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1、.第一章绪论定位：确定点在某一坐标系中的位置常规（地面）定位方法的局限性：（1）观测点之间需要保证通视（2）需要事先布设大量的地面控制点/地面站（3）无法同时精确确定点的三维坐标（4）观测受气候、环境条件限制（5）难以确定地心坐标传统大地控制网和水准网的缺陷：（1）平面、高程控制网破坏严重、很多点位难以寻找观测受气候、环境条件限制（2）控制网存在误差积累、精度不高、（3）控制网点位分布不均匀（4）平面点多在山顶并远离测区（5）平面与高程控制分离、没有统一的控制系统什么是空间定位技术（定义）利用自然天体或人造天体来精确确定地面点的位置及其随时间变化状况的一整套方法、理论和技术称为空间定位技术。空
2、间定位技术的产生必要性（1）需要提供全球统一的地心坐标航空、航天技术的要求（2）需要在长距离上进行高精度定位的技术全球性问题研究的要求（3）要求具有全天候的特点，且快速简便的定位技术快速、实时定位应用的要求空间定位技术的产生可能性（1）空间技术的发展（2）计算能力的加强（3）电子技术的提高（4）通信技术的进步（通信设备和手段的进步通信技术）空间定位技术的优点：（1）测站间无需通视（2）数学模型简单，且能同时确定点的三维坐标（3）易于实现全天候观测（4）在长距离上仍能获得高精度的定位结果GPS的概念：GPS是NAVSTAR/GPS的简称，全名应为NavigationSystemTimingand
3、Ranging/GlobalPositioningSystem，即“授时与测距导航系统/全球定位系统”。*GPS是以卫星为基础的无线电导航定位系统。多普勒频移:频移:是信号源相对于观测者运动时,观测者所接收到的信号频率,不同于信号源所发射的.子午卫星系统及其局限性：由6颗卫星组成，卫星轨道高度为1075km，轨道倾角约900，周期为107min。精度：绝对定位1m，相对定位0.10.5m定位原理:多普勒定位技术该系统中卫星的轨道都通过地极，故称“子午（Transit）卫星系统”。优点：全天候；全球覆盖；自动定位；定位精度较高。缺点：（1）卫星数少（6颗），不能实现连续实时导航定位；（2）卫星运
4、行高度低，难以实现精密定位；（3）观测时间长。GPS系统的研制计划分3个阶段实施：（1）原理与可行性试验阶段（2）系统研制与试验阶段（3)工程发展与完成阶段GPS的应用：一、GPS在军事中的应用：（1）利用GPS为导弹和智能炸弹进行精确的制导，使其能准确命中目标，以摧毁对方的指挥中心、通信系统、机场、弹药库等重要军事目标；（2）在多军兵中的协同作战、定点轰炸、火力支援、空中加油、空投后勤补给等也得到广泛的应用；二、GPS在交通运输中的应用：GPS在能见度极差的条件下（如浓雾、沙尘暴等气候条件下）,飞机的起飞、进场、着陆以及飞机的途中导航方面以及外宾车队、警车等地面车辆的导航、监控、调度、管理等
5、方面得到了广泛的应用）；三、GPS在测量领域中的应用：（1）建立各级国家平面控制网；（2）布设城市控制网、工程测量控制网，进行各种工程测量；（3）在航空摄影测量、地籍测量、海洋测量中的应用）；四、GPS在其他领域中的应用：（1）在精细农业和林业中的应用；（2）在资源调查、环境监测中的应用；（3）在移动通信中的应用）。标准定位服务SPS：包括定位服务和定时服务,这一服务是全天候,全球性的。对一切用户开放，不直接向用户收费。精密定位服务PPS：由国防部DOD控制，连续在全球范围内提供定位定时和测速服务，服务对象限于美军以及国防部DOD有专门协定的盟军。未经批准的民用部门不得使用。AS和SA政策：S
