【正文】 說，新北京坐標(biāo)系的成果 實際上就是從 1980 年大地坐標(biāo)系整體平差成果轉(zhuǎn)換而來的。在地心空間大地平直角坐標(biāo)系中用 XD、 YD、 ZD 表示點的位置，地心大地坐標(biāo)系中用 LD、 BD 、 HD 表示點的位置。但地心大地坐標(biāo)系則要涉及橢球的大小和定位。 地心坐標(biāo)系的表述形式 地心直角坐標(biāo)系和地心大地坐標(biāo)系。于 1984 年，經(jīng)過多年修正和完善，發(fā)展了一種新的更為精確的世界大地坐標(biāo)系，稱之為美國國防部 1984 年世界大地坐標(biāo)系，簡稱WGS— 84。由于 GPS 導(dǎo)航定位全面采用了 WGS— 84，用戶可以獲 得更高精度陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 7 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)。時間間隔是時間軸上的一個區(qū)間，而時刻則只是指某一點。利用春分點的周時視運動周期來量度地球自轉(zhuǎn)周期而建立的以恒星日為時間單位的時間系統(tǒng)為恒星時系統(tǒng)；以太陽的周日視運動周期來量度地球自轉(zhuǎn)周期而建立的以太陽日為單位的時間系統(tǒng)為太陽時系統(tǒng)；太陽時又分為真太陽時和平太陽時兩種。這里所指的平太陽是以赤道為周年視運動軌道、周期等于真太陽周年視運動周期，速度等于真太陽周年視運動平均速度且速度均勻的假設(shè)的太陽。 衛(wèi)星星歷 衛(wèi)星的星歷就是描述衛(wèi)星運行軌道和狀態(tài)的各種參數(shù)值，它是計算衛(wèi)星瞬時位置陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 8 的依據(jù)。 廣播星歷 衛(wèi)星將地面監(jiān)測站注入的有關(guān)衛(wèi)星軌 道的信息，通過發(fā)射導(dǎo)航電文傳遞給用戶，用戶接收到這些信號進行解碼即可獲得所需要的衛(wèi)星星歷。 實測星歷 一些國家根據(jù)自己的衛(wèi)星跟蹤站觀測資料，經(jīng)過事后處理直接計算的衛(wèi)星星歷，稱為實測星歷。 GPS 衛(wèi)星信號 GPS 衛(wèi)星播發(fā)的信號，包含載波信號、測距碼、數(shù)據(jù)碼等多種信號分量，它能滿足多用戶系統(tǒng)的導(dǎo)航、高精度定位及軍事保密的需要。 GPS 衛(wèi)星信號的產(chǎn)生 如圖： 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 9 測距碼的產(chǎn)生 P碼的周期約 38 星期，實際應(yīng)用中采用 7天為一周期，即在 P(t)=PN1(t) C/A 碼碼率為 ，周期為 1ms，一周期內(nèi)有 1023 個碼位。將這些信息以數(shù)據(jù)，即以二進制碼的形式向用戶發(fā)送，所以導(dǎo)航電文又稱為數(shù)據(jù)碼，即 D碼。 采用增大信號頻帶寬度的辦法，可以降低信噪比，換句話說，可以用很小的發(fā)射功率獲得足夠的信息容量，因而可以實現(xiàn)遙遠的衛(wèi)星通訊。為了確定衛(wèi)星的瞬時位置，必須了解衛(wèi) 星的運動狀態(tài)和運行軌道。這些作用力包括： 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 10 地球重力場對衛(wèi)星的引力，日、月等天體對衛(wèi)星的引力，以及太陽光壓、大氣阻力和地球潮汐力等。 不過在對衛(wèi)星所有的作用力中，地球重力場的引力是最主要的。所以通常就將作用于衛(wèi)星上的各種作用力分成兩種類型：一類是假設(shè)地球為勻質(zhì)球體引力，另一類是攝動力。理想情況下的衛(wèi)星運動是我們的首要研究對象。 理想情況下的衛(wèi)星運動遵守開普勒三大定律 1）開普勒第一定律 — 衛(wèi)星運行的軌道是一個橢圓，地球質(zhì)心位居橢圓的一個焦 點上。 