【正文】 ....................................................................65第三篇 中英文互譯外文資 料 ..............................................................................................................................................71中文翻譯 ..............................................................................................................................................76參考文獻 ..................................................................................................................................................81致 謝 .......................................................................................................................................................82太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院————畢業(yè)設(shè)計說明書1第一篇 GPS 定位系統(tǒng)在工程控制測量中的應(yīng)用第一章 緒論第一節(jié) GPS 全球定位系統(tǒng)的概念一、概念GPS（Global Positioning System)全球定位系統(tǒng)是美國從上世紀 70 年代開始研制，歷時 20 年，耗資 200 億美元并在 1994 年投入使用的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。其應(yīng)用技術(shù)已遍及國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。和子午儀系統(tǒng)一樣，全球定位系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機三大部分組成。21+3 顆衛(wèi)星均為近圓形軌道，運行周期約為 11 小時 58 分，分布在六個軌道面上（每軌道面四顆） ，軌道傾角為 55 度。這就提供了在時間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰?。特別是在測量領(lǐng)域. 二 GPS 系統(tǒng)測量的技術(shù)特點相對于常規(guī)的測量方法來講，GPS 測量有以下特點：1 測站之間無需通視。GPS 這一特點，使得選點更加靈活方便。2 定位精度高。大量實驗證明，在小于 50 公里的基線上，其相對定位精度可達 12106，而在 100～500 公里的基線上可達 106～107。觀測時間短采用 GPS 布設(shè)控制網(wǎng)時每個測站上的觀測時間一般在太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院————畢業(yè)設(shè)計說明書230～太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院————畢業(yè)設(shè)計說明書340min 左右，采用快速靜態(tài)定位方法，觀測時間更短。GPS 測量在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。GPS 可同時精確測定測站點的三維坐標。GPS 測量的自動化程度很高。而其它觀測工作如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測等均由儀器自動完成。GPS 觀測可在任何地點，任何時間連續(xù)地進行，不受陰天黑夜、起霧刮風(fēng)、下雨下雪等氣候的影響。由于 GPS 具有全天候、高精度、自動化、高效益的特點，特別是隨著 GPS系統(tǒng)的不斷改進，軟、硬件的不斷完善以及美國終止降低民用 GPS 接收機精度的作法，應(yīng)用領(lǐng)域得到不斷地開拓，目前已遍及國民經(jīng)濟各個部門，并開始進入人們的日常生活。國家 A 級和 B 級 GPS 大地控制網(wǎng)分別于 1996 年和 1997 年建成并交付使用，A 級網(wǎng)，30 個點組成，其水平方向的重復(fù)精度達 210－8， ，垂直方向不低于 710－8。國家 A、B 級網(wǎng)以其特有的高精度把我國傳統(tǒng)大地網(wǎng)進行了全面改善和加強，從而克服了傳統(tǒng)大地網(wǎng)的精度不均勻，系統(tǒng)誤差較大等傳統(tǒng)測量手段不可避免缺點，這一高精度三維空間大地坐標系的建成將為我國 21太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院————畢業(yè)設(shè)計說明書4世紀前 10太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院————畢業(yè)設(shè)計說明書5年的經(jīng)濟和社會持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)測繪保障。為了在測繪領(lǐng)域充分利用這一新技術(shù)，國家測繪局專門頒布了《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》 。常規(guī)方法通常是先布設(shè)或加密控制點，然后依據(jù)這些點，測定地物點和地形點在圖上的位置并按照一定的規(guī)律和符號繪制成平面圖。