【正文】 足一個波長的部分，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。而如果把載波作為量測信號，由于載波的波長短 19cm； 24cm，所以就可達(dá)到很高的精度。然而由于測距碼的碼元長度較大，對于一些高精度應(yīng)用來講其測距精度還顯的過低無法滿足需要。同時，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。用 P 碼測出的偽距為 P 碼偽距。由于衛(wèi)星鐘、接收機(jī)鐘的誤差以及無線電信號經(jīng)過電離層和對流層中的延遲，實(shí)際測出的距離ρ /與衛(wèi)星到接收機(jī)的幾何距離ρ有一定的差值，因此一般稱量出的距離為偽距。 二、 GPS 幾種定位方式 偽距測量定位 偽距法定位是由 GPS接收機(jī)在某一時刻測出 得到四顆以上 GPS衛(wèi)星的偽距以及已知的衛(wèi)星位置，采用距離交會的方法求定接收機(jī)天線所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)。 利用接收到的衛(wèi)星信號（測距碼）或載波相位，均可進(jìn)行靜態(tài)定位。若以兩臺 GPS接收機(jī)分別置于兩個固定不變的待定點(diǎn)上，則通過一定時間的觀 測，可以確定兩個待定點(diǎn)間的相對位置，又叫相對定位。對于待定點(diǎn)來說，根據(jù)運(yùn)動狀態(tài)可以將 GPS 定位分為靜態(tài)定位和動態(tài)定位。需要實(shí)時地由 GPS 衛(wèi)星信號測量出測站至衛(wèi)星之間的距離，實(shí)時地由衛(wèi)星的導(dǎo)航電文解算出衛(wèi)星的坐標(biāo)值，并進(jìn)行測站點(diǎn)的定位。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。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)，我們在公路工程控制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）。用戶用 GPS接收機(jī)在某一時刻同時接收三顆以上的衛(wèi)星信號，測量出測站點(diǎn)（接收機(jī)天線中心）P 至三顆以上衛(wèi)星的距離并解算出該時刻 GPS 衛(wèi)星的空間坐標(biāo)，據(jù)此利用距離交會法解算出測站 P的位置。這便是 GPS 衛(wèi)星定位的基本原理。如果在第四個地面點(diǎn)上（坐標(biāo)未知）也有一臺衛(wèi)星激光測距儀同時參與測定了該點(diǎn)至第三顆衛(wèi)星點(diǎn)的空間距離，則利用所測定的三個空間距離可以交會出該地面點(diǎn)的位置。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)動中，但總可以利用固定于地面上三個已知點(diǎn)上的衛(wèi)星激光測距儀同時測定某一時刻至衛(wèi)星的空間距離， d1,d2,d3，應(yīng)用測距交會的原理變可確定該時刻衛(wèi)星的空間位置。這種無線電導(dǎo)航定位是迄今為止仍在使用的飛機(jī)、輪船的一種導(dǎo)航定位方法。只需以三個發(fā)射臺為球心，以 d1,d2,d3為半徑作三個定位球面，即可交會出用戶接收機(jī)的空間位置。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的原理確定點(diǎn)位。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。 電源 GPS 接收機(jī)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。用戶可通過鍵盤控制接收機(jī)工作。 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。 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。 當(dāng)同時鎖定 4 顆衛(wèi)星時，將 C/A 碼偽距觀測值連同星歷一起計(jì)算測站的三維坐標(biāo)，并按預(yù)置位置更新率計(jì)算新的位置。 接收機(jī)對衛(wèi)星進(jìn)行搜索，捕捉衛(wèi)星。 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。目前， GPS 接收機(jī)都裝有半導(dǎo)體存儲器，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。 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(shí)行解擴(kuò)，解調(diào)出廣播電文；三是進(jìn)行偽距測量、載波相位測量及多普勒頻移測量。 下圖 24是 GPS 接收機(jī)原理圖： 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)論文 10 圖 24 GPS 接收機(jī)原理圖 GPS 接收機(jī)的天線類型如下圖 25： 圖 25 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 頻段的射頻信號變成低頻信號，必須采用變頻器。它的作用是，將到達(dá) 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。它是用戶利用 GPS 進(jìn)行導(dǎo)航定位時一組不可少的數(shù)據(jù)。由于 P碼的碼元寬度僅為 C/A 碼的 1/10，而且該測距碼又同時調(diào)制在 L1 和 L2 兩個載波上，可較完善地消除電離層延遲，故用它來測距可獲得較精確的結(jié)果。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。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。因此，載波相位測量在高精度定位中得到廣泛的應(yīng)用。在全 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)論文 9 球定位系統(tǒng)中，載波除了能更好地傳送測距碼和導(dǎo)航電文這些有用意信息外，在載波相位測量中它又被當(dāng)做一種測距信號來使用。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。 載波 可運(yùn)載調(diào)制信號的高頻振蕩波稱為載波。 第二節(jié) GPS 衛(wèi)星的導(dǎo)航定位信號 。 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=154=。 按測 量站星距離所用測距信號之異， GPS 信號接收機(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距信號； （ 2） 無碼接收機(jī)：僅用載波作測距信號； （ 3） 集成接收機(jī)：既用 GPS 信號，又用 GLONASS 信號測量站星距離。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。 GPS信號 接收機(jī)，是 GPS 導(dǎo)航衛(wèi)星的用戶設(shè)備，是實(shí)現(xiàn) GPS 衛(wèi)星導(dǎo)航定位的終端儀器。全球定位系統(tǒng)的通信系統(tǒng)由通信線、海底電纜及衛(wèi)星通信等聯(lián)合組成。注入站能將接收到的導(dǎo)航電文存儲在微機(jī)中，當(dāng)衛(wèi)星通過其上空時再用大口徑發(fā)射天線將這些導(dǎo)航電文和其他命令分別“注入”衛(wèi)星。 注入站是向 GPS 衛(wèi)星輸入導(dǎo)航電文和其他命令的地面設(shè)施。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 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)論文 7 數(shù)據(jù)及時計(jì)算每顆 GPS 衛(wèi)星的星歷，時鐘改正，狀態(tài)數(shù)據(jù)以及信號的大氣傳播改正，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。 它由 一個主控站，三個注入站和五個監(jiān)控站 以及通信和輔助系統(tǒng)組成。 GPS 衛(wèi)星上設(shè)有微處理機(jī)，可以進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理工作，它主要的 3個基本功能：根據(jù)地面監(jiān)控指令接收和儲存由地面監(jiān)控站發(fā)來的導(dǎo)航信息，調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)、啟動備用衛(wèi)星；向 GPS 用戶播送導(dǎo)航電文，提供導(dǎo)航和定位信息；通過 高精度衛(wèi)星鐘向用戶提供精密的時間標(biāo)準(zhǔn)。 GPS 衛(wèi)星的主體呈圓柱形，直徑約為 ，重約 774kg，兩側(cè)各安裝兩塊雙葉太陽能電池板，能自動對日定向，以保證衛(wèi)星正常工作用電。 ，軌道平均高度為 期為 11 小時 58 分（恒星時），同一軌道上的各衛(wèi)星的升交角距為 90176。衛(wèi)星軌道平面與地球赤道面傾角為55176。 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)由以下三個部分組成：空間部分（ GPS 衛(wèi)星）、地面監(jiān)控部分和用戶部分。今后，所有運(yùn)載器，都將依賴于GPS。 4 .GPS 的應(yīng)用將進(jìn)入人們的日常生活 GPS 信號接收機(jī)在人們生活中的應(yīng)用，是一個難以用數(shù)字預(yù)測的廣闊天地，手表式的 GPS 接收機(jī)，將成為旅游者的忠實(shí)導(dǎo)游。我國目前也有一些單位生產(chǎn) 車載 GPS系統(tǒng)。 3 .發(fā)展 GPS產(chǎn)業(yè) 今后 GPS將像目前汽車、無線電通信等一樣形成產(chǎn)業(yè)化。 國際民間的這一策略，反過來有影響和迫使美國對其 GPS 使用政策 做 出更開放的調(diào)整。 這一多元化的空間資源環(huán)境，促使國際民間形成了一個共同的策 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)論文 5 略，即一方面對現(xiàn)有系統(tǒng) 充分利用，一方面積極籌建民間 GNSS 系統(tǒng)，待到 2020 年前后， GNSS 純民間系統(tǒng)建成，全球 將形成 GPS/GLONASS/GNSS 三足鼎立之勢，才 能從根本上擺脫對單一系統(tǒng)的依賴，形成國際共有、 國際共享的安全資源環(huán)境。 2. 多元化空間資源環(huán)境的出現(xiàn) 目前， GPS， GLONASS。對于測繪領(lǐng)域， GPS 衛(wèi)星定位技術(shù)已經(jīng)用于建立高精度的 全國性的大地測量控制網(wǎng)，測定全球性的地球動態(tài)參數(shù)；用于建立陸地海洋大地測量基準(zhǔn)， 進(jìn)行高精度的海島陸地聯(lián)測以及海洋測繪；用于監(jiān)測地球板塊運(yùn)動狀態(tài)和地殼形變；用于工程測量，成為建立城市與工程控制網(wǎng)的主要手段。