GPS原理知識點(diǎn)總結(jié)

名詞解釋

1．地球參心標(biāo)系：質(zhì)心與橢球體中心不重合，選一參考橢球面為基準(zhǔn)參考面，選一參考點(diǎn)

為起算點(diǎn)，利用大地原點(diǎn)的觀測資料，確定參考橢球在地球內(nèi)部的位置和方位，這種原點(diǎn)位于地球質(zhì)心附近的坐標(biāo)系為地球參心坐標(biāo)系。

ii2．整周跳變：任意一個時刻一個完整的載波相位測量可以表示為：N0In()F()當(dāng)衛(wèi)星信號中斷時，將丟失其中的一部分整周數(shù)稱為整周跳變，簡稱周跳。

3導(dǎo)航電文：是包含有關(guān)衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星工作狀態(tài)、時間系統(tǒng)、衛(wèi)星鐘運(yùn)行狀態(tài)、軌道攝動改正、大氣折射改正和由C/A碼捕獲P碼等導(dǎo)航信息的數(shù)據(jù)碼（或D碼）。

4靜態(tài)相對定位：用兩臺接接收機(jī)分別安置在基線的兩個端點(diǎn)，其位置靜止不動，同步觀測相同的4顆以上衛(wèi)星，確定兩個端點(diǎn)在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的相對位置，這就叫做靜態(tài)相對定位。

5區(qū)域差分GPS：在一個較大的區(qū)域布設(shè)多個基準(zhǔn)站，以構(gòu)成基準(zhǔn)站網(wǎng)，并包含一個或數(shù)個監(jiān)控站，則位于該區(qū)域中的用戶根據(jù)多個基站所提供的改正信息經(jīng)平差計(jì)算后求得用戶站定位改正數(shù)，這種差分GPS定位系統(tǒng)稱為具有多個基準(zhǔn)站的區(qū)域差分GPS系統(tǒng)。6接收通道：GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號經(jīng)由天線進(jìn)入接收機(jī)的路徑。

7星歷誤差：即衛(wèi)星軌道誤差，指衛(wèi)星星歷所提供的衛(wèi)星空間位置與實(shí)際位置的偏差。8：獨(dú)立基線：對干N臺GPS接收機(jī)構(gòu)成的同步觀測環(huán)，有J條同步觀測基線，其中獨(dú)立基線數(shù)為N一1。獨(dú)立基線之間沒有相關(guān)性。

9：整周未知數(shù)：在載波相位測量中，相位觀測值應(yīng)為：(M)(S)N0F()由于載波是一單純的正弦波，沒有任何辨識標(biāo)記，所以無法識別測量的是第幾周的相位，即N0無法測定，稱No為整周未知數(shù)。

10：WGS84坐標(biāo)：WGS-84是修正NSWC9Z-2參考系的原點(diǎn)和尺度變化，并旋轉(zhuǎn)其參考子午面與BIH定義的零度子午面一致而得到的一個新參考系，WGS-84坐標(biāo)系的原點(diǎn)在地球質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)定地球極（CTP）方向，X軸指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交點(diǎn)，Y軸和Z、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。它是一個地固坐標(biāo)系

11．多路徑效應(yīng)：是指接收機(jī)天線除能直接接收衛(wèi)星的信號之外，還可能接收到天線周圍物體或地面反射的衛(wèi)星信號。兩種信號的疊加將引起天線相位中心位置的遷移，從而產(chǎn)生誤差。12.春分點(diǎn)：當(dāng)太陽在黃道上從天球南半球向北半球運(yùn)動時，黃道與天球赤道的交點(diǎn)稱為春分點(diǎn)

13.PDOP:三維位置精度因子PDOP(positionDOP)取PDOP=則相應(yīng)的三維位置中誤差為=0.PDOP14CORS站：

15.異步環(huán)：在構(gòu)成多邊形環(huán)路的所有基線向量中，只要有非同步觀測基線向量，則該多邊形環(huán)路叫異步觀測環(huán)，簡稱異步環(huán)。簡答題：

1.GPS系統(tǒng)的構(gòu)成及他們各自的作用

GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分地面監(jiān)控

0系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分GPS信號接收機(jī)。

（1）地面監(jiān)控部分（Controlsegment）每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運(yùn)行，都要由地面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時間標(biāo)準(zhǔn)——GPS時間系統(tǒng)。

（2）空間部分（Spacesegment）GPS衛(wèi)星GPS的衛(wèi)星星座原計(jì)劃為24顆，中間縮減為18顆，最后又恢復(fù)為24顆。這24顆衛(wèi)星分布在6個軌道上，每個軌道均勻分布4顆衛(wèi)星。當(dāng)截至高度角取15時，該星座能保證位于地球任何一點(diǎn)的用戶在任一時刻能同時觀測4-8顆衛(wèi)星。

GPS信號接收機(jī)的任務(wù)是：能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對所接收到的GPS信號進(jìn)行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)出的導(dǎo)航電文，實(shí)時的計(jì)算出測站的三維坐標(biāo)位置，甚至三維速度和時間。

