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1、. . . . 目 录第一章 概 述.1第二章 静态GPS的基本原理.3 第一节 静态GPS的组成情况.3 第二节 美国的限制性政策与用户的措施.5 第三节 GPS相对定位原理.7第三章 NGS-200型GPS接收机简介.10第一节 NGS-200型GPS接收机的系统组成10第二节 性能与指标.11第四章 用静态GPS进行控制测量.12第一节概 述. 12第二节 GPS网的优化设计.13第三节 选点.18第四节 观测工作.19第五节 数据处理.20第五章 GPS测量的误差来源与其影响.33第一节 GPS测量误差分类.33第二节 消除、削弱误差影响的措施39后 记.41参考文献.41第一章 概
2、述 全球定位系统（Global Positioning systemGPS），是随着现代科学技术的迅速发展，而建立起来的新一代精密卫星定位系统。1957年10月，世界上第一颗人造卫星的成功发射，使得空间科学得以迅速发展，人类进入了一个崭新的时代。为了满足军事部门和民用部门，对连续实时和三维导航的迫切要求，1973年美国国防部便开始组织海路空三军，共同研究建立了新一代卫星系统的计划。这就是目前所称的“授时与测距导航系统/全球定位系统”（Navigation System Timing and Ranging/Global Positioning System-NAVSTAR/GPS），通常称为“
3、全球定位系统”（GPS）。该系统是由美国国防部出资100亿元开发的一种无线电导航系统，具有高精度、全天候、全球覆盖能力，将于本世纪末取代所有的其他无线电导航系统。现在GPS系统的全部24颗卫星已部署完毕，整个系统已投入运行，美国政府已应允，GPS系统将在相当长的一段时间里免费供全世界的用户使用。 正如人们所说：“GPS的应用，仅受人们的想象力制约。”GPS自问世以来，已充分显示了其在无线电导航、定位领域的霸主地位。海湾战争中，GPS为美国与其盟军以极少的代价，在短的时间里取得胜利起到了重要作用。许多民用领域也由于GPS的出现而产生了革命性变化：目前，GPS不仅在美国与其盟军的军队中广泛用于导航
4、定位，几乎所有的用户，都被GPS的高精度、全天候、全球覆盖能力、方便灵活、质优价廉所吸引。GPS现已广泛用于航空航海测量、测量、遥感、石油勘探、地震测量、野外救生、探险、防火等领域。 我国的GPS应用发展势头猛进，在短短几年，GPS在我国的应用以由少数的几家科研单位和军用部门扩展到民用领域，GPS的广泛应用已改变了人类的生活方式，提高了工作效率，带来了巨大的经济效益。可以说GPS应用前景是广泛的，市场是巨大的。对于经典的测量技术来说，用GPS进行测量的主要特点如下：l 观测站之间无须通视。既要保持良好的通视，又要有良好的网形，这一直是在经典测量中实践上难以实现的困难之一。用GPS测量不要求测站
5、之间相互通视，所以不再需要建标，这一技术可大大减少所需的人力和物力，同时也使点位的选择变的灵活l 定位精度高。具有关资料显示，目前在小于50km的基线上，其相对精度可达1-2ppm。l 观测时间短。目前，利用经典的静态定位方法，完成一条基线的观测时间根据精度的不同要求，一般需要1-3个小时而现在的快速定位方法的观测时间仅需几分钟。l 提供三维坐标。GPS测量，在精确测定观测站平面位置的同时，还可以精确测定观测站的高程。l 操作简便。GPS测量的自动化很高。在观测中测量员的工作只是安装并开关仪器、量取仪器高等简单工作，大大简化了工作程序。l 全天候作业。GPS的测量工作可以在任何时间、任何地点进
6、行观测，不受天气的影响GPS系统的广泛应用，不仅吸引着一些不同行业科学家们的热心研究和开发，而且激起了GPS信号接受机制造商们激烈竞争。对于世界各国的广大用户而言，使用GPS信号的关键设备是能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收机，称之为GPS信号接受机。它已经成为一些电子仪器和测量仪器生产厂家竟相生产的高技术电子产品。目前国际上约有53个厂家生产着172种用途广泛的GPS信号接受机。但由于我国的技术水平很难达到外国的先进水平，所以一直以来在我国测量行业中所使用的都是外国品牌的接收机，基于此点作为一家专业的测绘仪器公司，南方公司以振兴测绘民族工业、 创世界品牌为己任于1995年向广大用户推
7、出了可与世界知名品牌相抗衡的自己的产品南方系列GPS，五年来经过南方公司和各界测绘同人的共同努力，南方系列GPS产品已经逐渐走向成熟，现已占领中国市场的60%-70%，并以出口到欧美和新加坡等地。第二章 静态GPS的基本原理第一节GPS的组成情况全球定位系统主要有三大组成部分，即空间星座部分、地面监控部分和用户部分。（见图2-1）空间部分：24颗 星广播L1，L2，卫 星轨道，时间数据与辅助资料信息监控部分：中央控制系统时间同步跟踪卫星定轨用户部分：接收设备接收卫星信号图2-1 全球定位系统（GPS）构成示意图1空间星座部分全球定位系统的空间卫星星座，由24颗卫星组成，其中包括3颗备用卫星。卫
