《测绘工程毕业论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《测绘工程毕业论文（60页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、山东科技大学泰山科技学院毕业设计(论文)设计题目：影响GPS定位精度的若干外部条件研究 院(系) 资源与土木工程系 专业班级 测绘工程 设计人 * 学号 0604010418 *年 *月 * 日山东科技大学泰山科技学院学生毕业设计（论文）摘要GPS定位在测量中有很大的应用潜力。近年来，GPS 接收机的小型化、小功耗给其应用于测量提供了有利的条件。在软件方面，GPS 的基线解算、平差也有了很大的发展，这些都促使GPS 在测量中得到了较为广泛的应用。而且随着GPS 定位技术的发展，卫星数的增多更新,目前所用GPS接收机的实际相对定位精度及其稳定性较高，许多厂家生产的GPS 接收机( 如leicaN
2、GSS1200，Trimble 4700等) 可达到B 级以上的定位精度。因此，研究用GPS 布设短基线控制网的精度和缩短观测时段长度的可行性， 有其重要意义。本论文所要研究的内容就是在现有GPS条件下，通过布设短基线控制网，对不同观测方式及不同外界条件下GPS定位结果进行分析，检核GPS所能达到的精度，及对外界条件因素的依赖程度，总结影响精度的原因及解决方法，为实际的生产和研究提供参考依据.关键词：GPS，基线解算，定位精度，相位中心AbstractGPS positioning measurements have great potential. In recent years, GPS
3、receivers of small size, small power consumption to applied to provide favorable conditions for measurement. In terms of software, GPSs baseline, the adjustment has also been greatly developed, which prompted the measurement of GPS has been more widely used. And with GPS positioning technology, sate
4、llite increased the number of updates. Currently used in the actual GPS receiver positioning accuracy and stability of the relative high number of manufacturers of GPS receivers (such as leicaNGSS1200, Trimble 4700, etc.) can reach more than B-level positioning accuracy. Therefore, the study laid a
5、short baseline using GPS control network of the accuracy and feasibility of shortening the length of observation period, has its significance. This paper will study the content is available GPS conditions, short baseline control network through the layout of different observation methods and differe
6、nt external conditions, the results of GPS positioning, check the accuracy of GPS can achieve, and factors on the external conditions dependence, summing up the reasons affecting the accuracy and solution. For the actual production and research references.Key words: GPS, baseline, positioning accura
7、cy, the phase center changes目 录摘要1AbstractII1 GPS 简介11.1 GPS的定义11.2GPS的系统组成11.3 GPS 测量的特点22 GPS定位原理42.1GPS的基本定位原理42.2GPS定位的基本观测量43影响GPS 测量精度的误差73.1 GPS卫星自身误差73.2 与信号传播有关的误差83.3 与接收机有关的误差114 实验内容134.1 研究内容134.2测区概述144.3 观测155 实验数据分析及结论175.1 TGO与南方数据处理软件精度比较175.2 短基线测量定位精度研究185.3 确定GPS天线相位中心的偏差225.4 相
8、同卫星，不（相）同时段的定位精度比较285.5 高度截止角和采样间隔变换引起的基线变化325.6 处理不良历元的重要性验证366结束语39参考文献41致谢43附录44IV山东科技大学泰山科技学院学生毕业设计（论文） 1 GPS 简介1.1 GPS的定义1973年12月，美国国防部批准陆海空三军联合研制一种新的军用卫星导航系统NAVSTARGPS，其英文全称为Navigation by Satellite Timing And Ranging (NAVSTAR) Global Positioning System (GPS)，我们称之为GPS系统【1】。它是一种被动式卫星导航定位系统，能为世界上
