道面傾角為 55176。 衛(wèi)星接收并存儲(chǔ)地面監(jiān)控站發(fā)出的導(dǎo)航信息，在原子頻標(biāo)控制下發(fā)送導(dǎo)航與定位信息給用戶，接收?qǐng)?zhí)行監(jiān)控站的指令，進(jìn)行必要數(shù)據(jù)處理，調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)和播發(fā)信號(hào)的關(guān)啟 [7]。主控站位于美國(guó)本土，主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)管理地面監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)站主要用于監(jiān)測(cè)大氣數(shù)據(jù)、衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)及衛(wèi)星工作狀 態(tài)。天線基座中的前置放大器將信號(hào)放大，由同軸電纜接入主機(jī)。為增強(qiáng) GPS 信號(hào)保密性、抗干擾性，實(shí)現(xiàn)遙遠(yuǎn)衛(wèi)星通訊，節(jié)省衛(wèi)星的電能， GPS衛(wèi)星采用了偽噪聲碼對(duì) D碼作二級(jí)調(diào)制。靜態(tài)定位是指將接收機(jī)安置其上觀測(cè)幾分鐘至更長(zhǎng)的時(shí)間，確定這個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。相對(duì)定位就是利用兩臺(tái)以上的接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)確定觀測(cè)點(diǎn)間的相對(duì)位置，即可以采用偽距觀測(cè)量，也可以采用相位觀測(cè)量。在一個(gè)觀測(cè)站上有 3個(gè)獨(dú)立的距離觀測(cè)量就夠了 ,但由于 GPS采用的是單程測(cè)距原理 ,同時(shí)用戶接收機(jī)鐘與衛(wèi)星鐘難以保持嚴(yán)格的同步，因此實(shí)際觀測(cè)的測(cè)站至衛(wèi)星間距離受到衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘同步差的影響 (所以叫做偽距 )。 由于兩個(gè)或多個(gè)觀測(cè)站在同步觀測(cè)相同衛(wèi)星時(shí)，衛(wèi)星的鐘差、軌道誤差、電離層和對(duì)流層的折射誤差和接收機(jī)鐘差等誤差的影響有一定的相關(guān)性 ,因此利用這些觀測(cè)量不同的組合，相對(duì)定位，就能 有效地減弱上述誤差的影響，提高定位精度。 ：對(duì)不同測(cè)站，同步觀測(cè)相同的衛(wèi)星所得觀測(cè)量之差。 ：同一測(cè)站不同衛(wèi)星的同步觀測(cè)量之差。站間求差能夠消除或很大的減弱與傳播介質(zhì)和衛(wèi)星有關(guān)的誤差影響，在衛(wèi)星間求差則可消除或減弱與測(cè)站相關(guān)誤差的影響，因此接收機(jī)鐘差就可忽略。三次模型消除了整周未知數(shù)，因而能夠快速提供測(cè)站的近似坐標(biāo)。動(dòng)態(tài)相對(duì)定位是把一臺(tái)接收 機(jī)安置在基準(zhǔn)站上固定不動(dòng)，另一臺(tái)接收機(jī)安置在運(yùn)動(dòng)的 1 載體上，然后兩臺(tái)接收機(jī)同步觀測(cè)相同衛(wèi)星，觀測(cè)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn)站的實(shí)時(shí)位置。測(cè)相偽距動(dòng)態(tài)相對(duì)定位法是一種以預(yù)先初始化或動(dòng)態(tài)解算載波相位整周未知數(shù)為基礎(chǔ)的 高精度動(dòng)態(tài)相對(duì)定位法。不同的是當(dāng)發(fā)送改正數(shù)的內(nèi)容不一樣時(shí)，其差分定位精度就不同。利用數(shù)據(jù)鏈基準(zhǔn)站將改正數(shù)發(fā)送出去，用戶站接收，然后改正其解算出的用戶站坐標(biāo)。 目前偽 距差分是 GPS 接收機(jī)中用途最廣的一種技術(shù)，大部分的商用差分 GPS接收機(jī)都采用了這種技術(shù)。