【正文】 瓦加蘭。這些技術(shù)指標(biāo)充分地滿足了控制測量的精度要求。 載波 可運(yùn)載調(diào)制信號(hào)的高頻振蕩波稱為載波。根據(jù)性質(zhì)和用途的不同，測距碼可分為粗碼（ C/A 碼）和精碼（ P碼或 Y碼）兩類，各衛(wèi)星所用的測距碼互不相同且相互正交。它的作用是，將到達(dá) GPS 信號(hào)接收天線的功率約為 160dBW 的 GPS 電磁波變換成微波電信號(hào)，并將如此微弱的 GPS電信號(hào)予以放大。 微處理器 微處理器是 GPS 接收機(jī)工作的靈魂， GPS 接收機(jī)工作都是在微機(jī)指令統(tǒng)一協(xié)同下進(jìn)行的。 顯示器 GPS接收機(jī)都有液晶顯示屏以提供 GPS接收機(jī)工作信息。與其相似，無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)、衛(wèi)星激光測距定位系統(tǒng)，其定位原理也是利用測距交會(huì)的原理確定點(diǎn)位。如果在第四個(gè)地面點(diǎn)上（坐標(biāo)未知）也有一臺(tái)衛(wèi)星激光測距儀同時(shí)參與測定了該點(diǎn)至第三顆衛(wèi)星點(diǎn)的空間距離，則利用所測定的三個(gè)空間距離可以交會(huì)出該地面點(diǎn)的位置。這樣更有利于表達(dá)地面控制點(diǎn)的位置和處理 GPS 觀測成果，因此在測量中被得到 了廣泛的應(yīng)用。 利用接收到的衛(wèi)星信號(hào)（測距碼）或載波相位，均可進(jìn)行靜態(tài)定位。同時(shí)，所測偽距又可作為載波相位測量中解決整周數(shù)不確定問題（模糊度）的輔助資料。重建載波一般可采用兩種方法，一種是碼相關(guān)法，另一種 是平方法。 GPS 定位中，存在著三部分誤差：一是多臺(tái)接收機(jī)公有的誤差，如：衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差；二是傳播延遲誤差，如：電離層誤差、對(duì)流層誤差；三是接收機(jī)固有的誤差，如：內(nèi)部噪聲、通道延遲、多路徑效應(yīng)。 對(duì)于衛(wèi)星鐘的這種偏差，一般可由衛(wèi)星的主控站，通過對(duì)衛(wèi)星鐘運(yùn)行狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)測確定，并通過衛(wèi)星的導(dǎo)航電文提供給接收機(jī)。 同步觀測值求差 這一方法是利用在兩個(gè)或多個(gè)觀測站一同，對(duì)同一衛(wèi)星的同步觀測值求差。便能多確定其影響 ，而對(duì)觀測量加以修正。干分量主要與大氣的濕度與壓力有關(guān)，而濕分量主要與信號(hào)傳播路徑上的大氣濕度有關(guān)。因此，在精密 GPS 導(dǎo)航和測量中，多路徑效應(yīng)的影響是不可忽視的。 接收機(jī)天線相對(duì)于觀測站中心的安置誤差，主要是天線的置不與對(duì)中誤差以及量取天線高的誤差，在精密定位工作中，必須認(rèn)真，仔細(xì)操作，以盡量減小這種誤差的影響。所以對(duì)于精密相對(duì)定位，這種影響是不容忽視的。 （ 3） GPS 網(wǎng)點(diǎn)中各同步邊應(yīng)盡可能構(gòu)成若干個(gè)閉合環(huán)，在完成各邊的平差后，可檢驗(yàn)閉合差是否滿足相應(yīng)等級(jí)要求。 ? ? ? ?? ?8 3 21 1 1 1 13 9 8 6 0 0 5 0 . 6 1 04 8 4 . 1 6 6 8 5 1 0 1 . 3 0 1 07 2 9 2 1 1 5 1 0 0 . 1 5 0 0 1 0MG m sCr a d s????? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ?地 心 引 力 常 數(shù) （ 含 大 氣 層 ）正 常 化 二 階 帶 諧 系 數(shù)地 球 自 轉(zhuǎn) 角 速 度 大地水準(zhǔn)面高等于由定位測定的點(diǎn)的大地高減去該點(diǎn)的正高。它的原點(diǎn)不在北京，而在前蘇聯(lián)的普爾科沃，相應(yīng)的橢球?yàn)榭死鞣颉? WGS84 橢球及有關(guān)常數(shù)采用國際大地測量（ IAG）和地球物理聯(lián)合會(huì)（ IUGG）第 17屆大會(huì)大地測量常數(shù)的推薦值，四個(gè)基本參數(shù)為： 長半軸 a=6378137177。 表 31 各級(jí)ＧＰＳ網(wǎng)水平分量的中誤差 第二節(jié) GPS 網(wǎng)的布設(shè) 精度分級(jí) 固定誤差 a（ mm） 比例誤差 b（ ppmm） A B C D E ? 