【正文】 用 GPS 信號接收機對每顆可見衛(wèi)星每 6 分鐘進行一次偽距測量和積分多普勒觀測 ，采集氣象要素等數(shù)據(jù)。GPS 接收機的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩大部分 。 近幾年，國內(nèi)引進了許多種類型的 GPS 測地型接收機。如圖 21，設在時刻 it 在測站 P 用 GPS 接收機同時測得 P點至三顆 GPS 衛(wèi)星 S1， S2， S3 的距離 P1， P2， P3， 通過 GPS 電文解譯出該時刻三顆 GPS 衛(wèi)星的三維坐標分別為 JX ， JY ， JZ ， j = 1， 2， 3。 利用接收到的衛(wèi)星信號（測距碼）或載波相位，均可進行靜態(tài)定位 。 目前的 GPS 控制測量 ， 基本上都是采用相對定位的測量方法。 因 此，同步圖形閉合差不能作為衡量精度的指標，但它可以反應野外觀測質(zhì)量和條件的好壞。按其作業(yè)方式可分為：同步作業(yè)方 式網(wǎng)、基準站同步作業(yè)方式網(wǎng)、快速定位作業(yè)方式。網(wǎng)的必要觀測基線數(shù)為 m1，而網(wǎng)中 n 個同步圖形總共由 n*(T1)條獨立基線。 4）網(wǎng)連式網(wǎng) 所謂網(wǎng)連式布網(wǎng)方法，是指相鄰 同步圖形之間有兩個以上公共點相連接，相鄰同步圖形之間存在互相重疊的部分，即某一同步圖形的一部分是另一同步圖形中的一部分。 （ 2）采用分級布網(wǎng)方案。 （ 3） GPS 網(wǎng)中應不存在自由基線。同時 ，還應與相當數(shù)量的地面水準點重合，以提供大地水準面的研究資料，進行 GPS 大地高向正常高的轉(zhuǎn)換。同時，經(jīng)典控制網(wǎng)中的三類優(yōu)化設計，即網(wǎng) 的加密和改進問題，對于 GPS 網(wǎng)來說，也就意味著網(wǎng)中增加一些點和觀測基線，故仍可將其歸結(jié)為對圖形結(jié)構(gòu)強度的優(yōu)化設計。 13 1) 位置基準設計 研究表明， GPS 基線向量解算中作為位置基準的固定點誤差是引起基線誤差的一個重要因素 ， 使用測量時獲得的單點定位值作為起算坐標，由于其誤差可達數(shù)十米以上 ， 所以選用不同點的單點定位坐標值作為固定點時 ， 引起的基線向量差可達數(shù)厘米。 ② 提供內(nèi)部尺度基準。網(wǎng)的精度設計是根據(jù)偶然誤差的傳播規(guī)律，按照一定的精度設計方法，分析網(wǎng)中各未知點平差后預期能達到的精度，這常被稱為網(wǎng)的統(tǒng)計強度設計與分析。 設單位權(quán)方差為 m02 ，則基線的權(quán)為 DmP xijij 120 ??? (38) 有了誤差方程式 Bij 和 Pij 就可以組成法方程子陣 Nk ， 如 果 GPS 控制網(wǎng)有 n 條獨 15 立基線，則總法方程為 ??? nk kNN 1 （ 39） GPS 控制網(wǎng)的法方程系數(shù)矩陣按控制點分塊 ， 則對角線上的子塊為該點周圍基線權(quán)陣的和 ， 非對角線上的子塊反映了該點與其它控制點之間的關(guān)系 ， 兩控制點之間有基線相連 ， 則相應的非對角線子塊為該基線權(quán)陣乘以 （ 1）， 沒有基線相連 ， 則為零 。而 Ri 中的非對角元素的大小則反應基線 之中的某一坐標分量的粗差對給基線另一坐標分量改正數(shù)的影響大小 。當粗差向量 S? 落如次區(qū)域內(nèi) ， 即小于下界值 S?0 ， 則不能用統(tǒng)計檢驗 的方法發(fā)現(xiàn) 。 經(jīng)費估算 布設任何控制網(wǎng)都不可一味追求精度和可靠性而不考慮費用問題 ， 尤其是講究經(jīng)濟效益的今天更是如此 。 (1)以費用為目標函數(shù)進行優(yōu)化，網(wǎng)形如 圖 35 所示。 解析法設計的原理為在各階段設計中根據(jù)固定參數(shù)及有關(guān)的約束條件 ， 對待定參數(shù)求最優(yōu)解 ， 求待定參數(shù)的方法主要是線性規(guī)劃法 ， 解析法雖然能夠較具體的描述一個事物的實質(zhì) ， 但由于實際的控制網(wǎng)約束條件復雜 ， 不確定因素很多 ， 構(gòu)造數(shù)學模型困難 ， 有時甚至不可能 ， 因此解析法主要用于小范圍的精密工程控制網(wǎng)。 但是該礦 區(qū)原有測量控制網(wǎng)為 90年代建立 ， 歷經(jīng)十幾年的采礦影響 ， 認為破壞及地貌變化 ， 使原有控制點大部分失去控制作用 ， 使得服務于日常生產(chǎn)的多項測量工作難以正常進行 ， 遠遠不能滿足礦山生產(chǎn)和工程建設的需要 。 具體到控制網(wǎng)優(yōu)化設計時 ， 其數(shù)學模型和經(jīng)典網(wǎng)的數(shù)學模型一樣采用該式。