GPS系統(tǒng)介紹專題報(bào)告解讀課件

寇瑞雄第二組

GPS系統(tǒng)介紹專題報(bào)告12/10/20221寇瑞雄第二組GPS系統(tǒng)介紹專題報(bào)告12/10/20221GPS的組成12/10/20222GPS的組成12/10/20222GPS（GlobalPositioningSystem）即全球定位系統(tǒng)，是由美國(guó)建立的一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航

定位系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)，用戶可以在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)全天候、連續(xù)、實(shí)時(shí)的三維導(dǎo)航定位和測(cè)速；另外，利用該系統(tǒng)，用戶還能夠進(jìn)行高精度的時(shí)間傳遞和高精度的精密定位。

GPS計(jì)劃始于1973年，已于1994年進(jìn)入完全運(yùn)行狀態(tài)。GPS的整個(gè)系由空間部分、地面控制部分和用戶部分所組成：12/10/20223GPS（GlobalPositioningSystem）GPS系統(tǒng)的組成空間部分：提供星歷和時(shí)間信息發(fā)射偽距和載表信號(hào)提供其它輔助信息地面控制部分：

中心控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步跟蹤衛(wèi)星進(jìn)行定軌用戶部分：

接收并測(cè)衛(wèi)星信號(hào)記錄處理數(shù)據(jù)提供導(dǎo)航定位信息12/10/20224GPS系統(tǒng)的組成空間部分：地面控制部分：用戶部分：12/1空間部分24顆衛(wèi)星（21+3）6個(gè)軌道平面55o軌道傾角20200km軌道高度（地面高度）12小時(shí)（恒星時(shí)）軌道周期5個(gè)多小時(shí)出現(xiàn)在地平線以上（每顆星）12/10/20225空間部分24顆衛(wèi)星（21+3）12/10/20225地面控制部分一個(gè)主控站：科羅拉多?斯必靈司三個(gè)注入站：阿松森（Ascencion)

迭哥?伽西亞(DiegoGarcia)

卡瓦加蘭(kwajalein)五個(gè)監(jiān)測(cè)站=科羅拉多州、夏威夷、阿松森群島、迭哥伽西亞和卡瓦加蘭55HawaiiAscencionDiegoGarciakwajaleinColoradosprings12/10/20226地面控制部分一個(gè)主控站：科羅拉多?斯必靈司55HawaiiA

用戶部分

通用接收機(jī)（定位型）：導(dǎo)航型接收機(jī)一般情況下無(wú)數(shù)據(jù)輸出的記錄存儲(chǔ)設(shè)備天線前置放大器電源部分射電部分微處理器數(shù)據(jù)存器顯示控制器供電信號(hào)信息命令數(shù)據(jù)供電，控制供電數(shù)據(jù)控制12/10/20227用戶部分通用接收機(jī)（定位型）：導(dǎo)航型接收機(jī)一般情況下無(wú)數(shù)GPS信號(hào)

12/10/20228GPS信號(hào)12/10/20228

GPS衛(wèi)星信號(hào)

衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)每顆衛(wèi)星都發(fā)射一系列無(wú)線電信號(hào)（基準(zhǔn)頻率?）兩種載波（L1和L2）兩種碼信號(hào)（C/A碼和P碼）一組導(dǎo)航電文（信息碼，D碼）基準(zhǔn)頻率10.23MHZ

L11575.42MHZ

C/A碼

1.023MHZP?碼10.23MHZL21227.60MHZ15412050比特/S衛(wèi)星信息電文（D碼）12/10/20229GPS衛(wèi)星信號(hào)衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)每顆衛(wèi)星都發(fā)定位原理12/10/202210定位原理12/10/2022101顆衛(wèi)星的信號(hào)確定了我們必定在以R1為半徑的球面的某個(gè)點(diǎn)上R1

點(diǎn)位測(cè)定原理12/10/2022111顆衛(wèi)星的信號(hào)確定了我們必定在以R1為半徑的球面的某個(gè)點(diǎn)上R由2顆衛(wèi)星的信號(hào)可以確定2個(gè)球面，它們相交成一個(gè)圓弧，點(diǎn)位被限制在一曲線上R1R212/10/202212由2顆衛(wèi)星的信號(hào)可以確定2個(gè)球面，它們相交成一個(gè)圓弧，點(diǎn)位被3個(gè)球面相交成一個(gè)點(diǎn)，3個(gè)距離段可以確定緯度，經(jīng)度和高程，點(diǎn)的空間位置被確定R1R2R312/10/2022133個(gè)球面相交成一個(gè)點(diǎn)，3個(gè)距離段可以確定緯度，經(jīng)度和高程

接收機(jī)對(duì)跟蹤的每一顆衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)距地心SiPijPj

riRjRj=ri+Pij有關(guān)各觀測(cè)量及已知數(shù)據(jù)如下：r—為已知的衛(wèi)地矢量P—為觀測(cè)量（偽距）R—為未知的測(cè)站點(diǎn)位矢量對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)距12/10/202214接收機(jī)對(duì)跟蹤的每一顆衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)距地心SiPijPjriR距離觀測(cè)值的計(jì)算接收機(jī)至衛(wèi)星的距離借助于衛(wèi)星發(fā)射的碼信號(hào)量測(cè)并計(jì)算得到的接收機(jī)本身按同一公式復(fù)制碼信號(hào)比較本機(jī)碼信號(hào)及到達(dá)的碼信號(hào)確定傳播延遲的時(shí)間t傳播延遲時(shí)間乘以光速就是距離觀測(cè)值=C?t衛(wèi)星鐘調(diào)制的碼信號(hào)接收機(jī)時(shí)鐘復(fù)制的碼信號(hào)tt12/10/202215距離觀測(cè)值的計(jì)算接收機(jī)至衛(wèi)星的距離借助于衛(wèi)星發(fā)射的碼信號(hào)量測(cè)單點(diǎn)定位結(jié)果的獲取單點(diǎn)定位解可以理解為一個(gè)后方交會(huì)問(wèn)題衛(wèi)星充當(dāng)軌道上運(yùn)動(dòng)的控制點(diǎn)，觀測(cè)值為測(cè)站至衛(wèi)星的偽距（由時(shí)延值推算得到）由于接收機(jī)時(shí)鐘與衛(wèi)星鐘存在同步誤差所以要同步觀測(cè)4顆衛(wèi)星，解算四個(gè)未知參數(shù)：精度,經(jīng)度,高程h,鐘差t12/10/202216單點(diǎn)定位結(jié)果的獲取單點(diǎn)定位解可以理解為一個(gè)后方交會(huì)問(wèn)題12/采用載波相位觀測(cè)值發(fā)自衛(wèi)星的電磁波信號(hào)：信號(hào)量測(cè)精度優(yōu)于波長(zhǎng)的1/100載波波長(zhǎng)（L1=19cm,L2=24cm)比C/A碼波長(zhǎng)(C/A=293m)短得多所以，GPS測(cè)量采用載波相位觀測(cè)值可以獲得比偽距（C/A碼或P碼）定位高得多的成果精度L1載波L2載波C/A碼P-碼

