【正文】 但由于點(diǎn)位的選擇對(duì)于保證觀(guān)測(cè)工作的順利進(jìn)行和保證測(cè)量結(jié)果的可靠性有著重要的意義，所以在選點(diǎn)工作開(kāi)始前，除收集 太原理工大學(xué)陽(yáng)泉學(xué)院 畢業(yè)論文 23 和了解有關(guān)測(cè)區(qū)的地理情況和原有測(cè)量控制點(diǎn)分布及標(biāo)架、標(biāo)型、標(biāo)石完好狀況，決定其適宜的點(diǎn)位外，點(diǎn)位的選擇應(yīng)符合下列要求。 四、技術(shù)指標(biāo) 衛(wèi)星定位測(cè)量的主要技術(shù)要求 1 各等級(jí)衛(wèi)星定位測(cè)量控制網(wǎng)的主要技術(shù)指標(biāo)，其主要技術(shù)要求見(jiàn)表 3— 2： 表 32衛(wèi)星定位控制網(wǎng)的主要技術(shù)要求 等級(jí) 平均邊長(zhǎng)（ km） 固定誤差 A （ mm） 比例誤差系數(shù) B（ mm/km） 約束點(diǎn)間的邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差 約束平差后最弱邊相對(duì)中誤差 二等 9 ≤ 10 ≤ 2 ≤ 1/250000 ≤ 1/120200 三等 ≤ 10 ≤ 5 ≤ 1/150000 ≤ 1/70000 四等 2 ≤ 10 ≤ 10 ≤ 1/100000 ≤ 1/40000 一級(jí) 1 ≤ 10 ≤ 20 ≤ 1/40000 ≤ 1/20200 二級(jí) ≤ 10 ≤ 40 ≤ 1/20200 ≤ 1/10000 2 各等級(jí)控制網(wǎng)的基線(xiàn)精度，按下式計(jì)算。 3 控制網(wǎng)應(yīng)有獨(dú)立觀(guān)測(cè)邊構(gòu)成一個(gè)或若干個(gè)閉合環(huán)或附合路線(xiàn)；各等級(jí)控制網(wǎng) 太原理工大學(xué)陽(yáng)泉學(xué)院 畢業(yè)論文 22 中構(gòu)成閉合環(huán)或附合導(dǎo)線(xiàn)的邊數(shù)不宜多于 6條。良好的圖形設(shè)計(jì)可以減少野外選點(diǎn)的工作量，節(jié)省造標(biāo)的經(jīng)費(fèi)，也為得到較高精度的成果打下基礎(chǔ)。 同觀(guān)測(cè)衛(wèi)星有關(guān)的因素觀(guān)測(cè)衛(wèi)星數(shù)；衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量；圖形強(qiáng)度因子；衛(wèi)星高度角；星歷來(lái)源。為此，在 GPS網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)中，必須有 GPS 網(wǎng)的成果所采用的坐標(biāo)系和起算數(shù)據(jù)，即 GPS 網(wǎng)所采用的基準(zhǔn)，或稱(chēng)之為 GPS 網(wǎng)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。 （二） GPS 測(cè)量的精 度標(biāo)準(zhǔn) GPS 測(cè)量的精度標(biāo)準(zhǔn)常用網(wǎng)中相鄰點(diǎn)之間的距離中誤差表示，其形式為 σ = a + bd （ ） 式中 σ ———— 距離中誤差， mm a———— 固定誤差， mm b———— 比例誤差系數(shù)， 106 d———— 相鄰點(diǎn)的距離， km 國(guó)家測(cè)繪局 1992 年制訂的我國(guó)第一部《 GPS 測(cè)量規(guī)范》，將 GPS 的測(cè)量精度分為 AE5 級(jí)（見(jiàn)表 31）。 采用分級(jí)布網(wǎng)的方案 分級(jí)布網(wǎng)是建立常規(guī)測(cè)量控制網(wǎng)的基本方法，由于 GPS 測(cè)量具有許多優(yōu)越性，所以并不要求 GPS 網(wǎng)按常規(guī)控制網(wǎng)分很多等 級(jí)布設(shè)，但有計(jì)劃地分級(jí)布設(shè) GPS 網(wǎng)，有利 太原理工大學(xué)陽(yáng)泉學(xué)院 畢業(yè)論文 20 于測(cè)區(qū)的近期需要和遠(yuǎn)期的發(fā)展。設(shè)計(jì)的技術(shù)依據(jù)是國(guó)家測(cè)繪局頒發(fā)的《全球定位系統(tǒng) (GPS)測(cè)量規(guī)范》及建設(shè)部頒發(fā)的《全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程》。