【正文】 同步觀測(cè)的求差，以減弱電離層折射的 影響，尤其當(dāng)觀測(cè)站間的距離較近時(shí)（ 20km)，由于衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)各觀測(cè)站的路徑相近，所經(jīng)過的介質(zhì)狀況相似，因此通過各觀測(cè)站對(duì)相同衛(wèi)星信號(hào)的同步觀測(cè)值求差，便可顯著的減弱電離層折射影響，其殘差將不會(huì)超過 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 。 多路徑效應(yīng)影響 多路徑效應(yīng)亦稱多路徑誤差，是指接收機(jī)天線除直接收到衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)外，還可能收到經(jīng)天線周圍地物一次或多次反射的衛(wèi)星信號(hào)，信號(hào)疊加將 會(huì)引起測(cè)量參考點(diǎn)（相位中心點(diǎn) )位置的變化，從而便觀測(cè)量產(chǎn)生誤差，而且這種誤差隨天線周圍反射面的性質(zhì)而異，難以控制。 觀測(cè)誤差 觀測(cè)誤差包括觀測(cè)的分辨誤差及接收機(jī)天線相對(duì)于測(cè)站點(diǎn)的安置誤差等。從衛(wèi)星信號(hào)失鎖到信號(hào)重新鎖定，對(duì)載波相位非整周的小數(shù)部分并無影響，仍和失鎖前保持一致，但整周數(shù)卻發(fā)生中斷而不再連續(xù)，所以周跳對(duì)觀測(cè)的影響與整周未知數(shù)的影響相似，在精密定位的數(shù)據(jù)處理中，整周未知數(shù)和周跳都是關(guān)鍵性的問題。 (4)后勤 面的因素：動(dòng)用接收機(jī)臺(tái)數(shù)及其來源和使用期間；測(cè)區(qū)內(nèi)各時(shí)段，機(jī)組的調(diào)度；其他外業(yè)裝備，主要是效能工具和通訊設(shè)備。對(duì)應(yīng)于 WGS84 大地坐標(biāo)系有一 WGS84 橢球。因此 1954 年北京坐標(biāo)系可以認(rèn)為是前蘇聯(lián) 1942 年坐標(biāo)系的延伸。 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 WGS— 84于 1985 年開始使用， 1986 年生產(chǎn)出第一批相對(duì)于地心坐標(biāo)系的地圖、航測(cè)圖和大地成果。一等以上 GPS 網(wǎng)中至少包含三個(gè)閉合環(huán)且彼此線性無關(guān)；二、三、四等也應(yīng)有兩個(gè)以上的閉合環(huán)；五等 網(wǎng)也至少有一個(gè)閉合環(huán)。 在實(shí)際工作中，如果使用同一類型的天線，在相距不遠(yuǎn)的兩個(gè)或多個(gè)觀測(cè)站上，同步觀測(cè)同一組衛(wèi)星，那么便可通過觀測(cè)值求差，以削弱相位中心偏移的影響。 接收機(jī)的鐘差 盡管 GPS 接收機(jī) 中 有高精度的石英鐘，其日頻率穩(wěn)定度可以達(dá)到 10 的 11 方，但對(duì)載波相位觀測(cè)的影響仍是不可忽視的。 目前減弱多路徑效應(yīng)影響的措施有： 安置接收機(jī)天線的環(huán)境，應(yīng)避開較強(qiáng)的反射面，如水面 、 平坦光滑的地面 以及平整的建筑物表面等。對(duì)于干分量的影響，可通過地面的大氣資料計(jì)算；濕分量目前尚無法準(zhǔn)確測(cè)定。因此，具有雙頻的 GPS 接收機(jī)，在精密定位中測(cè)量中得到廣泛的應(yīng)用。以減弱衛(wèi)星軌道誤差的影響。經(jīng)鐘差改正后，各衛(wèi)星之間的同步差，即可保持在 20ns 以內(nèi)。采用差分定位，可完全消除第一部分誤差，可大部分消除第二部分誤差（視基準(zhǔn)站至用戶的距離 ）。采用前者，用戶可同時(shí)提取測(cè)距信號(hào)和衛(wèi)星電文，但用戶必須知道測(cè)距碼的結(jié)構(gòu)；采用后者，用戶無須掌握測(cè)距碼的結(jié)構(gòu)，但只能獲取載波信號(hào)而無法獲得測(cè)距碼和衛(wèi)星電文 差分 GPS 定位 差分技術(shù)很早就被人們所應(yīng)用。 載波相位測(cè)量定位 利用測(cè)距碼進(jìn)行偽距測(cè)量是 GPS 定位系統(tǒng)的基本測(cè)距方法。實(shí)際應(yīng)用中，為了減弱衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及電離層和對(duì)流層的折射誤差的影響，常采用載波相位觀測(cè)值的各種線形組合（即差分值）作為觀測(cè)值，獲得兩點(diǎn)之間高精度的 GPS 基線向量（即坐標(biāo)差）。 在 GPS 定位中， GPS 衛(wèi)星是高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星，其坐標(biāo)值隨時(shí)間在快速變化著。 將無線電信號(hào)發(fā)射臺(tái)從地面點(diǎn)搬到衛(wèi)星上，組成一顆衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，應(yīng)用無線點(diǎn)測(cè)距交會(huì)的原理，便可由三個(gè)以上地面已知點(diǎn)（控制點(diǎn)）交會(huì)出衛(wèi)星的位置，反之利用三顆以上衛(wèi)星的已知空間位置又可交會(huì)出地面未知點(diǎn)（用戶接收機(jī)）的位置。 就無線電導(dǎo)航定位來說，設(shè)想在地面上有三個(gè)無線電信號(hào)發(fā)射臺(tái)，其坐標(biāo)為已知，用戶接收機(jī)在某一時(shí)刻 采用無線電測(cè)距的方法分別測(cè)得了接收機(jī)至三個(gè)發(fā)射臺(tái)的距離 d1,d2,d3。并配有一個(gè)控制鍵盤。其主要工作步驟為： 接收機(jī)開機(jī)后首先對(duì)整個(gè)接收機(jī)工作狀況進(jìn)行自檢，并測(cè)定、校正、存儲(chǔ)各通道的時(shí)延值。