p=29.3

m

L2=24

cm

L1=19c

m

C/A=293

m12/10/202217采用載波相位觀測(cè)值發(fā)自衛(wèi)星信號(hào)量測(cè)精度優(yōu)于波長(zhǎng)的1/100L

組成星際站際兩次差分觀測(cè)值可以消去衛(wèi)星鐘的系統(tǒng)偏差可以消去接收機(jī)時(shí)鐘的誤差PikPljPijPjPlkPkSlSi可以消去軌道（星歷）誤差的影響可以削弱大氣折射對(duì)觀測(cè)值的影響12/10/202218組成星際站際兩次差分觀測(cè)值可以消去衛(wèi)星鐘的系統(tǒng)偏差PikPGPS定位的誤差源

1.與GPS衛(wèi)星有關(guān)的因素SA美國(guó)政府從其國(guó)家利益出發(fā)，通過(guò)降低廣播星歷精度（技術(shù)）、在GPS基準(zhǔn)信號(hào)中加入高頻抖動(dòng)（技術(shù)）等方法，人為降低普通用戶利用GPS進(jìn)行導(dǎo)航定位時(shí)的精度。衛(wèi)星星歷誤差在進(jìn)行GPS定位時(shí)，計(jì)算在某時(shí)刻GPS衛(wèi)星位置所需的衛(wèi)星軌道參數(shù)是通過(guò)各種類型的星歷[7]提供的，但不論采用哪種類型的星歷，所計(jì)算出的衛(wèi)星位置都會(huì)與其真實(shí)位置有所差異，這就是所謂的星歷誤差。衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差是GPS衛(wèi)星上所安裝的原子鐘的鐘面時(shí)與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間之間的誤差。衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射天線相位中心偏差衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射天線相位中心偏差是GPS衛(wèi)星上信號(hào)發(fā)射天線的標(biāo)稱相位中心與其真實(shí)相位中心之間的差異。12/10/202219GPS定位的誤差源1.與GPS衛(wèi)星有電離層延遲由于地球周圍的電離層對(duì)電磁波的折射效應(yīng)，使得GPS信號(hào)的傳播速度發(fā)生變化，這種變化稱為電離層延遲。電磁波所受電離層折射的影響與電磁波的頻率以及電磁波傳播途徑上電子總含量有關(guān)。對(duì)流層延遲由于地球周圍的對(duì)流層對(duì)電磁波的折射效應(yīng)，使得GPS信號(hào)的傳播速度發(fā)生變化，這種變化稱為對(duì)流層延遲。電磁波所受對(duì)流層折射的影響與電磁波傳播途徑上的溫度、濕度和氣壓有關(guān)。多路徑效應(yīng)由于接收機(jī)周圍環(huán)境的影響，使得接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星信號(hào)中還包含有各種反射和折射信號(hào)的影響，這就是所謂的多路徑效應(yīng)。2.與傳播途徑有關(guān)的因素12/10/202220電離層延遲2.與傳播途徑有關(guān)的因素12/10/202220接收機(jī)鐘差接收機(jī)鐘差是GPS接收機(jī)所使用的鐘的鐘面時(shí)與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)之間的差異。接收機(jī)天線相位中心偏差接收機(jī)天線相位中心偏差是GPS接收機(jī)天線的標(biāo)稱相位中心與其真實(shí)的相位中心之間的差異。接收機(jī)軟件和硬件造成的誤差在進(jìn)行GPS定位時(shí)，定位結(jié)果還會(huì)受到諸如處理與控制軟件和硬件等的影響。3.與接收機(jī)有關(guān)的因素12/10/2022213.與接收機(jī)有關(guān)的因素12/10/2022214.其它GPS控制部分人為或計(jì)算機(jī)造成的影響由于GPS控制部分的問(wèn)題或用戶在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)引入的誤差等。數(shù)據(jù)處理軟件的影響數(shù)據(jù)處理軟件的算法不完善對(duì)定位結(jié)果的影響。12/10/2022224.其它12/10/202222GPS定位的坐標(biāo)系統(tǒng)

﹑協(xié)議天球坐標(biāo)系﹑協(xié)議地球坐標(biāo)系﹑協(xié)議天球坐標(biāo)系和協(xié)議地球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換﹑國(guó)家坐標(biāo)系和地方坐標(biāo)系﹑WGS坐標(biāo)系12/10/202223GPS定位的坐標(biāo)系統(tǒng)﹑協(xié)議天球坐標(biāo)系12/10/2022224天球的概念

以地球質(zhì)心為中心，半徑為任意長(zhǎng)的假想的球體。在天文學(xué)中一般均把天體投影到天球球面上，以球面坐標(biāo)系來(lái)描述或研究天體的位置以及天體之間的關(guān)系。12/10/20222424天球的概念以地球質(zhì)心為中心，半徑為任意長(zhǎng)的假想的天球球面坐標(biāo):

