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1、第一章1常规测量方法不足(1）测站之间需保持通视(2）无法同时精确确定点的三维坐标(3）观测受气候等条件限制(4）难以避免某些系统误差的影响如地球旁折光、地区性旁折光(5）难以建立地心坐标系2 GPS技术特点（1）观测站之间无需通视（2）定位精度高（3）观测时间短（4）提供三维坐标（5）操作简便（6）全天侯作业3 GPS组成及功能（1） 空间部分GPS卫星星座：提供星历和时间信息，发射伪距和载波信号，提供其他辅助信息。作用如下： 接收地面注入站发送的导航电文和其他信号； 接收地面主控站的命令，修正其在轨运行偏差及启用备用设备等； 连续地向用户发送GPS卫星导航定位信号，并用电文的形式提供卫星的
2、现势位置与其他在轨卫星的概略位置 GPS卫星关键在于卫星的寿命要长，时间精度要高；（2） 地面控制部分地面监控系统：中心控制系统，实现跟踪同步，跟踪卫星进行定轨。地面监控部分由一个主控站，三个注入站和五个监测站组成 主控站的作用 主控站拥有以大型电子计算机为主体的数据收集、计算和传播设备，作用如下：1. 收集数据：收集各监测站获得的伪距和伪距差观测值，卫星时钟、气象参数和工作状态等；2. 数据处理：根据收集到的数据计算各卫星的星历，时钟改正，卫星状态和大气传播改正。并将这些数据按照一定格式编成导航电文，并及时将导航电文传给注入站。导航电文的作用即在于获得卫星的坐标；3. 时间协调： 各测站和G
3、PS卫星的原子钟均应与主控站的原子钟同步，或测出其间的钟差；4. 控制卫星：修正卫星的运行轨道，调用备用卫星更换失效卫星 注入站的作用注入站是无人值守的工作站，设有3.66m的抛物面天线，1台C波段发射机和一台电子计算机；其作用是将主控站编制的导航电文等资料以既定的方式注入到卫星存储器钟，供卫星向用户发射。监控站的作用： 监控站是无人值守的数据采集中心，其位置经精密测定；主要设备包括1台双频接收机，1台高精度原子钟，1台电子计算机和若干台环境数据传感器。作用如下：1.利用接收机获得卫星的位置和工作状况2.利用原子钟获得时间标准 3.利用环境传感器得到当地的气象数据4.然后将算得的伪距、导航数据
4、、气象数据及卫星状态传给主控站；（3）用户设备部分GPS信号接收机：接收并测量卫星信号，记录处理数据，提供导航定位信息。作用如下： 能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并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 以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间 解译出GPS卫星所发出的导航电文 实时的计算出测站的三维坐标位置，甚至三维速度和时间。4 名词解释GPS: Global positioning system-全球定位系统 利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球卫星定位系统，简称GPS。SA: GPS的SA（Selec
5、tive Availability）技术，有选择可用性技术，即人为地将误差引入卫星钟和卫星数据中，故意降低GPS精度。其直接影响是C/A码的精度从原先的20m降低到100m。IGS：国际GPS服务（IGS）机构是由国际大地测量协会（IAG）协调的一个永久性GPS服务机构，成立于1992年。成立之初的英文全名为International GPS service for Geodynamics（国际地球动力学服务机构），缩写为IGS。其目的是为全球科研机构及时提供GPS数据和高精度的星历，以支持世界范围内的地球物理学研究。IGS正式运行于1994年1月。随着IGS的服务范围不断拓宽和支持多学科的科
6、学研究与发展的需要，于1999年1月1日将国际GPS地球动力学服务机构更名为国际GPS服务（International GPS Service）机构，删去了原名中的限定词“地球动力学”（Geodynamics）。更名后的英文缩写仍为IGSGNSS: 是Global Navigation Satellite System的缩写, 全球卫星导航系统.地心地固坐标系（Earth-Centered,Earth-Fixed，简称ECEF）简称地心坐标系，是一种以地心为原点的地固坐标系（也称地球坐标系），是一种笛卡儿坐标系。原点 O (0,0,0)为地球质心，z 轴与地轴平行指向北极点，x 轴指向本初子午
7、线与赤道的交点，y 轴垂直于xOy平面(即东经90度与赤道的交点)构成右手坐标系。空间固定的坐标系 ECI , ECSF： Earth-Centred Inential Coordinate System;Earth-Centred Space-Fixed Coordinate System用来描述卫星（天体）的运行位置和状态极其方便，是根据牛顿引力定律建立的惯性参考坐标系，与地球自转无关第二章1掌握协议天球坐标系和协议地球坐标系的概念 在GPS定位中， 坐标系原点一般取地球质心，而坐标轴的指向具有一定的选择性为了使用上的方便，国际上都通过协议来确定某些全球性坐标系统的坐标轴指向，这种共同确认
8、的坐标系称为协议坐标系。为建立一个与惯性坐标系相接近的坐标系，通常选择某一时刻t0作为标准历元，并将此刻地球的瞬时自转轴（指向北极）和地心至瞬时春分点的方向，经过该瞬时岁差和章动改正后，作为z轴和x轴。 构成的空固坐标系称为所取标准历元的平天球坐标系，或协议天球坐标系，也称协议惯性坐标系。与之相应的地球赤道面称为平赤道面或协议赤道面。至今仍采用CIO作为协议地极（conventional Terrestrial PoleCTP）；以协议地极为基准点的地球坐标系称为协议地球坐标系。2掌握协议天球坐标系到协议地球坐标系的转换 根据协议地球坐标系和协议天球坐标系的定义可知：（1）两坐标系的原点均位于