2.描述衛(wèi)星無攝運(yùn)動的參數(shù)及其幾何意義？

，，as，es，fs，

as為軌道的長半徑，es為軌道橢圓偏心率，這兩個參數(shù)確定了開普勒橢圓的形狀和大小。

為升交點(diǎn)赤經(jīng)：即地球赤道面上升交點(diǎn)與春分點(diǎn)之間的地心夾角。i為軌道面傾角：即衛(wèi)星軌道平面與地球赤道面之間的夾角。這兩個參數(shù)唯一地確定了衛(wèi)星軌道平面與地球體之間的相對定向。

s為近地點(diǎn)角距：即在軌道平面上，升交點(diǎn)與近地點(diǎn)之間的地心夾角，表達(dá)了開普勒橢圓在軌道平面上的定向。

fs為衛(wèi)星的真近點(diǎn)角：即軌道平面上衛(wèi)星與近地點(diǎn)之間的地心角距。該參數(shù)為時間的函數(shù)，確定衛(wèi)星在軌道上的瞬時位置。3.偽距測量的基本原理？

碼相關(guān)法偽距測量是通過調(diào)整自相關(guān)函數(shù)R(t)的值來測定測距信號由衛(wèi)星到達(dá)測站的傳播時間實(shí)現(xiàn)的。自相關(guān)函數(shù)的嚴(yán)格表達(dá)式是：1TR(t)U(tt)U(t)dt0Tt測距碼信號傳播時間，τ為接收機(jī)復(fù)制碼延遲，U（t-t）為測距碼信號，U’（t-τ）為接收機(jī)復(fù)制信號，T為測距碼信號周期。

。

1(t)R(t)1T1T(ttu)R(t)1(ttu)GPS定位中，影響觀測量精度的主要誤差來源分為三類：

與衛(wèi)星有關(guān)的誤差：衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘的鐘誤差、相對論效應(yīng)與信號傳播有關(guān)的誤差：電離層延遲、對流層延遲、多路徑效應(yīng)

與接收設(shè)備有關(guān)的誤差：觀測誤差、接收機(jī)鐘的鐘誤差、天線相位中心誤差、接收機(jī)的測量噪聲。當(dāng)衛(wèi)星發(fā)射的測距信號經(jīng)過t秒傳播時間到達(dá)接收機(jī)時，接收機(jī)立刻產(chǎn)生一個結(jié)構(gòu)完全相同的復(fù)制碼序列，并在延時器的控制下，不斷調(diào)整τ，直到R（t）=1為止，這時，τ=t，乘以光速c，即可獲得衛(wèi)星至測站的距離。但是由于t中包含有衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘不同步的誤差，因此稱為偽距，以表示。4.GPS誤差來源及分類

GPS定位中，影響觀測量精度的主要誤差來源分為三類：

與衛(wèi)星有關(guān)的誤差：衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘的鐘誤差、相對論效應(yīng)與信號傳播有關(guān)的誤差：電離層延遲、對流層延遲、多路徑效應(yīng)

與接收設(shè)備有關(guān)的誤差：觀測誤差、接收機(jī)鐘的鐘誤差、天線相位中心誤差、接收機(jī)的測量噪聲。

5.GPS控制網(wǎng)類型和特點(diǎn)1：星形網(wǎng)

幾何圖形簡單，只需兩臺GPS接收機(jī)，是一種快速定位作業(yè)方式，但是，由于基線間不構(gòu)成任何同步閉合圖形因此抗粗差的能力差，一般適用于精度較低的工程測量。2：點(diǎn)連式

相鄰?fù)�步圖形之間只有一個公共點(diǎn)連接。這種布網(wǎng)方式幾何強(qiáng)度較弱，抗粗差能力較差，一般可以加測幾個時段以增強(qiáng)網(wǎng)的異步圖形閉合條件的個數(shù)。

3：邊連式

相鄰?fù)�步圖形由一條公共基線連接。這種布網(wǎng)方式幾何強(qiáng)度較高，抗粗差能力較強(qiáng)，有較多的復(fù)測邊和非同步圖形閉合條件，在相同的儀器個數(shù)的條件下，觀測時段將比點(diǎn)連接方式大大增加。4：混連式

該方式是把點(diǎn)連式和邊連式有機(jī)地結(jié)合在一起，這種方式既可以提高網(wǎng)的幾何強(qiáng)度和可靠性指標(biāo)，有減少了外業(yè)工作量，是一種較為理想的布網(wǎng)方法。6.GPS網(wǎng)設(shè)計(jì)原則

1：在GPS網(wǎng)中不應(yīng)存在自由基線。

2：GPS網(wǎng)的閉合環(huán)的基線個數(shù)不應(yīng)過多。

3：GPS網(wǎng)至少應(yīng)與地面網(wǎng)有3－5個分布均勻的重合點(diǎn)，同時也應(yīng)有相當(dāng)數(shù)量的地面水準(zhǔn)點(diǎn)與GPS網(wǎng)重合。

4：GPS點(diǎn)應(yīng)選在交通便利。視野開闊的地方，同時應(yīng)考慮點(diǎn)與點(diǎn)之間的通視問題，以便使用經(jīng)典方法擴(kuò)展。

7.GPS控制點(diǎn)選點(diǎn)的基本要求

（1）點(diǎn)位應(yīng)選易于安置接收設(shè)備、視野開闊的位置。視場周圍15度以上不應(yīng)有障礙物，以避兔GPS信號被吸收或遮擋。

（2）點(diǎn)位應(yīng)遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源如電視臺、微波站等）．其距離不小于200m遠(yuǎn)離高壓輸電線，其距離不得小于50m，以避免電磁場對GPP信號的干擾。

（3）點(diǎn)位附近不應(yīng)有大面積水域或強(qiáng)烈干擾衛(wèi)星信號接收的物體．以減弱多路徑效應(yīng)的影響。

（4）點(diǎn)位應(yīng)選交通方便，有利于其他觀測手段擴(kuò)展與聯(lián)測的地方。（5）點(diǎn)位應(yīng)選在地面基礎(chǔ)穩(wěn)定．易于點(diǎn)保存的地點(diǎn)。

