GPS原理與應(yīng)用復(fù)習(xí)資料

1、Chapter 1 Chapter 1 緒緒 論論一、基本概念一、基本概念1 衛(wèi)星定位衛(wèi)星定位:通過衛(wèi)星的瞬時位置利用空間距離后方交會的方法確定點位置。通過衛(wèi)星的瞬時位置利用空間距離后方交會的方法確定點位置。2 衛(wèi)星定位基本觀測量：衛(wèi)星定位基本觀測量：距離差、距離距離差、距離（1）距離差定位方式：）距離差定位方式：雙曲面定位系統(tǒng)（雙曲面定位系統(tǒng)（NNSS、TSICADA）（2）距離定位方式：）距離定位方式：球面定位系統(tǒng)（球面定位系統(tǒng)（GPS、GLONASS、 Galileo、 BDSS）（3）GPS發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢GIS/GPS/RS 組成的組成的3S集成系統(tǒng)集成系統(tǒng)GPS/INS 組合導(dǎo)航系

2、統(tǒng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)GNSS/全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) 二、全球定位系統(tǒng)（二、全球定位系統(tǒng)（GPS）1 1 功能特點：功能特點： 三大功能：三大功能：導(dǎo)航、定位、授時導(dǎo)航、定位、授時2 2 應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍： 測量學(xué)、導(dǎo)航學(xué)及其相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域測量學(xué)、導(dǎo)航學(xué)及其相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域3 GPS3 GPS組成：組成： （1 1）GPSGPS衛(wèi)星網(wǎng)衛(wèi)星網(wǎng)及主要功能及主要功能 21+321+3顆衛(wèi)星顆衛(wèi)星 （2 2）地面監(jiān)控系統(tǒng)地面監(jiān)控系統(tǒng)及主要功能及主要功能 主控站：主控站：1 1個、個、 注入站：注入站：3 3個、個、 監(jiān)控站：監(jiān)控站：5 5個個 （3 3）GPSGPS信號接收機信號接收機及定位方式及定位

3、方式Chapter 2 Chapter 2 衛(wèi)星大地測量基礎(chǔ)衛(wèi)星大地測量基礎(chǔ)一、坐標系統(tǒng)一、坐標系統(tǒng)1 1 天球坐標系天球坐標系： （1 1）章動、歲差）章動、歲差 （2 2）三種天球坐標系：瞬時真天球坐標系、瞬時平天球坐標系、協(xié)）三種天球坐標系：瞬時真天球坐標系、瞬時平天球坐標系、協(xié)議天球坐標系議天球坐標系2 2 地球坐標系地球坐標系： （1 1）極移）極移 （2 2）兩種地球坐標系：瞬時地球坐標系、協(xié)議地球坐標系）兩種地球坐標系：瞬時地球坐標系、協(xié)議地球坐標系3 3 協(xié)議地球坐標系協(xié)議地球坐標系： （1 1）CTS-84CTS-84坐標系坐標系 （2 2）WGS-84WGS-84坐標系坐標

4、系極移運動軌跡極移運動軌跡二、衛(wèi)星大地測量中的時間系統(tǒng)二、衛(wèi)星大地測量中的時間系統(tǒng)1 世界時（世界時（UT）2 原子時（原子時（AT）3 協(xié)調(diào)世界時（協(xié)調(diào)世界時（UTC）4 力學(xué)時（力學(xué)時（TD）5 GPS時間（時間（GPST）三、衛(wèi)星運動三、衛(wèi)星運動 衛(wèi)星運動狀態(tài)：受地球、太陽、月球?qū)πl(wèi)星的引力，衛(wèi)星運動狀態(tài)：受地球、太陽、月球?qū)πl(wèi)星的引力，太陽光壓、地球潮汐力等影響。太陽光壓、地球潮汐力等影響。 衛(wèi)星受到的作用力：衛(wèi)星受到的作用力：1 1 地球質(zhì)心引力（中心力）地球質(zhì)心引力（中心力）-無攝運動、無攝軌道無攝運動、無攝軌道2 2 攝動力（非中心力）攝動力（非中心力）-有攝運動、有攝軌道有攝運