最后用戶如何提高 GPS 在工程測(cè)量應(yīng)用中的精度 1 根據(jù)改正后的偽距去解算本身的位置，就能夠消去公共誤差，提高定位的精度。比如用整周模糊度快速逼近技術(shù) (FARA)， 5分鐘就能完成基線觀測(cè)任務(wù)，往返重復(fù)設(shè)站 (re—occupation)，動(dòng)態(tài) (kinematic)和準(zhǔn)動(dòng)態(tài) (stop and go)來提高 GPS的作業(yè)效率。精度更高的測(cè)量技術(shù) — 載波相位差分技術(shù)也隨之而來。用戶站接收來自基準(zhǔn)站的載波相位和 GPS衛(wèi)星的載波相位，然后組成相位差分觀測(cè)值實(shí)時(shí)處理，給出實(shí)時(shí)的精度達(dá)到厘米級(jí)的定位結(jié)果。修正法為準(zhǔn) RKT技術(shù)，差分法則是真正 的 RTK技術(shù)。系統(tǒng)誤差主要有接收機(jī)鐘差、衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星軌道誤差、對(duì)流層折射誤差和電離層折射誤差等。接下來以這種方法，詳細(xì)分析 GPS測(cè)量中的各種誤差，探討消除或減弱這些誤差的方法，為提高 GPS在工程測(cè)量應(yīng)用中的精度提供理論基礎(chǔ)。 對(duì)衛(wèi)星鐘差來說，可以采用接受衛(wèi)星導(dǎo)航電文的方式，根據(jù)改正模型（由 GPS地面監(jiān)控系統(tǒng)提供）來計(jì)算改正數(shù)，改正后的衛(wèi)星鐘能夠達(dá)到 20ns的精度，相當(dāng)于 6m的距離誤差?！? 目前可以利用差分計(jì)算有效地消弱衛(wèi)星軌道誤差的影響，差分后基線長(zhǎng)度誤差 b與衛(wèi)星位置誤差 s與的關(guān)系可粗略簡(jiǎn)化為 ，其中， b代表基線長(zhǎng)度， 為接收機(jī)到衛(wèi)星的距離。 如何提高 GPS 在工程測(cè)量應(yīng)用中的精度 1 與傳播路徑有關(guān)的誤差 （ 1）對(duì)流層折射影響 對(duì)流層指的是地面到高度 40km的大氣層。 雖然對(duì)流層折射的影響（一般影響在 2～ 30m 之間）要遠(yuǎn)小 于電離層折射影響，但對(duì)流層折射的影響是長(zhǎng)距離、高精度 GPS測(cè)量的主要誤差之一，而且目前沒有特別有效的減弱方法。與對(duì)流層折射的影響相似，電離層折射影響是指電磁波信號(hào)的傳播速度在通過電離層時(shí)發(fā)生變化，導(dǎo)致測(cè)距成果產(chǎn) 生系統(tǒng)性偏差。在基線長(zhǎng)度不大的情況下 (＜ 20km)，單頻 GPS接收 機(jī)還能使用接收機(jī)之間求差的方法減弱電離層折射的影響， 能達(dá)到殘差影響小于 106。 無論 1 是碼觀測(cè)值還是載波相位觀測(cè)值，都受多 路徑誤差的影響，其中碼觀測(cè)值的多路徑影響更為復(fù)雜。 削弱多路徑誤差的方法 選擇適合測(cè)量的站點(diǎn)。 GPS測(cè)站應(yīng)遠(yuǎn)離具有電磁波強(qiáng)輻射源的地方，如雷達(dá)、電臺(tái)、微波中繼站等設(shè)施附近。由于多路徑誤差是時(shí)間的函數(shù)，其大小和符號(hào)會(huì)隨衛(wèi)星高 度角的變化而變化，所以適當(dāng)?shù)匮娱L(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間，可以削弱多路徑誤差的周期性影響。 (2)接收機(jī)鐘差 GPS接收機(jī)一般采用石英鐘，穩(wěn)定度大約為 lO11，比衛(wèi)星的鐘差要大 2～ 3個(gè)數(shù)量 級(jí)。因而在相位偽距觀測(cè)中 ,存在整周未知數(shù)的影如何提高 GPS 在工程測(cè)量應(yīng)用中的精度 1 響。 當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)被重新鎖定后 ,被測(cè)載波相位的小數(shù)部 仍 是連續(xù)的 ,可這時(shí)整周數(shù)卻不再是連續(xù)的。要求天線相位中心應(yīng)與天線的幾何中心保持一致。所以對(duì)精密相對(duì)定位而言 ,這種影響是不容忽視的。為此需要在聯(lián)測(cè)起算點(diǎn)、 GPS布網(wǎng)、觀測(cè)時(shí)間等方面入手分析。