需要提及的是，安置各觀(guān)測(cè)站的天線(xiàn)時(shí)，均 亦 按天線(xiàn)附有的方位標(biāo)進(jìn)行定向，使之根 據(jù)羅盤(pán)指向磁北極。 天線(xiàn)的相位中心位置偏差 在 GPS 定位中，觀(guān)測(cè)值是以接收機(jī)天線(xiàn)相位中心位置為準(zhǔn)的，因而天線(xiàn)的相位中 太原理工大學(xué)陽(yáng)泉學(xué)院 畢業(yè)論文 19 心與其幾 何中心理論上保持一致。 處理接收機(jī)鐘差較為有效的方法是將各觀(guān)測(cè)時(shí)刻的接收機(jī)鐘差 之 間看成是相關(guān)的，由此建立一個(gè)鐘差模型，并表示為一個(gè)時(shí)間多項(xiàng)式的形式，然后在觀(guān)測(cè)量的平差計(jì)算中統(tǒng)一求解，得到多項(xiàng)式的系數(shù)，因而也得到接收機(jī)的鐘差改正。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般認(rèn)為觀(guān)測(cè)的分辨誤差約為信號(hào)波長(zhǎng)的 1%。 選擇造型適宜且屏蔽良好的天線(xiàn)等。根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料表明，在一般反射環(huán)境下，多路徑效應(yīng)對(duì)測(cè)碼偽距的影響可達(dá)到米級(jí)，對(duì)測(cè)相偽距的影響可達(dá)到厘米級(jí)。對(duì)于輸送短的基線(xiàn)(50km)，濕分量的影響較小 關(guān)于對(duì)流層折射的影響，一般有以 下幾種處理方法： 定位精度要求不高時(shí)，可不考慮其影響。對(duì)于單頻GPS 接收機(jī)而言，這種方法的重要意義尤為明顯。不過(guò)應(yīng)當(dāng)明確指出，在太陽(yáng)輻射的正午或在太陽(yáng)黑子活動(dòng)的異常期，應(yīng)盡量避免觀(guān)測(cè)。當(dāng) GPS 衛(wèi)星處于天頂方向時(shí)，電離層折射對(duì)信號(hào)傳播路徑的影響最小，而當(dāng)衛(wèi)星接近地平線(xiàn)時(shí)，則影響最大。由于同一衛(wèi)星的位置誤差對(duì)不同觀(guān)測(cè)站同步觀(guān)測(cè)量的影響，具有系統(tǒng)誤差性質(zhì)，所以通過(guò)上述求差的方法，可以明顯的減弱衛(wèi)星軌道誤差的影響，尤其當(dāng)基線(xiàn)較短時(shí)，其效用更不明顯。 在 GPS 定位測(cè)量中，處理衛(wèi)星軌道誤差有以下幾種方法 : 忽略軌道誤差 這種方法以從導(dǎo)航電文中所獲得的衛(wèi)星軌道信息為準(zhǔn)，不再考慮衛(wèi)星軌道實(shí)際存在的誤差，所以廣泛的用于精度較低的實(shí)時(shí)單點(diǎn)定位工作中。在相對(duì)定位中，衛(wèi)星鐘差可通過(guò)觀(guān)測(cè)量求差（或差分）的方法消除。實(shí)際上，盡管 GPS 衛(wèi)星均設(shè)有高精度的原子鐘（銣鐘和銫鐘），但是它們與理想的 GPS 時(shí)之間，仍存在著難以避免的偏差和漂移。 差分可分為單基準(zhǔn)站差分、具有多個(gè)基準(zhǔn)站的 局部區(qū)域差分和廣域差分三種。根據(jù)基準(zhǔn)站已知精密坐標(biāo)，計(jì)算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離改正數(shù)，并由基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)地將這一改正數(shù)發(fā)送出去。比如相對(duì)定位中，在一個(gè)測(cè)站上對(duì)兩個(gè)觀(guān)測(cè)目標(biāo) 太原理工大學(xué)陽(yáng)泉學(xué)院 畢業(yè)論文 15 進(jìn)行觀(guān)測(cè)，將觀(guān)測(cè)值求差；或在兩個(gè)測(cè)站上對(duì)一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行觀(guān)測(cè)，將觀(guān)測(cè)值求差；或在一個(gè)測(cè)站上對(duì)一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行兩次觀(guān)測(cè)求差。但載波信號(hào)是一種周期性的正弦信號(hào)，而相位測(cè)量又只能測(cè)定其不足一個(gè)波長(zhǎng)的部分，因而存在著整周數(shù)不確定性的問(wèn)題，使解算過(guò)程變地十分復(fù)雜。