【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 位置，時(shí)間和速度等。 三顆衛(wèi)星的平面定位我們一般說(shuō)至少要4顆衛(wèi)星，第四顆衛(wèi)星的信號(hào)實(shí)際上是提供時(shí)間基準(zhǔn)，給GPS接收機(jī)用來(lái)計(jì)算接收機(jī)距離其他三顆衛(wèi)星的距離：有了時(shí)間基準(zhǔn)，接收機(jī)就可以測(cè)量從其他三顆衛(wèi)星到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間，然后把時(shí)間轉(zhuǎn)換成距離。其他衛(wèi)星對(duì)其位置進(jìn)行校驗(yàn)，參與的衛(wèi)星越多，定位越精確。三維定位和二維定位的基本原理相同，只不過(guò)將平面的原換成了球面。 三維空間中一顆衛(wèi)星定位 三維空間中兩顆衛(wèi)星的定位 三維空間中三顆衛(wèi)星定位我們必定在以R1為半徑的球面的某個(gè)點(diǎn)上，2個(gè)球面相交成一個(gè)圓弧點(diǎn)位被限 制在一曲線上，3個(gè)球面相交成一個(gè)點(diǎn)3個(gè)距離段可以確定緯度，經(jīng)度，和高程點(diǎn)的 空間位置被確定。b．載波相位測(cè)量載波相位測(cè)量師測(cè)量GPS載波信號(hào)從GPS衛(wèi)星發(fā)射天線到GPS接收機(jī)接收天線的傳播路程上的相位發(fā)生變化，從而確定傳播距離的方法。載波信號(hào)是一種周期性的正弦波，而相位測(cè)量只能測(cè)量出不足一周的小數(shù)部分，因此在相位測(cè)量中存在整周數(shù)的確定問(wèn)題，也就是整周模糊度的精確求解問(wèn)題。GPS接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星信號(hào)中，已用相位調(diào)制技術(shù)在載波上調(diào)制了測(cè)距碼和衛(wèi)星導(dǎo)航電文，所以載波已不再連續(xù)（圖4－3）。為此要在載波相位測(cè)量之前先進(jìn)行解調(diào)，設(shè)法將調(diào)制在載波上的測(cè)距碼和衛(wèi)星電文去掉，恢復(fù)載波的相位。衛(wèi)星信號(hào)的解調(diào)可采用兩種方法，一種是碼相關(guān)法，第二種是平方法。如果接收機(jī)在某一時(shí)刻跟蹤衛(wèi)星信號(hào)，并對(duì)恢復(fù)后的載波進(jìn)行相位測(cè)量。與此同時(shí)，接收機(jī)的本機(jī)振蕩器又能產(chǎn)生一個(gè)頻率和初相均與衛(wèi)星載波信號(hào)相同的基準(zhǔn)信號(hào)，其相位就等于衛(wèi)星載波信號(hào)的相位。載波信號(hào)的波長(zhǎng)很短，L1載波信號(hào)長(zhǎng)為19cm 。若把載波作為量測(cè)信號(hào)，對(duì)載波進(jìn)行相位測(cè)量可以達(dá)到很高的精度。通過(guò)測(cè)量載波的相位而求得接收機(jī)到GPS衛(wèi)星的距離，是目前大地測(cè)量和工程測(cè)量中的主要測(cè)量方法。 載波相位測(cè)量載波相位測(cè)量的特點(diǎn): 1) 精度高。(對(duì)載波進(jìn)行測(cè)量可達(dá):1mm～2mm) 。 2) 解算麻煩。( 整周模糊度 N 的確定) 測(cè)時(shí)鐘方法在GPS測(cè)量中，時(shí)間對(duì)點(diǎn)位的精度具有決定性的作用。首先，作為動(dòng)態(tài)已知點(diǎn)的GPS衛(wèi)星的位置是不斷變化的，在星歷中，除了要給出衛(wèi)星的空間位置參數(shù)以外，還要給出相應(yīng)的時(shí)間參數(shù)。其次，GPS測(cè)量是通過(guò)接收和處理GPS衛(wèi)星發(fā)射的電磁波信號(hào)來(lái)確定星站距離進(jìn)而求得測(cè)站坐標(biāo)的。要精確測(cè)定星站距離，就必須精確測(cè)定信號(hào)傳播時(shí)間。其三，由于地球自轉(zhuǎn)的緣故，地面點(diǎn)在天球坐標(biāo)系中的位置是不斷變化的，為了根據(jù)GPS衛(wèi)星位置確定地面點(diǎn)位置，就必須進(jìn)行天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。