3）開普勒第三定律 — 衛(wèi)星圍繞地球運動的周期的平方與軌道橢圓長半徑的立方 成正比，其比值等于地球引力常數(shù) GM 的倒數(shù)。而要討論衛(wèi)星運行軌道，則離不開描 述衛(wèi)星軌道形狀大小和位置狀態(tài)的一系列參數(shù)，稱為軌道參數(shù)。但是無論如何選擇，必須有利 于下列問題的解決： 1）軌道橢圓的形狀和大小； 2）軌道平面與地球體的相關(guān)位置； 3）軌道橢圓在軌道平面上的方位； 4）衛(wèi)星在軌道上的瞬時位置。 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 11 攝動力對衛(wèi)星運行軌道的影響 衛(wèi)星在運行中，還將受到各種攝動力的影響，其中包括：地球體不規(guī)則及質(zhì)量分 布不均勻而引起的作用力、太陽和月球的引力、太陽的直接與間接輻射壓力、大氣的阻力、地球潮汐的作用力、磁力等。 2）動態(tài)定位：其特點是測定一個動點的實時 位置，多余觀測量少、定位精度低。 根據(jù)定位模式可分為絕對定位和相對定位： 1）絕對定位 : 也叫單點定位，就是采用一臺接受機進行定位的模式，它所確定的是接受機天線在 WGS84 世界大地坐標(biāo)系統(tǒng)中的絕對位置，所以單點定位的結(jié)果也屬于該坐標(biāo)系統(tǒng)。 絕對定位的優(yōu)缺點： 優(yōu)點是只需一臺接受機即可獨立定位，外業(yè)觀測的組織及實施較為方便，數(shù)據(jù)處理也較為簡單。所以該定位模式不能滿足大地測量精密定位的要求。 絕對定位、相對定位與動、靜態(tài)的關(guān)系。其中 靜態(tài)相對定位一般均采用載波相位觀測值為基本觀測量。 根據(jù)獲取定位結(jié)果的時間可分為實時定位和非實時定位： 1）實時定位： 是根據(jù)接收機觀測到的數(shù)據(jù)，實時地解算出接收天線所在的位置 2）非實時定位：又稱后處理定位，它是通過對接收機接收到的數(shù)據(jù)進行后處理以進行定位的方法。根據(jù)測距信號的往、返傳播時間求解出往、返距離 2ρ 。 2）被動式測距：發(fā)射站在規(guī)定的時刻內(nèi)準(zhǔn)確地發(fā)出信號，用戶則根據(jù)自己的時鐘記錄信號到達的時間，根據(jù)時差Δ t 求得單程距離ρ。 根據(jù)定位所采用的不同觀測量。但是，偽距的基本觀測量又區(qū)分為碼相位觀 測（簡稱測碼偽距）和載波相位觀測（簡稱測相偽距）。它的具體內(nèi)容是： 當(dāng)波源與觀測者做相對運動時，觀測者接收到的信號頻率與波源發(fā)射的信號頻率不相同。 根據(jù)多普勒效應(yīng)原理，利用 GPS 衛(wèi)星較高的發(fā)射頻率，由積分多普勒記數(shù)得出偽距差。 2）偽距定位法 偽距定位法是利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)進行導(dǎo)航定位的最基本的方法，其基本原理是：在某一瞬間利用 GPS 接收機同時測定至少四顆衛(wèi)星的偽距，根據(jù)已知的衛(wèi)星位置和偽距觀測值，采用距離交會法求出接收機的三維坐標(biāo)和時鐘改正數(shù)。 3）載波相位測量 載波信號的波長很短， L1 載波信號長為 19cm ， L2 載波信號波長為 。通過測量載波的相位而求得接收機到 GPS衛(wèi)星的距離，是目前大地測量和工程測量中的主要測量方法。它的優(yōu)點是速度快、無多值性問題，利用增加觀測時間可以提高定位精度；缺點是測量定位精度低，但足以滿足部分用戶的需要。它的信號發(fā)射時刻由衛(wèi)星鐘確定，收到時刻是由接收機鐘確定，這就在測定的衛(wèi)星至接收機的距離中，不可避免地包含著兩臺鐘不同步 的誤差和電離層、對流層延遲誤差影響，它并不是衛(wèi)星與接受機之間的實際距離，所以稱之為偽距。 當(dāng)衛(wèi)星發(fā)射機依據(jù)自己的時鐘發(fā)出的含有測距碼的調(diào)制信號，經(jīng)過了時間的傳播后到達地面的接收機，如圖 27，此時接收機收到的測距碼為 U(t?t)。 