然而由于測(cè)距碼的碼元長(zhǎng)度較大，對(duì)于一些高精度應(yīng)用來(lái)講其測(cè)距精度還顯的過(guò)低無(wú)法滿(mǎn)足需要。用 P 碼測(cè)出的偽距為 P 碼偽距。 二、 GPS 幾種定位方式 偽距測(cè)量定位 偽距法定位是由 GPS接收機(jī)在某一時(shí)刻測(cè)出 得到四顆以上 GPS衛(wèi)星的偽距以及已知的衛(wèi)星位置，采用距離交會(huì)的方法求定接收機(jī)天線(xiàn)所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)。若以?xún)膳_(tái) GPS接收機(jī)分別置于兩個(gè)固定不變的待定點(diǎn)上，則通過(guò)一定時(shí)間的觀(guān) 測(cè)，可以確定兩個(gè)待定點(diǎn)間的相對(duì)位置，又叫相對(duì)定位。需要實(shí)時(shí)地由 GPS 衛(wèi)星信號(hào)測(cè)量出測(cè)站至衛(wèi)星之間的距離，實(shí)時(shí)地由衛(wèi)星的導(dǎo)航電文解算出衛(wèi)星的坐標(biāo)值，并進(jìn)行測(cè)站點(diǎn)的定位。在 GPS 測(cè)量中通常采用兩類(lèi)坐標(biāo)系統(tǒng)，一類(lèi)是在空間固定的坐標(biāo)系統(tǒng)，另一類(lèi)是與地球體相固聯(lián)的坐標(biāo)系統(tǒng)，稱(chēng)地固坐標(biāo)系統(tǒng)，我們?cè)诠饭こ炭刂茰y(cè)量中常用地固坐標(biāo)系統(tǒng)（如： WGS－ 84 世界大地坐標(biāo)系和 1980 年西安大地坐標(biāo)系）。這便是 GPS 衛(wèi)星定位的基本原理。雖然用于激光測(cè)距的衛(wèi)星（表面上安裝有激光反射棱鏡）是在不停的運(yùn)動(dòng)中，但總可以利用固定于地面上三個(gè)已知點(diǎn)上的衛(wèi)星激光測(cè)距儀同時(shí)測(cè)定某一時(shí)刻至衛(wèi)星的空間距離， d1,d2,d3，應(yīng)用測(cè)距交會(huì)的原理變可確定該時(shí)刻衛(wèi)星的空間位置。只需以三個(gè)發(fā)射臺(tái)為球心，以 d1,d2,d3為半徑作三個(gè)定位球面，即可交會(huì)出用戶(hù)接收機(jī)的空間位置。當(dāng)用交流電時(shí)，要經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電源或?qū)Ｓ秒娫唇粨Q器。用戶(hù)可通過(guò)鍵盤(pán)控制接收機(jī)工作。 根據(jù)預(yù)先設(shè)置的航路點(diǎn)坐標(biāo)和單點(diǎn)定位測(cè)站位置計(jì)算導(dǎo)航的參數(shù)、航偏距、航偏角、航行速度等。 接收機(jī)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行搜索，捕捉衛(wèi)星。目前， GPS 接收機(jī)都裝有半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，接收機(jī)內(nèi)存數(shù)據(jù)可以通過(guò)數(shù)據(jù)口傳到微機(jī)上，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)保存。 下圖 24是 GPS 接收機(jī)原理圖： 太原理工大學(xué)陽(yáng)泉學(xué)院 畢業(yè)論文 10 圖 24 GPS 接收機(jī)原理圖 GPS 接收機(jī)的天線(xiàn)類(lèi)型如下圖 25： 圖 25 GPS 接收機(jī)的天線(xiàn)類(lèi)型 接收機(jī) 主機(jī) （ 1） 變頻器及中頻放大器 經(jīng)過(guò) GPS 前置放大器的信號(hào)仍然很微弱，為了使接收機(jī)通道得到穩(wěn)定的高增益，并且使 L 頻段的射頻信號(hào)變成低頻信號(hào)，必須采用變頻器。它是用戶(hù)利用 GPS 進(jìn)行導(dǎo)航定位時(shí)一組不可少的數(shù)據(jù)。目前， /A碼只調(diào)制在 L1載波上，故無(wú)法精確地消除電離層延遲。因此，載波相位測(cè)量在高精度定位中得到廣泛的應(yīng)用。其中 L1 載波 是由衛(wèi)星上的原子鐘所產(chǎn)生的基準(zhǔn)頻率 f0倍頻 154 倍后形成的， L2 載波是由基準(zhǔn)頻率 f0倍頻 120 倍后形成的。 