赤經(jīng)α、赤緯δ

、向徑r原點(diǎn)：地球質(zhì)量中心。赤經(jīng)α：天體子午面與春分點(diǎn)子午面的夾角。赤緯δ：天體與地心連線和天球赤道面的夾角。向徑r

：天體到地心的距離。12/10/202225天球球面坐標(biāo):赤經(jīng)α、赤緯δ、向徑r12/10/2022天球直角坐標(biāo)：x、y、z。原點(diǎn)：地球質(zhì)量中心。Z軸：指向北天極Pn。X軸：指向春分點(diǎn)。Y軸：與X、Z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。12/10/202226天球直角坐標(biāo)：x、y、z。12/10/202226協(xié)議天球坐標(biāo)系瞬時(shí)天球坐標(biāo)系：z軸指向瞬時(shí)北天極，x軸指向瞬時(shí)春分點(diǎn)（真春分點(diǎn)）。平天球坐標(biāo)系：z軸指向平北天極，x軸指向平春分點(diǎn)。協(xié)議天球坐標(biāo)系:1984年1月1日后，取2000年1月15日的平北天極為協(xié)議北天極，z軸指向協(xié)議北天極的天球坐標(biāo)系稱為協(xié)議天球坐標(biāo)系，x軸指向協(xié)議春分點(diǎn)。12/10/202227協(xié)議天球坐標(biāo)系瞬時(shí)天球坐標(biāo)系：z軸指向瞬時(shí)北天極，x軸指向瞬協(xié)議天球坐標(biāo)系到瞬時(shí)天球坐標(biāo)系變換⑴歲差旋轉(zhuǎn)變換

由于歲差導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)使兩坐標(biāo)系z(mì)軸產(chǎn)生夾角；同理，因歲差導(dǎo)致春分點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)使兩坐標(biāo)系軸、Z軸分別產(chǎn)生夾角。通過(guò)旋轉(zhuǎn)變換得到這樣兩個(gè)坐標(biāo)系的變換式：12/10/202228協(xié)議天球坐標(biāo)系到瞬時(shí)天球坐標(biāo)系變換⑴歲差旋轉(zhuǎn)變換12/10協(xié)議天球坐標(biāo)系到瞬時(shí)天球坐標(biāo)系變換⑵章動(dòng)旋轉(zhuǎn)變換12/10/202229協(xié)議天球坐標(biāo)系到瞬時(shí)天球坐標(biāo)系變換⑵章動(dòng)旋轉(zhuǎn)變換12/10一：空間直角坐標(biāo)系原點(diǎn)：一般取地球質(zhì)心。Z軸：指向地球北極。X軸：指向格林威治子午線與地球赤道的交點(diǎn)。Y軸：構(gòu)成右手坐標(biāo)系。地球坐標(biāo)系12/10/202230一：空間直角坐標(biāo)系原點(diǎn)：一般取地球質(zhì)心。地球坐標(biāo)系12/10二：協(xié)議地球坐標(biāo)系

以協(xié)議地極為基準(zhǔn)點(diǎn)的地球坐標(biāo)系為協(xié)議地球坐標(biāo)系。12/10/202231二：協(xié)議地球坐標(biāo)系以協(xié)議地極為基準(zhǔn)點(diǎn)的地球坐標(biāo)系為協(xié)大地坐標(biāo)系大地經(jīng)度L：過(guò)地面點(diǎn)的橢球子午面與格林尼治平子午面之間的夾角。大地緯度B：過(guò)地面點(diǎn)的橢球法線與橢球赤道面的夾角。大地高H：地面點(diǎn)沿橢球法線至橢球面的距離。12/10/202232大地坐標(biāo)系大地經(jīng)度L：過(guò)地面點(diǎn)的橢球子午面與格林尼治平子午GPS-84坐標(biāo)系統(tǒng)

WGS-84坐標(biāo)系是目前GPS所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)，GPS所發(fā)布的星歷參數(shù)就是基于此坐標(biāo)系統(tǒng)的。WGS-84坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球的質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極方向，X軸指向BIH1984.0的啟始子午面和赤道的交點(diǎn)，Y軸與X軸和Z軸構(gòu)成右手系。12/10/202233GPS-84坐標(biāo)系統(tǒng)WGS-84坐標(biāo)系是目前GPS所1954年北京坐標(biāo)系

1954年北京坐標(biāo)系是我國(guó)目前廣泛采用的大地測(cè)量坐標(biāo)系,采用的參考橢球是克拉索夫斯基橢球，遺憾的是，該橢球并未依據(jù)當(dāng)時(shí)我國(guó)的天文觀測(cè)資料進(jìn)行重新定位，而是由前蘇聯(lián)西伯利亞地區(qū)的一等鎖，經(jīng)我國(guó)的東北地區(qū)傳算過(guò)來(lái)的，該坐標(biāo)系的高程異常是以前蘇聯(lián)1955年大地水準(zhǔn)面重新平差的結(jié)果為起算值，按我國(guó)天文水準(zhǔn)路線推算出來(lái)的，而高程又是以1956年青島驗(yàn)潮站的黃海平均海水面為基準(zhǔn)。12/10/2022341954年北京坐標(biāo)系1954年北京坐標(biāo)系是我國(guó)目前廣泛克拉索夫斯基橢球參數(shù)同現(xiàn)代精確的橢球參數(shù)的差異較大，并且不包含表示地球物理特性的參數(shù)，因而給理論和實(shí)際工作帶來(lái)了許多不便。橢球定向不十分明確，橢球的短半軸既不指向國(guó)際通用的CIO極，也不指向目前我國(guó)使用的JYD極。參考橢球面與我國(guó)大地水準(zhǔn)面呈西高東低的系統(tǒng)性傾斜，東部高程異常達(dá)60余米，最大達(dá)67米。該坐標(biāo)系統(tǒng)的大地點(diǎn)坐標(biāo)是經(jīng)過(guò)局部分區(qū)平差得到的，因此，全國(guó)的天文大地控制點(diǎn)實(shí)際上不能形成一個(gè)整體，區(qū)與區(qū)之間有較大的隙距，如在有的接合部中，同一點(diǎn)在不同區(qū)的坐標(biāo)值相差1-2米，不同分區(qū)的尺度差異也很大，而且坐標(biāo)傳遞是從東北到西北和西南，后一區(qū)是以前一區(qū)的最弱部作為坐標(biāo)起算點(diǎn)，因而一等鎖具有明顯的坐標(biāo)積累誤差。1954年北京坐標(biāo)系存在著很多缺點(diǎn)