5 ? 8 ? 10 ? 10 ? 10 ? 5 ? 5 ? 10 ? 10 ? 20 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 一、 步網(wǎng) （ 1）所選點(diǎn)位要便于低等級(jí)常規(guī)測量的使用，每一個(gè) GPS 點(diǎn)應(yīng)與兩個(gè)或兩個(gè)以上的控制點(diǎn)通視，困難情況下也至少保持與相鄰一個(gè)控制點(diǎn)通視， 否則，需埋設(shè)方位樁，且用 GPS 聯(lián)測 。 天線的相位中心位置偏差 在 GPS 定位中， 觀測值是以接收機(jī)天線相位中心位置為準(zhǔn)的，因而天線的相位中心與其幾何中心理論上保持一致。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般認(rèn)為觀測的分辨誤差約為信號(hào)波長的 1%。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)測碼偽距的影響可達(dá)到米級(jí)，對(duì)測相偽距的影響可達(dá)到厘米級(jí)。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。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)星接近地平線時(shí)，則影響最大。 在 GPS 定位測量中，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。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。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。但載波信號(hào)是一種周期性的正弦信號(hào)，而相位測量又只能測定其不足一個(gè)波長的部分，因而存在著整周數(shù)不確定性的問題，使解算過程變地十分復(fù)雜。用 P碼測出的偽距為 P碼偽距。若以兩臺(tái) GPS 接收機(jī)分別置 于兩個(gè)固定不變的待定點(diǎn)上，則通過一定時(shí)間的觀測，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。在 GPS 測量中通常采用兩類坐標(biāo)系統(tǒng)，一類是在空間固定的坐標(biāo)系統(tǒng)，另一類是與地球體相固聯(lián)的坐標(biāo)系統(tǒng)，稱地固坐標(biāo)系統(tǒng)，我們?cè)诠饭こ炭刂?測量中常用地固坐標(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）。雖然用于激光測距的衛(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)星激光測距儀同時(shí) 測定某一時(shí)刻至衛(wèi)星的空間距離， d1,d2,d3，應(yīng)用測距交會(huì)的原理變可確定該時(shí)刻衛(wèi)星的空間位置。當(dāng)用交流電時(shí)，要經(jīng)過穩(wěn)壓電源或?qū)Ｓ秒娫唇粨Q器。 根據(jù)預(yù)先設(shè)置的航路點(diǎn)坐標(biāo)和單點(diǎn)定位測站位置計(jì)算導(dǎo)航的參數(shù)、航偏距、航偏角、航行速度等。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。它是用戶利用 GPS 進(jìn)行導(dǎo)航定位時(shí)一組不可少的數(shù)據(jù)。因此，載波相位測量在高精度定位中得到廣泛的應(yīng)用。 下圖 24 是 GPS 系統(tǒng)三個(gè)組成部分關(guān)系。 在測量領(lǐng)域，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，體積小、重量輕便于攜帶的 GPS 定位裝置和高精度的技術(shù)指標(biāo)為工程測量帶 來了極大的方便。 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 圖 22 GPS 系統(tǒng)監(jiān)控站和主控站分布圖 監(jiān)控站是為主控站編算導(dǎo)航電文提供觀測數(shù)據(jù)，每個(gè)監(jiān)測站均用 GPS 信號(hào)接收機(jī)測量每顆可見衛(wèi)星的偽距和距離差，采集氣象要素等數(shù)據(jù)，并將它們發(fā)送給主控站。