第二節(jié) GPS 衛(wèi)星的導(dǎo)航定位信號(hào) 。 按測(cè) 量站星距離所用測(cè)距信號(hào)之異， GPS 信號(hào)接收機(jī)可以分為下列幾種類(lèi) （ 1） 碼接收機(jī)：用偽噪聲碼和載波作測(cè)距信號(hào)； （ 2） 無(wú)碼接收機(jī)：僅用載波作測(cè)距信號(hào)； （ 3） 集成接收機(jī)：既用 GPS 信號(hào)，又用 GLONASS 信號(hào)測(cè)量站星距離。 GPS信號(hào) 接收機(jī)，是 GPS 導(dǎo)航衛(wèi)星的用戶(hù)設(shè)備，是實(shí)現(xiàn) GPS 衛(wèi)星導(dǎo)航定位的終端儀器。注入站能將接收到的導(dǎo)航電文存儲(chǔ)在微機(jī)中，當(dāng)衛(wèi)星通過(guò)其上空時(shí)再用大口徑發(fā)射天線(xiàn)將這些導(dǎo)航電文和其他命令分別“注入”衛(wèi)星。它的主要功能是：收集各監(jiān)測(cè)站測(cè)得的距離和距離差、 氣象要素、衛(wèi)星時(shí)鐘和工作狀況的數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)站自身的狀態(tài)數(shù)據(jù)等；根據(jù)收集的 太原理工大學(xué)陽(yáng)泉學(xué)院 畢業(yè)論文 7 數(shù)據(jù)及時(shí)計(jì)算每顆 GPS 衛(wèi)星的星歷，時(shí)鐘改正，狀態(tài)數(shù)據(jù)以及信號(hào)的大氣傳播改正，并按一定格式編制成導(dǎo)航電文，傳送到注入站；監(jiān)控整個(gè)地面監(jiān)控系統(tǒng)是否工作正常，檢驗(yàn)注入衛(wèi)星的導(dǎo)航電文是否正確，監(jiān)測(cè)衛(wèi)星是否將導(dǎo)航電文發(fā)出；調(diào)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。 GPS 衛(wèi)星上設(shè)有微處理機(jī)，可以進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理工作，它主要的 3個(gè)基本功能：根據(jù)地面監(jiān)控指令接收和儲(chǔ)存由地面監(jiān)控站發(fā)來(lái)的導(dǎo)航信息，調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)、啟動(dòng)備用衛(wèi)星；向 GPS 用戶(hù)播送導(dǎo)航電文，提供導(dǎo)航和定位信息；通過(guò) 高精度衛(wèi)星鐘向用戶(hù)提供精密的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。 ，軌道平均高度為 期為 11 小時(shí) 58 分（恒星時(shí)），同一軌道上的各衛(wèi)星的升交角距為 90176。 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(gè)部分組成：空間部分（ GPS 衛(wèi)星）、地面監(jiān)控部分和用戶(hù)部分。 4 .GPS 的應(yīng)用將進(jìn)入人們的日常生活 GPS 信號(hào)接收機(jī)在人們生活中的應(yīng)用，是一個(gè)難以用數(shù)字預(yù)測(cè)的廣闊天地，手表式的 GPS 接收機(jī)，將成為旅游者的忠實(shí)導(dǎo)游。 3 .發(fā)展 GPS產(chǎn)業(yè) 今后 GPS將像目前汽車(chē)、無(wú)線(xiàn)電通信等一樣形成產(chǎn)業(yè)化。 這一多元化的空間資源環(huán)境，促使國(guó)際民間形成了一個(gè)共同的策 太原理工大學(xué)陽(yáng)泉學(xué)院 畢業(yè)論文 5 略，即一方面對(duì)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 2020 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(shì)，才 能從根本上擺脫對(duì)單一系統(tǒng)的依賴(lài)，形成國(guó)際共有、 國(guó)際共享的安全資源環(huán)境。對(duì)于測(cè)繪領(lǐng)域， GPS 衛(wèi)星定位技術(shù)已經(jīng)用于建立高精度的 全國(guó)性的大地測(cè)量控制網(wǎng)，測(cè)定全球性的地球動(dòng)態(tài)參數(shù)；用于建立陸地海洋大地測(cè)量基準(zhǔn)， 進(jìn)行高精度的海島陸地聯(lián)測(cè)以及海洋測(cè)繪；用于監(jiān)測(cè)地球板塊運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和地殼形變；用于工程測(cè)量，成為建立城市與工程控制網(wǎng)的主要手段。 