（6）選點(diǎn)入員應(yīng)按技術(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行踏勘，在實(shí)地按要求選定點(diǎn)位。（7）網(wǎng)形應(yīng)有利于同步觀測及邊、點(diǎn)聯(lián)結(jié)。（8）當(dāng)所選點(diǎn)位需要進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測時．選點(diǎn)人員應(yīng)實(shí)地踏勘水準(zhǔn)路線，提出有關(guān)建議（9）當(dāng)利用舊點(diǎn)時，應(yīng)對舊點(diǎn)的穩(wěn)定性、完好性，以及覘標(biāo)是否安全可用做一檢查，符合要求方可利用。

8.GPS三種高程的定義及其關(guān)系

大地高：一點(diǎn)沿橢球法線到橢球面的距離，常用H表示。正高：地面點(diǎn)沿該點(diǎn)的重力線到大地水準(zhǔn)面的距離，用Hg表示。正常高：地面點(diǎn)沿正常重力線到似大地水準(zhǔn)面的距離，常用Hr表示。

三者之間的關(guān)系：H=Hg+N或Hg=H-N

H=Hr+ζ或Hr=H-ζHr-Hg=（gm-rm）rmHg

9.GPS網(wǎng)平差類型與其目的

通常采用三維無約束平差、三維約束平差及三維聯(lián)合平差三種平差模型。

三維無約束平差的主耍目的1）是考察GPS基線向量網(wǎng)本身的內(nèi)符合精度以及考察基線向量之間有無明顯的系統(tǒng)誤差和粗差，其平差應(yīng)不引入外部基準(zhǔn)。2）調(diào)整個基線觀測值的權(quán)，使它們相互匹配。

三維約束平差，就是以國家大地坐標(biāo)系或地方坐標(biāo)系的某些點(diǎn)的固定坐標(biāo)、固定邊長及固定方位為網(wǎng)的基準(zhǔn)，將其作為平差中的約束條件，并在平差計(jì)算中考慮GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。約束平差和聯(lián)合平差都是為了確定點(diǎn)在指定參照系下的坐標(biāo)。10.GPS控制作業(yè)的主要步驟

一、明確任務(wù)二、測區(qū)踏勘及收集資料三、技術(shù)設(shè)計(jì)四、器材準(zhǔn)備及人員組織五、選點(diǎn)及埋標(biāo)六、外業(yè)觀測計(jì)劃的擬定七、外業(yè)觀測八、數(shù)據(jù)與處理九、觀測成果的外業(yè)檢核十、技術(shù)總結(jié)11.多路徑誤差的減弱措施

多路徑誤差：接收機(jī)天線除直接收到衛(wèi)星發(fā)射的信號外，還可能收到經(jīng)天線周圍地物一次或多次反射的衛(wèi)星信號。兩種信號疊加，將引起測量參考點(diǎn)位置變化，使觀測量產(chǎn)生誤差。減弱措施：

安置接收機(jī)天線的環(huán)境應(yīng)避開較強(qiáng)發(fā)射面，如水面、平坦光滑的地面和建筑表面。選擇造型適宜且屏蔽良好的天線如扼流圈天線。適當(dāng)延長觀測時間，削弱周期性影響。改善接收機(jī)的電路設(shè)計(jì)。

12.RTK測量的基本思想

RTK（Real-timekinematic）實(shí)時（載波相位）差分定位是一種能夠在野外實(shí)時得到厘米級定位精度的測量方法，它的出現(xiàn)極大地提高了野外作業(yè)效率。實(shí)時動態(tài)測量的基本思想是，在基準(zhǔn)站上安置一臺GPS接收機(jī)，對所有可見GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設(shè)備，實(shí)施的發(fā)送給用戶觀測站。在用戶站上，GPS接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號的同時，通過無線電接收設(shè)備接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位的原理，實(shí)時地計(jì)算并顯示用戶占的三維坐標(biāo)及其精度。13.GPS觀測過程中應(yīng)禁止哪些操作？

關(guān)閉又重新啟動接收機(jī)；進(jìn)行自測試（發(fā)現(xiàn)故障除外）；改變衛(wèi)星高度角；改變天線位置；改變數(shù)據(jù)采樣間隔；按動關(guān)閉文件和刪除文件等功能鍵。14.GPS技術(shù)設(shè)計(jì)書的主要內(nèi)容

1）任務(wù)來源及工作量，包括GPS項(xiàng)目的來源、下達(dá)任務(wù)的項(xiàng)目、用途及意義；GPS測量（包括新定點(diǎn)數(shù)、約束點(diǎn)數(shù)、水準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)、檢查點(diǎn)數(shù)）；GPS點(diǎn)的精度指標(biāo)及高程系統(tǒng)。

2）測區(qū)概況主要包括測區(qū)隸屬的行政管轄；測區(qū)范圍的地理坐標(biāo)、控制面積；測區(qū)交通狀況和人文地理；測區(qū)的地形及氣候狀況；測區(qū)控制點(diǎn)的分布及對控制點(diǎn)的分析、利用和評價

3）布網(wǎng)方案GPS網(wǎng)店的圖形結(jié)構(gòu)及基本連接方法；GPS網(wǎng)結(jié)構(gòu)特征的測算；點(diǎn)位圖的繪制