為此也必須精確測(cè)定時(shí)間。所以，在建立GPS定位系統(tǒng)的同時(shí)，就必須建立相應(yīng)的時(shí)間系統(tǒng)。1 世界時(shí)系統(tǒng)世界時(shí)系統(tǒng)是以地球自轉(zhuǎn)為基準(zhǔn)的一種時(shí)間系統(tǒng)。然而，由于觀察地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所選的空間參考點(diǎn)不同，世界時(shí)系統(tǒng)又包括恒星時(shí)、平太陽(yáng)時(shí)和世界時(shí)。A、恒星時(shí)（Sidereal TimeST）由春分點(diǎn)的周日視運(yùn)動(dòng)確定的時(shí)間稱為恒星時(shí)。春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)本地子午線的時(shí)間間隔為一恒星日，含24個(gè)恒星小時(shí)。恒星時(shí)在數(shù)值上等于春分點(diǎn)相對(duì)于本地子午圈的時(shí)角。在歲差和章動(dòng)的影響下，春分點(diǎn)分為真春分點(diǎn)和平春分點(diǎn)，相應(yīng)的恒星時(shí)也分為真恒星時(shí)和平恒星時(shí)。此外，為了確定世界統(tǒng)一時(shí)間，也用到格林尼治恒星時(shí)。所以，恒星時(shí)分為以下四種。LAST——真春分點(diǎn)的地方時(shí)角；GAST——真春分點(diǎn)的格林尼治時(shí)角；LMST——平春分點(diǎn)的地方時(shí)角；GMST——平春分點(diǎn)的格林尼治時(shí)角。四種恒星時(shí)有如下關(guān)系： （526）式中，λ為天文經(jīng)度，Δψ為黃經(jīng)章動(dòng)，ε為黃赤交角。B、 平太陽(yáng)時(shí)（Mean Solar TimeMT）因地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道為一橢圓，所以太陽(yáng)視運(yùn)動(dòng)的速度是不均勻的。以真太陽(yáng)周年視運(yùn)動(dòng)的平均速度確定一個(gè)假想的太陽(yáng)，且其在天球赤道上做周年視運(yùn)動(dòng)。稱為平太陽(yáng)。以平太陽(yáng)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)本地子午圈的時(shí)間間隔為一個(gè)平太陽(yáng)日，含24個(gè)平太陽(yáng)小時(shí)。與恒星時(shí)一樣，平太陽(yáng)時(shí)也具有地方性，故常稱為地方平太陽(yáng)時(shí)或地方平時(shí)。C、世界時(shí)（Universal TimeUT）以子夜零時(shí)起算的格林尼治平太陽(yáng)時(shí)稱為世界時(shí)，如以GAMT表示平太陽(yáng)相對(duì)于格林尼治子午圈的時(shí)角，則世界時(shí)UT與平太陽(yáng)時(shí)之間的關(guān)系為： （527）在地極移動(dòng)的影響下，平太陽(yáng)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)格林尼治子午圈的時(shí)間間隔并不均等。此外，地球自轉(zhuǎn)速度也不均勻，它不僅包含有長(zhǎng)期的減緩趨勢(shì)，而且還含有一些短周期的變化和季節(jié)性變化。因此，世界時(shí)也不均勻。從1956年開(kāi)始，在世界時(shí)中加入了極移改正和地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)性改正，改正后的世界時(shí)分別用UT1和UT2表示，未經(jīng)改正的世界時(shí)用UT0表示，其關(guān)系為： （528）式中Δλ為極移改正，ΔTS為地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)性變化改正。世界時(shí)UT2雖經(jīng)過(guò)以上兩項(xiàng)改正，但仍含有地球自轉(zhuǎn)速度逐年減緩和不規(guī)則變化的影響，所以世界時(shí)UT2仍是一個(gè)不均勻的時(shí)間系統(tǒng)。2 原子時(shí)（Atomic TimeAT）隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)時(shí)間穩(wěn)定度的要求不斷提高。