圖 27 偽距測量原理 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 14 并且通過接收機的時間延遲器進行移相 ，對測距碼和復(fù)制碼作相關(guān)處理，當(dāng)信號之間的自相關(guān)系數(shù)達到最大，即近于 1 時 ,說明在積分間隔 T內(nèi)復(fù)制碼 ，已經(jīng)和測距碼 “ 對齊 ” 。測定各自相關(guān)系數(shù)的工作由接收機鎖相環(huán)路的相關(guān)器和積分器來完成。 偽距定位法是單點定位的基本方法，它的定位速度很快，又無多值性問題，數(shù)據(jù)處理也比較簡捷。 根據(jù)經(jīng)驗，接收機的復(fù)制碼與測距碼的對齊精度約為碼元寬度（或碼的波長）的 1%。 若要提高測站點間的相對位置精度，則可用若干臺接收機同時對相同的衛(wèi)星進行偽距測量，此時衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘的誤差、電離層和對流層折射誤差對同步觀測站的影響基本相同，在求坐標(biāo)差時可以自行消除。 載波相位測量 載波相位測量原理 GPS 接收機所接收到的衛(wèi)星信號中，已用相位調(diào)制技術(shù)在載波上調(diào)制了測距碼和衛(wèi)星導(dǎo)航電文，所以載波已不再連續(xù)。衛(wèi)星信號的解調(diào)可采用兩種方法，一種是碼相關(guān)法 ，第二種是平方法。與此同時，接收機的本機振蕩器又能產(chǎn)生一個頻率和初相均與衛(wèi)星載波信號相同的基準(zhǔn)信號，其相位就等于衛(wèi)星載波信號的相位。并且多余參數(shù)在觀測期間隨時間變化，給平差計算帶來麻煩。 第三章 GPS 測量作業(yè)的技術(shù)要求 第一節(jié) 作業(yè)選點依據(jù) GPS 網(wǎng)精度類級 各級 GPS網(wǎng)的定位精度，可按相鄰間基線向量的中誤差來衡量： 式中： m。 各級 GPS網(wǎng)最后結(jié)果的水平分量的中誤差，不得超過 下 表的規(guī)定。 GPS網(wǎng)的布設(shè) 1） 所選點位要便于低等級常規(guī)測量的使用，每一個 GPS 點應(yīng)與兩個或兩個以上的控制點通視，困難情況下 也至少保持與相鄰一個控制點通視，否則，需埋設(shè)方位樁，且用 GPS 聯(lián)測。 3） GPS 網(wǎng)點中各同步邊應(yīng)盡可能構(gòu)成若干個閉合環(huán)，在完成各邊的平差后，可檢驗閉合差是否滿足相應(yīng)等級要求。 4） 考慮將測區(qū)內(nèi)原有的國家或地方測設(shè)的三角點進行聯(lián)測，有利于兩系統(tǒng)成果的變換，聯(lián)測點應(yīng)盡量均勻分布在 整個測區(qū)的里面和外圍。 網(wǎng)的基準(zhǔn) 在全球定位系統(tǒng)中，衛(wèi)星主要視作位置已知的高空觀測目標(biāo)?，F(xiàn)在全球定位系統(tǒng)采用的 WGS— 84 坐標(biāo)系統(tǒng)，是一個精確的全球大坤坐標(biāo)系統(tǒng)。通常在工程測量中，還往往采用獨立的施工坐標(biāo) 系。通過與已知點聯(lián)測， NEG9600GPS數(shù)據(jù)處理軟件可以很方便地實現(xiàn) WGS8北京 54 坐標(biāo)系，西安 80坐標(biāo)系中的空間直角坐標(biāo)、大地坐標(biāo)及高斯平面直角坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換。 按技術(shù)設(shè)計書（或大綱）要求，進行 GPS 控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計。點位應(yīng)有利于采用其他測量方法擴展和聯(lián)測。 2）點位應(yīng)選在基礎(chǔ)穩(wěn)定，并已于長期保存的地點。的成片障礙物，否則應(yīng)繪制點位環(huán)視圖。點位距大功率無線電發(fā)射元（如電視臺、微波站等）的距離應(yīng)不小于 400m；局 220kv 以上電力線路的距離不小于 50m。 