5、動、有攝軌道Chapter 3 GPSChapter 3 GPS定位系統(tǒng)信號和接收機定位系統(tǒng)信號和接收機 的基本工作原理的基本工作原理GPS衛(wèi)星信號采用衛(wèi)星信號采用組合碼調(diào)制技術(shù)組合碼調(diào)制技術(shù)（偽隨機碼擴頻技（偽隨機碼擴頻技術(shù)）術(shù)）組合碼調(diào)制技術(shù)：組合碼調(diào)制技術(shù)：將衛(wèi)星導(dǎo)航電文（基帶信號）經(jīng)偽將衛(wèi)星導(dǎo)航電文（基帶信號）經(jīng)偽隨機碼擴頻技術(shù)成為組合碼，再對隨機碼擴頻技術(shù)成為組合碼，再對L頻段的載波進行頻段的載波進行BPSK調(diào)制（正交調(diào)制）。調(diào)制（正交調(diào)制）。作作 用用：提高系統(tǒng)導(dǎo)航定位精度，使系統(tǒng)具有很高的抗：提高系統(tǒng)導(dǎo)航定位精度，使系統(tǒng)具有很高的抗電子干擾能力和極強的保密能力。電子干擾能力和極強

6、的保密能力。分為二級調(diào)制分為二級調(diào)制: :第一級是導(dǎo)航電文調(diào)制到測距隨機碼，第一級是導(dǎo)航電文調(diào)制到測距隨機碼，第二級是測距碼調(diào)制到載波。第二級是測距碼調(diào)制到載波。組合碼調(diào)制技術(shù)組合碼調(diào)制技術(shù)1 C/A碼：粗碼碼：粗碼P碼：精碼碼：精碼2GPS衛(wèi)星信號構(gòu)成衛(wèi)星信號構(gòu)成一、偽隨機碼（一、偽隨機碼（PRNC）GPS衛(wèi)星信號衛(wèi)星信號測距碼測距碼數(shù)據(jù)碼數(shù)據(jù)碼(導(dǎo)航電文，導(dǎo)航電文，D碼）碼）載波載波P碼（碼（Y碼）碼）C/A碼碼L1載波載波L2載波載波偽隨機碼偽隨機碼L波段波段1 導(dǎo)航電文：組成、格式導(dǎo)航電文：組成、格式2 導(dǎo)航電文內(nèi)容導(dǎo)航電文內(nèi)容 （1）遙測碼（）遙測碼（TLM）；（）；（2）轉(zhuǎn)換碼（）

7、轉(zhuǎn)換碼（HOW）；（）；（3）第一數(shù)據(jù)塊（）第一數(shù)據(jù)塊（DATA1）；（）；（4）第二數(shù)據(jù)塊（）第二數(shù)據(jù)塊（DATA2）；（）；（5）第三數(shù)據(jù)塊（）第三數(shù)據(jù)塊（DATA3）二、導(dǎo)航電文（二、導(dǎo)航電文（D碼）碼）25幀幀/12.5min5123410字字/子幀，子幀， 300bit/6s （子幀）（子幀）5子幀子幀/幀，幀，1500bit/30s（幀）（幀）30bit/字，字， 30bit/0.6s （字）（字）0.02s/bit（比特）（比特）三、三、GPS接收機接收機1 GPS接收機分類：接收機分類： （1）按通道工作原理分）按通道工作原理分 （2）按用途分）按用途分 （3）按載波頻率分）按

8、載波頻率分 （4）按通道數(shù)分）按通道數(shù)分2 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) （1）天線）天線 （2）主機）主機 （3）電源）電源Chapter 4 GPSChapter 4 GPS定位的基本觀測量定位的基本觀測量 及誤差分析及誤差分析一、一、 GPSGPS定位基本原理：定位基本原理：= c.t= c.t二、二、GPSGPS定位定位觀測量觀測量 1 1 碼偽距：碼偽距：C/A C/A 、P P碼碼 2 2 載波相位：載波相位：L1L1、L2L2 3 3 多普勒頻移：多普勒頻移：D1D1、D2D2碼相位觀測值碼相位觀測值載波相位觀測值載波相位觀測值C/A碼：碼元寬碼：碼元寬293m，精度，精度2.9mP碼：碼元