12/10/202235克拉索夫斯基橢球參數(shù)同現(xiàn)代精確的橢球參數(shù)的差異較大，并1980年西安大地坐標(biāo)系

1978年，我國(guó)決定重新對(duì)全國(guó)天文大地網(wǎng)施行整體平差，并且建立新的國(guó)家大地坐標(biāo)系統(tǒng)，整體平差在新大地坐標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行，這個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)就是1980年西安大地坐標(biāo)系統(tǒng)。1980年西安大地坐標(biāo)系統(tǒng)所采用的地球橢球參數(shù)的四個(gè)幾何和物理參數(shù)采用了IAG1975年的推薦值，橢球的短軸平行于地球的自轉(zhuǎn)軸（由地球質(zhì)心指向1968.0JYD地極原點(diǎn)方向），起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面，橢球面同似大地水準(zhǔn)面在我國(guó)境內(nèi)符合最好，高程系統(tǒng)以1956年黃海平均海水面為高程起算基準(zhǔn)。12/10/2022361980年西安大地坐標(biāo)系1978年，我國(guó)決定重新對(duì)全國(guó)2000國(guó)家大地坐標(biāo)系2000國(guó)家大地坐標(biāo)系是全球地心坐標(biāo)系在我國(guó)的具體體現(xiàn)，其原點(diǎn)為包括海洋和大氣的整個(gè)地球的質(zhì)量中心。Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議極地方向（BIH國(guó)際時(shí)間局），X軸指向BIH1984.0定義的零子午面與協(xié)議赤道的交點(diǎn)，Y軸按右手坐標(biāo)系確定。2008年7月1日起啟用。2000國(guó)家大地坐標(biāo)系采用的地球橢球參數(shù)如下：長(zhǎng)半軸a=6378137m扁率f=1/298.257222101地心引力常數(shù)GM=3.986004418×1014m3s-2自轉(zhuǎn)角速度ω=7.292l15×10-5rads-112/10/2022372000國(guó)家大地坐標(biāo)系2000國(guó)家大地坐標(biāo)系是全球地心坐標(biāo)系衛(wèi)星軌道圖12/10/202238衛(wèi)星軌道圖12/10/202238GPS靜態(tài)定位在測(cè)量中的應(yīng)用

GPS靜態(tài)定位在測(cè)量中主要用于測(cè)定各種用途的控制點(diǎn)。其中，較為常見(jiàn)的方面是利用GPS建立各種類型和等級(jí)的控制網(wǎng)，在這些方面，GPS技術(shù)已基本上取代了常規(guī)的測(cè)量方法，成為了主要手段。較之于常規(guī)方法，GPS在布設(shè)控制網(wǎng)方面具有以下一些特點(diǎn)：12/10/202239GPS靜態(tài)定位在測(cè)量中的應(yīng)用GPS靜態(tài)定位在測(cè)量中主要測(cè)量精度高：GPS觀測(cè)的精度要明顯高于一般的常規(guī)測(cè)量手段，GPS基線向量的相對(duì)精度一般在10-5~10-9之間，這是普通測(cè)量方法很難達(dá)到的。選點(diǎn)靈活、不需要造標(biāo)、費(fèi)用低：GPS測(cè)量不要求測(cè)站間相互通視，不需要建造覘標(biāo)，作業(yè)成本低，大大降低了布網(wǎng)費(fèi)用。全天侯作業(yè)：在任何時(shí)間、任何氣候條件下，均可以進(jìn)行GPS觀測(cè)，大大方便了測(cè)量作業(yè)，有利于按時(shí)、高效地完成控制網(wǎng)的布設(shè)。觀測(cè)時(shí)間短：采用GPS布設(shè)一般等級(jí)的控制網(wǎng)時(shí)，在每個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)時(shí)間一般在1~2個(gè)小時(shí)左右，采用快速靜態(tài)定位的方法，觀測(cè)時(shí)間更短。觀測(cè)、處理自動(dòng)化采用GPS布設(shè)控制網(wǎng)，觀測(cè)工程和數(shù)據(jù)處理過(guò)程均是高度自動(dòng)化的。12/10/202240測(cè)量精度高：GPS觀測(cè)的精度要明顯高于一般的常規(guī)測(cè)量手段，布設(shè)GPS網(wǎng)的

工作步驟

12/10/202241布設(shè)GPS網(wǎng)的

工作步驟12/10/202241第二部分、GPS靜態(tài)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理