三、前景 當(dāng)初設(shè)計(jì) GPS 系統(tǒng)的主要目的是用于導(dǎo)航，收集情報(bào)等軍事目的。通過(guò)衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用示范工程和基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，推動(dòng)衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用設(shè)備及其擴(kuò)展系統(tǒng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)諸多部門(mén)和人們的日常生活 中得到廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。接收機(jī)主板產(chǎn)量超過(guò) 100 萬(wàn)套，行業(yè)總產(chǎn)值超過(guò)100 億元（約占世界市場(chǎng)份額的 4%）。時(shí)間周期也長(zhǎng)，不能及時(shí)反映礦產(chǎn)資源的實(shí)際現(xiàn)狀。隔河巖水電站大壩外觀(guān)變形 GPS自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)全自動(dòng)，應(yīng)用廣播星歷 1~2 小時(shí) GPS 觀(guān)測(cè)資料解算的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，水平精度優(yōu)于 ，垂直精度優(yōu)于 ， 6 小時(shí)的 GPS 觀(guān)測(cè)資料解算，水平精度、垂直精度均優(yōu)于 1mm。而利用 GPS 定位技術(shù)，特別是采用 RTK 技術(shù)替代常規(guī)方法測(cè)繪地籍及房產(chǎn)成為可能。據(jù)報(bào)道在三峽二期工程施工中采用 GPS定位技術(shù)建立施工控制網(wǎng)，取得很好的效果，可以滿(mǎn)足其相應(yīng)的精度要求；在青藏鐵路的建設(shè)中，從勘測(cè)到施工均采用了 GPS 定位技術(shù)，都取得了很好的效果。人們可以開(kāi)著裝有先進(jìn) GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)的汽車(chē)，隨時(shí)為你指示行進(jìn)方向，你可以戴著手表式的接收機(jī)為你在原始森林里旅游探指 明方向 在大地測(cè)量、工程測(cè)量中的應(yīng)用： 由于 GPS 系統(tǒng)具有精度高、速度快、費(fèi)用省、操作簡(jiǎn)便，現(xiàn)今建立大地及工程控制網(wǎng)基本上是采取 GPS 定位技術(shù)，取代了常規(guī)手段。 6 全天候作業(yè)。目前 GPS 水準(zhǔn)可滿(mǎn)足四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度 5 操作簡(jiǎn)便。 4 提供三維坐標(biāo)。一般雙頻 GPS 接收機(jī)基線(xiàn)解精度為 5mm+1ppm，而紅外儀標(biāo)稱(chēng)精度為5mm+5ppm， GPS 測(cè)量精度與紅外儀相當(dāng)，但隨著距離的增長(zhǎng)， GPS 測(cè)量?jī)?yōu)越性愈加突出。測(cè)站間相互通視一直是測(cè)量學(xué)的難題。衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方，任何時(shí)間都可觀(guān)測(cè)到四顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形。在測(cè)量領(lǐng)域， GPS 系統(tǒng)已廣泛用于大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量以及地形測(cè)量等各個(gè)方面 。 thehorizon measurement measurement。 本文介紹了 GPS 的特點(diǎn)、發(fā)展及應(yīng)用、 GPS的組成及工作原理，外業(yè)測(cè)量、 工作流程、 GPS 基線(xiàn)解算的基本原理等。 專(zhuān)業(yè)答辯組組長(zhǎng)： （簽名）