【文章內(nèi)容簡介】 ， 而且這種變化隨天線周圍反射面的性質(zhì)而異 ， 難以控制 。 多路徑效應(yīng)具有周期性誤差 ， 其變化幅度可達(dá)數(shù)厘米 。 消除或減弱多路徑效應(yīng) ，除了采用載波相位測量方法外，一般是采用造型適宜且屏蔽良好的天線。這種天線一般裝備有抑徑板或抑徑圈，可以阻擋來自水平面以下的多路徑信號被接收。但是實際上，有些多路徑信號并不是來自地面的反射，而是豎立的高大建筑物表面，經(jīng)過這種表面反射的多路徑信號，往往也具有較大的高度角值，可以從水平面以上進(jìn)入接收機(jī)天線。因此在進(jìn)行 GPS測量選址工作時，還應(yīng)當(dāng)考慮多路徑信號產(chǎn)生的可能性，盡量避開這種高大建筑物。 38 (三 ) 與接收設(shè)備有關(guān)的誤差 這類誤差主要有：觀測誤差 、 接收機(jī)鐘差 、 相位中心誤差和載波相位觀測的整周不定性誤差等 。 1． 觀測誤差 分觀測的分辨誤差與接收機(jī)天線相對測站點的安置誤差 。 一般認(rèn)為觀測的分辨誤差約為信號波長的 1%。 由于載波的波長遠(yuǎn)小于 GPS偽隨機(jī)測距碼的波長 ， 因此采用載波相位觀測量一般可以達(dá)到更高的精度 。 而天線的安置誤差主要有天線的置平與對中誤差和量取天線高的誤差 。 只要在觀測中認(rèn)真操作 ，可以盡量減少這些誤差的影響 。 2． 接收機(jī)的鐘差 對于這種誤差 ， 一般是在數(shù)據(jù)處理中作為未知數(shù)來解出 。 另外在作差分法相對定位時 ， 也可以通過在不同衛(wèi)星之間求差來消除這部分影響 。 39 3． 天線的相位中心誤差 GPS測量的觀測值都是以天線的相位中心為準(zhǔn)的 ， 而我們一般只能觀察到天線的幾何中心 ， 因此要求天線的幾何中心與相位中心一致 ， 這應(yīng)在天線的生產(chǎn)和設(shè)計上達(dá)到 ， 是天線生產(chǎn)廠家的任務(wù) 。 另外 ， 若采用同種型號的接收機(jī)天線 ， 可以近似認(rèn)為相位中心與幾何中心的偏離情況是一樣的 ， 因此用觀測值的求差和相對定位能削弱這種影響 ， 但這時要求統(tǒng)一按天線的方向標(biāo)定向 ， 使各天線的指北極都指向正北方向 。 關(guān)于載波相位測量的 整周不定性誤差 ，主要是指觀測中整周未知數(shù)的跳變現(xiàn)象（周跳）。另外也有在數(shù)據(jù)處理時求解整周未知數(shù)時的失敗，不能將整周未知數(shù)固定為某一整數(shù)，而只能取實數(shù)解的情況。周跳的發(fā)生是與多種因素有關(guān)的，如信號受阻擋失鎖、接收機(jī)內(nèi)部熱噪聲影響、電離層活動出現(xiàn)異常變化等。這里涉及到太多的專業(yè)內(nèi)容，限于篇幅本文中不作詳細(xì)介紹。 返 回 40 五、差分法載波相位測量和觀測量的線性組合 設(shè)在某基線兩端安設(shè) GPS接收機(jī) Ti（ i=1， 2） ， 對衛(wèi)星 sk和 sj與歷元 t1和 t2進(jìn)行同步觀測 ， 則對任一頻率 Li（ i=1， 2） ， 有獨立的載波相位觀測量 ?j1(t1)、 ?j1(t2)、 ?k1(t1)、 ?k1(t2)、 ?j2(t1)、 ?j2(t2)、?k2(t1)、 ?k2(t2) 。 這些觀測量被稱為基本觀測量 ， 而相應(yīng)的基本觀測方程為 () 式中 ?t1(t)為歷元 t時測站 1的接收機(jī)鐘差 ， ?tj(t)為歷元 t時衛(wèi)星 j的時鐘誤差 ， ?j1,IP(t)為電離層折射延遲量 ， ?j1,T(t)為對流層折射延遲量 。 為了克服關(guān)于大氣折射延遲改正不夠準(zhǔn)確 ， 以及減少未知數(shù)等原因 ， 常對以上觀測量作差分處理 。 一般用到的有單差 、 雙差 、和三差法 。 )()()()]()([)()( ,1,101111 tttNttttctt j Tj IPjjjj ???????? ??????41 (一 ) 單差法 單差觀測量通常是指不同觀測站同步觀測相同衛(wèi)星所得觀測量之差 ， 其表達(dá)形式為 () 相應(yīng)的觀測方程為 () 可見其中已經(jīng)消去了兩站共視衛(wèi)星 sj的時鐘誤差 ?tj(t)， 另外對流層折射與電離層折射部分也都有所消弱 。 )()()( 122,1 ttt jjj ??? ??)