4）選點(diǎn)與埋標(biāo)GPS點(diǎn)為基本要求；點(diǎn)為標(biāo)志的選用及埋設(shè)方法；點(diǎn)位的編號5）觀測對觀測工作的基本要求；觀測計(jì)劃的制定；對數(shù)據(jù)采集提出應(yīng)注意的問題。6）數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理的基本方法及使用的軟件，起算點(diǎn)坐標(biāo)的來源；閉合差檢驗(yàn)及點(diǎn)位精度的評定指標(biāo)

7）完成任務(wù)的措施要求措施具體，方法可靠，能在實(shí)際工作中貫徹執(zhí)行。

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GPS測量原理及應(yīng)用各章知識點(diǎn)總結(jié)

桂林理工大學(xué)測繪08-1JL（純手打）

第一章緒論

1、GPS系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時性的導(dǎo)航、定位和定時的功能。能為各個用戶提供三維坐標(biāo)和時間。2、GPS衛(wèi)星位置采用WGS-84大地坐標(biāo)系

3、GPS經(jīng)歷了方案論證、系統(tǒng)論證、生產(chǎn)試驗(yàn)三個階段。整個系統(tǒng)包括衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控部分、用戶接收機(jī)部分。

4、GPS基本參數(shù)為：衛(wèi)星顆數(shù)為21+3，衛(wèi)星軌道面?zhèn)�數(shù)為6，衛(wèi)星高度為20200km，軌道傾角為55度，衛(wèi)星運(yùn)行周期為11小時58分，在地球表面任何時刻，在高度較為15度以上，平均可同時觀測到6顆有效衛(wèi)星，最多可以達(dá)到9顆。

5、應(yīng)用雙定位系統(tǒng)的優(yōu)越性：

能同時接收到GPS和GLONASS衛(wèi)星信號的接收機(jī)，簡稱為雙系統(tǒng)衛(wèi)星接收機(jī)。（1）增加接收衛(wèi)星數(shù)。這樣有利于在山區(qū)和城市有障礙物遮擋的地區(qū)作業(yè)

（2）提高效率。觀測衛(wèi)星數(shù)增加，所以求解整周模糊度的時間縮短，從而減少野外作業(yè)時間，提高了生產(chǎn)效率。

（3）提高定位的可靠性和精度。因觀測的衛(wèi)星數(shù)增加，用于定位計(jì)算的衛(wèi)星數(shù)增加，衛(wèi)星幾何分布也更好，所以提高了定位的可靠性和精度。

6、在GPS信號導(dǎo)航的定位時，為了解算測站的三維坐標(biāo)，必須觀測4顆（以上）衛(wèi)星，稱為定位星座。

7、PRN----------衛(wèi)星所采用的偽隨機(jī)噪聲碼

8、在導(dǎo)航定位測量中，一般采用PRN編號。

9、用于捕獲信號和粗略定位的為隨機(jī)碼叫做C/A碼（又叫S碼），用于精密定位的精密測距碼叫P碼

10、GPS系統(tǒng)中各組成部分的作用：衛(wèi)星星座

1、向廣大用戶發(fā)送導(dǎo)航定位信息。

2、接收注入站發(fā)送到衛(wèi)星的導(dǎo)航電文和其他相關(guān)信息，并通過GPS信號電路，適時的發(fā)送給廣大用戶。

3、接收地面主控站通過注入站發(fā)送到衛(wèi)星的調(diào)度命令，適時的改正運(yùn)行偏差和啟用備用時鐘等。地面監(jiān)控系統(tǒng)

地面監(jiān)控系統(tǒng)包括1個主控站，3個注入站和5個監(jiān)測站。

1、監(jiān)測和控制衛(wèi)星上的設(shè)備是否正常工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運(yùn)行。2、保持各衛(wèi)星處于同一時間。

GPS接收機(jī)

接收機(jī)硬件和機(jī)內(nèi)軟件以及GPS數(shù)據(jù)的后處理軟件包，構(gòu)成完整的GPS用戶設(shè)備。GPS接收機(jī)的結(jié)構(gòu)非為天線單元和接收單元兩大部分。

作用：能夠捕獲按一定衛(wèi)星高度截止角多選擇的待測衛(wèi)星信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對說接收到的GPS信號進(jìn)行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時的計(jì)算出測站三位位置，甚至三位速度時間。

10、GPS的特點(diǎn)：

1、定位精度高2、觀測時間短3、測站間無需通視4、可提供三維坐標(biāo)5、操作簡單6、全天候作業(yè)7、功能多，應(yīng)用廣

第二章坐標(biāo)系統(tǒng)和時間系統(tǒng)

1、完全定義一個空間直角坐標(biāo)系必須明確：1、坐標(biāo)原點(diǎn)的位置2、三個坐標(biāo)軸的指向。3、長度單位。

2、地球的瞬時自轉(zhuǎn)軸在地球上隨時間而變，稱為極地移動，簡稱極移。

3、WGS-84坐標(biāo)系

WGS-84的幾何定義：原地位于地球質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極（CTP）方向，X軸指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交點(diǎn)，Y軸與Z、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。長半軸a=6378137+-2m，α=1/298.257223563

4、WGS-84大地水準(zhǔn)面N等于由GPS定位測定的點(diǎn)的大地高H減去該點(diǎn)的正高H。

5、我國目前常用的兩個國家大地坐標(biāo)系：1954北京坐標(biāo)系，1980年國家大地坐標(biāo)系。1980年國家大地坐標(biāo)系的的大地原點(diǎn)設(shè)在我國中部-陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)，高程系統(tǒng)基準(zhǔn)是19556年青島驗(yàn)潮站求出的黃海平均海水面。

