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1、GPS测量原理及其应用第一章绪论一：全球导航卫星系统 GNSS美国的GPS系统，俄罗斯的GLONASS系统，欧盟的伽利 略(GALILEO )系统和中国的北斗二号卫星导航定位系统。二: GPS系统组成合各部分的作用包括三大部分：空间部分一一GPS卫星星座；地面控制部分地面监控系统；用户设备部分一一 GPS信号接收机。GPS工作卫星及其星座的作用：1) 提供星历和时间信息2) 发射伪距和载表信息，提供其他辅助信息地面监控系统的作用：1) 监测卫星是否正常工作2) 跟踪计算卫星的轨道参数并发送给卫星3) 保持各颗卫星时间同步GPS接收机的作用：接受GPS卫星发射的无线电信号，获得必要的信息并经数据
2、处理完成定位工作。三：GPS系统的特点定位精度高；观测时间段；测站间无需通视；可提供三维坐标；操作简便；全天候作业；功能多、应用广第二章 坐标系统和时间系统各时间系统的应用1）恒星时：以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所定义的 时间系统为恒星时系统。恒星时在天文学中有着广泛的应用。2）平太阳时 MT:以平太阳为参考点，由平太阳的周日视运动所定义的时间系统为平太阳时系统，平太阳时与日常生活中使用的时间系统是一致的。3）世界时UT :以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时定义为 世界时UT，用于天球坐标系与地球坐标系之间的转换计算。4）原子时：这一时间尺度被广泛用于动力学作为时间单位。5）协调世
3、界时：既保持时间尺度的均匀性，又能近似地反映地 球自转的变化。第三章卫星运动基础及GPS卫星星历一：人造卫星所受的作用力有地球对卫星的引力，太阳、月 亮对卫星的引力，大气阻力，太阳光压，地球潮汐力等。二体问 题是忽略所有的摄动力，仅考虑地球质心引力研究卫星相对于地 球的运动，在天体力学中，称之为二体运动。二: GPS卫星星历分为预报星历和后处理星历。三：GPS卫星广播星历预报参数（p40）第四章GPS卫星的导航电文和卫星信号一: GPS卫星的导航电文（简称卫星电文）是用户用来定位和导航的数据基础。 它主要包括：卫星星历、 时钟改正、电离层时延改正、工作状态信息以及C/A码转换到捕 获P码的信息
4、。二：遥测码，转换码第一数据快，第二数据块，第三数据块 主要应用及内容遥测码位于各子帧的开头，它用来表明卫星注入数据状态；转换码位于每个子帧的第二个字码， 其作用是提供帮助用户 从捕获的C/A码转换到捕获P码的Z计数；第一数据块位于第1子帧的第310字码，它的主要内容包 括：标识码，时延差改正星期序号卫星的健康状况数据 龄期卫星时钟改正系数等；第二数据块包含第2和第3子帧，其内容表示 GPS卫星的 星历，这些数据位用户提供了有关计算卫星运动位置的信息；第三数据块包括第4和第5两个子帧，其内容包括了所有 GPS卫星的历书数据。三：GPS卫星信号GPS卫星信号是GPS卫星向广大用户发送的用于导航定
5、位 的调制波，它包含有：载波、测距码和数据码。时钟基本频率为 10.23MHz。L1 载波 1575.42MHz、波长 19.032cm ； L2 载波 1227.6MHz、波长24.42cm。GPS卫星的测距码和数据码是采用 调相技术调制到载波上的。四：GPS接收机的分类及组成1) 按接收机的用途分类导航型接收机测地型接收机授时型接收机2)按接收机的载波频率分类单频接收机双频接收机接收机主要由GPS接收机天线单元，GPS接收机主机单元 和电源三部分组成。GPS接收机天线有下列几种类型：单板天线四螺旋形天 线微带天线锥形天线 第五章GPS卫星定位基本原理一：整周跳变的修复周跳：如果在跟踪卫星过
6、程中，由于某些原因，如卫星信号 被障碍物挡住而暂时中断，或受无线电信号干扰造成失锁。 这样， 计数器无法连续计数。因此，当信号重新被跟踪后，整周计数就 不正确，但是不到一个整周的相位观测值仍是正确的。这种现象称为周跳。整周跳变的探测与修复:是指探测出在何时发生了周跳并求 出丢失的整周跳，对中断后的整周记数进行改正 ，将其恢复为正 确的计数，使这部分观测值仍可使用。二: GPS色对定位和相对定位静态绝对定位：接收机天线处于静止状态下， 确定观测站坐 标的方法称为静态绝对定位。相对定位是用两台接收机分别安置在基线的两端，同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点的相对位置或基线向量。三：观测值的线性
