第13章 全球卫星定位系统GPS.ppt

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1、第第1313章章 全球卫星定位系统全球卫星定位系统GPSGPS13.1 概述13.2 GPS定位的基本原理13.3 GPS坐标系统13.4 GPS测量误差来源及其影响13.5 GPS测量的方法与实施第第1313章章 全球卫星定位系统全球卫星定位系统GPSGPS2024/3/18213.1 13.1 概述概述一、GPS产生和发展1、（Global Positioning System）即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系统，利用该系统，用户可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速；另外，利用该系统，用户还能够进行高精度的时间传递和高精度的精密定位。GPS 计划始于1

2、973 年，已于1994 年进入完全运行状态。2024/3/1832 2、GPSGPS定位系统的应用定位系统的应用军事军事军事军事、测量测量测量测量、交通交通交通交通、救援救援救援救援、农业农业农业农业 GPS最最初初是是为为军军事事应应用用而而建建立立的的，至至今今仍仍然然由由美美国国国国防防部部控控制制。它它主主要要用用来来给给航航行行中中的的军军舰舰，飞飞机机，导导弹弹等等设设施施提提供供定定位位和和导导航航信信息息，同同时时也也广广泛泛应应用用于野外行进中单兵和移动装备的于野外行进中单兵和移动装备的定位和跟踪定位和跟踪。2024/3/184观看视频观看视频1999 1999 1999

3、1999 年攻击中国驻南斯拉夫大使馆所使用的弹药就是年攻击中国驻南斯拉夫大使馆所使用的弹药就是年攻击中国驻南斯拉夫大使馆所使用的弹药就是年攻击中国驻南斯拉夫大使馆所使用的弹药就是新一代的新一代的新一代的新一代的JDAM 2000 JDAM 2000 JDAM 2000 JDAM 2000 磅全球卫星定位攻击炸弹。美军计磅全球卫星定位攻击炸弹。美军计磅全球卫星定位攻击炸弹。美军计磅全球卫星定位攻击炸弹。美军计划划划划2002 2002 2002 2002 年以后在更多的战斗机上整和全球卫星定位炸年以后在更多的战斗机上整和全球卫星定位炸年以后在更多的战斗机上整和全球卫星定位炸年以后在更多的战斗机上

4、整和全球卫星定位炸弹系统。包括弹系统。包括弹系统。包括弹系统。包括500 500 500 500 磅的磅的磅的磅的MK 82MK 82MK 82MK 82、1000 1000 1000 1000 磅的磅的磅的磅的MK83MK83MK83MK83、2000 2000 2000 2000 磅的磅的磅的磅的MK 84 MK 84 MK 84 MK 84 和和和和BLU109/B BLU109/B BLU109/B BLU109/B 钻地炸弹都将加装卫星定位接钻地炸弹都将加装卫星定位接钻地炸弹都将加装卫星定位接钻地炸弹都将加装卫星定位接收器。今后收器。今后收器。今后收器。今后F117 F117 F11

5、7 F117 隐性攻击机、隐性攻击机、隐性攻击机、隐性攻击机、F35F35F35F35、F15EF15EF15EF15E、F16C/DF16C/DF16C/DF16C/D、F18F/EF18F/EF18F/EF18F/E、F22A F22A F22A F22A 等几乎全部美海空军作战飞机都能够携等几乎全部美海空军作战飞机都能够携等几乎全部美海空军作战飞机都能够携等几乎全部美海空军作战飞机都能够携带带带带GPS GPS GPS GPS 诱导诱导诱导诱导JDAM JDAM JDAM JDAM 炸弹。成为名副其实的海空军联合直炸弹。成为名副其实的海空军联合直炸弹。成为名副其实的海空军联合直炸弹。成为

6、名副其实的海空军联合直接打击弹药接打击弹药接打击弹药接打击弹药(JDAM)(JDAM)(JDAM)(JDAM)。JDAM JDAM JDAM JDAM 主要是在美军现役的大批主要是在美军现役的大批主要是在美军现役的大批主要是在美军现役的大批Mk84Mk84Mk84Mk84、BLU 109B BLU 109B BLU 109B BLU 109B 常常常常规炸弹的基础上，加上惯性诱导规炸弹的基础上，加上惯性诱导规炸弹的基础上，加上惯性诱导规炸弹的基础上，加上惯性诱导/GPS/GPS/GPS/GPS 接收器，使其诱接收器，使其诱接收器，使其诱接收器，使其诱导化。可以对全球的任何一个目标发动攻击。可见

