【正文】 太陽的周日視運動周期來量度地球自轉(zhuǎn)周期的以平太陽日為單位時間系統(tǒng)。地球自轉(zhuǎn)一周平太陽視運動的周期為一個平太陽日，世界時就是以平太陽日為基礎(chǔ)的。衛(wèi)星星歷按其來源的不同，可以分為兩種：預(yù)報星歷（廣播星歷）和實測星歷（精密星歷）。即廣播星歷。 我國的GPS衛(wèi)星跟蹤站在“八五”期間已經(jīng)建成，“九五”期間已向國內(nèi)用戶提供服務(wù)。 GPS衛(wèi)星信號的內(nèi)容 GPS衛(wèi)星信號所包含的載波、測距碼（包含P碼、C/A碼）、數(shù)據(jù)碼（導(dǎo)航電文，或稱D碼）都是在同一個基本頻率f0=。PN2(t+ni t)中取某一段周期為7天的P碼，且規(guī)定每星期六午夜零點使P碼置全“1”狀態(tài)作為周期的起始點。 GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文主要包括衛(wèi)星歷、時鐘改正、電離層時延改正、工作狀態(tài)和C/A碼轉(zhuǎn)換到捕獲P碼的信息。 GPS衛(wèi)星信號的傳播GPS采用了信號擴(kuò)頻調(diào)制，把窄帶信號擴(kuò)展到一個很寬的頻帶上發(fā)射出去，以達(dá)到抗干擾、保密和省電的目的。衛(wèi)星的運行以及軌道GPS定位是依GPS衛(wèi)星的已知瞬時位置為起算基準(zhǔn)的。GPS衛(wèi)星的運動，和所有的運動物體一樣，取決于它所受的作用力。這些作用力的情況復(fù)雜多變，所以衛(wèi)星的實際運動狀況和狀態(tài)也就比較復(fù)雜，很難用既精確又簡單的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述。如果將地球重力場的引力視為1，則其他作用力均小于105。 理想情況下的衛(wèi)星運動所謂的理想情況下的衛(wèi)星運動，是將地球視作勻質(zhì)球體，且不顧及其它攝動力的影響，衛(wèi)星只是在地球質(zhì)心引力作用下而運動。這是因為：1）它是衛(wèi)星運動的第一近似描述；2）它是至今唯一能得到的嚴(yán)密分析解的運動；3）它是全部作用力下的衛(wèi)星運動更精確解的基礎(chǔ)。2）開普勒第二定律—衛(wèi)星的地心向徑，在相等的時間內(nèi)所掃過的面積相等。 衛(wèi)星運行的軌道這里仍討論在理想情況下的衛(wèi)星運行軌道。軌道參數(shù)可以有很多，它們的選擇也不是唯一的。只有這些問題得到確定，衛(wèi)星運行的軌道以及衛(wèi)星在軌道上的瞬時位置也才是唯一確定的。第三節(jié) GPS定位方法GPS定位概述 根據(jù)待定點的運動狀態(tài)可分為靜態(tài)定位與動態(tài)定位：1）靜態(tài)定位：由于接受機(jī)的位置固定不動，就可以進(jìn)行大量的重復(fù)觀測，所以靜態(tài)定位可靠性強(qiáng)，定位精度高，在大地測量、工程測量中得到了廣泛的應(yīng)用，是精密定位中的基本模式。目前，導(dǎo)航型的GPS接受機(jī)可以說是一種廣義的動態(tài)定位，它除了要求測定動點的實時位置外，一般還要求測定運動載體的狀態(tài)參數(shù)，如速度、時間和方位等。2）相對定位: 也叫差分定位，是至少用兩臺GPS接收機(jī),同步觀測相同的GPS衛(wèi)星,確定兩臺接收機(jī)天線之間的相對位置(坐標(biāo)差)。缺點是定位精度較低，受衛(wèi)星軌道誤差，鐘同步誤差及信號傳播誤差等因素的影響，精度只能達(dá)到米級。但它在地質(zhì)礦產(chǎn)勘察等低精度的測量領(lǐng)域，仍有著廣泛的應(yīng)用前景。在絕對定位和相對定位中，又都可能包括靜態(tài)定位和動態(tài)定位兩種方式。這種定位方法是當(dāng)前GPS測量定位中精度最高的一種方法，在大地測量、精密工程測量、地球動力學(xué)研究和精密導(dǎo)航等精度要求較高的測量工作中被普遍采用。 根據(jù)用戶接收信號的方式可分為主動式測距和被動式測距：1）主動式測距：用電磁波測距儀發(fā)射測距信號，通過另一端的反射器回來，再由測距儀接受。由于電磁波測距儀需在測站點上主動發(fā)出測距信號，故稱這種測距方式為主動式測距。由于用戶只需被動地接收信號，故稱為被動式測距。前面所述的靜態(tài)定位或動態(tài)定位，所依據(jù)的觀測量都是所測的衛(wèi)星至接收機(jī)天線的偽距。這樣，根據(jù)GPS信號的不同觀測量，可以區(qū)分為四種定位方法:1）多普勒定位法多普勒效應(yīng)是1942年奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的。這種由于波源相對與觀測者運動而引起的信號頻率的移動稱為多普勒頻移，其現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。當(dāng)采用積分多普勒記數(shù)法進(jìn)行測量時，所需觀測時間一般較常（數(shù)小時），同時，在觀測過程中接收機(jī)的震蕩器要求保持高度穩(wěn)定。偽距定位法定一次位的精度并不高，但定位速度快，經(jīng)幾小時的定位也可達(dá)米級的若再增加觀測時間，精度還可以提高。若把載波作為量測信號，對載波進(jìn)行相位測量可以達(dá)到很高的精度。