時(shí)，上述衛(wèi)星星座能保證位于任一地點(diǎn)的用戶在任一時(shí)刻同時(shí)觀測到 48 顆衛(wèi)星；當(dāng)截止高度角取 10176。軌道的長半徑為 26560km，衛(wèi)星的運(yùn)行周期為 12h（恒星時(shí)）。衛(wèi)星上帶有燃料和 噴管，可在地面控制下調(diào)整自己的運(yùn)行軌道。 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 三、 前景 據(jù)專家預(yù)測，今后幾年內(nèi) GPS 在通信、大氣探測、精細(xì)農(nóng)業(yè)以及環(huán)保等領(lǐng)域中也將得到廣泛的應(yīng)用， GPS 將進(jìn)入各行各業(yè)。接收機(jī)主板產(chǎn)量超過 100 萬套，行業(yè)總產(chǎn)值超過 100 億元（約占世界市場份額的 4%）。裝有 GPS 裝置的漁船，在發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)，可及時(shí)定位、報(bào)警，使之能更快更即使地獲得救援。測量結(jié)果統(tǒng)一在 WGS84 坐標(biāo)下，信息自動(dòng)接收、存儲(chǔ)，減少繁瑣的中間處理環(huán)節(jié)。許多領(lǐng)域也由于 GPS 的出現(xiàn)而產(chǎn)生革命性變化。 全天候作業(yè) 目前 GPS 觀測可在一天 24 小時(shí)內(nèi)的任何時(shí)間進(jìn)行 ,不受陰天黑夜、 起霧刮風(fēng)、下雨下雪等氣候的影響。在 3001500M工程精密定位中， 1小時(shí)以上觀測的解 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 其平面位置誤差小于 1mm，與 ME5000 電磁波測距儀測定得邊長比較，其邊長較差最大為 ,校差中誤差為 。 按目前的方案，全球定位系統(tǒng)的空間部分使用 24 顆高度約 萬千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。 第二部分 主要講述了視距測量的原理，然后根據(jù)視距測量的原理編寫了用 視距測量中的三種視距計(jì)算方法： 傾斜 視距、三角高差、水平視距 。 根據(jù) GPS 測量的技術(shù)特點(diǎn)，論述了 GPS在 307 國道實(shí)際測量工作中的應(yīng)用。和子午儀系統(tǒng)一樣，全球定位系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機(jī)三大部分組成。 定位精度高 應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)證明， GPS 相對(duì)定位精度在 50KM 以內(nèi)可達(dá) 106， 100500KM 可達(dá) 107， 1000KM 可達(dá) 109。使野外工作變得輕松愉快。 GPS 問世以來，已充分顯示了其在導(dǎo)航，定位領(lǐng)域的霸主地位。觀測點(diǎn)之間無須通視 。 有了 GPS的幫助，救援人員就可在人跡罕至、 條件惡劣的大海、山野、沙漠，對(duì)失蹤人員 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 實(shí)施有效的搜索、拯救。要在生產(chǎn)制造衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模和數(shù)量上進(jìn)入世界前列。它們對(duì)我國的汽車導(dǎo)航市場抱有厚望，無疑源于對(duì)我國衛(wèi)星導(dǎo)航市場的看好。每顆衛(wèi)星配備有 4 臺(tái)原子鐘，可為衛(wèi)星提供高精度的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。 每個(gè)軌道上將均勻地分布 5顆衛(wèi)星。這 24 顆衛(wèi)星分布宰個(gè)軌道面上，每個(gè)軌道均勻地分布 4顆衛(wèi)星（見圖 21）當(dāng)截止高度 角取 15176。它的主要功能是：收集各監(jiān)測站測得的距離和距離差、氣象要素、衛(wèi)星時(shí)鐘和工作狀況的數(shù)據(jù)，監(jiān)測站自身的狀態(tài)數(shù)據(jù)等；根據(jù)收集的數(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。