7、有效导化。可以对全球的任何一个目标发动攻击。可见有效导化。可以对全球的任何一个目标发动攻击。可见有效导化。可以对全球的任何一个目标发动攻击。可见有效使用使用使用使用JDAM JDAM JDAM JDAM 的前提是必须拥有完善的全球卫星定位网。的前提是必须拥有完善的全球卫星定位网。的前提是必须拥有完善的全球卫星定位网。的前提是必须拥有完善的全球卫星定位网。军事实例军事实例GPS 在测南极冰盖在测南极冰盖最高点中的应用最高点中的应用海拔海拔4500米的定日米的定日GPS跟跟踪站也在与登顶测量同步踪站也在与登顶测量同步进行观测。进行观测。队员王新光在大本营队员王新光在大本营交会点与峰顶队员进交会点与

8、峰顶队员进行行GPS同步测量。同步测量。陕西商洛千余客车装上陕西商洛千余客车装上GPS 10月月31日，记者从商洛市交通部门获悉，为了最大限日，记者从商洛市交通部门获悉，为了最大限度地减少和预防事故发生，要求度地减少和预防事故发生，要求19座以上客车和危险品运座以上客车和危险品运输车辆全部安装输车辆全部安装GPS车载终端装置，以便于加强管理。到车载终端装置，以便于加强管理。到目前，全市已安装目前，全市已安装1094辆，安装率达到辆，安装率达到93%。据介绍，商洛山大沟深，道路状况复杂。经营业主受利据介绍，商洛山大沟深，道路状况复杂。经营业主受利益驱使，超速、超载等违章现象屡禁不止。加之营运车辆

9、益驱使，超速、超载等违章现象屡禁不止。加之营运车辆点多线长面广，流动性大，动态监管盲区过多，容易引发点多线长面广，流动性大，动态监管盲区过多，容易引发交通事故，给国家和人民生命财产造成极大损失。今年以交通事故，给国家和人民生命财产造成极大损失。今年以来，交通部门在安监、交警等部门积极配合支持下迅速建来，交通部门在安监、交警等部门积极配合支持下迅速建立了道路运输立了道路运输GPS监控系统。该系统通过电子地图对车辆监控系统。该系统通过电子地图对车辆行驶的位置、方向、速度等运营情况进行实时跟踪，实现行驶的位置、方向、速度等运营情况进行实时跟踪，实现了对乘客、驾驶员和车辆进行事前、事中和事后的全方位了

10、对乘客、驾驶员和车辆进行事前、事中和事后的全方位安全监控，最大限度地减少和预防道路交通安全事故发生。安全监控，最大限度地减少和预防道路交通安全事故发生。利用利用GPS定位技术，可对消定位技术，可对消防人员，救护人员，交通人防人员，救护人员，交通人员进行紧急调谴，从而提高员进行紧急调谴，从而提高紧急事件处理部门对火灾，紧急事件处理部门对火灾，犯罪现场，交通事故等紧急犯罪现场，交通事故等紧急事件的反应效率。事件的反应效率。3 3、我国、我国GPSGPS发展发展 新新中中国国成成立立后后，我我国国的的航航天天科科技技事事业业在在自自力力更更生生、艰艰苦苦创创业业的的征征途途上上，逐逐步步建建立立和和

11、发发展展，跻跻身身于于世世界界先先进进水水平平的的行行列列，成成为为世世界界空空间间强强国国之之一一。从从年年月月把把第第一一颗颗人人造造卫卫星星送送入入轨轨道道以以来来，我我国国已已成成功功地地发发射射了了三三十十多多颗不同类型的人造卫星，为空间大地测量工作的开展创造了有利条件。颗不同类型的人造卫星，为空间大地测量工作的开展创造了有利条件。近近几几年年，我我国国已已建建成成了了北北京京、武武汉汉、上上海海、西西安安、拉拉萨萨、乌乌鲁鲁木木齐齐等等永永久久性性的的GPSGPS跟跟踪踪站站，进进行行对对GPSGPS卫卫星星的的精精密密定定轨轨，为为高高精精度度的的GPSGPS定定位位测测量量提提

12、供供观观测测数数据据和和精精密密星星历历服服务务，致致力力于于我我国国自自主主的的广广域域差差分分GPSGPS（WADGPSWADGPS）方方案案的的建建立立，参参与与全全球球导导航航卫卫星星系系统统（GNSSGNSS）和和GPSGPS增增强强系系统统（WAASWAAS）的的筹筹建建。同同时时，我我国国已已着着手手建建立立自自己己的的卫卫星星导导航航系系统统（双双星星定定位位系系统统），能能够够生生产产导导航型航型GPSGPS接收机。接收机。GPS GPS技术的应用正向更深层次发展。技术的应用正向更深层次发展。2024/3/18114 4、GPSGPS系统的特点系统的特点m定位精度高m观测时间

13、短m测站间无须通视m可提供三维坐标m操作简便m全天候作业m功能多、应用广2024/3/18125 5、其它导航系统、其它导航系统俄罗斯格洛纳斯定位系统欧洲伽利略定位系统中国北斗导航卫星系统2024/3/1813二、二、GPSGPS定位系统组成定位系统组成空间部分、地面监控部分、用户设备空间部分、地面监控部分、用户设备2024/3/1814GPS GPS 系统的组成系统的组成空间部分：空间部分：空间部分：提供星历和时间信息提供星历和时间信息提供星历和时间信息 发射伪距和载表信号发射伪距和载表信号发射伪距和载表信号 提供其它辅助信息提供其它辅助信息提供其它辅助信息地面控制部分：地面控制部分：地面控

14、制部分：中心控制系统中心控制系统中心控制系统 实现时间同步实现时间同步实现时间同步 跟踪卫星进行定轨跟踪卫星进行定轨跟踪卫星进行定轨用户部分：用户部分：用户部分：接收并测卫星信号接收并测卫星信号接收并测卫星信号 记录处理数据记录处理数据记录处理数据 提供导航定位信息提供导航定位信息提供导航定位信息2024/3/1815空间部分空间部分m24颗卫星（21+3）m6个轨道平面m55轨道倾角m20200km轨道高度（地面高度）m12小时（恒星时）轨道周期m5个多小时出现在地平线以上（每颗星）2024/3/1816地面控制部分地面控制部分m一个主控站一个主控站：科罗拉多斯必灵司m三个注入站：三个注入站

15、：阿松森（Ascencion)迭哥伽西亚(Diego Garcia)卡瓦加兰(kwajalein)m五五个个监监测测站站=1个主控站+3个注入站+夏威夷（Hawaii)55HawaiiAscencionDiego Garciakwajalein2024/3/1817 用户部分用户部分 通用接收机（定位型）：导航型接收机一般情况下无数据输出的记录存储设备天线天线天线天线前置放大器前置放大器前置放大器前置放大器电源部分电源部分电源部分电源部分射电部分射电部分射电部分射电部分微处理器微处理器微处理器微处理器 数据存器数据存器数据存器数据存器 显示控制器显示控制器显示控制器显示控制器供电信号信息命令数

16、据供电，控制供电数据控制 2024/3/181813.2 GPS13.2 GPS定位的基本原理定位的基本原理GPS卫星定位原理是空间距离交会法。根据测距原理，其定位方法主要有伪距法定位、载波相位测量定位和GPS差分定位。对于待定点位，根据其运动状态可分为静态定位和动态定位。静态定位是指用GPS测定相对于地球不运动的点位。GPS接收机安置在该点上，接收数分钟乃至更长时间，以确定其三维坐标，又称为绝对定位。动态定位是确定运动物体的三维坐标。若将两台或两台以上GPS接收机分别安置在固定不变的待定点上，通过同步接收卫星信号，确定待测点之间的相对位置，称为相对定位。2024/3/1819一、一、GPSG

17、PS静态定位原理静态定位原理2024/3/18201、绝对定位、绝对定位绝对定位可根据天线所处的状态分为动态绝对绝对定位可根据天线所处的状态分为动态绝对定位和静态绝对定位。无论动态还是静态，绝定位和静态绝对定位。无论动态还是静态，绝对定位所依据的观测量都是所测的站星伪距。对定位所依据的观测量都是所测的站星伪距。动态定位将在后面的导航部分讲述。动态定位将在后面的导航部分讲述。静态绝对定位可以根据伪距观测量或载波相位静态绝对定位可以根据伪距观测量或载波相位观测量来进行。观测量来进行。2024/3/18212、静态相对定位、静态相对定位静态相对定位一般均采用载波相位观测值（或测相伪距）为基本观测量

18、GPS载波相位观测值可以在卫星间求差，在接收机间载波相位观测值可以在卫星间求差，在接收机间求差，也可以在不同历元之间求差。各种求差法都是求差，也可以在不同历元之间求差。各种求差法都是观测值的线性组合。观测值的线性组合。将观测值直接相减的过程叫做求一次差，所得结果称将观测值直接相减的过程叫做求一次差，所得结果称单差。对一次差继续求差，所得结果称为双差，同样单差。对一次差继续求差，所得结果称为双差，同样还有三差。这些差分观测值模型能够有效地消除各种还有三差。这些差分观测值模型能够有效地消除各种偏差项。偏差项。求解过程也是首先将观测方程线性化后求解并确定误求解过程也是首先将观测方程线性化后求解并确定

19、误差。差。2024/3/1822静态相对定位静态相对定位m动态绝对定位mGPS绝对定位主要是以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离为基本观测量，并利用已知的卫星瞬时坐标来确定接收机天线对应的点位在协议地球坐标系中的位置。m动态绝对定位是确定处于运动载体上的接收机在运动的每一瞬间的位置。由于接收机天线处于运动状态，故天线点位的坐标是一个变化的量，因此确定每一瞬间坐标的观测方程只有较少的多余观测(甚至没有多余观测)，且一般常利用测距码伪距进行动态绝对定位。因此，其精度较低，一般仅有几十米的精度，在SA政策影响下，其精度甚至低于百米。通常这种定位方法只用于精度要求不高的飞机、船舶以及陆地车辆等运动载