6、GPS時間系統(tǒng)

GPS系統(tǒng)是測試測距系統(tǒng)。GPS時間系統(tǒng)采用原子時ATI秒長作為時間基準(zhǔn)，但時間起算的原點(diǎn)定義在1980年1月6日UTC0時。

第三章衛(wèi)星運(yùn)動基礎(chǔ)及GPS衛(wèi)星星歷

1、只考慮地球地心引力作用的衛(wèi)星運(yùn)動稱為衛(wèi)星的無攝運(yùn)動。

2、考慮了攝動力作用的衛(wèi)星運(yùn)動稱為衛(wèi)星的受攝運(yùn)動。攝動力包括:地球引力場攝動力（影響最大）、日月攝動力、大氣阻力、光壓攝動力潮汐攝動力。

3、衛(wèi)星星歷：描述衛(wèi)星運(yùn)動軌道的信息。分為預(yù)報星歷和后處理星歷。

4、預(yù)報星歷有叫廣播星歷。通常包括相對某一參考?xì)v元的開普勒軌道參數(shù)和必要的軌道攝動改正項(xiàng)參數(shù)。

5、廣播星歷參數(shù)共有16個，包括1個參考時刻，6個對應(yīng)參考時刻的開普勒軌道參數(shù)和9個反映攝動力影響的參數(shù)。

6、C/A碼星歷------一種用C/A碼傳送的衛(wèi)星星歷。P碼星歷----------一種用P碼傳送的衛(wèi)星星歷。

7、后處理星歷（有滯后性）：一些國家某些部門，根據(jù)各自建立的衛(wèi)星跟蹤站所獲得的對GPS衛(wèi)星的精密觀測資料，應(yīng)用與確定廣播星歷相似的方法而計(jì)算的衛(wèi)星星歷。

第四章GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文和衛(wèi)星信號

1、衛(wèi)星導(dǎo)航電文：是用戶用來定位和導(dǎo)航的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。它主要包括：衛(wèi)星星歷、時鐘改正、電離層延遲改正、工作狀態(tài)信息C/A碼轉(zhuǎn)換到捕獲P碼。

2、GPS衛(wèi)星信號是用于導(dǎo)航定位的調(diào)制波，他包含有：載波、測距碼和數(shù)據(jù)碼。3、調(diào)制：將頻率較低的信號加載在頻率較高的載波上的過程。4、GPS接收機(jī)分類：

按用途分：導(dǎo)航型接收機(jī)、測地型接收機(jī)和授時型接收機(jī)按接收機(jī)的載波頻率分：單頻接收機(jī)、雙頻接收機(jī)

按通道數(shù)分：多通道接收機(jī)、序貫通道接收機(jī)和多路多用通道接收機(jī)

按工作原理分：碼相關(guān)型接收機(jī)、平方型接收機(jī)、混合型接收機(jī)和干涉型接收機(jī)。

第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理

1、GPS衛(wèi)星定位的基本原理：將無線電信號發(fā)射臺從地面點(diǎn)搬到衛(wèi)星上，組成衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，應(yīng)用無線電測距交會原理，便可由三個以上地面已知點(diǎn)（控制站）交會出衛(wèi)星的位置，反之利用三顆以上衛(wèi)星的已知空間位置又可交會出地面未知點(diǎn)（用戶接收機(jī)）的位置。

2、依據(jù)測距的原理，GPS定位原理和方法主要有：偽距法定位，載波相位測量定位和差分GPS定位等。

3、對于待定點(diǎn)來說，根據(jù)其運(yùn)動狀態(tài)可以將GPS定位分為靜態(tài)地位和動態(tài)定位。

4、靜態(tài)定位：對于固定不動的待定點(diǎn)，將GPS接收機(jī)安置與其上測，觀測數(shù)分鐘乃至更長的時間，以確定改點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

5、動態(tài)定位：至少有一臺接收機(jī)處于運(yùn)動狀態(tài)，測定的是各觀測時刻（觀測歷元）運(yùn)動中的接收機(jī)的點(diǎn)位。

6、相對定位：至少用兩臺GPS接收機(jī)，同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，確定兩臺接收機(jī)天線之間的相對位置。

7、絕對定位：（也叫單點(diǎn)定位）利用GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)之間的距離觀測值直接確定用戶接收機(jī)天線在WGS-84坐標(biāo)系中相對于坐標(biāo)原點(diǎn)-----地球質(zhì)心的絕對位置。

8、靜態(tài)絕對定位：接收機(jī)天線處于靜止?fàn)顟B(tài)下，確定觀測站坐標(biāo)的方法。

9、動態(tài)絕對定位：在用戶接收機(jī)安置在運(yùn)動的載體上并處于動態(tài)情況下，確定載體瞬時絕對位置的定位方法。

10、為了減少軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及電離層和對流層的折射誤差的影響，常采用載波相位觀測值的各種線性組合（即差分值）作為觀測值。

偽距測量

11、偽距法定位：由GPS接收機(jī)在哦某一時刻測出得到四顆以上GPS衛(wèi)星的位居及已知的衛(wèi)星位置，采用距離交會的方法求定接收機(jī)天線所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)。（所測偽距就是有衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達(dá)接收機(jī)的傳播時間乘以光速所得的量測值。）