9、地球的质心，故其原点位置相同（2）瞬时天球坐标系的z轴与瞬时地球坐标系的Z轴指向相同（3）两瞬时坐标系x轴与X轴的指向不同，其间夹角为春分点的格林尼治恒星时。二者的转换过程如下：3了解什么是岁差、章动和极移地球接近于一个赤道隆起的椭球体，在日月和其它天体引力对地球隆起部分的作用下，地球在绕太阳运行时，自转轴方向不再保持不变，使春分点在黄道上产生缓慢西移，此现象在天文学上称为岁差。在日月引力等因素的影响下，瞬时北天极将绕瞬时平北天极产生旋转，轨迹大致为椭圆。这种现象称为章动。地球自转轴相对于地球体的位置不是固定的，地极点在地球表面上的位置随时间而变化的现象称为极移。4 WGS-84大地坐标系几何
10、意义：原点位于地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极(CTP)方向，X轴指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z，X轴构成右手坐标系。对应WGS-84大地坐标系有WGS-84椭球。5了解时间系统的分类，几种时间系统之间的关系在实践中，因所选择的周期运动现象不同，便产生了不同的时间系统。在GPS定位中，具有重要意义的时间系统包括世界时系统、力学时和原子时三种。分类：（1）世界时系统（恒星时ST、平太阳时、世界时UT0, UT1, UT2）（2）力学时DT（太阳系质心力学时TDB、地球质心力学时TDT）（3）原子时（国际原子时IAT、协调世界时UTC、GPST ）
11、关系：（1）原子时的原点为AT=UT2-0.0039s（2）原子时（IAT）零时与地球质心力学时的严格关系如下： TDT=IAT+32.184S（3）若以DT表示地球质心力学时TDT与世界时UT1之间的时差，则可得： DT=TDT-UT1=IAT-UT1+32.184S（4）协调时与国际原子时的关系定义为：IAT=UTC+1S n ；n为调整参数，由IERS发布。（5）GPS时与协调时之间关系 GPST=UTC+ 1S n-19s6国际原子时不同的地方原子时之间存在差异，为此，国际上大约100座原子钟，通过相互比对，经数据处理推算出统一的原子时系统，称为国际原子时（International
12、Atomic TimeIAT）7掌握UTC和GPST的含义在进行大地天文测量、天文导航和空间飞行器的跟踪定位时，仍然需要以地球自转为基础的世界时。但由于地球自转速度有长期变慢的趋势，近20年，世界时每年比原子时慢约1秒，且两者之差逐年积累。为避免发播的原子时与世界时之间产生过大偏差，从1972年采用了一种以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的一种折衷时间系统，称为世界协调时或协调时。 为精密导航和测量需要，全球定位系统建立了专用的时间系统，由GPS主控站的原子钟控制。GPS时属于原子时系统，秒长与原子时相同，但与国际原子时的原点不同，即GPST与IAT在任一瞬间均有一常量偏差。IAT-
13、GPST = 19sGPS时与协调时的时刻，规定在1980年1月6日0时一致，随着时间的积累，两者的差异将表现为秒的整数倍。GPS时与协调时之间关系 GPST=UTC+ 1S n-19s，到1987年，调整参数n为23，两系统之差为4秒，到1992年调整参数为26，两系统之差已达7秒。第三章1开普勒轨道六参数（1） as为轨道的长半径（2）es为轨道椭圆偏心率以上这两个参数确定了开普勒椭圆的形状和大小。 （3）W为升交点赤经：即地球赤道面上升交点与春分点之间的地心夹角。（4）i为轨道面倾角：即卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角。以上这两个参数唯一地确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定向。（5
14、）ws为近地点角距：在轨道平面上，升交点与近地点之间的地心夹角，表达了开普勒椭圆在轨道平面上的定向。（6）fs为卫星的真近点角：即轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距。该参数为时间的函数，确定卫星在轨道上的瞬时位置。由上述6个参数所构成的坐标系统称为轨道坐标系，广泛用于描述卫星运动。2无摄运动和受摄运动的含义引力分两类：第一类是地球质心引力（中心引力）:密度均匀或由无限多密度均匀的同心球层所构成的圆球。称之为二体问题。 第二类摄动力（非中心引力）:非球形对称的地球引力，日、月引力,大气阻力,太阳光压,地球潮汐力(各项作用力均小于10-5 )。通常称考虑了摄动力作用的卫星运动为卫星的受摄运动。在
15、摄动力的作用下的卫星运动称为受摄运动 。真近点角的计算：计算真近点角fs计算平均角速度 加上导航电文给出的摄动改正数 得卫星运行的平均角速度为3 GPS卫星星历卫星星历是描述卫星运动轨道的信息，是一组对应某一时刻的轨道根数及其变率。根据卫星星历可以计算出任一时刻的卫星位置及其速度，精密的轨道信息是精密定位的基础。分为预报星历和后处理星历。（一）预报星历是通过卫星发射的含有轨道信息的导航电文，传递给用户，经解码获得所需的卫星星历，也称广播星历，包括：（1）相对某一参考历元的开普勒轨道参数（2）必要的轨道摄动项改正参数，即参考星历（参考历元的卫星开普勒轨道参数称为参考星历，是根据GPS监测站约1周的监测资料推算的。）GPS用户通过卫星广播星历可以获得的有关卫星星历参数共17个：1个参考时刻,1个星历数据龄期、6个相应参考时刻的开普勒轨道参数、9个反映摄动力影响的参数 。注：RINEX格式：与接收机无关的数据交换格式内容：观测值、星历（导航信息）、气象数据特点：通用性强，已成为事实上的标准；利于多种型号的接收机联合作业；大多数软件能够处理（二）后处理星历是一些国家的某些部门根据各自建立的跟踪站所获得的精密观测资料，应用与确定预报星历相似的方法，计算的卫