20、体的导航。二、二、GPSGPS动态定位原理动态定位原理位置差分位置差分m位置差分原理m位置差分GPS是一种最简单的差分方法。安置在已m知点基准站上的GPS接收机，经过对4颗及4颗以上的卫星m观测，便可实现定位。先求出基准站的坐标(X，Y，mZ)，由于存在着卫星星历、时钟误差、大气折射等误m差的影响，该坐标与已知基准站坐标(X，Y，Z)不一样，m存在误差。即：m式中：X、Y、Z为坐标改正数，基准站利用数据链m将坐标改正数发送给用户站。位置差分位置差分m位置差分原理m用户站用接收到的坐标改正数对其坐标进行改正：m经过坐标改正后的用户坐标已消去了基准站与用户站的共同误差，如卫星星历误差、大气折射误差

21、、卫星钟差、SA政策影响等，提高了定位的精度。位置差分位置差分m位置差分的优点是需要传输的差分改正数较少，m计算方法较简单，任何一种GPS接收机均可改装成这种差分系统。其缺点主要为：m（1)要求基准站与用户站必须保持观测同一组卫m星，由于基准站与用户站接收机配备的不完全相同，且两站观测环境也不完全相同，因此难以保证两站观测同一组卫星，并会导致定位所产生的误差可能会不很匹配，从而影响定位精度。m（2)位置差分定位效果不如伪距差分好伪距差分伪距差分m伪距差分原理m伪距差分是目前应用最广泛的一种差分定位技术之一。该定位技术通过在基准站上利用已知坐标求出测站至卫星的距离，并将其与含有误差的测量距离比较

22、，然后利用一个-滤波器将此差值滤波并求出其偏差，并将所有卫星的测距误差传输给用户，用户利用此测距误差来改正测量的伪距。最后，用户利用改正后的伪距求出自身的坐标。如果基准站、用户站均观测了相同的4颗或4颗以上的卫星，即可实现用户站的定位。伪距差分伪距差分m伪距差分原理m其定位基本公式如下：伪距差分伪距差分m由于伪距差分可提供单颗卫星的距离改正数Di，因此用户站可选其中任意4 4颗相同卫星的伪距改正数进行改正，而不必要求两站观测的卫星完全相同，且伪距改正数是直接在WGS-84WGS-84坐标系上进行的，是一种直接改正数，不必先变换为当地坐标，定位精度更高，且使用更方便。伪距差分伪距差分m由于伪距差

23、分定位依赖于两站公共误差的抵消来提高定位精度，误差抵消的程度决定了精度的高低。而误差的公共性在很大程度依赖于两站距离，随着两站距离的增加，其误差公共性逐渐减弱，例如对流层、电离层误差。因此用户和基准站之间的距离对精度有着决定性的影响，用户站离基准站的距离越大，伪距差分后的剩余误差越大，定位精度越低。相位平滑伪距差分相位平滑伪距差分m相位平滑伪距差分原理m伪距差分实际上是在测站之间求伪距观测值的一次差，因而消除了两伪距观测值中所含有的共同的系统误差，但是却无法消除伪距观测值中所含有的随机误差，从而限制了伪距差分定位的精度。m载波相位测量的精度较测距码伪距测量的精度高2个数量级，如果能用载波相位观

24、测值对伪距观测值进行修正，就可提高伪距定位的精度，但是载波相位整周数无法直接测得，因而难以直接利用载波观测值。相位平滑伪距差分相位平滑伪距差分m相位平滑伪距差分原理m虽然整周数无法获得，但可由多普勒频率计数获得载波相位的变化信息，即可获得伪距变化率的信息，可利用这一信息来辅助伪距差分定位，称为载波多普勒计数平滑伪距差分；m另外，在同一颗卫星的两历元间求差，可消除整周未知数，可利用历元间的相位差观测值对伪距进行修正，即所谓的相位平滑伪距差分。载波相位差分载波相位差分m载波相位差分原理m载波相位差分GPS定位与伪距差分GPS原理相类似，其基本思想是：在基准站上安置一台GPS接收机，对卫星进行连续观

25、测，并通过无线电传输设备实时地将观测数据及站坐标信息传送给用户站；用户站一方面通过接收机接收GPS卫星信号，同时还通过无线电接收设备接收基准站传送的观测数据，然后根据相对定位原理，实时地处理数据，并能实时地以厘米级的精度给出用户站的三维坐标。载波相位差分载波相位差分m载波相位差分原理m载波相位差分GPS有两种定位方法，一种与伪距差分相同，基准站将载波相位的修正量发送给用户站，以对用户站的载波相位进行改正实现定位，该方法称为修正法。m另一种是将基准站的载波相位发送给用户站，并由用户站将观测值求差进行坐标解算，这种方法称为求差法。13.3 GPS13.3 GPS常用坐标系统常用坐标系统 mWGS-