9、任何地方，包括空中、陆地、海洋用户，全天候、全时间、连续地提供精确的三维位置、三维速度及时间信息，具有实时性的导航、定位和授时功能。1.2GPS的系统组成GPS系统由GPS卫星星座、地面监控系统和GPS信号接收机三部分组成。GPS卫星星座由24颗卫星组成，这24颗卫星平均高度约为20000km均匀分布在6个轨道平面上。卫星轨道平面相对地球赤道平面的倾角约为55，各轨道平面升交点的赤经相差60，在相邻轨道上，卫星的升交距角相差30。每个轨道上的四颗卫星相互间隔为90，卫星运行周期11小时58分。这样，保证了地面上任何时间、任何地点至少可同时观测到4颗卫星，以便保证定位的精度和可靠性。GPS卫星的
10、作用是接收地面监控系统提供的卫星星历并把卫星星历播发给各种不同的用户。地面监控系统由主控站、注入站和监测站三部分组成.它们主要负责编算GPS卫星星历并将其发射到GPS卫星上，监测GPS卫星的“健康”状态，保持各颗卫星处于同一GPS时间系统。GPS信号接收机的主要任务是接收GPS卫星发射的信号，以获取必要的导航定位信息，完成导航定位工作。当GPS卫星出现在用户视界时，静态定位一般设置高度角在10度或者15度以上，接收机捕获到按该卫星高度截止角所选择的待测卫星，跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号，进行变换、放大和处理并进行记录，而其它高度角低于设置高度角的卫星信号不进行记录，从记录的信息可
11、计算出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发射的导航电文，实时地计算出测站的三维坐标位置以及三维速度和时间。GPS卫星的核心是一个高质量的震荡器即GPS钟，它产生两个相关的波，即L频段的频率分别为1.5754 GHz和1.2276 GHz的Ll，L2波。GPS信息用相位调制技术加载在这两个频段上发射。为了保障美国的利益与安全，限制非经美国特许的用户利用GPS定位的精度，该系统除在设计阶段采取了许多保密措施外，在系统运行中还采取了其它一些措施，来限制用户进行GPS测量的精度。1998年美国副总统戈尔提出了GPS现代化这一概念，GPS现代化包括军事和民用两部分。GPS现代化的
12、民用部分包括3项措施:于2000年5月1日零点取消了SA。在L2频道上增加第二民用码即CA/码，这样有利于提高定位精度和进行电离层改正;增加L5民用频率，这有利于提高民用实时定位的精度和导航的安全性。GPS的现代化，使得GPS在测量中的应用有了新的发展和挑战。1.3 GPS 测量的特点（1）测量精度高，在小于50km 的基线上，其相对定位精度可达ll0，在大于l 000 km 的基线上可达ll0；（2）测站间无需通视，可根据实际需要确定点位，使得选点工作更加灵活方便；（3）观测时间短，静态相对定位每站仅需20min 左右，动态相对定位仅需几秒钟；（4）仪器操作简便，观测人员只需对中、整平、量取
13、天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录。432 GPS定位原理2.1GPS的基本定位原理GPS的基本定位原理是：卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息用户接收到这些信息后经过计算求出接收机的三维位置三维方向以及运动速度和时间信息【3】。全球定位系统(简称GPS)是美国国防部为军事目的建立的，旨在彻底解决海上、空中和陆地运载工具的导航和定位问题。从GPS的提出到1994年建成，经历了20年。到1994年，7颗GPS试验卫星和分布在六根轨道上的24颗(3颗备用)工作卫星已全部升空，目前所有工作卫星均己正常工作，整个系统耗资300亿美元。实践证实，GPS对人类活动影响极大，应用价值极
14、高。它从根本上解决了人类在地球上的导航和定位问题，可以满足各种不同用户的需要。特别是用于精密定位的测地型GPS接收机的出现，给大地测量带来了革命性的变化。2.2GPS定位的基本观测量GPS定位系统由三部分组成，即由GPS卫星组成的空间部分、由若干地面站组成的控制部分和以接收机为主体的广大用户部分。三者有各自独立的功能和作用，但又是有机地配合而缺一不可的整体系统。GPS定位的基本观测量有：码相位伪距观测值、载波相位观测值和积分多普勒观测值【2】。下面简单介绍一下前二种观测值。2.2.1码相位伪距观测值码相位伪距测量是GPS接收机通过测量卫星发射信号与接收机接收到此信号之间的时间差，来求得卫星接收
15、机间的距离【3】: （2-1）式中:为光速。由于卫星钟的误差、接收机钟的误差以及无线电信号经过电离层和对流层中的延迟等，实际测出的距离与卫星到接收机真实距离R有误差。因此，一般称为伪距。2.2.2 载波相位观测值在码相关型接收机中，当GPS接收机锁定卫星载波相位，就可以得到从卫星传到接收机经过延时的载波信号。如果将载波信号与接收机内产生的基准信号比相就可得到载波相位观测值。若接收机内振荡器频率初相位与卫星发射载波初相位完全相同，卫星在0时刻发射信号，经过后于时刻被接收机接收，接收机通道锁定卫星信号，对应的相位差为，又设卫星载波信号于历元时刻的相位为，接收机基准信号在时刻相位为，则有: （2-2）通过鉴相器，卫星到接收机间的相位差可分为个整周相位和不到一个整周相位之和，即: （2-3）卫星到接收机距离为:
