【正文】 產(chǎn)生的偽噪聲碼也稱為m序列下圖表示一個四級最長線性移位寄存器它包括4個D型觸發(fā)器 D1D2D3D4 模二和反饋電路和時鐘脈沖產(chǎn)生器圖中的置1脈沖將使m序列發(fā)生器的各個觸發(fā)器之初始狀態(tài)均為1稱為全1狀態(tài)x1表示反饋到觸發(fā)器D4的序列該反饋序列是觸發(fā)器D1D2輸出脈沖串的模二和所需要的m序列x0是從觸發(fā)器D1輸出的圖24m序列發(fā)生器的方框圖四GPS信號接收機一概述GPS信號接收機是GPS導航衛(wèi)星的用戶設(shè)備是實現(xiàn)GPS衛(wèi)星導航定位的終端儀器它是一種能夠接收跟蹤變換和測量GPS衛(wèi)星導航定位信號的無線電設(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)星微弱信號的特性二GPS信號接收機的類型1按工作原理分類基于被動式定位原理的GPS衛(wèi)星測量技術(shù)關(guān)鍵在于怎樣測得GPS信號接收天線和GPS衛(wèi)星之間的距離簡稱站星距離按測量站星距離所用測距信號之異GPS信號接收機可以分為下列幾種類型⑴ 碼接收機用偽噪聲碼和載波作測距信號⑵ 無碼接收機僅用載波作測距信號⑶ 集成接收機既用GPS信號又用GLONASS信號測量站星距離2按用途分類⑴ 測地型接收機厘米級精度測后數(shù)據(jù)處理⑵ 導航型接收機米級精度實時數(shù)據(jù)處理⑶ 定時型接收機專用于時間測定和頻率控制3按所用載波頻率多少分類用于衛(wèi)星導航定位的載波是L1和L2它們的頻率分別為f1 1541023MHz 157442MHZf2 1201023MHz 122760MHz按所用載波頻率多少GPS信號接收機可以分成下列類型⑴ 單頻接收機僅使用第一載波L1及其調(diào)制波進行導航定位測量⑵ 雙頻接收機同時使用多個載波及其調(diào)制波進行導航定位測量三GPS信號接收機的組成及原理1天線單元它由接收天線和前置放大器兩個部件組成它的作用是將到達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電信號予以放大為便于接收機對信號進行跟蹤處理和量測對天線部分有以下要求⑴ 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損失⑵ 能夠接收來自任何方向的衛(wèi)星信號不產(chǎn)生死角⑶ 有防護與屏蔽多路徑效應(yīng)的措施⑷ 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下圖25是GPS接收機原理圖 圖25 GPS接收機原理圖2接收機主機⑴ 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⑵ 信號通道信號通道是接收機的核心部分GPS信號通道是硬軟件結(jié)合的電路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)信號實行解擴解調(diào)出廣播電文三是進行偽距測量載波相位測量及多普勒頻移測量⑶ 存儲器接收機內(nèi)沒有存儲器或存儲卡以存儲衛(wèi)星星歷衛(wèi)星歷書接收機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目前GPS接收機都裝有半導體存儲器接收機內(nèi)存數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)口傳到微機上以便進行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)保存在存儲器內(nèi)還裝有多種工作軟件如測試軟件衛(wèi)星預(yù)報軟件導航電文解碼軟件GPS單點定位軟件⑷ 微處理器微處理器是GPS接收機工作的靈魂GPS接收機工作都是在微機指令統(tǒng)一協(xié)同下進行的其主要工作步驟為接收機開機后首先對整個接收機工作狀況進行自檢并測定校正存儲各通道的時延值接收機對衛(wèi)星進行搜索捕捉衛(wèi)星當捕捉到衛(wèi)星即對信號進行牽引和跟蹤并將基準信號譯碼得到GPS衛(wèi)星星歷當同時鎖定4顆衛(wèi)星時將CA碼偽距觀測值連同星歷一起計算測站的三維坐標并按預(yù)置位置更新率計算新的位置根據(jù)機內(nèi)存儲的衛(wèi)星歷書和測站近似位置計算所有在軌衛(wèi)星升降時間方位和高度角根據(jù)預(yù)先設(shè)置的航路點坐標和單點定位測站位置計算導航的參數(shù)航偏距航偏角航行速度等接收用戶輸入信號⑸ 顯示器GPS接收機都有液晶顯示屏以提供GPS接收機工作信息并配有一個控制鍵盤用戶可通過鍵盤控制接收機工作對于導航接收機有的還配有大顯示屏在屏幕上直接顯示導航的信息甚至顯示數(shù)字地圖⑹ 電源GPS接收機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)丟失另一種為外接電源這種電源常用于可充電的12V直流鎘鎳電池組或采用汽車電瓶當用交流電時要經(jīng)過穩(wěn)壓電源或?qū)Ｓ秒娫唇粨Q器第二節(jié) GPS系統(tǒng)的應(yīng)用一GPS系統(tǒng)能夠?qū)嵤┤蛐匀鞎r全天候的連續(xù)不斷的三維導航定位測量在20000KM高空的GPS衛(wèi)星從地平線升起至沒落可以近乎無干擾地通過大氣層而到達地面每一個用戶在任何地方都能夠同時接收到來自412顆GPS衛(wèi)星導航定位信號用以測定他的實時點位和其他狀態(tài)參數(shù)實現(xiàn)全球性全天時的連續(xù)不斷的導航定位二GPS信號能夠用于運動載體的七維狀態(tài)參數(shù)和三維姿態(tài)參數(shù)GPS衛(wèi)星發(fā)送的導航定位信號不僅攜帶著內(nèi)容豐富的導航電文而且調(diào)制著各個用于測量距離的偽隨機噪聲碼換言之GPS信號的兩個載波兩個偽噪聲碼和導航電文為運動載體的多參數(shù)和廣用途測量提供了豐富的數(shù)據(jù)載體三GPS衛(wèi)星能夠為陸地海洋和空間廣大用戶提供高精度多用途的導航定位服務(wù)一GPS技術(shù)的陸地應(yīng)用各種車輛的行駛狀態(tài)監(jiān)測旅游者或者旅游車的景點導游應(yīng)急車輛的快速引行和探尋大氣物理監(jiān)測地球物理資源勘探工程建設(shè)的施工放樣測量大型建筑和煤氣田的沉降監(jiān)測陸地海洋大地測量基準的測定二GPS技術(shù)的海洋應(yīng)用遠洋船舶的最佳航線測定遠洋船隊在途航行的實時調(diào)度和監(jiān)測海洋救援的探尋和定點測量海洋油氣平臺的就位和復(fù)位測定水文測量海岸地形的精細測量海底大地測量控制網(wǎng)的布設(shè)三GPS技術(shù)的航空應(yīng)用民航飛機的在途自主導航航空救援的探尋和定點測量機載地球物理勘探飛機探測災(zāi)區(qū)大小和標定測量攝影和遙感飛機的七維狀態(tài)參數(shù)和三維姿態(tài)參數(shù)測量四GPS技術(shù)的航天應(yīng)用低軌通訊衛(wèi)星群的實時軌道測量衛(wèi)星入軌和衛(wèi)星收回的實時點位測量載人航天器的在軌防護探測對地觀測衛(wèi)星的七維狀態(tài)參數(shù)和三維姿態(tài)參數(shù)測量五GPS技術(shù)能夠達到毫米級的靜態(tài)定位精度和厘米級的動態(tài)測量精度近年來美國的試驗表明對于3000km以內(nèi)的站間距離GPS相對定位數(shù)據(jù)經(jīng)過精細的處理可達到177。5mm1E8D距離精度177。21～111176。56 ～37176。5mm1ppm 高 程177。 有效觀測衛(wèi)星數(shù) 平均重復(fù)設(shè)站數(shù) 時段長度min 數(shù)據(jù)采樣間隔s 四等二級 靜 態(tài) ≥15 ≥4 ≥16 ≥45 10～60 快速靜態(tài) ≥15 ≥5 ≥16 ≥15 10～60 注① 當采用雙頻機進行快速靜態(tài)觀測時時間長度可縮短為10min② GPS測量各等級的點位幾何強度因子PDOP值應(yīng)小于6③GPS控制網(wǎng)測量數(shù)據(jù)的檢核3 數(shù)據(jù)預(yù)處理⑴ 基線解算可采用雙差相位觀測值對于邊長超過30km的基線解算使也可采用三差相位觀測值⑵ 在采用多臺接收機同步觀測的一個同步時段中可采用單基線模式解算也可以只選擇獨立基線按多基線處理模式統(tǒng)一解算⑶ 同一級別的GPS網(wǎng)根據(jù)基線長度不同可采用不同的數(shù)學處理模型但8km內(nèi)的基線必須采用雙差固定解30km以內(nèi)的基線可在雙差固定解和雙差浮點解中選擇最優(yōu)結(jié)果30km及其以上的基線可采用三差解作為基線解算的最終結(jié)果4 同步觀測數(shù)據(jù)的檢核⑴ 同一時段觀測值基線向量處理中二三等數(shù)據(jù)采用率都不宜低于80⑵ 采用單基線處理模式時對于采用同一種數(shù)學模型的基線解其同步時段中任一三邊同步環(huán)的坐標分量相對閉合差和全長相對閉合差不宜超過表36的規(guī)定表36 同步環(huán)坐標分量及環(huán)線全長相對閉合差的規(guī)定1106 32式中——重復(fù)觀測基線的長度較差 ——相應(yīng)級別的規(guī)定中誤差按平均邊長計算6 同步觀測環(huán)的檢核對于采用不同數(shù)學模型的基線解其同步時段中任一三邊同步環(huán)的坐標分量閉合差和全長相對閉和差應(yīng)符合下式的規(guī)定 33式中——三邊同步環(huán)閉和差對于四站或更多站同步閉合環(huán)而言除應(yīng)用上述方法檢查一切可能的三邊環(huán)閉合差外所有閉合環(huán)的分量閉合差不應(yīng)大于而環(huán)閉合差符合下式規(guī)定 34式中——同步環(huán)的邊數(shù)7 異步觀測環(huán)的檢核無論采用單基線模式或多基線模式解算基線都應(yīng)在整個GPS網(wǎng)中選取一組完全的獨立基線構(gòu)成獨立環(huán)各獨立環(huán)的坐標分量閉和差和全長閉合差應(yīng)符合下式的規(guī)定 35式中——異步環(huán)閉和差 ——異步環(huán)中的邊數(shù)8 GPS網(wǎng)平差處理⑴ 無約束平差當各項質(zhì)量檢驗符合要求時應(yīng)以所有獨立基線組成閉合圖形以三維基線向量及其相應(yīng)方差協(xié)方差陣作為觀測信息以一個點的WGS84系三維坐標作為起算依據(jù)進行GPS網(wǎng)的無約束平差無約束平差應(yīng)提供各控制點在WGS84系下的三維坐標各基線向量三個坐標差觀測值的總改正數(shù)基線邊長以及點位和邊長的精度信息無約束平差中基線向量的改正數(shù)絕對值應(yīng)滿足下式要求 36當超限時可認為該基線或其附近存在粗差基線應(yīng)采用軟件提供的方法或人工方法剔除粗差極限直至符合上式要求⑵ 約束平差在無約束平差確定的有效觀測量的基礎(chǔ)上在國家坐標系或城市坐標下應(yīng)進行三維約束平差或二維約束平差約束點的已知點坐標已知距離或已知方位可作為強制約束的固定值也可作為加權(quán)觀測值平差結(jié)果應(yīng)輸出在國家或城市獨立坐標系中的三維或二維坐標基線向量改正數(shù)基線邊長方位以及坐標基線邊長方位的精度信息轉(zhuǎn)換參數(shù)及其精度信息約束平差中基線向量的改正數(shù)與剔除粗差后的無約束平差結(jié)果的同名基線相應(yīng)改正數(shù)的較差應(yīng)符合下式要求 37當超限時可認為作為約束的已知坐標距離已知方位與GPS網(wǎng)不兼容應(yīng)采用軟件提供的或認為方法剔除某些誤差較大的約束值直至符合上式要求四GPS網(wǎng)的外業(yè)觀測一 作業(yè)要求1 觀測組應(yīng)嚴格按調(diào)度表規(guī)定的時間進行作業(yè)本證同步觀測同一衛(wèi)星組當情況有變化需修改調(diào)度計劃時應(yīng)經(jīng)作業(yè)隊負責人同意觀測組不得擅自更改計劃2 GPS接受機在正式觀測前應(yīng)進行預(yù)熱和靜置然后方可啟動接收機進行觀測3 開機后接收機有關(guān)指示顯示正常并通過自檢后方能輸入有關(guān)測站和時段控制信息4 每時段開機前作業(yè)員應(yīng)量取天線高并及時輸入測站名時段號天線高等信息關(guān)機后再量取一次天線高作校核兩次量天線高互差不得大于3mm取平均值作為最后結(jié)果記錄在手簿若互差超限應(yīng)查明原因提出處理意見記入測量手簿備注欄中5 接收機開始記錄數(shù)據(jù)后作業(yè)員可使用專用功能鍵選擇菜單查看測站信息接受衛(wèi)星數(shù)衛(wèi)星號各通道信噪比實時定位結(jié)果及存貯介質(zhì)記錄情況等6 儀器工作正常后作業(yè)員應(yīng)及時逐項填寫手簿中各項內(nèi)容當時段觀測時間超過60min以上應(yīng)每隔30min記錄一次7 