9、寬碼：碼元寬29 . 3m，精度，精度0. 29mL1載波：波長載波：波長19cm，精度，精度0. 19cmL2載波：波長載波：波長24cm，精度，精度0. 24cm原始觀測量原始觀測量三、三、GPSGPS測量誤差來源測量誤差來源1 1 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差：與衛(wèi)星有關(guān)的誤差： （1 1）衛(wèi)星鐘差）衛(wèi)星鐘差 （2 2）衛(wèi)星星歷誤差）衛(wèi)星星歷誤差 （3 3）地球自轉(zhuǎn)影響）地球自轉(zhuǎn)影響 （4 4）相對論效應(yīng)影響）相對論效應(yīng)影響2 2 信號傳播誤差：信號傳播誤差： （1 1）電離層折射影響）電離層折射影響 （2 2）對流層折射影響）對流層折射影響 （3 3）多路徑效應(yīng)）多路徑效應(yīng)3 3 觀測誤差和接收設(shè)

10、備誤差：觀測誤差和接收設(shè)備誤差： （1 1）觀測誤差）觀測誤差 （2 2）接收機鐘差）接收機鐘差 （3 3）天線相位中心偏差）天線相位中心偏差Chapter 5 GPSChapter 5 GPS定位的基本原理和方法定位的基本原理和方法靜態(tài)定位、動態(tài)定位靜態(tài)定位、動態(tài)定位絕對定位、相對定位絕對定位、相對定位測距碼定位、載波相位定位測距碼定位、載波相位定位一、測距碼偽距單點定位一、測距碼偽距單點定位1 原理：原理：由衛(wèi)星發(fā)射的測距碼到觀測站的傳播時間（時間延遲）乘以由衛(wèi)星發(fā)射的測距碼到觀測站的傳播時間（時間延遲）乘以光速所得到的量測距離。光速所得到的量測距離。 = c.t2 瞬時絕對定位精度瞬時絕

11、對定位精度3 精度因子精度因子 DOP：PDOP、VDOP、HDOP、TDOP、GDOP二、載波相位測量二、載波相位測量1 瞬時載波相位差瞬時載波相位差2 初始歷元整周模糊度初始歷元整周模糊度3 瞬時載波相位定位瞬時載波相位定位三、三、GPS相對定位相對定位 1 GPS靜態(tài)相對定位靜態(tài)相對定位 2 GPS準動態(tài)相對定位準動態(tài)相對定位 3 GPS動態(tài)相對定位動態(tài)相對定位四、差分觀測值四、差分觀測值1 一次差分觀測值一次差分觀測值SD：（1）星際一次差分觀測值）星際一次差分觀測值（2）歷元間一次差分觀測值）歷元間一次差分觀測值（3）站際一次差分觀測值）站際一次差分觀測值2 二次差分觀測值二次差分觀

12、測值DD：（1）站際、星際二次差分觀測值）站際、星際二次差分觀測值（2）星際、歷元間二次差分觀測值）星際、歷元間二次差分觀測值（3）站際、歷元間二次差分觀測值）站際、歷元間二次差分觀測值3 三次差分觀測值三次差分觀測值TD： 星際、站際、歷元間三次差分觀測值星際、站際、歷元間三次差分觀測值五、五、GPS基線向量解算基線向量解算1 基線向量平差解算方法基線向量平差解算方法（1）按單基線解算）按單基線解算（2）聯(lián)合解算）聯(lián)合解算2 基線向量質(zhì)量評定基線向量質(zhì)量評定（1）基線長度中誤差（）基線長度中誤差（RMS）（2）雙差模糊度的整數(shù)性（）雙差模糊度的整數(shù)性（RATIO）（3）同步觀測環(huán)閉合差）同步