若將這些存在較大誤差的己知點(diǎn)作為平差計(jì)算或坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的約束，其結(jié)果 嚴(yán)重影響 GPS測(cè)量的原有精度。在 GPS作業(yè) 前，應(yīng)盡 多 搜集測(cè)區(qū)周圍高等級(jí)控制點(diǎn)， 最好為 同一系統(tǒng)、同一等級(jí) 的 。傳統(tǒng)的起算數(shù)據(jù)檢驗(yàn)方法主要有方差檢驗(yàn)法、附合路線法和檢查點(diǎn)法 三種 。為了準(zhǔn)確地判斷起算點(diǎn)質(zhì)量的好壞， 一 般需要采用多條附合路線。當(dāng)起算數(shù)據(jù)有 4個(gè)或 4個(gè)以上時(shí)，可以利用 符合路線法和檢查點(diǎn)法對(duì)起算點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)， 剔除誤差大的起算 點(diǎn)，以保證約束平差后 GPS單位權(quán)中誤差符合規(guī)范要求。觀測(cè)人員嚴(yán)格按照操作規(guī)范、作業(yè)指令進(jìn)行操作，使用 4 臺(tái)中海達(dá)單頻接收機(jī)，作業(yè)前通過檢測(cè)站檢測(cè)，性能和指標(biāo)均達(dá)到要求。 點(diǎn)名 自由誤差 高程 /H GOO1 GOO2 G003 G004 G005 G006 G007 G008 G009 G010 G001 G010 G011 G008 G007 G006 G009 G002 G013 G012 G004 G003 S002 G011 G005 1 G011 G012 G013 S002 S003 S007 表 自由網(wǎng)平差基線解算成果表 點(diǎn)名 高程 中誤差 G001 G002 G003 G004 G005 G006 G007 G008 G009 G010 G011 G012 G013 S002 已知 S003 已知 S007 已知 表 S002S003S007做控制點(diǎn)平差成果表 點(diǎn)名 高程 中誤差 G001 如何提高 GPS 在工程測(cè)量應(yīng)用中的精度 1 G002 G003 G004 G005 G006 G007 G008 G009 G010 G011 G012 G013 S002 S003 已知 S007 已知 表 S003S007做控制點(diǎn)處理成果表 點(diǎn)號(hào) 自由網(wǎng)平差 三個(gè)已 知點(diǎn) 差值 兩個(gè)已知點(diǎn) 差值 差值變化量 G001 G002 G003 G004 G005 G006 G007 G008 G009 G010 G011 G012 1 G013 S002 S003 S007 表 三種方法高程比較 通過數(shù)據(jù)比較分析，我們發(fā)現(xiàn)用兩種方法進(jìn)行約束平差時(shí)，控制點(diǎn)的平面位置擬合 較好，但高程變化較大 ， 同一個(gè)未知點(diǎn)兩次平差結(jié)果高程最大變化量 ，高程中誤差最大也只有 ， 很顯然高程擬合的中誤差 是錯(cuò) 的，不能很好的表示實(shí)際起算數(shù)據(jù)高程之間的擬合精度， 所以 有必要對(duì) GPS 高程 擬合的中誤差的可靠性進(jìn)行探討。因?yàn)楦叱淌且痪S數(shù)據(jù)， 而 平面是二維數(shù)據(jù)，擬合時(shí)，如果起算數(shù)據(jù)的位置分布比較合理，平面只需 3個(gè)起算數(shù) 據(jù)就可以二維擬合，中誤差的可靠性較高。 （ 3） 當(dāng)只有 3 個(gè)起算數(shù)據(jù)時(shí)，可以對(duì)起算數(shù)據(jù)高程精度進(jìn)行檢驗(yàn)。由于我國(guó)的國(guó)家控制點(diǎn)布設(shè)的時(shí)間較久，在許多地區(qū)破壞嚴(yán)重，有些點(diǎn)又被不同的單位恢復(fù)或更新，起算數(shù)據(jù)問題在一些工程 GPS測(cè)量中也較為常見。 ②在精確獲取轉(zhuǎn)換參數(shù)的情況下，根據(jù)國(guó)家或地方坐標(biāo)系的大地坐標(biāo)以及該坐標(biāo)系和 WGS84坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系式進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后。