6、A（SelectiveAvailability）政策的技术手段：（1）在卫星的广播星历中人为地加入误差，以降低卫星星历的精度，即技术。（降低已知点的坐标精度）。（2）有意识地使卫星钟频产生一种快速的抖动。产生的效果相当于降低了钟的稳定度，从而影响导航定位精度，这就是技术。AS（Anti-Spoofing）政策：是美国国防部为防止敌对方对GPS卫星信号进行电子欺骗和电子干扰而采取的一种措施。具体做法是在P码上加上严格保密的W码，使其模二相加产生完全保密的Y码，1994年1月31日起实施，是一种防卫性的措施。一般采用Z跟踪技术就仍然能利用P码进行测距。美国在2000年5月2日4时左右（UTC）取消
7、SA政策。其他卫星导航定位系统的概况全球导航卫星系统(GLONASS)：由24颗卫星组成（21颗工作，3颗在轨备用）；这24颗卫星均匀分布在三个轨道倾角为64.8的轨道平面上。每个轨道面上均匀分布8颗卫星。卫星在几乎是圆形的轨道上飞行。卫星的平均高度为19390km，运行周期为11h15min44s.伽利略卫星导航定位系统：整个卫星星座将由30颗卫星组成（27颗工作卫星+3颗在轨的备用卫星）。这些卫星均匀地分布在三个倾角为56的轨道面上。每个轨道面上均分布有9颗工作卫星和1颗备用卫星我国自行研制组建的北斗卫星导航定位系统：由两颗太空卫星、控制站和接收机组成，是一个区域性的定位和通信系统，原理与
8、GPS一样，但精度比较差（定位精度为：平面20m,高程10m)。北斗卫星系统由空间部分、地面控制部分和用户终端三个部分组成。第二章全球定位系统的组成及信号结构全球定位系统（GPS）的组成：空间部分（GPS卫星）、地面监控部分、用户部分。用户部分：由用户及GPS接收机（包括天线、电源、输入输出设备等）等仪器设备组成。作用：接收GPS卫星发射的信号，以获得必要的导航和定位信息，并经数据处理而进行导航和定位工作。根据用途的不同，GPS接收机可分为：导航型接收机、测量型接收机、授时型接收机按接收的卫星信号频率数可分为：单频接收机、双频接收机GPS的特点：（1）定位精度高；（2）测量时间短；（3）观测站
9、之间无需通视；（4）提供三维坐标；（5）操作简便；（6）全天候作业；（7）功能多，应用广。卫星星历：是描述有关卫星运行轨道的数据。精确的描述轨道的一组数据（星历）是精密导航和定位的基础。卫星星历的提供方式一般有两种：预报星历（广播星历）、后处理星历（精密星历）。预报星历：是通过卫星发射的含有轨道信息的导航电文传输给用户的，用户接收机接收到这些信号，经过解码便可获得所需要的卫星星历，这种星历也叫广播星历。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而计算的卫星星历。GPS的卫星信号结构（如测距码，导航电文）：GPS卫星发射的信号由以下三部分组成：载波（L1载波和L2
10、载波）；测距码：粗码（C/A码）和精码（P码）；导航电文。载波：可运载调制信号的高频振荡波。（L1载波：由卫星上的原子钟所产生的基准频率f0倍频154倍后形成的。L2载波：由卫星上的原子钟所产生的基准频率f0倍频120倍后形成的。）采用两个不同频率载波的主要目的是：为了较完善地消除电离层延迟。采用高频率载波的目的是：为了更精确地测定多普勒频移和载波相位（对应的距离值），从而提高测速和定位的精度，减少信号的电离层延迟。测距码：用于测定从卫星至接收机间的距离的二进制码。根据性质和用途的不同，测距码可分为：粗码（C/A码）和精码（P码或Y码）两类。粗码（C/A码）：用于进行粗略测距和捕获精码的测距码