12/10/202242第二部分、GPS靜態(tài)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理12/10/202242概述一、GPS靜態(tài)測(cè)量概念在進(jìn)行GPS定位時(shí)，接收機(jī)的天線在整個(gè)觀測(cè)過(guò)程中的位置是保持不變的。在數(shù)據(jù)處理時(shí)，將接收機(jī)天線的位置作為一個(gè)不隨時(shí)間的改變而改變的量。其具體觀測(cè)模式多臺(tái)接收機(jī)在不同的測(cè)站上進(jìn)行靜止同步觀測(cè)，時(shí)間由幾分鐘、幾小時(shí)甚至數(shù)十小時(shí)不等；接收機(jī)測(cè)得衛(wèi)星發(fā)送的偽距、載波相位等信號(hào)觀測(cè)值；再將觀測(cè)值下載到計(jì)算機(jī)中處理；一般要通過(guò)基線處理、網(wǎng)平差、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和高程轉(zhuǎn)換求出高精度的網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)。在測(cè)量中，靜態(tài)定位測(cè)量方式一般用于高精度的測(cè)量定位：如主要用于各種等級(jí)的大地測(cè)量跟蹤網(wǎng)、基準(zhǔn)網(wǎng)、工程控制網(wǎng)、變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)等的測(cè)量。二、GPS靜態(tài)測(cè)量主要由三個(gè)過(guò)程來(lái)完成1）測(cè)前工作；2）實(shí)施測(cè)量；3）數(shù)據(jù)處理12/10/202243概述一、GPS靜態(tài)測(cè)量概念12/10/202243第一節(jié)、測(cè)前工作一、項(xiàng)目的提出：一項(xiàng)GPS測(cè)量工程項(xiàng)目，往往是由工程發(fā)包方、上級(jí)主管部門或其他單位或部門提出，由GPS測(cè)量隊(duì)伍具體實(shí)施。對(duì)于一項(xiàng)GPS測(cè)量工程項(xiàng)目，一般有如下一些要求：測(cè)區(qū)位置及其范圍用途和精度等級(jí)點(diǎn)位分布及點(diǎn)的數(shù)量提交成果的內(nèi)容時(shí)限要求投資經(jīng)費(fèi)12/10/202244第一節(jié)、測(cè)前工作一、項(xiàng)目的提出：一項(xiàng)GPS測(cè)量工程項(xiàng)目，往往第二節(jié)、測(cè)量實(shí)施一、實(shí)地了解測(cè)區(qū)情況點(diǎn)位情況（點(diǎn)的位置、上點(diǎn)的難度等）、測(cè)區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、民風(fēng)民俗、交通狀況、測(cè)量人員生活安排等。二、衛(wèi)星狀況預(yù)報(bào)：需要評(píng)估障礙物對(duì)GPS觀測(cè)可能產(chǎn)生的不良影響。三、確定作業(yè)方案：根據(jù)衛(wèi)星狀況、測(cè)量作業(yè)的進(jìn)展情況、以及測(cè)區(qū)的實(shí)際情況，確定出具體的布網(wǎng)和作業(yè)方案。12/10/202245第二節(jié)、測(cè)量實(shí)施一、實(shí)地了解測(cè)區(qū)情況12/10/202245第三節(jié)、數(shù)據(jù)處理

靜態(tài)相對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理基本步驟：粗加工、預(yù)處理、基線解算、GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)的聯(lián)合網(wǎng)平差處理、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和高程轉(zhuǎn)換。一、粗加工（人工）1、原始觀測(cè)數(shù)據(jù)的下裝：在進(jìn)行基線解算之前，首先需要從接收機(jī)上下裝原始的GPS觀測(cè)值數(shù)據(jù)：至少應(yīng)當(dāng)有：1）觀測(cè)值文件；2）星歷參數(shù)文件；有些接收機(jī)還另外列出了：測(cè)站信息文件、電離層參數(shù)和UTC參數(shù)文件。2、外業(yè)輸入數(shù)據(jù)的檢查與修改：在讀入了GPS觀測(cè)值數(shù)據(jù)后，就需要對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的檢查，檢查的項(xiàng)目包括：測(cè)站名、點(diǎn)號(hào)、測(cè)站坐標(biāo)、天線高等。12/10/202246第三節(jié)、數(shù)據(jù)處理靜態(tài)相對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)處四）GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則出發(fā)點(diǎn)：保證質(zhì)量的前提下，盡可能地提高效率，努力降低成本。因此，在進(jìn)行GPS的設(shè)計(jì)和測(cè)設(shè)時(shí)，既不能脫離實(shí)際的應(yīng)用需求，盲目地最求不必要的高精度和高可靠性；也不能為追求高效率和低成本，而放棄對(duì)質(zhì)量的要求。（一）提高GPS網(wǎng)可靠性的方法增加觀測(cè)期數(shù)（增加獨(dú)立基線數(shù)):在布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)，適當(dāng)增加觀測(cè)期數(shù)（時(shí)段數(shù)）對(duì)于提高GPS網(wǎng)的可靠性非常有效。因?yàn)?，隨著觀測(cè)期數(shù)的增加，所測(cè)得的獨(dú)立基線數(shù)就會(huì)增加，而獨(dú)立基線數(shù)的增加，對(duì)網(wǎng)的可靠性的提高是非常有宜的。12/10/202247四）GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則出發(fā)點(diǎn)：保證質(zhì)量的前提下，盡可能地提高五、GPS靜態(tài)測(cè)量的局限性1、GPS靜態(tài)定位在測(cè)量中主要作用測(cè)定各種用途的控制點(diǎn)。其中，較為常見(jiàn)的是利用GPS建立各種類型和等級(jí)的控制網(wǎng)：大地測(cè)量跟蹤網(wǎng)、變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)、工程控制網(wǎng)等。2、局限性：（地形圖測(cè)繪、工程放樣）時(shí)間長(zhǎng)、效率低數(shù)據(jù)后處理:無(wú)法實(shí)時(shí)精密地形測(cè)繪和放樣用于實(shí)時(shí)精密地形測(cè)繪和放樣的GPS測(cè)量系統(tǒng)勢(shì)在必行.12/10/202248五、GPS靜態(tài)測(cè)量的局限性1、GPS靜態(tài)定位在測(cè)量中主要作第三部分：GPSRTK地形測(cè)量12/10/202249第三部分：GPSRTK地形測(cè)量12/10/202249一GPSRTK定位系統(tǒng)的概述一、GPSRTK定位概念：RealtimeKinematic實(shí)時(shí)載波相位差分觀測(cè)值動(dòng)態(tài)定位。基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)地將測(cè)量的載波相位觀測(cè)值、偽距觀測(cè)值、基準(zhǔn)站坐標(biāo)等用無(wú)線電傳送給運(yùn)動(dòng)中的流動(dòng)站，在流動(dòng)站通過(guò)無(wú)線電接收機(jī)準(zhǔn)站發(fā)射的信息，將載波相位觀測(cè)值實(shí)時(shí)進(jìn)行差分處理，得到基準(zhǔn)站和流動(dòng)站坐標(biāo)差△X，△Y，△Z；坐標(biāo)差加上基準(zhǔn)站坐標(biāo)得到流動(dòng)站每個(gè)點(diǎn)WGS84坐標(biāo)，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換得出流動(dòng)站每個(gè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)x,y和海拔高h(yuǎn)。這個(gè)過(guò)程稱作GPSRTK定位過(guò)程。GPSRTK定位技術(shù)主要用于地形測(cè)量和工程放樣。

