【正文】 航型接收機米級精度實時數(shù)據(jù)處理⑶ 定時型接收機專用于時間測定和頻率控制3按所用載波頻率多少分類用于衛(wèi)星導(dǎo)航定位的載波是L1和L2它們的頻率分別為f1 1541023MHz 157442MHZf2 1201023MHz 122760MHz按所用載波頻率多少GPS信號接收機可以分成下列類型⑴ 單頻接收機僅使用第一載波L1及其調(diào)制波進行導(dǎo)航定位測量⑵ 雙頻接收機同時使用多個載波及其調(diào)制波進行導(dǎo)航定位測量三GPS信號接收機的組成及原理1天線單元它由接收天線和前置放大器兩個部件組成它的作用是將到達GPS信號接收天線的功率約為160dBW的GPS電磁波變換成微波電信號并將如此微弱的GPS電信號予以放大為便于接收機對信號進行跟蹤處理和量測對天線部分有以下要求⑴ 天線與前置放大器應(yīng)密封一體以保障其正常工作減少信號損失⑵ 能夠接收來自任何方向的衛(wèi)星信號不產(chǎn)生死角⑶ 有防護與屏蔽多路徑效應(yīng)的措施⑷ 天線的相位中心保持高度的穩(wěn)定并與其幾何中心盡量一致下圖25是GPS接收機原理圖 圖25 GPS接收機原理圖2接收機主機⑴ 變頻器及中頻放大器經(jīng)過GPS前置放大器的信號仍然很微弱為了使接收機通道得到穩(wěn)定的高增益并且使L頻段的射頻信號變成低頻信號必須采用變頻器⑵ 信號通道信號通道是接收機的核心部分GPS信號通道是硬軟件結(jié)合的電路GPS信號通道的作用有三一是搜索衛(wèi)星牽引并跟蹤衛(wèi)星二是對廣播電文數(shù)據(jù)信號實行解擴解調(diào)出廣播電文三是進行偽距測量載波相位測量及多普勒頻移測量⑶ 存儲器接收機內(nèi)沒有存儲器或存儲卡以存儲衛(wèi)星星歷衛(wèi)星歷書接收機采集到的碼相位偽距觀測值載波相位觀測值及多普勒頻移目前GPS接收機都裝有半導(dǎo)體存儲器接收機內(nèi)存數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)口傳到微機上以便進行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)保存在存儲器內(nèi)還裝有多種工作軟件如測試軟件衛(wèi)星預(yù)報軟件導(dǎo)航電文解碼軟件GPS單點定位軟件⑷ 微處理器微處理器是GPS接收機工作的靈魂GPS接收機工作都是在微機指令統(tǒng)一協(xié)同下進行的其主要工作步驟為接收機開機后首先對整個接收機工作狀況進行自檢并測定校正存儲各通道的時延值接收機對衛(wèi)星進行搜索捕捉衛(wèi)星當(dāng)捕捉到衛(wèi)星即對信號進行牽引和跟蹤并將基準(zhǔn)信號譯碼得到GPS衛(wèi)星星歷當(dāng)同時鎖定4顆衛(wèi)星時將CA碼偽距觀測值連同星歷一起計算測站的三維坐標(biāo)并按預(yù)置位置更新率計算新的位置根據(jù)機內(nèi)存儲的衛(wèi)星歷書和測站近似位置計算所有在軌衛(wèi)星升降時間方位和高度角根據(jù)預(yù)先設(shè)置的航路點坐標(biāo)和單點定位測站位置計算導(dǎo)航的參數(shù)航偏距航偏角航行速度等接收用戶輸入信號⑸ 顯示器GPS接收機都有液晶顯示屏以提供GPS接收機工作信息并配有一個控制鍵盤用戶可通過鍵盤控制接收機工作對于導(dǎo)航接收機有的還配有大顯示屏在屏幕上直接顯示導(dǎo)航的信息甚至顯示數(shù)字地圖⑹ 