11、。不同的GPS卫星采用结构相异的C/A码。特点:测距精度低，测距误差可达29.3m2.9m,也称粗码；码结构公开；目前，C/A码只调制在L1载波上，故无法精确地消除电离层延迟。精码（P码）：用于精确测定从GPS卫星至接收机距离的测距码。特点：测距精度高（一般为0.3米)，测距误差约为2.93m0.29m；码元宽度仅为C/A码的1/10，也称精码；码结构不公开，保密。导航电文：是由GPS卫星向用户播发的一组反映卫星在空间的位置、卫星的状态、卫星钟的修正参数、电离层延迟修正参数等重要数据的二进制代码，也称数据码（D码）。特性：传输速率：50bit/s，以“帧”为单位向外发送卫星轨道：卫星在空间运行
12、的轨迹。轨道参数：描述卫星轨道位置和状态的参数。第三章GPS定位中的误差源电磁波：是一种随时间t变化的正弦（或余弦）波。大气折射：大气层会改变电磁波传播的方向、速度和强度，这种现象称为大气折射。误差的分类：从误差源来讲大致可分为三类：与卫星有关的误差（包括卫星星历误差、卫星钟的钟误差、相对论效应）、与信号传播有关的误差（包括电离层延迟、对流层延迟、多路径误差）、与接收机有关的误差（包括接收机钟的钟误差、接收机的位置误差、接收机的测量噪声）。卫星星历误差：由卫星星历所给出的卫星位置与卫星的实际位置之差称为卫星星历误差。相对论效应：由于卫星钟和接收机钟所处的状态（运动速度和重力位）不同而引起两台钟
13、之间产生相对误差的现象；电离层延迟：带电离子的存在将影响无线电信号的传播，使传播速度发生变化，传播路径产生弯曲，从而使得信号传播时间t与真空中光速c的乘积=tc不等于卫星至接收机的几何距离，产生所谓的电离层延迟。对流层延迟：通常是泛指电磁波信号在通过高度在50km以下的未被电离的中性大气层时所产生的信号延迟。对流层中，n略大于1，与大气压力、温度和湿度有关。多路径误差：经某些物体表面反射后到达接收机的信号如果与直接来自卫星的信号叠加干扰后进入接收机，就将使测量值产生系统误差，这就是所谓的多路径误差。接收机钟的钟误差：接收机中大多采用的是石英钟，因而其钟误差较卫星钟更为显著。按误差性质可分为：系
14、统误差（主要包括卫星的星历误差、卫星钟差、接收机钟差以及大气折射的误差等。系统误差是主要的误差源）、偶然误差。几种误差的特点：星历误差的大小主要取决于：卫星定轨系统的质量。与星历的外推时间间隔也有直接关系。钟误差既包含着系统性的误差,又包含着随机误差.系统误差远较随机误差的值大.相对论效应主要取决于卫星的运动速度和所处位置的重力位,而且是以卫星的钟误差的形式出现的,且它对测码伪距观测值和载波相位观测值的影响是相同的。电离层延迟取决于信号传播路径上的总电子含量TEC和信号的频率f，而TEC又与时间、地点、太阳黑子数等多种因素有关。在仅顾及f2项的情况下，测码伪距观测值和载波相位观测值所受到的电离
15、层延迟大小相同，但符号相反。对流层延迟对测码伪距观测值和载波相位观测值的影响是相同的。多路径误差对测码伪距观测值的影响比载波相位观测值的影响大得多。取决于测站周围的环境、接收机的性能以及观测时间的长短。接收机钟的钟误差主要取决于钟的质量，与使用时的环境也有一定关系。且它对测码伪距观测值和载波相位观测值的影响是相同的。接收机的位置钟误差对测码伪距观测值和载波相位观测值的影响是相同的。接收机的测量噪声取决于仪器性能及作业环境的优劣。消除或大幅度削弱这些误差所造成的主要方法有：1、建立误差改正模型（1）理论公式建立（2）经验公式建立（3）同时采用上述两种方法建立综合模型2、求差法3、选择较好的硬件和较好的观测条件在GPS测量中一般可采用下列方法解决钟误差：（1）忽略卫星钟的数学同步误差；（2）利用测码伪距单点定位法来确定接收机钟的误差；（3）通过其他渠道获取精确的卫星钟差值；（4）通过观测值相减来消除公共的钟差项。消除和削弱星历误差影响的方法和措施：（1）采用精密星历（2）采用相对定位模式减弱电离层影响的有效措施：（1）利用两种不同的频率（双频接收机）进行观测（2）利用电离层模型加以改正（3）