由于它不需要逐級布網(wǎng)加密，在測區(qū)只需少量的控制點即可。在工程變形監(jiān)測中的應(yīng)用：我國正處在全面基礎(chǔ)建設(shè)中，尤其是西部大開發(fā)，大型、特大型工程不斷涌現(xiàn)，為了這些工程的正常、安全地運行，必須對它進行變形監(jiān)測和安全預(yù)報，工程變形監(jiān)測通常要達到毫米或亞毫米級的精度，武漢測繪科技大學(xué)做了這方面的試驗，試驗結(jié)果證明 GPS 定位技術(shù)用于各種工程變形監(jiān)測是可行的。在資源勘察方面的應(yīng)用：礦產(chǎn)資源勘查、礦區(qū)范圍的劃定、礦體規(guī)模的測定等都需要進行定點測量。這樣做不但工作量大，浪費大量的人力、物力，且測量結(jié)果精度還較低。另外，在航空攝影測量、海洋測量、山體滑波監(jiān)測、運載工具導(dǎo)航和管制、地殼運動監(jiān)測、地球動力學(xué)研究等領(lǐng)域均得到了成功的應(yīng)用。要在生產(chǎn)制造衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模和數(shù)量上進入世界前列。其中導(dǎo)航運營服務(wù)產(chǎn)值將超過 20 億元。產(chǎn)品出口將占國產(chǎn)總量的 10%，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的芯片組、嵌入式軟件及專用數(shù)據(jù)將批量投放市場。汽車導(dǎo)航產(chǎn)品將進入市場/成為 GOS 最大的消費市場，同時帶動導(dǎo)航電子地圖的生產(chǎn)和經(jīng)銷。它們對我國的汽車導(dǎo)航市場抱有厚望，無疑源于對我國衛(wèi)星導(dǎo)航市場的看好。但是，后來的應(yīng)用開發(fā)表明，GPS 系統(tǒng)不僅能夠達到上述目的，而且用 GPS 衛(wèi)星發(fā)來的導(dǎo)航定位信號能夠進行厘米級甚至毫米級精度的靜態(tài)相對定位，米級至亞米級精度的動態(tài)定位，亞米級至厘米級 精度的速度測量和毫微秒級精度的時間測量。 1. GPS 系統(tǒng)用途廣泛 用 GPS 信號可以進行海、空和陸地的導(dǎo)航，導(dǎo)彈的制導(dǎo)，大地測量和工程測量的精密定位， 時間的傳遞和速度的測量等。用于測定航空航天攝影瞬間的 相機位置，實現(xiàn)僅有少量地面控制或無地面控制的航測快速成圖，導(dǎo)致地理信息系統(tǒng)、全球 環(huán)境遙感監(jiān)測的技術(shù)革命。INMARSAT 等系統(tǒng)都具備了導(dǎo)航定位功能，形成了多元化的空間資源環(huán)境。世界才可進入將衛(wèi)星導(dǎo)航作為單一導(dǎo)航手段的最高應(yīng)用境界。 總之，由于多元化空間資源環(huán)境的確立，給 GPS 的發(fā)展應(yīng)用創(chuàng)造了一個前所未有的良好 的國際環(huán)境。美國已將廣域增強系統(tǒng) WAAS（ 即將廣域差分系統(tǒng)中的發(fā)送修正數(shù)據(jù)鏈轉(zhuǎn)為地球同步衛(wèi)星發(fā)送，使地球同步衛(wèi)星也具有 C/A 碼功能，形成廣域 GPS 增強系統(tǒng)）計劃發(fā)展成國際標準。為發(fā)展我國的 GPS 產(chǎn)業(yè)，武漢已經(jīng)成立中國 GPS 工程中心。盡管目前大多數(shù)人還不知道什么是 GPS，但有人預(yù)言， GPS 將改變我們的生活方式。GPS 就像移動電話、傳真機、 計算機互聯(lián)網(wǎng)對我們生活的影響一樣，人們?nèi)粘Ｉ顚㈦x不開它。一、空間部分GPS 系統(tǒng)的空間部分是指 GPS 工作衛(wèi)星星座，其由 24 顆衛(wèi)星組成，其中 21 顆工作衛(wèi)星，3 顆備用衛(wèi)星，均勻分布在 6 個軌道上。各個軌道平面的升交點赤經(jīng)相差 60176。GPS衛(wèi)星的上述時空配置，基本保證了地球上任何地點，在任何時刻均至少可以同時觀測到 4 顆衛(wèi)星，以滿足地面用戶實時全天候精密導(dǎo)航和定位。每顆衛(wèi)星帶有四臺高精度原子鐘，其中 2 臺為銣鐘，2 臺為銫鐘。圖 21 GPS 衛(wèi)星軌道圖二、GPS 地面監(jiān)控部分支持整個系統(tǒng)正常運行的地面設(shè)施稱為地面監(jiān)控部分。主控站擁有以大型計算機為主體的數(shù)據(jù)收集、計算、傳輸、診斷等設(shè)備。22 GPS 系統(tǒng)監(jiān)控站和主控站分布圖主 控 站 監(jiān) 測 站 注 入 站大西洋 太平洋印度洋監(jiān)控站是為主控站編算導(dǎo)航電文提供觀測數(shù)據(jù)，每個監(jiān)測站均用 GPS 信號接收機測量每顆可見衛(wèi)星的偽距和距離差，采集氣象要素等數(shù)據(jù)，并將它們發(fā)送給主控站。3 個注入站分別位于迭哥伽西亞、阿松森群島和卡瓦加蘭。通信和輔助系統(tǒng)是指地面監(jiān)控系統(tǒng)中負責(zé)數(shù)據(jù)傳輸以及提供其他輔助服務(wù)的機構(gòu)和設(shè)施。三、用戶部分主要指 GPS 接收機，此外還包括氣象儀器、計算機、鋼尺等儀器設(shè)備組成。太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)論文10它是一種能夠接收、跟蹤、變換和測量 GPS 衛(wèi)星導(dǎo)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。以下是 GPS 信號接收機的類型： 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） 。 按用途分類（1）測地型接收機：厘米級精度，測后數(shù)據(jù)處理；（2）導(dǎo)航型接收機：米級精度，實時數(shù)據(jù)處理；（3）定時型接收機：專用于時間測定和頻率控制。f2=120=.