12/10/202250一GPSRTK定位系統(tǒng)的概述12/10/202二、GPSRTK定位系統(tǒng)的組成

一）組成概述1、GPS接收機(jī)：能夠測(cè)量到載波相位的GPS接收機(jī)都能夠進(jìn)行RTK定位，但是為了能夠快速、準(zhǔn)確的求解整周模糊度，雙頻接收機(jī)比較理想。2、無(wú)線電數(shù)據(jù)鏈：1）基準(zhǔn)站發(fā)射電臺(tái)，一般為外置的獨(dú)立電臺(tái)。2）流動(dòng)站接收電臺(tái)，可以內(nèi)置在GPS接收機(jī)內(nèi)部，也有外置的獨(dú)立電臺(tái)。3）中繼站電臺(tái)：可以轉(zhuǎn)發(fā)接收站信號(hào)，既接收機(jī)準(zhǔn)站發(fā)送的信號(hào)又將接收信號(hào)發(fā)送出去，一般是外置的獨(dú)立電臺(tái)。2、為減少各種電磁波對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)的干擾，在基準(zhǔn)站周圍約200m的范圍內(nèi)不能有強(qiáng)電磁波干擾源，如大功率無(wú)線電發(fā)射設(shè)施、高壓輸電線等。12/10/202251二、GPSRTK定位系統(tǒng)的組成一）組成概述12/10/2第四部分：GPSRTK工程設(shè)計(jì)和放樣12/10/202252第四部分：GPSRTK工程設(shè)計(jì)和放樣12/10/20225第一節(jié)、GPS工程設(shè)計(jì)概述

工程建設(shè)的基本過(guò)程為：工程設(shè)計(jì)、工程放樣和工程施工三個(gè)過(guò)程。一、工程設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)的工程一般由：點(diǎn)、線、面、體組成。但在放樣過(guò)程中一般具體放樣到點(diǎn)上，以點(diǎn)代線、以點(diǎn)代面、以點(diǎn)代體。這些能夠代表工程的點(diǎn)稱作工程特征點(diǎn)或要素點(diǎn)。根據(jù)要素點(diǎn)的用途不同又分為計(jì)算要素點(diǎn)和放樣要素點(diǎn)。所以工程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容就是設(shè)計(jì)這些要素點(diǎn)的坐標(biāo)或遞推要素點(diǎn)坐標(biāo)的具體過(guò)程（具體模型）。例如GPSRTK道路放樣要素點(diǎn)為：中線上每隔一定導(dǎo)距中線點(diǎn)坐標(biāo)或推算算法、邊線上每隔一定導(dǎo)距邊線點(diǎn)坐標(biāo)或推算算法。縱斷面的上中線點(diǎn)、邊線點(diǎn)的高稱或設(shè)計(jì)高程推算算法等。12/10/202253第一節(jié)、GPS工程設(shè)計(jì)概述工程建設(shè)的基本過(guò)程為：二、GPSRTK工程設(shè)計(jì)的方式

隨著GPS技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，配套的工程設(shè)計(jì)軟件也越來(lái)越完善；用于設(shè)計(jì)和指導(dǎo)放樣的電子手簿的計(jì)算速度和內(nèi)存都已經(jīng)有了很大的發(fā)展。所以工程設(shè)計(jì)的方式很全面：定義點(diǎn)：一般用于定義點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo)，適用情況如下：點(diǎn)數(shù)比較少而無(wú)法用規(guī)則的模型推算坐標(biāo)的工程設(shè)計(jì)。用其它軟件設(shè)計(jì)的要素點(diǎn)。設(shè)計(jì)線的起點(diǎn)或終點(diǎn)坐標(biāo)等。定義直線：適用于設(shè)計(jì)直線工程。定義圓弧線：適用于設(shè)計(jì)圓弧線工程。定義分界限、邊界線。定義一條道路。定義一個(gè)模板輸入注解12/10/202254二、GPSRTK工程設(shè)計(jì)的方式隨著GPS技術(shù)和三、工程放樣工程放樣就是GPSRTK系統(tǒng)實(shí)時(shí)的定位并計(jì)算所在位置與設(shè)計(jì)點(diǎn)的距離、設(shè)計(jì)點(diǎn)的方位，指導(dǎo)放樣人員到達(dá)設(shè)計(jì)點(diǎn)的地面位置，測(cè)量該點(diǎn)的三維坐標(biāo)，計(jì)算與設(shè)計(jì)坐標(biāo)的差異。12/10/202255三、工程放樣工程放樣就是GPSRTK系統(tǒng)實(shí)時(shí)的定謝謝大家12/10/202256謝謝大家12/10/202256寇瑞雄第二組

GPS系統(tǒng)介紹專題報(bào)告12/10/202257寇瑞雄第二組GPS系統(tǒng)介紹專題報(bào)告12/10/20221GPS的組成12/10/202258GPS的組成12/10/20222GPS（GlobalPositioningSystem）即全球定位系統(tǒng)，是由美國(guó)建立的一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航

定位系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)，用戶可以在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)全天候、連續(xù)、實(shí)時(shí)的三維導(dǎo)航定位和測(cè)速；另外，利用該系統(tǒng)，用戶還能夠進(jìn)行高精度的時(shí)間傳遞和高精度的精密定位。