26、84 坐标系是目前GPS 所采用的坐标系统，GPS 所发布的星历参数就是基于此坐标系统的。WGS-84 坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z 轴指向BIH1984.0 定义的协议地球极方向，X 轴指向BIH1984.0 的启始子午面和赤道的交点，Y 轴与X 轴和Z 轴构成右手系。2024/3/18351954 1954 年北京坐标系年北京坐标系 m1954 年北京坐标系是我国目前广泛采用的大地测量坐标系,采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球，遗憾的是，该椭球并未依据当时我国的天文观测资料进行重新定位，而是由前苏联西伯利亚地区的一等锁，经我国的东北地区传算过来的，该坐标系的高程异常是以前苏联1955

27、年大地水准面重新平差的结果为起算值，按我国天文水准路线推算出来的，而高程又是以1956 年青岛验潮站的黄海平均海水面为基准。2024/3/18361954 1954 年北京坐标系存在着很多缺点年北京坐标系存在着很多缺点 m 克拉索夫斯基椭球参数同现代精确的椭球参数的差异较大，并且不包含表示地球物理特性的参数，因而给理论和实际工作带来了许多不便。m 椭球定向不十分明确，椭球的短半轴既不指向国际通用的CIO 极，也不指向目前我国使用的JYD 极。参考椭球面与我国大地水准面呈西高东低的系统性倾斜，东部高程异常达60 余米，最大达67 米。m 该坐标系统的大地点坐标是经过局部分区平差得到的，因此，全国

28、的天文大地控制点实际上不能形成一个整体，区与区之间有较大的隙距，如在有的接合部中，同一点在不同区的坐标值相差1-2 米，不同分区的尺度差异也很大，而且坐标传递是从东北到西北和西南，后一区是以前一区的最弱部作为坐标起算点，因而一等锁具有明显的坐标积累误差。2024/3/18371980 1980 年西安大地坐标系年西安大地坐标系 m1978 年，我国决定重新对全国天文大地网施行整体平差，并且建立新的国家大地坐标系统，整体平差在新大地坐标系统中进行，这个坐标系统就是1980 年西安大地坐标系统。1980 年西安大地坐标系统所采用的地球椭球参数的四个几何和物理参数采用了IAG 1975 年的推荐值，

29、椭球的短轴平行于地球的自转轴（由地球质心指向1968.0 JYD 地极原点方向），起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面，椭球面同似大地水准面在我国境内符合最好，高程系统以1956 年黄海平均海水面为高程起算基准。2024/3/1838GPS GPS 静态定位在测量中的应用静态定位在测量中的应用 mGPS 静态定位在测量中主要用于测定各种用途的控制点。其中，较为常见的方面是利用GPS 建立各种类型和等级的控制网，在这些方面，GPS 技术已基本上取代了常规的测量方法，成为了主要手段。较之于常规方法，GPS 在布设控制网方面具有以下一些特点：2024/3/1839m测量精度高：GPS 观测的精度要

30、明显高于一般的常规测量手段，GPS 基线向量的相对精度一般在10-5 10-9之间，这是普通测量方法很难达到的。m选点灵活、不需要造标、费用低：GPS 测量不要求测站间相互通视，不需要建造觇标，作业成本低，大大降低了布网费用。m全天侯作业：在任何时间、任何气候条件下，均可以进行GPS 观测，大大方便了测量作业，有利于按时、高效地完成控制网的布设。m观测时间短：采用GPS 布设一般等级的控制网时，在每个测站上的观测时间一般在12 个小时左右，采用快速静态定位的方法，观测时间更短。观测、处理自动化采用GPS 布设控制网，观测工程和数据处理过程均是高度自动化的。2024/3/1840Slide 41

31、13.4 GPS误差及影响误差及影响（1 1）电离层折射影响：主要取决于信号频率和传播路）电离层折射影响：主要取决于信号频率和传播路）电离层折射影响：主要取决于信号频率和传播路）电离层折射影响：主要取决于信号频率和传播路径上的电子总量。通常采取的措施：径上的电子总量。通常采取的措施：径上的电子总量。通常采取的措施：径上的电子总量。通常采取的措施：利用双频观测：电离层影响是信号频率的函数，利用利用双频观测：电离层影响是信号频率的函数，利用利用双频观测：电离层影响是信号频率的函数，利用利用双频观测：电离层影响是信号频率的函数，利用不同频率电磁波信号进行观测，可确定其影响大小，不同频率电磁波信号进行