12、偽距法定位優(yōu)點(diǎn)：定位速度快，且無多值性問題。缺點(diǎn)：

13、用碼相關(guān)技術(shù)來確定偽距可以排除隨機(jī)誤差的影響。

14、偽距法定位觀測方程：

載波相位測量15、重建載波：設(shè)法將調(diào)制在載波上的測距碼和衛(wèi)星電文去掉，重新獲取載波的工作。一般采用碼相關(guān)法和平方法。

16、載波相位測量存在整周數(shù)不確定的問題。

整周未知數(shù)No的確定方法有：

1、偽距法2、將整周未知數(shù)當(dāng)作平差中的待定參數(shù)-----經(jīng)典方法。3、多普勒法4、快速確定整周未知數(shù)

偽距法：在進(jìn)行載波相位測量的同時有進(jìn)行偽距測量，將偽距測量值減去載波相位測量值后即可得到λNo。

整周跳變的修復(fù)

1、周跳：受無線電信號干擾造成失鎖，整周計(jì)數(shù)無法連續(xù)進(jìn)行而造成整周計(jì)數(shù)不正確，但是不到一個整周的相位觀測值仍是正確的。

2、產(chǎn)生周跳的原因有：

1、建筑物或樹木等障礙物的遮擋2、電離層電子活動劇烈3、多路徑效應(yīng)的影響4、衛(wèi)星噪聲比太低5、接收機(jī)的高動態(tài)6、接收機(jī)內(nèi)置軟件設(shè)計(jì)不合理

3、整周跳變修復(fù)方法：

1、屏幕掃描法2、用高次差或多項(xiàng)式擬合法3、在衛(wèi)星間求差4、用雙頻觀測值修復(fù)周跳5、根據(jù)平差后的殘差發(fā)現(xiàn)和修復(fù)整周跳變

3、用雙頻觀測值修復(fù)周跳的方法的優(yōu)點(diǎn)是：雙頻載波相位觀測值的組合中個參數(shù)之涉及頻率，取決于電離層殘差影響，無需事先知道測站和衛(wèi)星的坐標(biāo)。缺點(diǎn)是：不能顧及多路徑效應(yīng)和測量噪聲的影響，另外如果兩個載波相位觀測值中都出現(xiàn)周跳，則不可用此方法。

4、固定解：整周未知數(shù)解算后，不再為整數(shù)，可將其調(diào)整為整數(shù)，解算出的觀測站坐標(biāo)稱為固定解，否則稱為實(shí)數(shù)解。

5、精度因子：HDOP(平面位置精度因子)、VDOP（高程精度因子）、PDOP（空間位置精度因子）、TDOP（接收機(jī)鐘差精度因子）、GDOP（幾何精度因子）

6、一次差：將觀測值直接相減的過程。（接收機(jī)間求差）；作用：可以消除與衛(wèi)星有關(guān)的載波相位及其鐘差項(xiàng)

7、二次差：對一次差分觀測值繼續(xù)求差，所得的結(jié)果仍可以當(dāng)作虛擬觀測值。（接收機(jī)間求差、衛(wèi)星間求差）作用：與接收機(jī)有關(guān)的載波相位及其鐘差項(xiàng)

8、三次差：對二次差分值繼續(xù)求差。（接收機(jī)間求差、衛(wèi)星間求差、不同歷元間求差）作用：消除出事整周模糊度項(xiàng)。9、差值法都引入了線性相關(guān)。

10、GPS衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號含有兩種精度不同的測距碼，即P碼（精碼）和C/A碼（粗碼）

11、SA和AS技術(shù)對定位的影響：（1）降低單點(diǎn)定位精度（2）降低長距離相對定位的精度（3）AS技術(shù)會對高精度相對定位數(shù)據(jù)處理，整周未知數(shù)的確定帶來不便。

12、針對SA和AS政策的對策：①應(yīng)用P-W技術(shù)和L1與L2交叉相關(guān)技術(shù)，使L2載波相位測量值得到恢復(fù)，其精度與使用P碼相同。②研制能同時接受GPS和GLONASS信號的接收機(jī)。③發(fā)展DGPS和WADGPS差分系統(tǒng)。④建立獨(dú)立的GPS衛(wèi)星測軌系統(tǒng)。⑤建立獨(dú)立的衛(wèi)星導(dǎo)航和定位系統(tǒng)。

差分GPS定位原理

1、GPS定位中，存在三部分的誤差：一是多臺接收機(jī)共有的誤差，如：衛(wèi)星鐘差、星歷誤差。二是傳播延遲誤差，如：電離層延遲誤差、對流層延遲誤差。三是接收機(jī)固有的誤差，如：內(nèi)部噪聲、多路徑效應(yīng)。2、差分GPS可分為單基準(zhǔn)站差分、具有多個基準(zhǔn)站的局部區(qū)域差分和廣域差分三種類型。3、單站差分按基準(zhǔn)站發(fā)送的信息方式可分為：位置差分、偽距差分和載波相位差分。4、位置差分優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算簡單，適用于各種型號的GPS接收機(jī)。缺點(diǎn)：基準(zhǔn)站與用戶必須觀測同一組衛(wèi)星，這在近距離可以做到但遠(yuǎn)距離較長時很難滿足。故，位置差分，值適用于100km以內(nèi)。

5、偽距差分的優(yōu)點(diǎn)是：基準(zhǔn)站提供所有衛(wèi)星的改正數(shù)，用戶接收機(jī)觀測任意4顆衛(wèi)星，就可以完成定位。缺點(diǎn)：差分精度隨基準(zhǔn)站到用戶的距離增加而降低。6、RTK：實(shí)時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法。7、廣域差分P70。