GPS計(jì)劃始于1973年，已于1994年進(jìn)入完全運(yùn)行狀態(tài)。GPS的整個(gè)系由空間部分、地面控制部分和用戶部分所組成：12/10/202259GPS（GlobalPositioningSystem）GPS系統(tǒng)的組成空間部分：提供星歷和時(shí)間信息發(fā)射偽距和載表信號(hào)提供其它輔助信息地面控制部分：

中心控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步跟蹤衛(wèi)星進(jìn)行定軌用戶部分：

接收并測(cè)衛(wèi)星信號(hào)記錄處理數(shù)據(jù)提供導(dǎo)航定位信息12/10/202260GPS系統(tǒng)的組成空間部分：地面控制部分：用戶部分：12/1空間部分24顆衛(wèi)星（21+3）6個(gè)軌道平面55o軌道傾角20200km軌道高度（地面高度）12小時(shí)（恒星時(shí)）軌道周期5個(gè)多小時(shí)出現(xiàn)在地平線以上（每顆星）12/10/202261空間部分24顆衛(wèi)星（21+3）12/10/20225地面控制部分一個(gè)主控站：科羅拉多?斯必靈司三個(gè)注入站：阿松森（Ascencion)

迭哥?伽西亞(DiegoGarcia)

卡瓦加蘭(kwajalein)五個(gè)監(jiān)測(cè)站=科羅拉多州、夏威夷、阿松森群島、迭哥伽西亞和卡瓦加蘭55HawaiiAscencionDiegoGarciakwajaleinColoradosprings12/10/202262地面控制部分一個(gè)主控站：科羅拉多?斯必靈司55HawaiiA

用戶部分

通用接收機(jī)（定位型）：導(dǎo)航型接收機(jī)一般情況下無(wú)數(shù)據(jù)輸出的記錄存儲(chǔ)設(shè)備天線前置放大器電源部分射電部分微處理器數(shù)據(jù)存器顯示控制器供電信號(hào)信息命令數(shù)據(jù)供電，控制供電數(shù)據(jù)控制12/10/202263用戶部分通用接收機(jī)（定位型）：導(dǎo)航型接收機(jī)一般情況下無(wú)數(shù)GPS信號(hào)

12/10/202264GPS信號(hào)12/10/20228

GPS衛(wèi)星信號(hào)

衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)每顆衛(wèi)星都發(fā)射一系列無(wú)線電信號(hào)（基準(zhǔn)頻率?）兩種載波（L1和L2）兩種碼信號(hào)（C/A碼和P碼）一組導(dǎo)航電文（信息碼，D碼）基準(zhǔn)頻率10.23MHZ

L11575.42MHZ

C/A碼

1.023MHZP?碼10.23MHZL21227.60MHZ15412050比特/S衛(wèi)星信息電文（D碼）12/10/202265GPS衛(wèi)星信號(hào)衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)每顆衛(wèi)星都發(fā)定位原理12/10/202266定位原理12/10/2022101顆衛(wèi)星的信號(hào)確定了我們必定在以R1為半徑的球面的某個(gè)點(diǎn)上R1

點(diǎn)位測(cè)定原理12/10/2022671顆衛(wèi)星的信號(hào)確定了我們必定在以R1為半徑的球面的某個(gè)點(diǎn)上R由2顆衛(wèi)星的信號(hào)可以確定2個(gè)球面，它們相交成一個(gè)圓弧，點(diǎn)位被限制在一曲線上R1R212/10/202268由2顆衛(wèi)星的信號(hào)可以確定2個(gè)球面，它們相交成一個(gè)圓弧，點(diǎn)位被3個(gè)球面相交成一個(gè)點(diǎn)，3個(gè)距離段可以確定緯度，經(jīng)度和高程，點(diǎn)的空間位置被確定R1R2R312/10/2022693個(gè)球面相交成一個(gè)點(diǎn)，3個(gè)距離段可以確定緯度，經(jīng)度和高程

接收機(jī)對(duì)跟蹤的每一顆衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)距地心SiPijPj

riRjRj=ri+Pij有關(guān)各觀測(cè)量及已知數(shù)據(jù)如下：r—為已知的衛(wèi)地矢量P—為觀測(cè)量（偽距）R—為未知的測(cè)站點(diǎn)位矢量對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)距12/10/202270接收機(jī)對(duì)跟蹤的每一顆衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)距地心SiPijPjriR距離觀測(cè)值的計(jì)算接收機(jī)至衛(wèi)星的距離借助于衛(wèi)星發(fā)射的碼信號(hào)量測(cè)并計(jì)算得到的接收機(jī)本身按同一公式復(fù)制碼信號(hào)比較本機(jī)碼信號(hào)及到達(dá)的碼信號(hào)確定傳播延遲的時(shí)間t傳播延遲時(shí)間乘以光速就是距離觀測(cè)值=C?t衛(wèi)星鐘調(diào)制的碼信號(hào)接收機(jī)時(shí)鐘復(fù)制的碼信號(hào)tt12/10/202271距離觀測(cè)值的計(jì)算接收機(jī)至衛(wèi)星的距離借助于衛(wèi)星發(fā)射的碼信號(hào)量測(cè)單點(diǎn)定位結(jié)果的獲取單點(diǎn)定位解可以理解為一個(gè)后方交會(huì)問(wèn)題衛(wèi)星充當(dāng)軌道上運(yùn)動(dòng)的控制點(diǎn)，觀測(cè)值為測(cè)站至衛(wèi)星的偽距（由時(shí)延值推算得到）由于接收機(jī)時(shí)鐘與衛(wèi)星鐘存在同步誤差所以要同步觀測(cè)4顆衛(wèi)星，解算四個(gè)未知參數(shù)：精度,經(jīng)度,高程h,鐘差t12/10/202272單點(diǎn)定位結(jié)果的獲取單點(diǎn)定位解可以理解為一個(gè)后方交會(huì)問(wèn)題12/采用載波相位觀測(cè)值發(fā)自衛(wèi)星的電磁波信號(hào)：信號(hào)量測(cè)精度優(yōu)于波長(zhǎng)的1/100載波波長(zhǎng)（L1=19cm,L2=24cm)比C/A碼波長(zhǎng)(C/A=293m)短得多所以，GPS測(cè)量采用載波相位觀測(cè)值可以獲得比偽距（C/A碼或P碼）定位高得多的成果精度L1載波L2載波C/A碼P-碼