以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的世界時(shí)系統(tǒng)已不能滿足要求。為此，從20世紀(jì)50年代起，便建立了以原子能級(jí)間的躍遷特征為基礎(chǔ)的原子時(shí)系統(tǒng)。原子時(shí)秒長(zhǎng)定義為：位于海平面上的銫原子基態(tài)兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間，在零磁場(chǎng)中躍遷輻射振蕩9192631770周所持續(xù)的時(shí)間，為一原子秒。原子時(shí)的起點(diǎn)定義為1958年1月1日零時(shí)的UT2（）國(guó)際上用約100臺(tái)原子鐘推算統(tǒng)一的原子時(shí)系統(tǒng)，稱為國(guó)際原子時(shí)系統(tǒng)（IAT）。3 協(xié)調(diào)世界時(shí)（Coordinate Universal TimeUTC）原子時(shí)的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定度極高，缺點(diǎn)是與晝夜交替不一致。為了保持原子時(shí)的優(yōu)點(diǎn)而避免其缺點(diǎn)，從1972年起，采用了以原子時(shí)秒長(zhǎng)為尺度，時(shí)刻上接近于世界時(shí)的一種折衷時(shí)間系統(tǒng)，稱為協(xié)調(diào)世界時(shí)。協(xié)調(diào)世界時(shí)秒長(zhǎng)等于原子時(shí)秒長(zhǎng)，采用閏秒的辦法使協(xié)調(diào)世界時(shí)的時(shí)刻與世界時(shí)接近。，否則在協(xié)調(diào)世界時(shí)的時(shí)刻上減去1秒，稱為閏秒。閏秒的時(shí)間定在6月30日末或12月31日末，由國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)組織（IERS）確定并事先公布。目前幾乎所有國(guó)家發(fā)播的時(shí)號(hào)，都以UTC為基準(zhǔn)。協(xié)調(diào)時(shí)與國(guó)際原子時(shí)之間的關(guān)系可由下式定義： IAT＝UTC十1162。n (5—29)式中，n為調(diào)整參數(shù)，其值由IERS發(fā)布。 為使用世界時(shí)的用戶得到精度較高的UTl時(shí)刻，時(shí)間服務(wù)部門在播發(fā)協(xié)調(diào)時(shí)(UTC)時(shí)號(hào)的同時(shí)，給出UTl與UTC的差值。這樣用戶便可容易地由UTC得到相應(yīng)的UTl。目前，幾乎所有國(guó)家時(shí)號(hào)的播發(fā)，均以UTC為基準(zhǔn)。時(shí)號(hào)播發(fā)的同步精度約為177。考慮到電離層折射的影響，在一個(gè)臺(tái)站上接收世界各國(guó)的時(shí)號(hào)，其誤差將不會(huì)超過(guò)177。lms。4 GPS時(shí)間系統(tǒng)（GPST）為了精確導(dǎo)航和測(cè)量的需要，GPS建立了專用的時(shí)間系統(tǒng)。由GPS主控站的原子鐘控制。GPS時(shí)屬原子時(shí)系統(tǒng)，其秒長(zhǎng)與原子時(shí)相同。原點(diǎn)定義為1980年1月6日零時(shí)與協(xié)調(diào)世界時(shí)的時(shí)刻一致。GPS時(shí)與國(guó)際原子時(shí)的關(guān)系為：IATGPST=19(s) （530）GPS時(shí)與協(xié)調(diào)世界時(shí)的關(guān)系為：GPST=UTC+1162。n 19s （530）n值由國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)組織公布。1987年n=23，GPS時(shí)比協(xié)調(diào)世界時(shí)快4秒，即GPST=UTC+4s，2005年12月，n=32，2006年1月，n=33，所以，2006年1月GPS時(shí)與協(xié)調(diào)世界時(shí)的關(guān)系是：GPST=UTC+14s。GPS是測(cè)時(shí)測(cè)距系統(tǒng)。時(shí)間在GPS測(cè)量中是一個(gè)基本的觀測(cè)量。