第七章GPS測量誤差來源及其影響

與信號傳播有關(guān)的誤差

有：（1）電離層折射誤差（2)對流層折射誤差(3)多路徑效應(yīng)

電離層折射誤差：

1、電離層延遲誤差：GPS信號穿過電離層時，信號路徑發(fā)生彎曲，傳播速度也會發(fā)生變化，從而使測量距離產(chǎn)生偏差，這種偏差叫電離層折射誤差。

2、減弱電離層影響的措施：a利用雙頻觀測b、利用電離層改正模型加以修正c、利用同步觀測值求差

對流層折射誤差：

1、流層折射誤差：GPS信號穿過對流層時，信號路徑發(fā)生彎曲，傳播速度也會發(fā)生變化，從而使測量距離產(chǎn)生偏差，這種現(xiàn)象叫做對流層折射誤差。2、減弱對流層折射改正殘差影響的措施：a、采用對流層模型加以改正b、映入附加待估參數(shù)c、利用同步觀測量求差。

多路徑效應(yīng)：

1、多路徑誤差：測站周圍的反射物鎖反射的衛(wèi)星信號進(jìn)入接收機(jī)天線，這就和直接來自衛(wèi)星的信號產(chǎn)生干涉，從而使觀測值偏離真值產(chǎn)生的偏差。

2、多路徑效應(yīng)：由于多路徑信號傳播鎖引起的干涉時延效應(yīng)被稱為多路徑效應(yīng)。3、消除措施：（1）、選擇合適站址

a、測站應(yīng)遠(yuǎn)離大面積平靜水面b、測站不宜選擇在山坡、山谷和盆地中。c、測站應(yīng)離開高層建筑物。（2）對接手機(jī)天線的要求

a、在天線中設(shè)置抑徑板b、接收機(jī)天線對于極化特性不同的反射信號應(yīng)該有較強(qiáng)的抑制作用。

與衛(wèi)星有關(guān)的誤差

有：（1）衛(wèi)星星歷誤差（2）衛(wèi)星鐘鐘差（3）相對論效應(yīng)

衛(wèi)星星歷誤差：

1、衛(wèi)星星歷誤差：由星歷所給出的衛(wèi)星空間的位置與實(shí)際位置之差。

2、解決星歷誤差的方法：a、建立自己的衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)獨(dú)立定軌b、軌道松弛法c、同步觀測值求差

衛(wèi)星鐘鐘差：八婆擴(kuò)有鐘差、頻偏、頻漂等產(chǎn)生的誤差，也包含鐘的隨機(jī)誤差。

相對論效應(yīng)：

1、相對論效應(yīng)：由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所處的狀態(tài)不同而引起衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘之間產(chǎn)生相對中誤差的現(xiàn)象。

與接收機(jī)有關(guān)的誤差有：（1）接收機(jī)鐘誤差（2）接收機(jī)位置誤差（3）天線相位中心位置誤差及幾何強(qiáng)圖形度誤差等

1、減弱接收機(jī)鐘差的方法:

a、把每個觀測時刻的接收機(jī)鐘差當(dāng)著一個獨(dú)立的未知數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中與觀測站的位置參數(shù)一并求解。

b、認(rèn)為各觀測時刻的接收機(jī)鐘差間是相關(guān)的，像衛(wèi)星鐘那樣，將接收機(jī)鐘差表示為時間多項(xiàng)式，并在觀測量的平差計(jì)算中求解多項(xiàng)式的系數(shù)。c、通過衛(wèi)星間求一次差來消除接收機(jī)的鐘差。

2、接收機(jī)天線相位中心相對測站標(biāo)石中心位置的誤差，叫接收機(jī)位置誤差。

3、天線相位中心位置誤差：觀測時相位中心的瞬時位置與理論上的相位中心將有所不同而產(chǎn)生的差別。

第八章GPS測量的設(shè)計(jì)與實(shí)施

GPS測量技術(shù)設(shè)計(jì)

1、GPS網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是GPS測量規(guī)范和測量任務(wù)書。

2、GPS網(wǎng)按級別分可分為AA、A、B、C、D、E；按等級分為二、三、四、一級、二級。

GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)

1、在GPS網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)時，必須明確GPS網(wǎng)所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)和起算數(shù)據(jù)，即明確GPS網(wǎng)所采用的基準(zhǔn)，我們稱這項(xiàng)工作為GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。2、GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)包括位置基準(zhǔn)、方位基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)。

3、方位基準(zhǔn)一般以給定的起算方位角確定，也可以由GPS基線向量的方位作為基準(zhǔn)。4、尺度基準(zhǔn)一般由地面的地磁波測距邊確定，也可由兩個起算點(diǎn)間的距離確定，同時也可以由GPS基線向量的距離確定。

5、位置基準(zhǔn)一般是由給定的起算點(diǎn)坐標(biāo)確定。

6、GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上主要是指確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)問題。7、GPS基準(zhǔn)設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮的問題：P117.