32、观测，可确定其影响大小，不同频率电磁波信号进行观测，可确定其影响大小，不同频率电磁波信号进行观测，可确定其影响大小，并对观测量加以修正。其有效性不低于并对观测量加以修正。其有效性不低于并对观测量加以修正。其有效性不低于并对观测量加以修正。其有效性不低于95%.95%.利用电离层模型加以修正：对单频接收机，一般采用利用电离层模型加以修正：对单频接收机，一般采用利用电离层模型加以修正：对单频接收机，一般采用利用电离层模型加以修正：对单频接收机，一般采用由导航电文提供的或其它适宜电离层模型对观测量进由导航电文提供的或其它适宜电离层模型对观测量进由导航电文提供的或其它适宜电离层模型对观测量进由导航电文

33、提供的或其它适宜电离层模型对观测量进行改正。目前模型改正的有效性约为行改正。目前模型改正的有效性约为行改正。目前模型改正的有效性约为行改正。目前模型改正的有效性约为75%75%，至今仍在，至今仍在，至今仍在，至今仍在完善中。完善中。完善中。完善中。利用同步观测值求差：当观测站间的距离较近（小于利用同步观测值求差：当观测站间的距离较近（小于利用同步观测值求差：当观测站间的距离较近（小于利用同步观测值求差：当观测站间的距离较近（小于2020kmkm）时，卫星信号到达不同观测站的路径相近，通时，卫星信号到达不同观测站的路径相近，通时，卫星信号到达不同观测站的路径相近，通时，卫星信号到达不同观测站的路

34、径相近，通过同步求差，残差不超过过同步求差，残差不超过过同步求差，残差不超过过同步求差，残差不超过10-610-6。Slide 42（2 2）对流层的影响）对流层的影响）对流层的影响）对流层的影响对流层折射对观测量的影响可分为干分量和湿分对流层折射对观测量的影响可分为干分量和湿分对流层折射对观测量的影响可分为干分量和湿分对流层折射对观测量的影响可分为干分量和湿分量两部分。干分量主要与大气温度和压力有关，量两部分。干分量主要与大气温度和压力有关，量两部分。干分量主要与大气温度和压力有关，量两部分。干分量主要与大气温度和压力有关，而湿分量主要与信号传播路径上的大气湿度和高而湿分量主要与信号传播路径

35、上的大气湿度和高而湿分量主要与信号传播路径上的大气湿度和高而湿分量主要与信号传播路径上的大气湿度和高度有关。目前湿分量的影响尚无法准确确定。对度有关。目前湿分量的影响尚无法准确确定。对度有关。目前湿分量的影响尚无法准确确定。对度有关。目前湿分量的影响尚无法准确确定。对流层影响的处理方法：流层影响的处理方法：流层影响的处理方法：流层影响的处理方法：定位精度要求不高时，忽略不计。定位精度要求不高时，忽略不计。定位精度要求不高时，忽略不计。定位精度要求不高时，忽略不计。采用对流层模型加以改正。采用对流层模型加以改正。采用对流层模型加以改正。采用对流层模型加以改正。引入描述对流层的附加待估参数，在数据

36、处理中引入描述对流层的附加待估参数，在数据处理中引入描述对流层的附加待估参数，在数据处理中引入描述对流层的附加待估参数，在数据处理中求解。求解。求解。求解。观测量求差。观测量求差。观测量求差。观测量求差。Slide 43（3 3）多路径效应：）多路径效应：）多路径效应：）多路径效应：也称多路径误差，即接收机天也称多路径误差，即接收机天也称多路径误差，即接收机天也称多路径误差，即接收机天线除直接收到卫星发射的信号外，还可能收到经天线线除直接收到卫星发射的信号外，还可能收到经天线线除直接收到卫星发射的信号外，还可能收到经天线线除直接收到卫星发射的信号外，还可能收到经天线周围地物一次或多次反射的卫星

37、信号。两种信号迭加，周围地物一次或多次反射的卫星信号。两种信号迭加，周围地物一次或多次反射的卫星信号。两种信号迭加，周围地物一次或多次反射的卫星信号。两种信号迭加，将引起测量参考点位置变化，使观测量产生误差。在将引起测量参考点位置变化，使观测量产生误差。在将引起测量参考点位置变化，使观测量产生误差。在将引起测量参考点位置变化，使观测量产生误差。在一般反射环境下，对测码伪距的影响达米级，对测相一般反射环境下，对测码伪距的影响达米级，对测相一般反射环境下，对测码伪距的影响达米级，对测相一般反射环境下，对测码伪距的影响达米级，对测相伪距影响达厘米级。在高反射环境中，影响显著增大，伪距影响达厘米级。在

38、高反射环境中，影响显著增大，伪距影响达厘米级。在高反射环境中，影响显著增大，伪距影响达厘米级。在高反射环境中，影响显著增大，且常常导致卫星失锁和产生周跳。措施：且常常导致卫星失锁和产生周跳。措施：且常常导致卫星失锁和产生周跳。措施：且常常导致卫星失锁和产生周跳。措施：安置接收机天线的环境应避开较强发射面，如水面、安置接收机天线的环境应避开较强发射面，如水面、安置接收机天线的环境应避开较强发射面，如水面、安置接收机天线的环境应避开较强发射面，如水面、平坦光滑的地面和建筑表面。平坦光滑的地面和建筑表面。平坦光滑的地面和建筑表面。平坦光滑的地面和建筑表面。选择造型适宜且屏蔽良好的天线如扼流圈天线。选

39、择造型适宜且屏蔽良好的天线如扼流圈天线。选择造型适宜且屏蔽良好的天线如扼流圈天线。选择造型适宜且屏蔽良好的天线如扼流圈天线。适当延长观测时间，削弱周期性影响。适当延长观测时间，削弱周期性影响。适当延长观测时间，削弱周期性影响。适当延长观测时间，削弱周期性影响。改善接收机的电路设计。改善接收机的电路设计。改善接收机的电路设计。改善接收机的电路设计。Slide 44主要包括观测误差、接收机钟差、天线相位中心主要包括观测误差、接收机钟差、天线相位中心误差和载波相位观测的整周不确定性影响。误差和载波相位观测的整周不确定性影响。（1）观测误差：除分辨误差外，还包括接收天线）观测误差：除分辨误差外，还包括

40、接收天线相对测站点的安置误差。分辨误差一般认为约为相对测站点的安置误差。分辨误差一般认为约为信号波长的信号波长的1%。安置误差主要有天线的置平与对。安置误差主要有天线的置平与对中误差和量取天线相位中心高度（天线高）误差。中误差和量取天线相位中心高度（天线高）误差。例如当天线高例如当天线高1.6m,置平误差置平误差0.10，则对中误差，则对中误差为为2.8mm。Slide 46（2 2）接收机钟差）接收机钟差）接收机钟差）接收机钟差GPSGPS接收机一般设有高精度的石英钟，日频接收机一般设有高精度的石英钟，日频接收机一般设有高精度的石英钟，日频接收机一般设有高精度的石英钟，日频率稳定度约为率稳定

41、度约为率稳定度约为率稳定度约为10-1110-11。如果接收机钟与卫星。如果接收机钟与卫星。如果接收机钟与卫星。如果接收机钟与卫星钟之间的同步差为钟之间的同步差为钟之间的同步差为钟之间的同步差为1 1 s s，则引起的等效距离则引起的等效距离则引起的等效距离则引起的等效距离误差为误差为误差为误差为300300mm。处理接收机钟差的方法：处理接收机钟差的方法：处理接收机钟差的方法：处理接收机钟差的方法：作为未知数，在数据处理中求解。作为未知数，在数据处理中求解。作为未知数，在数据处理中求解。作为未知数，在数据处理中求解。利用观测值求差方法，减弱接收机钟差影利用观测值求差方法，减弱接收机钟差影利用

42、观测值求差方法，减弱接收机钟差影利用观测值求差方法，减弱接收机钟差影响。响。响。响。定位精度要求较高时，可采用外接频标，定位精度要求较高时，可采用外接频标，定位精度要求较高时，可采用外接频标，定位精度要求较高时，可采用外接频标，如铷、铯原子钟，提高接收机时间标准精度。如铷、铯原子钟，提高接收机时间标准精度。如铷、铯原子钟，提高接收机时间标准精度。如铷、铯原子钟，提高接收机时间标准精度。Slide 47（3 3）载波相位观测的整周未知数）载波相位观测的整周未知数）载波相位观测的整周未知数）载波相位观测的整周未知数无法直接确定载波相位相应起始历元在传播路径无法直接确定载波相位相应起始历元在传播路径

43、无法直接确定载波相位相应起始历元在传播路径无法直接确定载波相位相应起始历元在传播路径上变化的整周数。同时存在因卫星信号被阻挡和上变化的整周数。同时存在因卫星信号被阻挡和上变化的整周数。同时存在因卫星信号被阻挡和上变化的整周数。同时存在因卫星信号被阻挡和受到干扰，而产生信号跟踪中断和整周变跳。受到干扰，而产生信号跟踪中断和整周变跳。受到干扰，而产生信号跟踪中断和整周变跳。受到干扰，而产生信号跟踪中断和整周变跳。（4 4）天线相位中心位置偏差）天线相位中心位置偏差）天线相位中心位置偏差）天线相位中心位置偏差GPSGPS定位中，观测值都是以接收机天线的相位中定位中，观测值都是以接收机天线的相位中定位

44、中，观测值都是以接收机天线的相位中定位中，观测值都是以接收机天线的相位中心位置为准，在理论上，天线相位中心与仪器的心位置为准，在理论上，天线相位中心与仪器的心位置为准，在理论上，天线相位中心与仪器的心位置为准，在理论上，天线相位中心与仪器的几何中心应保持一致。实际上，随着信号输入的几何中心应保持一致。实际上，随着信号输入的几何中心应保持一致。实际上，随着信号输入的几何中心应保持一致。实际上，随着信号输入的强度和方向不同而有所变化，同时与天线的质量强度和方向不同而有所变化，同时与天线的质量强度和方向不同而有所变化，同时与天线的质量强度和方向不同而有所变化，同时与天线的质量有关，可达数毫米至数厘米