因此， GPS 系統(tǒng)展現(xiàn)了極其廣闊的應(yīng)用前景。 三、前景 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。近年來，日本、歐盟、美國采取謹(jǐn)慎而積極的進(jìn)軍姿態(tài)，爭先恐后進(jìn)入中國市場。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)效益和社會效益。在基礎(chǔ)產(chǎn)品上，芯片組與主機(jī)板等將從目前的全部依賴進(jìn)口變?yōu)樽灾鳟a(chǎn)品占 60%以上。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%）。 二、我國 GPS 定位技術(shù)的應(yīng)用情況 2020 年 2 月，國家計(jì)委提出“衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)”，其目標(biāo) 是在“十五” 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)論文 4 末期，形成一個市場規(guī)模超過百億元的新產(chǎn)業(yè)。時間周期也長，不能及時反映礦產(chǎn)資源的實(shí)際現(xiàn)狀。以往的地質(zhì)測量工作主利用傳統(tǒng)手段如經(jīng)緯儀、全站儀等測量儀器進(jìn)行人工測量，然后在室內(nèi)整理計(jì)算得到最終結(jié)果。隔河巖水電站大壩外觀變形 GPS自動化監(jiān)測系統(tǒng)，整個系統(tǒng)全自動，應(yīng)用廣播星歷 1~2 小時 GPS 觀測資料解算的監(jiān)測點(diǎn)位，水平精度優(yōu)于 ，垂直精度優(yōu)于 ， 6 小時的 GPS 觀測資料解算，水平精度、垂直精度均優(yōu)于 1mm。因此，它具有速度快，精度高且分布均勻等特點(diǎn)。而利用 GPS 定位技術(shù)，特別是采用 RTK 技術(shù)替代常規(guī)方法測繪地籍及房產(chǎn)成為可能。 在地籍和房產(chǎn)測繪中的應(yīng)用： 地籍及房地產(chǎn)測量是精確測定土地權(quán)屬界址點(diǎn)位置，同時測繪大比例尺地籍平面圖和房產(chǎn)圖并量算土地和房屋面積，供土地和房產(chǎn)管理部門使用。據(jù)報(bào)道在三峽二期工程施工中采用 GPS定位技術(shù)建立施工控制網(wǎng)，取得很好的效果，可以滿足其相應(yīng)的精度要求；在青藏鐵路的建設(shè)中，從勘測到施工均采用了 GPS 定位技術(shù)，都取得了很好的效果。 B 級網(wǎng)由 800 個點(diǎn)組成，其精度也分 別好于 410 － 7 和 810 － 7。人們可以開著裝有先進(jìn) GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)的汽車，隨時為你指示行進(jìn)方向，你可以戴著手表式的接收機(jī)為你在原始森林里旅游探指 明方向 在大地測量、工程測量中的應(yīng)用： 由于 GPS 系統(tǒng)具有精度高、速度快、費(fèi)用省、操作簡便，現(xiàn)今建立大地及工程控制網(wǎng)基本上是采取 GPS 定位技術(shù)，取代了常規(guī)手段。 第二節(jié) GPS 導(dǎo)航定位系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用 一、 GPS的應(yīng)用按其使用領(lǐng)域的簡單介紹 美國政府最初開發(fā) GPS 導(dǎo)航定位系統(tǒng)主要為用于軍隊(duì)導(dǎo)航、收集情報(bào)等軍事目的，后來對民用領(lǐng)域開放，將 GPS系統(tǒng)分為軍用碼和民用碼，但兩者的接收精度相差很大。 6 全天候作業(yè)。目前 GPS 接收機(jī)已趨小型化和操作傻瓜化，觀測人員只需將天線對中、整平，量取天線高打開電源即可進(jìn)行自動觀測，利用數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即求得測點(diǎn)三維坐標(biāo)。目前 GPS 水準(zhǔn)可滿足四等水準(zhǔn)測量的精度 5 操作簡便。 經(jīng)典大地測量將平面與高程采用不同方法分別施測。 4 提供三維坐標(biāo)。 3 觀測時間短。一般雙頻 GPS 接收機(jī)基線解精度為 5mm+1ppm，而紅外儀標(biāo)稱精度為5mm+5ppm， GPS 測量精度與紅外儀相當(dāng)，但隨著距離的增長， GPS 測量優(yōu)越性愈加突出。但測站上空必須開闊，以使接收 GPS 衛(wèi)星信號不受干擾。測站間相互通視一直是測量學(xué)的難題。其應(yīng)用技術(shù)已遍及國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域。衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方，任何時間都可觀測到四顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形。 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。在測量領(lǐng)域， GPS 系統(tǒng)已廣泛用于大地測量、工程測量、航空攝影測量以及地形測量等各個方面 。 在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)。 thehorizon measurement measurement。 關(guān)鍵詞： GPS；控制測量；視