()()()()]()([)]()([)()()(,1,2,1,2010212122,1tttttNtNttttctttj Tj Tj IPj IPjjjjj?????????????? ???????42 圖 24 測站間同步觀測量的單差 T2 T1 S1 )(1 tj? )(2 tj?43 (二 ) 雙差法 雙差觀測量是在單差法基礎(chǔ)上 ， 對不同測站同步觀測一組衛(wèi)星所得單差之差 ， 即 () 相應(yīng)的觀測方程為 () 這樣進(jìn)一步消除了兩站的接收機(jī)時鐘誤差項 。 為了簡便起見 ， 式中忽略了有關(guān)大氣折射延遲的雙差項 。 )]()([)]()([)()()( 12121,21,2,1,2 ttttttt jjkkjkjk ??????? ??????)]()()()([)()()()()( 010202221212,1,2 tNtNtNtNttttt jjkkjjkkjk ???????? ???????44 圖 25 GPS同步觀測量之雙差 T1 T2 S1 S2 )(1 tj?)(2 tk?)(2 tj? )(1 tk?45 (三 ) 三差法 三差法是在雙差法基礎(chǔ)上 ， 進(jìn)一步對不同歷元之間 ， 不同測站同步觀測的同一組衛(wèi)星所得雙差觀測量作差分 ， 即 () 相應(yīng)的觀測方程為 () 這樣一來 ， 就進(jìn)一步消去了雙差觀測方程中含有整周未知數(shù)的項 。 )]()()()([)]()()()([)()(),(11121112212221222,1,22,1,212,1,2ttttttttttttjjkkjjkkjkjkjk?????????????????????)]()()()([)]()()()([),( 111211122122212212,1,2 tttttttttt jjkkjjkkjk ?????????? ????????46 )t(j 22?)t(j 21?)t(j 12?)t(j 11?)t(k 21?)t(k 22?)t(k 21?)t(k 11?圖 26 GPS相對定位的觀測量 T1 T2 47 差分法載波相位測量雖然可以消去一系列多余參數(shù)項（即指不含有測站坐標(biāo)的項），但是在組成差分觀測方程的同時，減少了觀測方程的個數(shù)，另外也增加了觀測量之間的相關(guān)性，這些都不利于提高最后解的精度。 一般是采用雙差法求解最終結(jié)果 ，而三差法則只是用于確定整周未知數(shù)或求得測站坐標(biāo)的近似解。 返 回 48 第二章 GPS測量的實施 前面介紹了有關(guān) GPS定位的基本概念和原理，本章將介紹目前 GPS測量實施的主要過程，作業(yè)的基本方法和原則。由于 GPS測量工作的實施方法與用戶的要求，和所用接收系統(tǒng)硬件與軟件的發(fā)展水平密切相關(guān)，所以，關(guān)于 GPS測量工作的作業(yè)細(xì)節(jié)，用戶還須按國家有關(guān)部門頒發(fā)的 GPS測量規(guī)范，以及所用 GPS接收系統(tǒng)的操作說明書執(zhí)行。 49 第 1節(jié) 概 述 GPS測量工作可分為外業(yè)作業(yè)和內(nèi)業(yè)兩大部分 。 其中 ， 外業(yè)工作主要包括 ， 選點 （ 即觀測站址的選擇 ） 、 建立測站標(biāo)志 、 野外觀測作業(yè)以及成果質(zhì)量檢核等工作；內(nèi)業(yè)工作主要包括 ， GPS測量的技術(shù)設(shè)計 、 測后數(shù)據(jù)處理以及技術(shù)總結(jié)等 。 如果按照 GPS測量實施的工作程序 ， 則大體可分為這樣幾個階段：網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計；選點與建立標(biāo)志；外業(yè)觀測；成果檢核與處理 。 GPS測量 ， 是一項技術(shù)復(fù)雜 、 要求嚴(yán)格 、 耗費較大的工作 ， 實施這項工作的原則是 ， 在滿足用戶對測量精度和可靠性等要求的情況下 ， 盡可能地減少經(jīng)費 、 時間和人力的消耗 。 因此 ， 對其各階段的工作 ， 都要精心設(shè)計 ， 精心組織和實施 。 50 為了滿足用戶的要求 ， GPS測量作業(yè) ， 應(yīng)遵守統(tǒng)一的規(guī)范和細(xì)則 。 但是 ， 測量工作的實施 ， 與 GPS定位技術(shù)的發(fā)展水平密切相關(guān) ， GPS接收系統(tǒng)硬件與軟件的不斷改善 ， 將直接影響測量工作的實施方法 、 觀測時間 、 作業(yè)的要求和成果處理方法 。 