13、觀測環(huán)閉合差（4）異步觀測環(huán)閉合差）異步觀測環(huán)閉合差（5）重復(fù)基線閉合差）重復(fù)基線閉合差六、六、GPS測量的周跳測量的周跳1 周跳產(chǎn)生原因周跳產(chǎn)生原因1）由于頂空障礙物阻擋，造成衛(wèi)星信號暫時中斷；）由于頂空障礙物阻擋，造成衛(wèi)星信號暫時中斷；2）由于電離層條件差、多路徑效應(yīng)和衛(wèi)星高度過低等原因，造成衛(wèi)星）由于電離層條件差、多路徑效應(yīng)和衛(wèi)星高度過低等原因，造成衛(wèi)星信號的信噪比過低；信號的信噪比過低；3）接收機軟件發(fā)生故障，導(dǎo)致錯誤的信號處理。）接收機軟件發(fā)生故障，導(dǎo)致錯誤的信號處理。2 通常處理方法通常處理方法（1）第一類周跳（數(shù)分鐘）：利用單差觀測值通過高階拉格朗日多項）第一類周跳（數(shù)分鐘）：利

14、用單差觀測值通過高階拉格朗日多項式進行擬合修復(fù)式進行擬合修復(fù)（2）第二類周跳（兩歷元間）：利用單差觀測值擬合或雙差觀測值擬）第二類周跳（兩歷元間）：利用單差觀測值擬合或雙差觀測值擬合合3 雙差固定解、雙差浮點解雙差固定解、雙差浮點解（1）雙差固定解）雙差固定解（2）雙差浮點解）雙差浮點解七、整周模糊度確定方法七、整周模糊度確定方法1 經(jīng)典靜態(tài)相對定位法：經(jīng)典靜態(tài)相對定位法： （1）雙差固定解）雙差固定解 （2）雙差浮點解）雙差浮點解2 快速靜態(tài)解算法：快速靜態(tài)解算法： （1）交換接收天線法）交換接收天線法 （2）P碼雙頻技術(shù)法碼雙頻技術(shù)法 （3）馬吉爾配適濾波法）馬吉爾配適濾波法 （4）搜索法

15、（）搜索法（FARA技術(shù)）技術(shù)）3 動態(tài)法（動態(tài)法（OTF技術(shù)）：技術(shù)）：Chapter 6 GPSChapter 6 GPS控制網(wǎng)建立控制網(wǎng)建立一、一、GPS控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計 GPS網(wǎng)的基準設(shè)計：位置基準、方位基準、尺度基準網(wǎng)的基準設(shè)計：位置基準、方位基準、尺度基準二、二、 GPS控制網(wǎng)圖形設(shè)計控制網(wǎng)圖形設(shè)計1 基本網(wǎng)形：基本網(wǎng)形：（1）三角形網(wǎng)）三角形網(wǎng)（2）環(huán)形網(wǎng)）環(huán)形網(wǎng)（3）星形網(wǎng)）星形網(wǎng)2 GPS同步連接方式同步連接方式（1）點連式（點連式（2）邊連式邊連式（3）網(wǎng)連式（）網(wǎng)連式（4）混合式）混合式三、三、GPS外業(yè)觀測外業(yè)觀測1 GPS衛(wèi)星預(yù)報衛(wèi)星預(yù)報2 GPS觀測要求

16、觀測要求3 GPS觀測成果檢驗觀測成果檢驗4 GPS數(shù)據(jù)處理流程：數(shù)據(jù)處理流程：2 GPS同步觀測同步觀測（1）單基線數(shù)：）單基線數(shù)：（2）獨立基線數(shù)：）獨立基線數(shù)：（3）同步觀測環(huán)數(shù)：）同步觀測環(huán)數(shù)：) 1(212kkngnnCnk1kpnn)2)(1(21kkpgrnnnnn數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)采集成果輸出GPS網(wǎng)平差數(shù)據(jù)預(yù)處理Chapter 7 GPSChapter 7 GPS控制網(wǎng)的平差計算控制網(wǎng)的平差計算一、參心坐標系一、參心坐標系1 參心坐標系建立參心坐標系建立（1）參心坐標系）參心坐標系（2）參心空間直角坐標系（）參心空間直角坐標系（X、Y、Z）（3）參心大地坐標系（）參心大地坐標系（B