按所用載波頻率多少，GPS 信號接收機可以分成下列類型：（1）單頻接收機：僅使用第一載波（L1）及其調(diào)制波進行導(dǎo)航定位測量；（2）雙頻接收機：同時使用多個載波及其調(diào)制波進行導(dǎo)航定位測量。一、概述GPS 衛(wèi)星發(fā)射的信號由載波、測距碼和導(dǎo)航電文組成。GPS 衛(wèi)星所用的載波有兩個，由于它們均位于載波 L 波段，故分別稱為 L1 載波和 L2 載波。采用兩個不同頻率載波的主要目的是為了較完善地消除電離層延遲。其測距精度比偽距測量的精度高 23 個數(shù)量級。測距碼是用于測定從衛(wèi)星到接收機間的距離的二進制碼，是由若干個多級反饋移位寄存器所產(chǎn)生的 M 序列經(jīng)平移、截短、求模二和等一系列復(fù)雜處理后形成的。C/A 碼是一種結(jié)構(gòu)公開的明碼，供全世界所有的用戶免費使用。Y 碼的結(jié)構(gòu)是完全保密的，只有美國及其盟國的軍方用戶以及少數(shù)經(jīng)美國政府授權(quán)的用戶才能使用 P 碼。 導(dǎo)航電文導(dǎo)航電文是由 GPS 衛(wèi)星向用戶播發(fā)的一組反映衛(wèi)星在空間位置、衛(wèi)星的工作狀態(tài)、衛(wèi)星鐘的修正參數(shù)、電離層延遲修正參數(shù)等重要數(shù)據(jù)的二進制代碼，也稱數(shù)據(jù)碼（D 碼） 。 二、GPS 信號接收機的組成及原理天線單元它由接收天線和前置放大器兩個部件組成。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：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；能夠接收來自任何方向的衛(wèi)星信號，不產(chǎn)生死角；有防護與屏蔽多路徑效應(yīng)的措施；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。（2） 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。（3） 存儲器太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)論文13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。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(dǎo)航電文解碼軟件；GPS 單點定位軟件。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。當(dāng)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。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。接收用戶輸入信號。并配有一個控制鍵盤。對于導(dǎo)航接收機，有的還配有大顯示屏，在屏幕上直接顯示導(dǎo)航的信息甚至顯示數(shù)字地圖。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。第三節(jié) GPS 衛(wèi)星定位原理太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)論文14一、概述測量學(xué)中有測距交會確定點位的方法。就無線電導(dǎo)航定位來說，設(shè)想在地面上有三個無線電信號發(fā)射臺，其坐標為已知，用戶接收機在某一時刻采用無線電測距的方法分別測得了接收機至三個發(fā)射臺的距離 d1,d2,d3。如果只有兩個無線電發(fā)射臺，則可根據(jù)用戶接收機的概略位置交會出接收機的平面位置。近代衛(wèi)星大地測量中的衛(wèi)星激光測距定位也是應(yīng)用了測距交會定位的原理和方法。如此，可以確定三顆以上衛(wèi)星的空間位置。將無線電信號發(fā)射臺從地面點搬到衛(wèi)星上，組成一顆衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，應(yīng)用無線點測距交會的原理，便可由三個以上地面已知點（控制點）交會出衛(wèi)星的位置，反之利用三顆以上衛(wèi)星的已知空間位置又可交會出地面未知點（用戶接收機）的位置。GPS 衛(wèi)星發(fā)射測距信號和導(dǎo)航電文，導(dǎo)航電文中含有衛(wèi)星的位置信息。如下圖 26，在需要的位置 P 點架設(shè) GPS 接收機，在某一時刻 同時接收了 3 顆（A，B，C）以上的 GPS 衛(wèi)星所發(fā)出的導(dǎo)航電文，通過it一系列數(shù)據(jù)處理和計算可求得該時刻 GPS 接收機至 GPS 衛(wèi)星的距離SAP，SBP，SCP，同樣通過接收衛(wèi)星星歷可獲得該時刻這些衛(wèi)星在空間的位置（三維坐標） ，從而用距離交會的方法求得Ｐ點的三維坐標（Xｐ，Yｐ，Zｐ） ，其數(shù)學(xué)式為：太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院畢業(yè)論文15????22 22PApAPASAXYZ? ?????? ?? ?BBB????22 22PCpCPCSYZ? ?????? ?? ?圖 26 GPS 衛(wèi)星定位示意圖式中：（ ， ， ） ， （ ， ， ） ， （ ， ， ）分別為衛(wèi)星AXYAZBXYBZCXYCZA，B，C 在時刻 的空間直角坐標。在實際使用中需要根據(jù)坐標系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換參數(shù)進行坐標系統(tǒng)的變換，來求出所使用的坐標系統(tǒng)的坐標。在 GPS 定位中，GPS 衛(wèi)星是高速運動的衛(wèi)星，其坐標值隨時間在快速變化著。依據(jù)測距的原理，其定位原理與計算方法主要有偽距法定位，載波相位測量定位以及差分 GPS 定位等。靜