電源GPS接收機電源有兩種一種為內(nèi)電源一般采用鋰電池主要用于RAM存儲器供電以防止數(shù)據(jù)丟失另一種為外接電源這種電源常用于可充電的12V直流鎘鎳電池組或采用汽車電瓶當(dāng)用交流電時要經(jīng)過穩(wěn)壓電源或?qū)Ｓ秒娫唇粨Q器第二節(jié) GPS系統(tǒng)的應(yīng)用一GPS系統(tǒng)能夠?qū)嵤┤蛐匀鞎r全天候的連續(xù)不斷的三維導(dǎo)航定位測量在20000KM高空的GPS衛(wèi)星從地平線升起至沒落可以近乎無干擾地通過大氣層而到達地面每一個用戶在任何地方都能夠同時接收到來自412顆GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位信號用以測定他的實時點位和其他狀態(tài)參數(shù)實現(xiàn)全球性全天時的連續(xù)不斷的導(dǎo)航定位二GPS信號能夠用于運動載體的七維狀態(tài)參數(shù)和三維姿態(tài)參數(shù)GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航定位信號不僅攜帶著內(nèi)容豐富的導(dǎo)航電文而且調(diào)制著各個用于測量距離的偽隨機噪聲碼換言之GPS信號的兩個載波兩個偽噪聲碼和導(dǎo)航電文為運動載體的多參數(shù)和廣用途測量提供了豐富的數(shù)據(jù)載體三GPS衛(wèi)星能夠為陸地海洋和空間廣大用戶提供高精度多用途的導(dǎo)航定位服務(wù)一GPS技術(shù)的陸地應(yīng)用各種車輛的行駛狀態(tài)監(jiān)測旅游者或者旅游車的景點導(dǎo)游應(yīng)急車輛的快速引行和探尋大氣物理監(jiān)測地球物理資源勘探工程建設(shè)的施工放樣測量大型建筑和煤氣田的沉降監(jiān)測陸地海洋大地測量基準(zhǔn)的測定二GPS技術(shù)的海洋應(yīng)用遠洋船舶的最佳航線測定遠洋船隊在途航行的實時調(diào)度和監(jiān)測海洋救援的探尋和定點測量海洋油氣平臺的就位和復(fù)位測定水文測量海岸地形的精細測量海底大地測量控制網(wǎng)的布設(shè)三GPS技術(shù)的航空應(yīng)用民航飛機的在途自主導(dǎo)航航空救援的探尋和定點測量機載地球物理勘探飛機探測災(zāi)區(qū)大小和標(biāo)定測量攝影和遙感飛機的七維狀態(tài)參數(shù)和三維姿態(tài)參數(shù)測量四GPS技術(shù)的航天應(yīng)用低軌通訊衛(wèi)星群的實時軌道測量衛(wèi)星入軌和衛(wèi)星收回的實時點位測量載人航天器的在軌防護探測對地觀測衛(wèi)星的七維狀態(tài)參數(shù)和三維姿態(tài)參數(shù)測量五GPS技術(shù)能夠達到毫米級的靜態(tài)定位精度和厘米級的動態(tài)測量精度近年來美國的試驗表明對于3000km以內(nèi)的站間距離GPS相對定位數(shù)據(jù)經(jīng)過精細的處理可達到177。5mm1ppm 高 程177。帶同3176。④ 點位應(yīng)遠離大功率無線電發(fā)射源如電視臺微波站等其距離不得小于200m并應(yīng)遠離高壓輸電線距離不得小于50m⑤ 附近不應(yīng)有強烈干擾接受衛(wèi)星信號的物體在點位選好后在對點位進行編號時必須注意點位編號的合理性在野外采集時輸入的觀測站名是由四個任意輸入的字符組成為了在測后處理時方便及準(zhǔn)確必須不使點號重復(fù)實施為了保證GPS點位的選擇符合四等二級GPS網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計要求并有利于全站儀布設(shè)圖根導(dǎo)線網(wǎng)進行加密結(jié)合外環(huán)公路的地理條件經(jīng)過實地踏勘后決定將GPS網(wǎng)點均勻布設(shè)在公路中線這樣做是基于GPS選點的原則避開了公路沿線建筑物的遮擋以及流動車輛的干擾更重要的是實現(xiàn)了GPS點間的互相通視GPS網(wǎng)的選點網(wǎng)圖2 擬定觀測計劃⑴ 衛(wèi)星可見性預(yù)報根據(jù)網(wǎng)站提供的星歷Yuma數(shù)據(jù)高程應(yīng)取至01mf 天線高應(yīng)包括測前測后量得的高度及其平均值均取至0001mg 觀測狀況應(yīng)包括電池電壓接收衛(wèi)星信噪比SNR故障情況等② 記錄應(yīng)符合下列要求a 原始觀測值和記事項目應(yīng)按規(guī)格現(xiàn)場記錄字跡要清楚整齊美觀不得涂改轉(zhuǎn)抄b 外業(yè)觀測記錄各時段觀測結(jié)束后應(yīng)及時將每天外業(yè)觀測記錄結(jié)果錄入計算機硬盤或軟盤c 接收機內(nèi)存數(shù)據(jù)文件在卸到外存介質(zhì)上時不得進行任何剔除或刪改不得調(diào)用任何對數(shù)據(jù)實施重新加工組合的操作指令d 天線高的量取安置好儀器后觀測員應(yīng)在各觀測時段的前后各量測天線高一次量至毫米量取時由標(biāo)石或其他標(biāo)志或者地面點中心頂端量至天線中部即天線上部與下部的中縫圖31量取天線高示意圖采用下面公式計算天線高 41其中——標(biāo)石或其它標(biāo)志中心頂端到天線下沿所量的斜距即為觀測員用鋼卷尺由地面中心位置量至天線邊緣的斜距 天線半徑天線相位中心為準(zhǔn)99mm 天線相位中心至天線中部的距離13mm所算即為天線高理論計算值兩次量測的結(jié)果之差不應(yīng)超過3mm并取其平均值采用注意實際輸入儀器天線高時要求輸入即用鋼卷尺由地面中心位置量至天線邊緣的斜距⑷ 退出數(shù)據(jù)記錄① 退回到主界面然后長按PWR鍵關(guān)機② 在任何界面下同時按下F1F4快捷鍵關(guān)機即可退出數(shù)據(jù)采集且不會丟失數(shù)據(jù)⑸ GPS網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)置要存放野外觀測數(shù)據(jù)的文件夾可以在數(shù)據(jù)通訊軟件中設(shè)置將所觀測數(shù)據(jù)傳輸?shù)街付ǖ谋P根目錄下的文件夾⑹ 基線解算在基線解算的菜單里面選擇全部解算有自動計算進度條顯示處理的進度這一解算過程可能等待時間較長處理過程若想中斷請點擊工具欄的停止按鈕基線初步解算完成后顏色已由原來的綠色變成紅色或灰色基線雙差固定解方差比大于3的基線變紅 軟件默認值3 小于3的基線顏色變灰色對灰色基線需要重新解算⑺ 檢查閉合環(huán)和重復(fù)基線基線解算合格后在閉合環(huán)查看閉合環(huán)的情況首先對同步時段任一三邊同步環(huán)的坐標(biāo)分量閉合差和全長相對閉合差按獨立環(huán)閉合差要求進行同步環(huán)檢核然后計算異步環(huán)程序?qū)⒆詣铀阉魉械耐疆惒介]合環(huán)如有同步環(huán)的超限需要對基線進行特殊處理當(dāng)閉合環(huán)檢驗符合要求后才可進行網(wǎng)平差點名 縱坐標(biāo)X 橫坐標(biāo)Y 高程H GPS10 4369139647 445700880 1171306 GPS11 4369002907 445833245 1186961 GPS12 4369202397 445840339 1170840 D1 