雖然一些國家為了實際工作的需要 ， 已制定了一些適用于不同任務(wù)的作業(yè)規(guī)范或細(xì)則 ， 但一般只能對 GPS測量工作的實施 ，提出一些原則性的規(guī)定與要求 。 因此 ， 這里我們將以這些規(guī)范為參考 ， 主要介紹一下有關(guān) GPS測量作業(yè)的基本方法和原則 。 考慮到 ， 以載波相位觀測量為根據(jù)的相對定位法 ， 是當(dāng)前 GPS測量中普遍采用的精密定位方法 ， 所以 ， 下面將主要介紹實施這種高精度 GPS測量工作的基本程序與作業(yè)模式 。 51 第 2節(jié) GPS網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計 GPS網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計，是實施 GPS測量工作的第一步，是一項基礎(chǔ)性的工作，也是在網(wǎng)的精確性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性方面，實現(xiàn)用戶要求的重要環(huán)節(jié)。這項工作的主要內(nèi)容包括，精度指標(biāo)的合理確定，網(wǎng)的圖形設(shè)計和網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計 。 52 對 GPS網(wǎng)的精度要求 ， 主要取決于網(wǎng)的用途 。 精度指標(biāo) ， 通常均以網(wǎng)中相鄰點之間的距離誤差來表示 ，其形式為 （ 1） 其中 ， ?──網(wǎng)中相鄰點間的距離誤差 (mm)； a0──與接收設(shè)備有關(guān)的常量誤差 (mm)。 b0──比例誤差 (ppm或 106)； D──相鄰點間的距離 (km)。 根據(jù)我國 1992年頒布的 GPS測量規(guī)范的要求 ， GPS相對定位的精度 ， 劃分為如表 1所列的標(biāo)準(zhǔn) 。 212020 ])([ Dba ????53 GPS相對定位的精度指標(biāo) 表 1 測量分級 常量誤差 a0(mm) 比例誤差 b0(106) 相鄰點距離(km) A B C D E ?5 ?8 ?10 ?10 ?10 ? ?1 ?5 ?10 ?20 100—2022 15—250 5—40 2—15 1—10 54 上表所列的精度指標(biāo) ， 主要是對 GPS網(wǎng)的平面位置而言 ， 而考慮到垂直分量的精度 ， 一般較水平分量為差 ， 所以根據(jù)經(jīng)驗 ， 在GPS網(wǎng)中對垂直分量的精度要求 ， 可將上表所列的比例誤差部分增大一倍 。 為了讀者參考 ， 在表 2中 ， 同時給出了美國聯(lián)邦大地測量分管理委員會 (Federal Geodetic Control Submittee──FGCS) ，于 1988年公布的 GPS相對定位的精度標(biāo)準(zhǔn) 。 55 美國 GPS相對定位精度標(biāo)準(zhǔn) 表 2 測量類型 等 /級 （ 95%置信度） （最小幾何精度標(biāo)準(zhǔn)） 基線誤差 (cm) 距離相對誤差 (ppm) 全球的和區(qū)域的地球動力學(xué)測量；形變測量 AA 國家大地參考系一等網(wǎng)；區(qū)域的和地方的地球動力學(xué)；形變測量 A 國家大地參考系一等網(wǎng)；區(qū)域的和地方的地球動力學(xué)；形變測量 B 1 國家大地參考系 （ 地面測量 ） ；為滿足測圖 ， 土地信息 、 地籍和工程要求進(jìn)行的有關(guān)控制測量 C 一等 二等 /Ⅰ 級 二等 /Ⅱ 級 三等 10 20 50 100 56 精度指標(biāo) ， 是 GPS網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的一個重要量 ，它的大小將直接影響 GPS網(wǎng)的布設(shè)方案 、 觀測計劃 、 觀測數(shù)據(jù)的處理方法以及作業(yè)的時間和經(jīng)費 。 所以 ， 在實際設(shè)計工作中 ， 要根據(jù)用戶的實際需要和可能 ， 慎重確定 。 57 網(wǎng)的圖形設(shè)計 網(wǎng)的圖形設(shè)計 ， 雖然主要決定于用戶的要求 ， 但是有關(guān)經(jīng)費 、時間和人力的消耗以及所需接收設(shè)備的類型 、 數(shù)量和后勤保障條件等 ， 也都與網(wǎng)的圖形設(shè)計有關(guān) 。 對此應(yīng)當(dāng)充分加以顧及 ， 以期在滿足用戶要求的條件下 ， 盡量