17、、L、H）（4）兩者的關(guān)系）兩者的關(guān)系2 參心坐標系定位參心坐標系定位（1）雙平行定向條件）雙平行定向條件（2）單點定位）單點定位（3）多點定位）多點定位二、高斯投影二、高斯投影1 高斯投影高斯投影2 高斯正、反算高斯正、反算3 投影分帶投影分帶4 投影長度比投影長度比三、三、UTM投影投影1 投影條件投影條件2 與與GUASS投影的關(guān)系投影的關(guān)系四、國家坐標系四、國家坐標系1 WGS-84坐標系坐標系2 國家大地坐標系國家大地坐標系（1）P54坐標系坐標系（2） C80坐標系坐標系（3）新）新P54坐標系坐標系五、不同坐標系的坐標轉(zhuǎn)換模型五、不同坐標系的坐標轉(zhuǎn)換模型1 布爾沙模型（布爾沙模型

18、（B模型）：模型）： 原點不重合、坐標軸不平行、坐標尺度不一致原點不重合、坐標軸不平行、坐標尺度不一致2 莫洛金斯基模型（莫洛金斯基模型（M模型）模型） ： 受尺度和旋轉(zhuǎn)影響的是任意點與某一參考點的坐標差受尺度和旋轉(zhuǎn)影響的是任意點與某一參考點的坐標差3 武測模型（武測模型（W模型）模型） ： 受尺度影響的是任意點與某一參考點的坐標差，而受旋轉(zhuǎn)受尺度影響的是任意點與某一參考點的坐標差，而受旋轉(zhuǎn) 影響的是任意點的坐標影響的是任意點的坐標4 三種模型比較三種模型比較六、轉(zhuǎn)換參數(shù)求解方法六、轉(zhuǎn)換參數(shù)求解方法1 三點法三點法2 多點法多點法 VTV=min3 嚴密平差法嚴密平差法 VTPV=min七、七

19、、GPS網(wǎng)平差網(wǎng)平差1 三維無約束平差三維無約束平差（1）空間直角坐標）空間直角坐標（2）大地坐標）大地坐標2 三維約束平差三維約束平差（1）地面數(shù)據(jù)）地面數(shù)據(jù)（2）基線向量觀測值）基線向量觀測值3 二維約束平差二維約束平差（1）E0、E1、E2橢球橢球（2）E1橢球變換求二維基線向量橢球變換求二維基線向量（3）E2橢球變換求二維基線向量橢球變換求二維基線向量4 地面起算控制點選取原則地面起算控制點選取原則5 地面起算控制點兼容性分析地面起算控制點兼容性分析八、八、GPS水準水準1 常用的高程系統(tǒng)常用的高程系統(tǒng)（1）大地高系統(tǒng)）大地高系統(tǒng)（2）正高系統(tǒng)）正高系統(tǒng)（3）正常高系統(tǒng)）正常高系統(tǒng)2 確定大地水準面的傳統(tǒng)方法確定大地水準面的傳統(tǒng)方法（1）天文大地水準法）天文大地水準法（2）天文重力水準法）天文重力水準法（3）重力場模型法）重力場模型法（4）司托克斯（）司托克斯（G.G.Stokes）重力大地水準面模型法）重力大地水準面模型法3 GPS高程擬合方法高程擬合方法（1）二次曲面擬合法：）二次曲面擬合法： 利用二次曲面逼近小區(qū)域的（似）大地水準面進行擬合。利用二次曲面逼近小區(qū)域的（似）大地水準面進行擬合。（2）多重二次曲面擬合法：）多重二次曲