一個時段觀測過程中不得進行以下操作關(guān)閉接收機又重新啟動進行自測試發(fā)生故障除外改變衛(wèi)星高度角改變數(shù)據(jù)采樣間隔按動關(guān)閉文件和刪除文件等功能鍵8 觀測員在作業(yè)期間不得擅自離開測站并應(yīng)防止儀器受震動和被移動防止人和其他物體靠近遮擋衛(wèi)星信號9 接收機在觀測過程中不應(yīng)在接收機近旁使用對講機雷雨過境時應(yīng)關(guān)機停測并卸下接收機以防雷擊10 觀測中應(yīng)保證接收機工作正常數(shù)據(jù)記錄正確每日觀測結(jié)束后應(yīng)及時將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至計算機硬軟盤上確保觀測數(shù)據(jù)不丟失11 在觀測過程中要特別注意供電情況除在出測前認真檢查電池容量是否充足外作業(yè)中觀測人員不要遠離接收機聽到儀器的低電壓報警要及時予以處理否則可能會造成儀器內(nèi)部數(shù)據(jù)的破壞和丟失12 觀測站的全部預(yù)定作業(yè)項目經(jīng)檢查均已按規(guī)定完成且記錄與資料完整無誤后方可遷站二 技術(shù)指標根據(jù)GPS網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計方案此次測量所使用的南方測繪9600型GPS接收機的標稱精度滿足四等二級GPS網(wǎng)對GPS接收機的選擇要求另外擬定所設(shè)計的GPS網(wǎng)觀測作業(yè)的技術(shù)指標符合下表要求表37 四等二級GPS網(wǎng)測量的技術(shù)指標項目 技術(shù)指標 衛(wèi)星高度角176。④ 點位應(yīng)遠離大功率無線電發(fā)射源如電視臺微波站等其距離不得小于200m并應(yīng)遠離高壓輸電線距離不得小于50m⑤ 附近不應(yīng)有強烈干擾接受衛(wèi)星信號的物體在點位選好后在對點位進行編號時必須注意點位編號的合理性在野外采集時輸入的觀測站名是由四個任意輸入的字符組成為了在測后處理時方便及準確必須不使點號重復(fù)實施為了保證GPS點位的選擇符合四等二級GPS網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計要求并有利于全站儀布設(shè)圖根導線網(wǎng)進行加密結(jié)合外環(huán)公路的地理條件經(jīng)過實地踏勘后決定將GPS網(wǎng)點均勻布設(shè)在公路中線這樣做是基于GPS選點的原則避開了公路沿線建筑物的遮擋以及流動車輛的干擾更重要的是實現(xiàn)了GPS點間的互相通視GPS網(wǎng)的選點網(wǎng)圖2 擬定觀測計劃⑴ 衛(wèi)星可見性預(yù)報根據(jù)網(wǎng)站提供的星歷Yuma數(shù)據(jù)高程應(yīng)取至01mf 天線高應(yīng)包括測前測后量得的高度及其平均值均取至0001mg 觀測狀況應(yīng)包括電池電壓接收衛(wèi)星信噪比SNR故障情況等② 記錄應(yīng)符合下列要求a 原始觀測值和記事項目應(yīng)按規(guī)格現(xiàn)場記錄字跡要清楚整齊美觀不得涂改轉(zhuǎn)抄b 外業(yè)觀測記錄各時段觀測結(jié)束后應(yīng)及時將每天外業(yè)觀測記錄結(jié)果錄入計算機硬盤或軟盤c 接收機內(nèi)存數(shù)據(jù)文件在卸到外存介質(zhì)上時不得進行任何剔除或刪改不得調(diào)用任何對數(shù)據(jù)實施重新加工組合的操作指令d 天線高的量取安置好儀器后觀測員應(yīng)在各觀測時段的前后各量測天線高一次量至毫米量取時由標石或其他標志或者地面點中心頂端量至天線中部即天線上部與下部的中縫圖31量取天線高示意圖采用下面公式計算天線高 41其中——標石或其它標志中心頂端到天線下沿所量的斜距即為觀測員用鋼卷尺由地面中心位置量至天線邊緣的斜距 天線半徑天線相位中心為準99mm 天線相位中心至天線中部的距離13mm所算即為天線高理論計算值兩次量測的結(jié)果之差不應(yīng)超過3mm并取其平均值采用注意實際輸入儀器天線高時要求輸入即用鋼卷尺由地面中心位置量至天線邊緣的斜距⑷ 退出數(shù)據(jù)記錄① 退回到主界面然后長按PWR鍵關(guān)機② 在任