8、星分布在6个轨道面上，每个轨道面上分布着4颗卫星。GPS卫星在空间上的分布，保证了在地球上任何地点、任何时刻均至少可以同时观测到4颗卫星，加之卫星信号的传播和接收不受天气的影响，因此GPS是一种全天候、全球性的连续实时定位系统。卫星轨道面相对地球赤道面的倾角为55度，各轨道平面升交点的赤经相差60度，在相邻轨道上，卫星的升l交距角相差30度。轨道平均高度约为20200KM，卫星运行周期11小时58分。迄今，GPS卫星已设计了三代，分别为BlockI，BlockII和BlockIII（见表21）。GPS卫星区分数量发射时间用途第一代BlockI1119781985系统实验第二代BlockII28
9、19881994正式工作第三代BlockIII90年代改善GPS表21GPS卫星的基本功能是l 接收和储存由地面监控站发来的导航信息，接收并执行监控站的控制命令；l 卫星上设有微处理机，进行部分必要得数据处理；l 通过星载的高精度时钟来提供精确的时间标准；l 向用户发送定位信息；l 在地面监控的指令下，通过推进器调整卫星的姿态和启用备用卫星。2地面监控部分GPS的地面监控部分，目前主要分布在全球的5个地面站，其中包括卫星监测站、主控站和信息注入站。l 监测站，是在主控站控制下的自动采集中心。l 主控站，设在科罗拉多（COLORADO SPRINGS）。主控站是管理所有的地面系统，推算星历、卫星
10、钟差和大气层的修正参数，并把这些数据送到住入站调整偏离轨道的卫星。l 住入站，现有3个，分别设在印度洋、南大西洋和南太平洋，其主要任务是在主控站的控制下，将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其他控制指令等，注入相应卫星的存储系统，并监测注入信息的正确性。3用户部分全球定位系统的空间部分和地面监控部分，是用户应用该系统进行定位的基础，而用户只有通过用户设备才能实现应用GPS定位的目的。用户设备的主要任务是，接收GPS卫星发射的无线电信号，以获得必要的定位信息与观测数据，并经数据处理完成定位工作。目前，国际上适于测量的接收机有众多品牌，主要由GPS接收机硬件和软件来组成。第二节 美国的限
11、制性政策与用户的措施GPS技术与美国的国防现代化发展密切相关，为了保障美国的利益与安全，该系统除在设计方面采取了许多措施外，在系统运行中还采取了一些措施，人为地将卫星星历和GPS卫星钟的精度降低，以限制广大的民间用户获取GPS定位的精度，这些措施，目前主要包括：l 对不同得用户，提供不同的服务方式。GPS卫星发射的无线电信号，含有两种不同精度的测距码，即所谓P码（也称精码）和C/A码（也称粗码）。相应两种测距码，GPS也提供两种定位服务方式，即精密定位服务（Precise Position servicePPS）和标准定位服务（Standard Positioning ServiceSPS）。
12、标准定位服务的主要对象是广大的用户。利用SPS所得到的观测量精度较低，且只能采用调制在一种频率上的C/A码测量距离，无法利用双频技术消除电离层折射的影响。其单点实时定位的精度约为2030m。l 实施选择可用性（ Selective Availability SA）政策。为了进一步降低标准定位服务的定位精度，以保障美国国家的利益与安全，对GPS工作卫星发布的信号实行了SA政策，以进行认为的干扰。目前，在SA政策的影响下，利用SPS的实时单点定位精度降为约100米（水平）和150（垂直）。SA政策是对非经美国政府特许的广大GPS用户，采取的降低实时定位精度的措施，而对于能够利用精密定位服务（PPS
13、）的用户，则可以自动的消除SA的影响l 精测距码(P码)的加密措施（Anti-SpootingA-S）。P码的加密措施，也叫做“反电子欺骗”美国政府对用户的限制政策,是民用部门和其它国家的用户极为关心的问题。为了摆脱这种限制，当前采用的措施主要是：1.建立独立的GPS测轨系统。利用GPS卫星，建立独立的跟踪系统，以精密地测定卫星的轨道为用户提供服务，是一项经济有效的措施。现在，我国正着手建立区域性测轨系统，向广大用户提供精密的星历，这将对我国利用和普与GPS定位技术，推进测绘科学技术的现代化，具有重要的现实意义。2.建立独立的卫星导航与定位系统。目前，一些国家和地区正在发展自己的卫星导航于定位
14、技术。尤其是俄罗斯建立的全球导航卫星系统（Global Navigation Satelites SystemGLONASS）引起了世界各国的普遍兴趣，现在，不少用户试验同时接收美国和俄罗斯的两个定位系统，以改善接收的条件与提高其精度。另外，欧洲空间局（European Space AgencyESA）也在发展一种以民用为主的卫星定位系统（简称NAVSAT）。此外亦有一些国际集团准备联合建立自己的卫星定位系统，如E星通信导航系统。上述几种不同卫星定位系统的主要特征如表22所示。卫星定位系统星座卫星数目卫星平均高度(km)卫星运行周期载波频率(MHz)L1L2GPS(美国)24202007181565158612171238Glonass（前联）24191006751597161712401260Navsat(欧洲空