它是一種能夠接收、跟蹤、變換和測量 GPS 衛(wèi)星導(dǎo)航定位信號(hào)的無線電設(shè)備，既具有常用無線電設(shè)備的共性，又具有捕獲、跟蹤和處理衛(wèi)星微弱信號(hào)的特性。f2=120 =. 按所用載波頻率多少， GPS信號(hào)接收機(jī)可以分成下列類型： （ 1）單頻接收機(jī)：僅使用第一載波（ L1）及其調(diào)制波進(jìn)行導(dǎo)航定位測量； （ 2）雙頻接收機(jī)：同時(shí)使用多個(gè)載波及其調(diào)制波進(jìn)行導(dǎo)航定位測量。其測距精度比偽距測量的精度高 23個(gè)數(shù)量級(jí)。 導(dǎo)航電文 導(dǎo)航電文是由 GPS 衛(wèi)星向用戶播發(fā)的一組反映衛(wèi)星在空間位置、衛(wèi)星的工作狀態(tài)、衛(wèi)星鐘的修正參數(shù)、電離層延遲修正參數(shù)等重要數(shù)據(jù)的二進(jìn)制代碼，也稱數(shù)據(jù)碼（ D 碼）。 （ 3） 存儲(chǔ)器 接收機(jī)內(nèi)沒有存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)卡以存儲(chǔ)衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星歷書、接收機(jī)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。 根據(jù)機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)的衛(wèi)星歷書和測站近似位置，計(jì)算所有在軌衛(wèi)星升降時(shí)間、方位和高度角。另一種為外接電源，這種電源常用于可充電的 12V 直 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 流鎘鎳電池組，或采用汽車電瓶。 近代衛(wèi)星大地測量中的衛(wèi)星激光測距定位也是應(yīng)用了測距交會(huì)定位的原理和方法。如下圖 27，在 需要的位置 P 點(diǎn)架設(shè) GPS 接收機(jī)，在某一時(shí)刻 it 同時(shí)接收了 3顆（ A， B， C）以上的 GPS 衛(wèi)星所發(fā)出的導(dǎo)航電文，通過一系 列數(shù)據(jù)處理和計(jì)算可求得該時(shí)刻 GPS 接收機(jī)至 GPS 衛(wèi)星的距離 SAP， SBP，SCP，同樣通過接收衛(wèi)星星歷可獲得該時(shí)刻這些衛(wèi)星在空間的位置（三維坐標(biāo)），從而用距 離交會(huì)的方法求得Ｐ點(diǎn)的三維坐標(biāo)（ Xｐ， Yｐ， Zｐ），其數(shù)學(xué)式為： ? ? ? ? ? ?2222 P A p A P AS A P X X Y Y Z Z??? ? ? ? ? ????? ? ? ? ? ? ?22 P B p B P BS B P X X Y Y Z Z? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2222 P C p C P CS C P X X Y Y Z Z??? ? ? ? ? ????? 圖 27 GPS 衛(wèi)星定位示意圖 式中：（ AX ， AY ， AZ ），（ BX ， BY ， BZ ），（ CX ， CY ， CZ ）分別為衛(wèi)星 A， B，C在時(shí)刻 it 的空間直角坐標(biāo)。靜態(tài)定位指的是對(duì)于固定不動(dòng)的待定點(diǎn)，將 GPS 接收機(jī)置于其上，觀測數(shù)分鐘乃至更長的時(shí)間，以確定該點(diǎn)的三維坐標(biāo)，又叫絕對(duì)定位。用 C/A 碼進(jìn)行測量的偽距為 C/A 碼偽距。目前的大地型接收機(jī)的載波相位測量精 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 度一般為 1～ 2mm，有的精度更高。 該部分所講述的差分 GPS定 位技術(shù)是將一臺(tái)接收機(jī)安置在基準(zhǔn)站上進(jìn)行觀測。在 GPS定位中，無論是碼相位觀測或是載波相位觀測，均要求衛(wèi)星鐘與接收機(jī)時(shí)鐘保持嚴(yán)格的同步。測量的基線長度越長，此項(xiàng)誤差的影響就越大。 電離層折射的影響 GPS衛(wèi)星信號(hào)的其它電磁波信號(hào)一樣，當(dāng)其通過電離層時(shí)，將受到這一介質(zhì)彌散特性的影響，便其信號(hào)的傳播路徑發(fā)生變化。 利用同步觀測值求差 這一方法是利用兩臺(tái)或多臺(tái)接收機(jī)，對(duì)同一衛(wèi)星的