該法經(jīng)上兩種進行了 21 綜合評價，使兩項單目標在一定的條件下得到和諧，是一種較為理想的設計。 由于各種不同的觀測量采用不同的儀器 ， 其計算均不一樣 ， 所以很難有一個完整的表達式表達出來 ， 只能視具體情況 ， 采用不同的計算公式 。 ? ? ? ? ? ?PPSPS yy iiyiT y ????????????????001001 。 在有多個粗差的情況下 ， 能以一定的檢驗功效 ? ?S?0， 通過顯著水平為 α 的統(tǒng)計檢驗發(fā)現(xiàn)的 S方向的多個粗差的下界域是 ? ? SSSS PSssT? 00 *?? (318) 式中 ， Pss = PHPQHvvT， ??S?0 是 ? ?S?0和 α 的函數(shù)。 其形式為 ??????????????????????????????????????RRRRRRRRRPQRzzyxxzzyyyxyzxyxxxviiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii (312) 16 若基線向量 ? ?zyxL Ti ???? ,有誤差向量 ? ???? z iy ix i T??? , 。 根據(jù)標稱精度計算 GPS 的邊 長方差 ms2 和方位角方差 m?2 ，其計算公式為 ? ?sbam s ??? 222 (35) ???????? sdcm222? (36) 式中： a、 b 分別是 GPS 接收機邊長測量固定誤差和比例誤差因子 ， c、 d 分別是 GPS接收機方向測量固定誤差和比例誤差因子 ， s 是基線長度。此外， GPS 成果轉(zhuǎn)換到地面實用坐標系中，還存在一個轉(zhuǎn)換基準的選擇問題，此處不再討論。 對于邊長小于 50km 的 GPS 網(wǎng) ， 可用較高精度的測距儀 (或更高 )測量 2— 3 條基線邊 ， 作為整網(wǎng)的尺度基準。 基準選取的不同將會對網(wǎng)的精度產(chǎn)生直接影響 ， 其中包括 GPS 網(wǎng)基線向量解中的位置基準的選擇 ， 以及 GPS 網(wǎng)轉(zhuǎn)換到地方坐標系所需的基準設計 。 由于 GPS 網(wǎng)的精度與網(wǎng)的幾何圖形結(jié)構(gòu)無關(guān)，且與觀測權(quán)相關(guān)甚小，而影響精度的主要因素是網(wǎng)中各點發(fā)出基線的數(shù)目及基線的權(quán)陣。 （ 6）為了實現(xiàn) GPS 網(wǎng)與地面網(wǎng)之間的坐標轉(zhuǎn)換， GPS 網(wǎng)至少應與地面網(wǎng)有 2 個重合點。為提高 GPS 網(wǎng)的可靠性，各級 GPS 網(wǎng)必須布設成由獨立的 GPS 基線向量邊（或簡稱為 GPS 邊）構(gòu)成的閉合圖形網(wǎng)，閉合圖形可以是三邊形、四邊形或多變形，也可以包含一些符合路線， GPS 網(wǎng)中不允許存在支線。 例如 ， 因為 GPS 測量具有高精度和不要求通視的優(yōu)點，有的城市已經(jīng)考慮將城市 GPS 網(wǎng)建立成為兼有 監(jiān)測三維形變功能的控制 網(wǎng)。邊連式構(gòu)網(wǎng)圖形如圖 34所示。 2）點連式網(wǎng) 圖 32 星形網(wǎng)圖形 所謂點連式網(wǎng)，就是相鄰同步圖形間僅由一個公共點連接成的網(wǎng)，其網(wǎng)形如圖 33所示。 GPS 網(wǎng)的布設就是如何將各同步圖形合理的銜接成一個有機的整體，使之達到精度高，可靠性強，且作業(yè)量和作業(yè)經(jīng)費少的要求。由此，也就在同步圖形中形成了若干坐標閉合差條件，稱為同步圖形閉合差 。 GPS 網(wǎng)的設計包括網(wǎng)形構(gòu)造、精度、基準等方面的設計 。若以兩臺 GPS 接收機分別置于兩個固定不變的待定點上，則通過一定時間的觀測，可以確定兩個待定點之間的相對位置，又叫相對定位。 GPS 衛(wèi)星發(fā)射測距信號和導航電文，導航電文中含有衛(wèi)星位置的信息 。在用機外電池的過程中，機內(nèi)電池自動充電。載體上的 GPS 接收機天線在跟蹤 GPS 衛(wèi)星的過程中相對于地球而運動 ， 接收機用 GPS 信號實時地測得運動載體的狀態(tài)參數(shù)（瞬間三維位置和三維速度） 。 （ 3） 五個監(jiān)控站除了位于主控站和三個注入站之處的四個站以外，還在夏威夷設立了一個監(jiān)控站。 （ 1） 主控站設在美國本土科羅拉多。 衛(wèi)星鐘由地面站檢驗 ， 其鐘差 、 鐘速連同其他信息由地面站注入衛(wèi)星后 ， 再轉(zhuǎn)發(fā)給用戶設備。 （ 2） 在衛(wèi)星飛越注入站上空時 ， 接收由地面注入站用 S 波段（ 10cm 波段）發(fā)送到衛(wèi)星的導航電文和其他有關(guān)信息 ， 并通過 GPS 信號電路 ， 適時地發(fā)送給廣大用戶 。