4368454402 445836717 1154321 D2 4367789694 445862619 1152895 外環(huán)公路控制點成果表五用RTK技術(shù)進行控制測量一觀測過程1 測前準(zhǔn)備GPSRTK內(nèi)存數(shù)據(jù)容量認真了解各GPS點所處的環(huán)境運用GPS軟件預(yù)測點的最佳觀測時間檢查GPSRTK的各項設(shè)置靜態(tài)或動態(tài)高度截止角數(shù)據(jù)采樣率天線類型天線量測方式2 觀測⑴ 到出發(fā)到測點前認真檢查GPS主機電池電纜測GPS天線的鋼尺記錄紙筆腳架及對講機等必備品⑵ 架站認真地架好儀器對中整平接好電纜⑶ 量測天線高各種GPS量測天線的高的方式是不一樣的同一種GPS也有幾種不同的量測方式一定要記清楚自己用的是哪種方式此外GPS天線高的量測一般都是量的斜高不要人為地改為垂直高要對稱量幾個方向然后取平均值⑷ 開始觀測時只需按下電源開關(guān)這時記錄好測點名開機時間開機時天線高⑸ 觀測結(jié)束時先關(guān)電源不要馬上拆機還要再量天線高以判斷觀測過程中儀器是否動過3 GPS數(shù)據(jù)傳輸⑴ 在傳輸數(shù)據(jù)前先查看儀器里每個時段里記錄的數(shù)據(jù)量是否大小相近將由于開關(guān)電源引起的無效記錄先刪除⑵ 通信參數(shù)設(shè)置⑶ 傳輸數(shù)據(jù)時先檢查軟件中的各項設(shè)置查看GPS類型天線類型天線高的量測方式等是否設(shè)置一致⑷ 傳輸數(shù)據(jù)時記錄好各數(shù)據(jù)文件的時段號點名以備基線解算后用輸入天線高⑸ 在做好上述工作后查看高級設(shè)置給定高度截止角PDOP值等幾個重要設(shè)置即可傳輸數(shù)據(jù) 4 GPS數(shù)據(jù)處理⑴ 基線向量解算時可根據(jù)不同情況設(shè)置好是解算部分基線還是解算全部基線軟件自動解算⑵ 基線向量解算后可初步檢查一下評判各基線的置信參數(shù)檢查同步環(huán)異步環(huán)等閉合差檢查不同時段同一條邊的較差查出超限原因剔除有粗差的基線⑶ 若發(fā)現(xiàn)有問題的基線還可以查看各點接收到的衛(wèi)星狀況及其他有關(guān)部因素以查找原因確定此基線是否重新解算還是重測5 平差計算GPS定位成果屬于WGS84大地坐標(biāo)系而實用的測量成果是屬于國家坐標(biāo)系或地方坐標(biāo)系因此必須解決成果的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題⑴ GPS基線向量網(wǎng)的平差分為三種類型一是無約束平差二是約束平差三是聯(lián)合平差目前對于絕大多數(shù)的地區(qū)聯(lián)合平差是解決GPS網(wǎng)成果轉(zhuǎn)換的有效手段也是絕大多數(shù)的地區(qū)目前唯一行之有效的方法因此GPS網(wǎng)一般要聯(lián)測35個已知點⑵ GPS基線向量網(wǎng)成果的內(nèi)精度分析根據(jù)無約束平差成果分析主要考察基線向量觀測值改正數(shù)各點坐標(biāo)中誤差點位中誤差GPS基線向量邊的方位和邊長相對精度若發(fā)現(xiàn)有明顯粗差則要在聯(lián)合平差前剔除⑶ 聯(lián)合平差或約束平差成果的精度分析主要考察各類觀測值的改正數(shù)的分布是否有明顯粗差平差坐標(biāo)點位誤差轉(zhuǎn)換參數(shù)單位權(quán)中誤差是否通過統(tǒng)計檢驗邊長相對精度是否滿足設(shè)計的精度要求6 