衛(wèi)星的信號(hào)、衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)、衛(wèi)星的坐標(biāo)都與時(shí)間密切相關(guān)。對(duì)時(shí)間的要求既要穩(wěn)定又要連續(xù)。為此，GPS系統(tǒng)中衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘均采用穩(wěn)定而連續(xù)的GPS時(shí)間系統(tǒng)。 GPS導(dǎo)航定位的誤差分析GPS定位中出現(xiàn)的各種誤差從誤差來(lái)源講，主要可以分為如下3類：（1）與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差；主要包括衛(wèi)星星歷誤差和星鐘誤差，這些誤差由GPS衛(wèi)星引起，衛(wèi)星星歷誤差一般采用同步觀測(cè)求差法或軌道改進(jìn)法來(lái)進(jìn)行削弱，而星鐘誤差一般通過(guò)對(duì)觀測(cè)量的差分技術(shù)來(lái)進(jìn)行消除。（2）與GPS信號(hào)傳播有關(guān)的誤差；主要包括電離層折射的影響和對(duì)流層折射的影響，以及多路徑效應(yīng)影響。電離層影響可以利用雙頻觀測(cè)加以修正或利用電離層模型加以修正，還可以利用同步觀測(cè)值求差來(lái)減弱。而對(duì)流層折射則是利用基線兩端同步觀測(cè)量求差和完善對(duì)流層大氣改正模型來(lái)減弱。多路徑誤差是因?yàn)樘炀€周邊建筑物或水面的一次或多次反射的衛(wèi)星信號(hào)疊加起來(lái)引起的測(cè)量參考點(diǎn)位置的變化，從而使觀測(cè)量產(chǎn)生誤差，至于減少影響的辦法可以從幾個(gè)方面考慮，如接收機(jī)天線環(huán)境的選擇，選擇較好天線類型，適當(dāng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間，改善GPS接收機(jī)的電路設(shè)計(jì)等。（3）與觀測(cè)和接收機(jī)有關(guān)的誤差。這方面的誤差主要是觀測(cè)誤差，接收機(jī)鐘差，天線相位中心的位置偏差等等。除了上述三方面的誤差之外，還有地球自轉(zhuǎn)的影響，相對(duì)論效應(yīng)的影響等?！?GPS與電子地圖的應(yīng)用 電子地圖（GIS）GIS即地理信息系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)了40年的發(fā)展，到今天已經(jīng)逐漸成為一門相當(dāng)成熟的技術(shù)，并且得到了極廣泛的應(yīng)用。尤其是近些年，GIS更以其強(qiáng)大的地理信息空間分析功能，在GPS及路徑優(yōu)化中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。GIS地理信息系統(tǒng)是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，以提供管理、決策等所需信息的技術(shù)系統(tǒng)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，地理信息系統(tǒng)就是綜合處理和分析地理空間數(shù)據(jù)的一種技術(shù)系統(tǒng)。　從技術(shù)和應(yīng)用的角度， GIS 是解決空間問(wèn)題的工具、方法和技術(shù)；從學(xué)科的角度， GIS 是在地理學(xué)、地圖學(xué)、測(cè)量學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門學(xué)科，具有獨(dú)立的學(xué)科體系；從功能上， GIS 具有空間數(shù)據(jù)的獲取、存儲(chǔ)、顯示、編輯、處理、分析、輸出和應(yīng)用等功能；從系統(tǒng)學(xué)的角度， GIS 具有一定結(jié)構(gòu)和功能，是一個(gè)完整的系統(tǒng)。GIS的組成：從應(yīng)用的角度，地理信息系統(tǒng)由硬件、軟件、數(shù)據(jù)、人員和方法五部分組成。硬件和軟件為地理信息系統(tǒng)建設(shè)提供環(huán)境；數(shù)據(jù)是GIS的重要內(nèi)容；方法為GIS建設(shè)提供解決方案；人員是系統(tǒng)建設(shè)中的關(guān)鍵和能動(dòng)性因素，