以上的分析總結(jié)可作為工程實(shí)踐參考，并不實(shí)用于所有條件。 GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)已 免除了測(cè)角、邊角同測(cè)和測(cè)邊網(wǎng)等的傳統(tǒng)要求。和傳統(tǒng)的測(cè)量手段相比， GPS外業(yè)操作中除了量取天線高度及儀器的對(duì)中整平外，幾乎沒有其它的人為誤差因素；對(duì)于在較短時(shí)間內(nèi)完成的一段 GPS 網(wǎng)，系統(tǒng)所引起的粗差會(huì)在整個(gè)網(wǎng)中體現(xiàn)，而單條基線只要觀測(cè)條件滿足，基線解算良好，應(yīng)認(rèn)為其結(jié)果可靠。 布設(shè) GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)包括網(wǎng)的位置基準(zhǔn)、方向基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)。在僅含有相對(duì)觀測(cè)量的 GPS網(wǎng)中，網(wǎng)的方向基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)，由在平差計(jì)算中作為相關(guān)觀測(cè)量的基線向量唯一地確定。通?？筛鶕?jù)情況，選取以下方法來確定： (1)選取網(wǎng)中～點(diǎn)的坐標(biāo)值并加以固定，或給以適當(dāng)?shù)臋?quán)； (2)網(wǎng)中的點(diǎn)均不固定，通過自由網(wǎng)擬合平差，確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)； (3)在阿中選若干點(diǎn)的坐標(biāo)值并加以固定； (4)選網(wǎng)中若干點(diǎn) (直到全部點(diǎn) )的坐標(biāo)值并給以適當(dāng)?shù)臋?quán)； 前兩種方法，對(duì) GPS 網(wǎng)定位的約束條件最少，所以通常稱為最小約束法；而后兩 種方法，對(duì)平差計(jì)算則存在若干約束條件，其約束條件的多少，取決于在網(wǎng)中所選點(diǎn)的數(shù)量，這種方法通常稱為約束法。雖然從理論上說，在網(wǎng)的平差計(jì)算中，給所有位置賦以適當(dāng)?shù)臋?quán)，是最為嚴(yán)格的方法，但是，如何確定已知位置的權(quán)，及其與網(wǎng)中其它觀測(cè)量權(quán)的比例關(guān)系，則是一個(gè)需要慎重考慮的問題。 GPS作業(yè)通過對(duì)某條基線一定時(shí)間內(nèi)采集到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，求出衛(wèi)星信號(hào)的整周未知數(shù) (模糊度 )，如果參加計(jì)算的數(shù)據(jù)量不足以確定出信號(hào)的整周未知數(shù)，則基線解算失敗。有時(shí)隨著時(shí)間的增加會(huì)出現(xiàn)精度下降現(xiàn)象，出現(xiàn)這種情況的主要原因是粗差或低精度的基線觀測(cè)值的影響；但同時(shí)也看到，觀測(cè)時(shí)間適當(dāng)加長(zhǎng)，基線精度的波動(dòng)就會(huì)減小，這樣可以使基線的精度維持一定的水平，基線長(zhǎng)度基本保持不變，這也說明適當(dāng)增加觀測(cè)時(shí)間對(duì)提高基線精度是有幫助的，選擇好的觀測(cè)時(shí)段可以實(shí)現(xiàn)在較短的時(shí)間內(nèi)得到較高的基線精度，從而提高工作效率。依據(jù)相對(duì)定位的原理實(shí)時(shí)解算并顯示用戶站的坐標(biāo)信息及其精度 [18]。用戶站的 GPS接收機(jī)在流動(dòng)過程之中，可以不必保持對(duì) GPS衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤。 RTK 系統(tǒng)組成 （ 1） 基準(zhǔn)站 基準(zhǔn)站設(shè)置在坐標(biāo)為已知的參考點(diǎn)上， GPS 天線安置在參考點(diǎn)的上方。目前，在好多地方都已采