高程擬合GPS高程擬合根據(jù)不同軟件的要求至少要聯(lián)測4個水準(zhǔn)高程點但其高精度不高一般只能達到3厘米左右二 數(shù)據(jù)處理由于RTK技術(shù)只能把測得的坐標(biāo)顯示在屏幕上它不能如常規(guī)儀器 經(jīng)緯儀鋼尺等 標(biāo)定方向測量距離雖然可以把一些整樁關(guān)系加樁預(yù)先算出其坐標(biāo)然后按坐標(biāo)去放樣但中線測量和單純的點位放樣不同因為在中線測量過程中還會遇到許多地形地物等加樁需根據(jù)現(xiàn)場確定出位于中線上的特征點并定出其里程要解決這個問題可根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)把線路顯示在手持計算機上在屏幕上注明整樁及曲線主點的樁位對于臨時地形地物加樁由于整個線路中線已顯示在屏幕上通過與接收機的點位坐標(biāo)的比較便可找到位于中線上的地形或地物加樁其里程可按一定的算法算出因此首先需要根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)連續(xù)計算線路上各點在線路坐標(biāo)系中的坐標(biāo)其次GPS測量的結(jié)果是屬于WGS84坐標(biāo)系的要進行放樣就需要把該結(jié)果轉(zhuǎn)化到線路坐標(biāo)系才能實時進行比較另外對于中線測量獲得的結(jié)果需要進一步進行處理以獲得中樁的高程坐標(biāo)計算的數(shù)學(xué)模型　　目前的道路設(shè)計中主要使用直線圓曲線緩和曲線三種線型其中直線的曲率K 0圓曲線的曲率K 1R R為設(shè)計半徑 緩和曲線設(shè)計時遵循RL A2 A2為常數(shù) 的原則距起點L處的曲率K 1R LA2即與線路的長度成比例發(fā)生變化因此整個線路上各點的曲率隨里程變化的函數(shù)可根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)獲得即K f S 若將曲率沿線路作積分就得出線路上方位角的變化即曲線切線的方位角隨弧長的變化 5 由直線圓曲線緩和曲線的曲率特性可知直線的方位角不變圓曲線的方位角線性變化 緩和曲線上各點切線方位角按照二次拋物線變化若曲線起點A在線路坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為XAYA過A點切線的方位角為αA則曲線上任一點的坐標(biāo)可通過方位角沿線路的積分獲得 6 對于直線段有 7 對于圓曲線有 8 對于緩和曲線則必須采用積分式借助于數(shù)值解法求得實用公式與計算步驟　　前面給出了各種線型在起點坐標(biāo)及過該點切線方位角已知時點位坐標(biāo)的計算公式通過曲率的積分來獲得方位角對方位角積分獲得坐標(biāo)增量因此若要按里程的順序進行坐標(biāo)的連續(xù)計算首先應(yīng)根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)確定出各種線型銜接點處的里程及曲率例如某段起點里程SA曲率KA終點里程SB曲率KB則該段內(nèi)任一點SI處曲率的計算公式為　　 9 方位角 10 　　直線段按式 3 計算圓曲線按式 4 計算緩和曲線采用辛普生公式來計算相鄰點的坐標(biāo)差若相鄰點弧長小于100 m則該公式具有足夠的精度　　 11 根據(jù)上述公式即可算出每一個點的坐標(biāo)及切線方向的方位角實際計算時可選較小的間隔進行計算以準(zhǔn)確地把中線繪制在屏幕上在連續(xù)計算時線路有左偏右偏之分因此左偏曲率取負右偏曲率取正以保證