45、。如何减小相位中心有关，可达数毫米至数厘米。如何减小相位中心有关，可达数毫米至数厘米。如何减小相位中心有关，可达数毫米至数厘米。如何减小相位中心的偏移，是天线设计的一个迫切问题。的偏移，是天线设计的一个迫切问题。的偏移，是天线设计的一个迫切问题。的偏移，是天线设计的一个迫切问题。Slide 48（1 1）地球自转影响）地球自转影响）地球自转影响）地球自转影响（2 2）相对论效应）相对论效应）相对论效应）相对论效应在在在在GPSGPS定位中，除了上述各种误差外，卫星钟和定位中，除了上述各种误差外，卫星钟和定位中，除了上述各种误差外，卫星钟和定位中，除了上述各种误差外，卫星钟和接收机钟震荡器的随机

46、误差、大气折射模型和卫接收机钟震荡器的随机误差、大气折射模型和卫接收机钟震荡器的随机误差、大气折射模型和卫接收机钟震荡器的随机误差、大气折射模型和卫星轨道摄动模型误差、地球潮汐以及信号传播的星轨道摄动模型误差、地球潮汐以及信号传播的星轨道摄动模型误差、地球潮汐以及信号传播的星轨道摄动模型误差、地球潮汐以及信号传播的相对论效应等都会对观测量产生影响。相对论效应等都会对观测量产生影响。相对论效应等都会对观测量产生影响。相对论效应等都会对观测量产生影响。为提高长距离相对定位的精度，满足地球动力学为提高长距离相对定位的精度，满足地球动力学为提高长距离相对定位的精度，满足地球动力学为提高长距离相对定位的

47、精度，满足地球动力学研究要求，研究这些误差来源，并确定它们的影研究要求，研究这些误差来源，并确定它们的影研究要求，研究这些误差来源，并确定它们的影研究要求，研究这些误差来源，并确定它们的影响规律和改正方法，有重要意义。响规律和改正方法，有重要意义。响规律和改正方法，有重要意义。响规律和改正方法，有重要意义。2024/3/184913.5 GPS13.5 GPS测量的方法与实施测量的方法与实施 一、一、一、一、GPSGPS的观测工作的观测工作的观测工作的观测工作包括选点、埋设标志、外业观测包括选点、埋设标志、外业观测包括选点、埋设标志、外业观测包括选点、埋设标志、外业观测选点重点注意：选点重点注

48、意：选点重点注意：选点重点注意：点位周围应保证高度角点位周围应保证高度角点位周围应保证高度角点位周围应保证高度角1515度以上无遮挡；度以上无遮挡；度以上无遮挡；度以上无遮挡；选点远离发射功率大的无线发射源距离不小于选点远离发射功率大的无线发射源距离不小于选点远离发射功率大的无线发射源距离不小于选点远离发射功率大的无线发射源距离不小于200200米；米；米；米；埋设标志：埋设具有中心标志的标石，以精确标志点位埋设标志：埋设具有中心标志的标石，以精确标志点位埋设标志：埋设具有中心标志的标石，以精确标志点位埋设标志：埋设具有中心标志的标石，以精确标志点位外业观测：按有关技术规范进行。外业观测：按有

49、关技术规范进行。外业观测：按有关技术规范进行。外业观测：按有关技术规范进行。2024/3/1850二、二、二、二、GPSGPSGPSGPS数据处理数据处理数据处理数据处理GPS控制网的数据处理控制网的数据处理就是将采集的数据经测量就是将采集的数据经测量平差后规化到参考椭球面上并投影到所采用的平平差后规化到参考椭球面上并投影到所采用的平面上，得到点的准确位置。面上，得到点的准确位置。其过程其过程大致可以分为观测数据的大致可以分为观测数据的预处理预处理、基线向基线向量计算量计算、基线向量网平差基线向量网平差(无约束和约束无约束和约束)以及以及GPS网与地面网联合平差、网与地面网联合平差、评定精度评

50、定精度等几个阶段。等几个阶段。2024/3/1851数据处理流程数据处理流程：数据传输数据预处理基线解算重复基线检验同步环检验异步环检验（以上为当天应完成的任务）重测与补测WGS-84中无约束平差网精度分析三维约束平差二维平差成果报告技术总结。2024/3/1852基线向量的解算基线向量的解算具体处理中应注意以下几个问题具体处理中应注意以下几个问题：（1）基线解算一般采用双差相位观测值，对于边长超过）基线解算一般采用双差相位观测值，对于边长超过 30km的基线，解算时则可采用三差相位观测值。的基线，解算时则可采用三差相位观测值。（2）卫星广播星历坐标值可作为基线解的起算数据。对）卫星广播星历坐