但這種時間間隙是很短暫的，并不影響全球絕大多數(shù)地方的全天候、高精度、連續(xù)實時 導航定位測量。 24 顆衛(wèi)星均勻分布在 6 個軌道平面內(nèi) ， 軌道傾角為 55 度 ， 各個軌道平面之間相距 60 度，即軌道的升交點赤經(jīng)各相差 60度。 通過經(jīng)典控制網(wǎng)和 GPS控制網(wǎng)的對比 ， 進一步了解 GPS控制網(wǎng)的特點和優(yōu)點 。 本論 文將闡述研究 GPS 控制網(wǎng)的優(yōu)化設計 。 近年來 ， 隨著 GPS技術(shù)的出現(xiàn) ， 由于其具有控制點間不需要相互通視 、 測量速度快 、 精 度高 、 能全天候作業(yè)等常規(guī)測量方法無法比擬的優(yōu)點 ， 它的應用越來越廣泛 ， 但是 GPS無論是在布網(wǎng)方案還是在平差模型方面 ， 都與經(jīng)典網(wǎng)有許多不同之處 ， 導致了網(wǎng)的優(yōu)化設計和常規(guī)控制網(wǎng)的優(yōu)化設計有很多的不同 。優(yōu)化設計 。因而本文 論述了控制網(wǎng) 基準優(yōu)化、 精度 估算、經(jīng)費估算、可行性分析 等方面的理論與方法 , 介紹了 GPS網(wǎng)優(yōu)化設計的方法和步驟，探討了優(yōu)化設計的數(shù)學模型。 隨著 GPS 網(wǎng)的廣泛應用，人們開始著手研究 GPS 網(wǎng)的優(yōu)化設計問題，本為把 GPS網(wǎng)與常規(guī)網(wǎng)比較，分析了他們的異同點。 indicators of estimation III 目錄 第 1 章 緒論 ..................................... 1 選題目的及研究意義 ..............................................................................................................................1 研究現(xiàn)狀及存在的問題 .........................................................................................................................2 本文的工作 ..................................................................................................................................................2 第 2 章 GPS 概論 .................................. 3 GPS 衛(wèi)星定位系統(tǒng)組成 ..........................................................................................................................3 GPS 工作衛(wèi)星及星座 ......................................................................................................................3 地面監(jiān)控系統(tǒng) ....................................................................................................................................4 GPS 信號接收機 ................................................................................................................................5 GPS 衛(wèi)星定位基本原理 ..........................................................................................................................6 第 3 章 GPS 控制網(wǎng)的優(yōu)化設計 ....................... 8 GPS 網(wǎng)的簡介 ......................................