GPS網(wǎng)構(gòu)成的幾個基本概念及網(wǎng)特征條件

1、觀測時段：測站上從開始接受衛(wèi)星信號到觀測停止，連續(xù)的工作時間段。2、同步觀測：兩臺或兩臺以上的接收機(jī)同時對一組衛(wèi)星進(jìn)行觀測。

3、同步觀測環(huán)：三天或三臺以上接收機(jī)同步觀測獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)。4、獨(dú)立觀測環(huán)：由獨(dú)立觀測所獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)。

5、異步觀測環(huán)：在構(gòu)成多邊形環(huán)路中的所有基線向量中，只要有非同步觀測基線向量，則該多邊形環(huán)路叫異步觀測環(huán)。

6、獨(dú)立基線：對于N臺GPS接收機(jī)構(gòu)成的同步觀測環(huán)，有J條同步觀測基線，其中獨(dú)立基線數(shù)為（N-1）

7、非獨(dú)立基線：除獨(dú)立基線外的基線。

8、當(dāng)同步閉合環(huán)的閉合差較小時，只能說明GPS基線向量的計(jì)算合格，不能說明GPS邊的觀測精度高，也不能發(fā)現(xiàn)接收到的信號收到干擾而產(chǎn)生的某些粗差。

9、為了確保GPS觀測效果的可靠性，有效的發(fā)現(xiàn)測量成果中的粗差，必須使GPS網(wǎng)中的獨(dú)立邊構(gòu)成一定的幾何圖形。

GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)：

主要取決與用戶的要求和=、經(jīng)費(fèi)、時間、人力和所投入接收機(jī)的類型、數(shù)量和后勤保障條件等。

1、網(wǎng)形主要有：點(diǎn)連式、邊連式、網(wǎng)連式、邊點(diǎn)混合連接四種。2、網(wǎng)形的選擇：主要取決與工程的精度要求、野外條件和GPS接收機(jī)臺數(shù)等因素。3、點(diǎn)連式:相鄰?fù)�步圖形間僅有一個公共點(diǎn)的連接。4、邊連式:相鄰?fù)�步圖形間由一條公共基線連接。5、網(wǎng)連式:相鄰?fù)�步圖形間由兩個以上公共點(diǎn)相連接。

6、邊點(diǎn)混合連接：把點(diǎn)連式和邊連式有機(jī)結(jié)合起來，組成GPS網(wǎng)，既能保證網(wǎng)的幾何強(qiáng)度。提高網(wǎng)的可靠指標(biāo)，有能減少外業(yè)工作量，降低成本。

在實(shí)際布網(wǎng)的設(shè)計(jì)時還要注意一下幾點(diǎn)原則：

a、GPS點(diǎn)間盡管不需要通視，但考慮到利用常規(guī)測量加密時的需要，每點(diǎn)應(yīng)有一個方向以上通視。

b、為了估計(jì)原有城市的測繪成果資料以及各種大比例尺地形圖的沿用，應(yīng)采用原有城市坐標(biāo)系統(tǒng)。對凡符合GPS網(wǎng)點(diǎn)要求的舊點(diǎn)，應(yīng)該充分利用其標(biāo)石。c、GPS網(wǎng)必須由非同步獨(dú)立觀測邊構(gòu)成若干個閉合環(huán)或符合路線。

GPS測量外業(yè)準(zhǔn)備及技術(shù)設(shè)計(jì)書編寫

1、在進(jìn)行GPS外業(yè)工作之前，必須做好實(shí)施前的：測區(qū)踏勘、資料收集、器材籌備、觀測計(jì)劃擬定、GPS儀器檢校及設(shè)計(jì)書編寫等工作。

2、技術(shù)設(shè)計(jì)書編寫內(nèi)容：

a、任務(wù)來源及工作量b、測區(qū)概況c、布網(wǎng)方案d、選點(diǎn)與埋標(biāo)e、觀測d、數(shù)據(jù)處理e、完成任務(wù)措施

8.3GPS測量的外業(yè)實(shí)施（P134）

第九章GPS數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)傳輸

1、數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r進(jìn)行數(shù)據(jù)分流，生成四個數(shù)據(jù)文件：載波相位和偽距觀測值文件、星歷參數(shù)文件、電離層參數(shù)文件和UTC參數(shù)文件、測站信息文件。

數(shù)據(jù)與處理

1、GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理的目的是：對數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑濾波檢驗(yàn)，剔除粗差；統(tǒng)一數(shù)據(jù)文件格式并將各類數(shù)據(jù)文件加工成標(biāo)準(zhǔn)化文件，找出整周跳變并修復(fù)觀測值；對觀測值進(jìn)行各種模型改正。

2、在進(jìn)行平差之前，觀測文件必須規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化。

基線向量的解算及網(wǎng)平差

1、基線處理完成后應(yīng)對其結(jié)果作以下分析和檢核：

a、觀測值殘差分析b、基線長度的精度c、基線向量閉合差的計(jì)算及檢核。

GPS高程

1、高程異常：大地水準(zhǔn)面至參考橢球面的高差。

2、GPS水準(zhǔn)：利用GPS和水準(zhǔn)測量成果確定似大地水準(zhǔn)面的方法。

3、計(jì)算GPS點(diǎn)的正常高方法有：GPS水準(zhǔn)、GPS重力高程和GPS三角高程。4、GPS水準(zhǔn)高程計(jì)算方法：a、繪等值線圖法b、解析內(nèi)插法c、曲面擬合法d、移動曲面法e、地形改正方法f、多項(xiàng)式擬合精度評定

5、RINEX的GPS觀測文件有：O文件、N文件、W文件。

第十章GPS的應(yīng)用

GPS的應(yīng)用有：1、大地控制測量

2、精密工程測量和變形監(jiān)測3、航空攝影

4、線路勘測及隧道貫通測量5、地形、地籍及房地產(chǎn)測量6、海洋測繪7、智能交通系統(tǒng)

8、地球動力學(xué)及地震研究9、氣象信息測量10、航海航空導(dǎo)航

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