6） GPS 控制點需要設(shè)方位點時，其目標(biāo)應(yīng)明顯，便于觀測；與 GPS 點的距離不陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 18 以小于 500m，且與路線垂直。當(dāng)新點同原有點重合時，應(yīng)采用原有點名。 8）選定的點名應(yīng)標(biāo)注于 1： 10000 或 1： 50000 的地形圖上，并繪制 GPS 控制網(wǎng)選點圖，填寫 GPS點之記，點之記格式見附錄 GPS 點之記 太古高速公路西山隧道施工控制網(wǎng) 點名 TG03 標(biāo)石類型 觀測墩 所在地 位于東社街辦棗尖梁村西 ,鐵路西北 米處山梁上。 本 點 有 關(guān) 方 向 點 位 略 圖 埋石斷面積類型圖 選點 情況 單位 山西元圖測繪有限公司 選點員 段繼平 日期 2021 年 8月 28 日 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 19 是否需要聯(lián)測高程 建議聯(lián)測等級 埋石情況 單位 山西元圖測繪有限公司 埋石員 田永忠 日期 2021 年 9 月 1 日 保管人及地址 備注 調(diào)制： 校核： 埋石 1）各級 GPS 點的標(biāo)石均應(yīng)設(shè)有中心標(biāo)志。標(biāo)石表面應(yīng)有 GPS 點名及施測單位名稱。埋設(shè)時坑底應(yīng)埋設(shè)沙石并搗固密實，或現(xiàn)澆 20m 厚的混凝土。 3） GPS 點位于山區(qū)巖石地段時，可利用基巖鑿成坑穴，埋入中心標(biāo)志并澆灌混凝土。 4） GPS 點位于耕作地區(qū)時，應(yīng)埋設(shè)于非耕種地上，并露出地面少許；當(dāng)必須埋設(shè)于耕地時，標(biāo)石頂端應(yīng)埋設(shè)于耕種表土層以下。 5） GPS 點位于沙區(qū) 或土層疏松地區(qū)，應(yīng)適當(dāng)增大標(biāo)石尺寸和基坑底層現(xiàn)澆混凝土的面積與厚度。 7）利用原有平面控制點時，應(yīng)確定該點標(biāo)石完好，并符合同級 GPS 點觀測與埋石要求，且能長期保存。 9）所有 GPS 點在埋石處應(yīng)設(shè)置明顯的指向標(biāo)志，并現(xiàn)場繪制交通路線略圖，填寫點之記。 ) ≥ 15 ≥ 15 ≥ 15 ≥ 15 數(shù)據(jù)采集間隔（ s） ≥ 15 ≥ 15 ≥ 15 ≥ 15 觀測時間 靜態(tài)定位（ min） ≥ 90 ≥ 60 ≥ 45 ≥ 40 快速定位(min) ≥ 20 ≥ 15 ≥ 10 點位 幾何圖形 強度因 子（ GDOP） ≤ 6 ≤ 6 ≤ 8 ≤ 8 重復(fù)測量的最少基線（ %） ≥ 5 ≥ 5 ≥ 5 ≥ 5 施測時段數(shù) ≥ 2 ≥ 2 ≥ 1 ≥ 1 有效觀測衛(wèi)星總數(shù) 6 6 4 4 觀測計劃 1）進入觀測區(qū)前，應(yīng)事先編制 GPS 衛(wèi)星可見性預(yù)報表。 2）觀測作業(yè)前，應(yīng)根據(jù)接收機臺數(shù)、 GPS 圖形、衛(wèi)星可見性預(yù)報表編制觀測計劃。 3）觀測作業(yè)后，應(yīng)及時繪制聯(lián)測草圖以備后續(xù)作業(yè)調(diào)度使用。 級 別 項 目 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計說明書 21 2）觀測人員必須按照 GPS 接收機操作手冊的規(guī)定進行觀測作業(yè)。 4）天線安置在標(biāo)上時，應(yīng)將標(biāo)志中心投影至基板上，然后在基板上對中整平。 5）每時段觀測應(yīng)在測前、測后分別量取天線高。 6）觀測時應(yīng)防止人員或其他物體觸動天線或擋住信號。當(dāng)接收或存儲出現(xiàn)異常時，應(yīng)隨時進行調(diào)整，必要時應(yīng)及時通知其他接收機以調(diào)整觀測計劃。觀測手簿的格式見表 3