偽距法定位 偽距法定位的原理和測定偽距的方法偽距法定位是利用全球定位系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航定位的最基本方法。前已述及，GPS定位采用的是被動式單程測距。在無線電通訊技術(shù)中，一般將頻率較低的信號調(diào)制到頻率較高的載波上，GPS 衛(wèi)星的測距碼和數(shù)據(jù)碼采用了調(diào)相技術(shù)。而接收機(jī)的偽隨機(jī)噪聲碼發(fā)生器，又產(chǎn)生了一個與衛(wèi)星發(fā)播的測距碼結(jié)構(gòu)完全相同的復(fù)制碼U′(t?t) 。 否則繼續(xù)調(diào)整時間延遲，直至R（t）=max，于是就由時延器測定出兩信號間的時間延遲。在理想的情況下，時延就等于衛(wèi)星信號的傳播時間，此時將乘以光速值c，就可以求得衛(wèi)星至接收機(jī)的距離。由于它的測量信號是衛(wèi)星發(fā)播的測距碼，故測量精度就和測距碼與復(fù)制碼的相關(guān)（對齊）精度有關(guān)，也與測距碼元寬度有關(guān)。對于C/A碼，其碼元寬度約為293m，；對于P碼，比C/A碼的測量精度約高10倍。偽距法進(jìn)行相對定位可以采用兩種辦法：1）間接相對定位，各同步測站分別進(jìn)行單點定位，求得各測站坐標(biāo)，然后相減求得坐標(biāo)差；2）直接相對定位，當(dāng)兩個測站進(jìn)行同步觀測時，產(chǎn)生兩個數(shù)學(xué)式，相減后建立起偽距定位法用于相對定位的數(shù)學(xué)模型，然后解算出坐標(biāo)差。為此要在載波相位測量之前先進(jìn)行解調(diào)，設(shè)法將調(diào)制在載波上的測距碼和衛(wèi)星電文去掉，恢復(fù)載波的相位。如果接收機(jī)在某一時刻跟蹤衛(wèi)星信號，并對恢復(fù)后的載波進(jìn)行相位測量。 載波相位測量差分法在載波相位測量基本方程中，包含著兩類不同的未知數(shù)：一類是必要參數(shù)，如測站的坐標(biāo)；另一類是多余參數(shù)，如衛(wèi)星鐘和接收機(jī)的鐘差、電離層和對流層延遲等。解決這個問題有兩種辦法：一種是找出多余參數(shù)與時空關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，給載波相位測量方程一個約束條件，使多余參數(shù)大幅度減少；另一種更有效、精度更高的辦法是，按一定規(guī)律對載波相位測量值進(jìn)行線性組合，通過求差達(dá)到消除多余參數(shù)的目的。為基線向量中誤差；D為相鄰間距離。GPS測量精度分級AAABCDE固定誤差/mm≤3≤5≤8≤10≤10≤10比例誤差系數(shù)≤≤≤1≤5≤1020≤1020相鄰點最小距離 km30010015521相鄰點最大距離km20001000250401510相鄰點平均距離km10003007015—1010—55—2不同等級GPS網(wǎng)的精度標(biāo)準(zhǔn)等級平均距離/kma/mmb/最弱邊相對中誤差二9≤10≤21／12萬三5≤10≤51／8萬四2≤10≤101／45萬一級1≤10≤101／2萬二級1≤15≤201／1萬注：當(dāng)邊長200m 時，以邊長中誤差20mm 來衡量。2）GPS點間距離應(yīng)按規(guī)范要求設(shè)計，可考慮靈活變動，以便于低等級控制點加密，小間中距相鄰點位應(yīng)進(jìn)行直接聯(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(jìn)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(jìn)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(kuò)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, 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2009 年8月28 日是否需要聯(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2009 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(qiáng)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)6644觀測計劃1）進(jìn)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(jī)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。 2）觀測人員必須按照GPS接收機(jī)操作手冊的規(guī)定進(jìn)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(jìn)行調(diào)整，必要時應(yīng)及時通知其他接收機(jī)以調(diào)整觀測計劃。觀測手簿的格式見表39）每日觀測結(jié)束后，應(yīng)將外業(yè)數(shù)據(jù)文件及時轉(zhuǎn)存到磁盤上，不得作任何剔除或刪改。表3 GPS觀測手簿點名等級觀測者記錄點接收機(jī)名稱接收機(jī)編號定位模式開機(jī)時間h min 關(guān)