為便于接收機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行跟蹤、處理、和量測(cè)，對(duì)天線部分有以下要 求： 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(hào)損失； 能夠接收來自任何方向的衛(wèi)星信號(hào)，不產(chǎn)生死角； 有防護(hù)與屏蔽多路徑效應(yīng)的措施； 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。 C/A 碼是一種結(jié)構(gòu)公開的明碼，供全世界所有的用戶免費(fèi)使用。 GPS 衛(wèi)星所用的載波有兩個(gè)，由于它們均位于載波 L波段，故分別稱為 L1 載波和 L2載波。 以下是 GPS 信號(hào)接收機(jī)的類型 按工作原理分類 基于被動(dòng)式定位原理的 GPS 衛(wèi)星測(cè)量技術(shù)，關(guān)鍵在于怎樣測(cè)得 GPS 信號(hào)接收天線和 GPS 衛(wèi)星之間的距離（簡(jiǎn)稱站星距離）。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)星通過其上空時(shí)再用大口徑發(fā)射天線將這些導(dǎo)航電文和其他命令分別“注入”衛(wèi)星。在一般情況下，用戶能同時(shí)觀測(cè)到 68棵衛(wèi)星。軌道增至 6個(gè)，每個(gè)軌道上均勻分布 3顆衛(wèi)星，相鄰軌道的升交點(diǎn)赤經(jīng)之差為 60176。 最初的 GPS 衛(wèi)星星座由 24顆 GPS 衛(wèi)星組成。全球定位系統(tǒng)將作為 20 世紀(jì)最偉大的科學(xué)成就之一而載入史冊(cè)。產(chǎn)品出口將占國產(chǎn)總量的 10%，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的芯片組、嵌入式軟件及專用數(shù)據(jù)將批量投放市場(chǎng)。通過實(shí)施精準(zhǔn)耕作，可在盡量不減產(chǎn)的情況下，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，有效避免資 源浪費(fèi)，降低因施肥除蟲對(duì)環(huán)境造成的污染。 GPS 在車輛導(dǎo)航方面發(fā)揮了重要的角色，在城市中建立數(shù)字化交通電臺(tái)，實(shí)時(shí)發(fā) 播城市交通信息，車載設(shè)備通過 GPS 進(jìn)行精確定位，結(jié)合電子地圖以及實(shí)時(shí)的交通狀況，自動(dòng)匹配最優(yōu)路徑，并實(shí)行車輛的自主導(dǎo)航。利用載波相位差分技術(shù)（ RTK） ,在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)觀測(cè)站的載波相位的基礎(chǔ)上，可以達(dá)到厘米級(jí)的精度。其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。 可提供三維坐標(biāo) 經(jīng)典大地測(cè)量將平面與高程采用不同方法分別施測(cè)。這就提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰Α?control measurement。 I 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 GPS 定位系統(tǒng)在公路工程控制測(cè)量中的應(yīng)用 畢業(yè)生姓名 ： 專業(yè) ： 測(cè)繪工程 學(xué)號(hào) ： 指導(dǎo)教師 所屬系（部） ： 資源系 二〇〇八年五月 II 畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱書 題目： GPS 定位系統(tǒng)在公路工程控制測(cè)量中的應(yīng)用 /視距測(cè)量程序 資源 系 測(cè)繪工程 專業(yè) 姓名 設(shè)計(jì)時(shí)間： 20xx 年 3 月 24日 ~20xx年 6月 2日 評(píng)閱意見： 成績(jī)： 指導(dǎo)教師： （簽字） 職 務(wù)： 200 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯記錄卡 III 資源 系 測(cè)繪工程 專業(yè) 姓名 答 辯 內(nèi) 容 問 題 摘 要 評(píng) 議 情 況 記錄員： （簽名） 成 績(jī) 評(píng) 定 指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī) 答辯組評(píng)定成績(jī) 綜合成績(jī) 注：評(píng)定成績(jī)?yōu)?100 分制，指導(dǎo)教師為 30%，答辯組為 70%。 thehorizon measurementmeasurement。其應(yīng)用技術(shù)已遍及國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。 GPS 可同時(shí)精確測(cè)定測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。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。與傳統(tǒng)的手工測(cè)量手段相 比， GPS 技術(shù)有著巨大的優(yōu)勢(shì)：測(cè)量精度高 。 民航運(yùn)輸通過 GPS 接收設(shè)備，使駕駛員著陸時(shí)能準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)跑道，同時(shí)還能使飛機(jī)緊湊排列 ，提高機(jī)場(chǎng)利用率，引導(dǎo)飛機(jī)安全進(jìn)離場(chǎng)。 GPS 應(yīng)用于娛樂消遣 隨著 GPS 接收機(jī)的小型化以及價(jià)格的降低， GPS 逐漸走進(jìn)了人們的日常生活，成為人們旅游、探險(xiǎn)的好幫手。