7、组合常用的求一次差是在接收机间求一次差， 常用的求二次差是 在接收机间求一次差后再在卫星间求二次差， 常用的求三次差是 在接收机、卫星和历元之间求三次差。四：差分GPS定位原理原理：根据基准站已知精密坐标， 计算出基准站到卫星的距 离改正数，并由基准站实时地将这一改正数发送过去。用户接收机在进行GPS观测的同时，也接受到基准站的改正数，并对其 定位结果进行改正，从而提高定位精度。单站差分按基准站发送的信息方式来分，可分为位置差分、 伪距差分和载波相位差分三种。位置差分原理和伪距差分的原理（略）五: GPS差分系统（LADGPS）局部区域GPS差分系统：在局部区域中应用差分 GPS技术， 应该在
8、区域中布设一个差分 GPS网，该网由若干个差分 GPS基 准站组成，通常还包含一个或数个监控站。广域差分的概念：广域差分 GPS的基本思想是对 GPS观测 值的误差源加以区分，并单独对每一种误差源分别加以“模型 化”然后将计算出的每一误差源的数值，通过数据链传输给用 户，以对用户GPS定位的误差加以改正，达到削弱这些误差源， 改善用户GPS定位精度的目的。第六章GPS卫星导航GPS动态定位方法：单点动态定位，实时差分动态定位，后处理差分动态定位第七章GPS测量的误差来源及其影响一：GPS测量误差的分类1卫星部分星历误差钟误差相对论误差2、信号传播电离层对流层多路径效应 3、信号接收钟的误差位
9、置误差天线相位中心变化 4、其他影响地球潮汐负荷潮二：减弱电离层影响的措施（1）利用双频观测（2）利用电离层改正模型加以修正（3） 利用同步观测值求差三：减弱对流层折射改正残差影响的主要措施（1）采用对流层模型加以改正（2）引入描述对流层影响的 附加待估参数，在数据处理中一并求得（3）利用同步观测量求差（4）利用水汽辐射计直接测定信号传播的影响四：多路径误差在GPS测量中，如果测站周围的反射物所反射的卫星信号（反射波）进入接收机天线，这就将和直接来自卫星的信号（直 接拨）产生干涉，从而使观测值偏离真值产生所谓的“多路径误 差”消弱多路径误差的方法：（1）选择合适的站址，（2）对接 收机天线的要
10、求五：卫星星历误差由星历所给出的卫星在空间的位置与实际位置之差称为卫星星历误差。解决星历误差的方法：（1）建立自己的卫星跟踪网独立定轨（2）轨道松弛法（3）同步观测值求差六：GPS天线相位中心在垂直方向上偏差的大小，主要与 GPS 天线设计、制造工艺及材料有关，也与观测环境、时间、季节及 气象条件等多种因素有关。第八章GPS测量的设计与实施一:同步观测环：三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环，简称同步环。二: GPS网的图形布设通常有点连式、边连式、网连式及边点混合连接四种基本方式。也有布设成星形连接、附合导线连接、三角锁形连接等。三：GPS测量的外业准备有测区踏勘；资料收
11、集；设备、器 材筹备及人员组织；拟定外业观测计划；设计GPS网与地面网的联测方案；GPS接收机选型及检验；技术设计书编写。GPS测量外业实施包括选点； 标志埋设；观测工作；数据传 输及数据预处理等工作。四：GPS测量的作业模式目前，在GPS接受系统硬件和软件的支持下，较为普遍采用的作业模式主要有静态相对定位、快速静态相对定位、准动态 相对定位和动态相对定位等。五：GPS数据处理的基本流程：数据采集，数据传输，预处理，基线解算，GPS网平差。（每点最好加上几句话描述）六：基线向量解算结果分析对于20km以内的短基线，单频数据通过差分处理可有效地 消除电离层影响，从而确保相对定位结果的精度。P153第九章GPS测量数据处理精确计算各GPS点的正常高H目前主要有GPS水准高程（简 称GPS水准）、GPS重力高程和 GPS三角高程等方法。除以上 三种方法外，还有求转换参数法和整体平差发。第十章GPS应用GPS定位技术以其精确度高、 速度快、费用省、操作简便等 优良特性被广泛应用于大地控制测量中。时至今日，可以说GPS定位技术已完全取代了用常规测角、测距手段建立大地控制网。 我们一般将应用 GPS卫星定位技术建立的控制网叫 GPS网。GPS在各领域中的应用。