通過衛(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)在國民經(jīng)濟(jì)諸多部門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。 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 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)控部分和用戶部分。這些衛(wèi)星分布在三個(gè)傾角為 63176。其余參數(shù)保持不變。 圖 21 GPS 衛(wèi)星軌道圖 二、 GPS地面監(jiān)控部分 支持整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的地面設(shè)施稱為 地面 監(jiān)控部分。 通信和輔助系統(tǒng)是指地面 監(jiān)控 系統(tǒng)中負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸以及提供其他輔助 服務(wù)的機(jī)構(gòu)和設(shè)施。 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 （ 1） 碼接收機(jī)：用偽噪聲碼和 載波作測(cè)距信號(hào)； （ 2） 無碼接收機(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。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。目前， /A 碼只調(diào)制在 L1 載波上，故無法精確地消除電離層延遲。 下圖 25 是 GPS 接收機(jī)原理圖： 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 圖 25 GPS 接收機(jī)原理圖 GPS 接收機(jī)的天線類型如下圖 26： 圖 26 GPS接收機(jī)的天線類型 接收機(jī)主機(jī) （ 1） 變頻器及中頻放大器 經(jīng)過 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。 接收機(jī)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行搜索，捕捉衛(wèi)星。用戶可通過鍵盤控制接收機(jī)工作。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)出用戶接收機(jī)的空間位置。這便是 GPS 衛(wèi)星定位的基本原理。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。 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)天線所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)。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)用來講其測(cè)距精度還顯的過低無法滿足需要。比如相對(duì)定位中，在一個(gè)測(cè)站上對(duì)兩個(gè)觀測(cè)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，將觀測(cè)值求差；或在兩個(gè)測(cè)站上對(duì)一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，將觀測(cè)值求差；或在一個(gè)測(cè)站上對(duì)一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行兩次觀測(cè)求差。 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。在相對(duì)定位中，衛(wèi)星 鐘差可通過觀測(cè)量求差（或差分）的方法消除。由于同一衛(wèi)星的位置誤差對(duì)不同觀測(cè)站同步觀測(cè)量的影響，具有系統(tǒng)誤差性質(zhì)，所以通過上述求差的方法，可以明顯的減弱衛(wèi)星軌道誤差的影響，尤其當(dāng)基線較短時(shí)，其效用更不明顯。不過應(yīng)當(dāng)明確指出，在太陽輻射的正午或在太陽黑子活動(dòng)的異常期，應(yīng)盡量避免觀測(cè)。對(duì)于輸送短的基線 (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。 。 處理接收機(jī)鐘差較為有效的方法是將各觀測(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。需要提及的 是，安置各觀測(cè)站的天線時(shí)，均 亦 按天線附有的方位標(biāo)進(jìn)行定向，使之根據(jù)羅盤指向磁北極。 （ 4）考慮將測(cè)區(qū)內(nèi)原有的國家或地方測(cè)設(shè)的三角點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，有利于兩系統(tǒng)成果的變換，聯(lián)測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡量均勻分布在整個(gè)測(cè)區(qū)的里面和外圍。由于 GPS 導(dǎo)航定位全面采用了 WGS— 84，用戶可以獲得更高精度的 地心坐標(biāo)，也可以通過轉(zhuǎn)換，獲得較高精度的參心大地坐標(biāo)系坐標(biāo)。其中高程異常是以前蘇聯(lián) 1955 年大地水準(zhǔn)面差距重新平差結(jié)果為依據(jù)，按我國的天文水準(zhǔn)路線傳算過來的。 第三節(jié) GPS 的坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng) 一、 WGS84大地坐標(biāo)系 WGS84 大地坐標(biāo)系的幾何定義是：原點(diǎn)位于地球質(zhì)心， Z軸指向 BIH 定義的協(xié)議地球極（ CTP）方向， X 軸指向的零