p=29.3

m

L2=24

cm

L1=19c

m

C/A=293

m12/10/202273采用載波相位觀測(cè)值發(fā)自衛(wèi)星信號(hào)量測(cè)精度優(yōu)于波長(zhǎng)的1/100L

組成星際站際兩次差分觀測(cè)值可以消去衛(wèi)星鐘的系統(tǒng)偏差可以消去接收機(jī)時(shí)鐘的誤差PikPljPijPjPlkPkSlSi可以消去軌道（星歷）誤差的影響可以削弱大氣折射對(duì)觀測(cè)值的影響12/10/202274組成星際站際兩次差分觀測(cè)值可以消去衛(wèi)星鐘的系統(tǒng)偏差PikPGPS定位的誤差源

1.與GPS衛(wèi)星有關(guān)的因素SA美國(guó)政府從其國(guó)家利益出發(fā)，通過(guò)降低廣播星歷精度（技術(shù)）、在GPS基準(zhǔn)信號(hào)中加入高頻抖動(dòng)（技術(shù)）等方法，人為降低普通用戶利用GPS進(jìn)行導(dǎo)航定位時(shí)的精度。衛(wèi)星星歷誤差在進(jìn)行GPS定位時(shí)，計(jì)算在某時(shí)刻GPS衛(wèi)星位置所需的衛(wèi)星軌道參數(shù)是通過(guò)各種類型的星歷[7]提供的，但不論采用哪種類型的星歷，所計(jì)算出的衛(wèi)星位置都會(huì)與其真實(shí)位置有所差異，這就是所謂的星歷誤差。衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差是GPS衛(wèi)星上所安裝的原子鐘的鐘面時(shí)與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間之間的誤差。衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射天線相位中心偏差衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射天線相位中心偏差是GPS衛(wèi)星上信號(hào)發(fā)射天線的標(biāo)稱相位中心與其真實(shí)相位中心之間的差異。12/10/202275GPS定位的誤差源1.與GPS衛(wèi)星有電離層延遲由于地球周圍的電離層對(duì)電磁波的折射效應(yīng)，使得GPS信號(hào)的傳播速度發(fā)生變化，這種變化稱為電離層延遲。電磁波所受電離層折射的影響與電磁波的頻率以及電磁波傳播途徑上電子總含量有關(guān)。對(duì)流層延遲由于地球周圍的對(duì)流層對(duì)電磁波的折射效應(yīng)，使得GPS信號(hào)的傳播速度發(fā)生變化，這種變化稱為對(duì)流層延遲。電磁波所受對(duì)流層折射的影響與電磁波傳播途徑上的溫度、濕度和氣壓有關(guān)。多路徑效應(yīng)由于接收機(jī)周圍環(huán)境的影響，使得接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星信號(hào)中還包含有各種反射和折射信號(hào)的影響，這就是所謂的多路徑效應(yīng)。2.與傳播途徑有關(guān)的因素12/10/202276電離層延遲2.與傳播途徑有關(guān)的因素12/10/202220接收機(jī)鐘差接收機(jī)鐘差是GPS接收機(jī)所使用的鐘的鐘面時(shí)與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)之間的差異。接收機(jī)天線相位中心偏差接收機(jī)天線相位中心偏差是GPS接收機(jī)天線的標(biāo)稱相位中心與其真實(shí)的相位中心之間的差異。接收機(jī)軟件和硬件造成的誤差在進(jìn)行GPS定位時(shí)，定位結(jié)果還會(huì)受到諸如處理與控制軟件和硬件等的影響。3.與接收機(jī)有關(guān)的因素12/10/2022773.與接收機(jī)有關(guān)的因素12/10/2022214.其它GPS控制部分人為或計(jì)算機(jī)造成的影響由于GPS控制部分的問(wèn)題或用戶在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)引入的誤差等。數(shù)據(jù)處理軟件的影響數(shù)據(jù)處理軟件的算法不完善對(duì)定位結(jié)果的影響。12/10/2022784.其它12/10/202222GPS定位的坐標(biāo)系統(tǒng)

﹑協(xié)議天球坐標(biāo)系﹑協(xié)議地球坐標(biāo)系﹑協(xié)議天球坐標(biāo)系和協(xié)議地球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換﹑國(guó)家坐標(biāo)系和地方坐標(biāo)系﹑WGS坐標(biāo)系12/10/202279GPS定位的坐標(biāo)系統(tǒng)﹑協(xié)議天球坐標(biāo)系12/10/2022280天球的概念

以地球質(zhì)心為中心，半徑為任意長(zhǎng)的假想的球體。在天文學(xué)中一般均把天體投影到天球球面上，以球面坐標(biāo)系來(lái)描述或研究天體的位置以及天體之間的關(guān)系。12/10/20228024天球的概念以地球質(zhì)心為中心，半徑為任意長(zhǎng)的假想的天球球面坐標(biāo):

赤經(jīng)α、赤緯δ

、向徑r原點(diǎn)：地球質(zhì)量中心。赤經(jīng)α：天體子午面與春分點(diǎn)子午面的夾角。赤緯δ：天體與地心連線和天球赤道面的夾角。向徑r

：天體到地心的距離。12/10/202281天球球面坐標(biāo):赤經(jīng)α、赤緯δ、向徑r12/10/2022天球直角坐標(biāo)：x、y、z。原點(diǎn)：地球質(zhì)量中心。Z軸：指向北天極Pn。X軸：指向春分點(diǎn)。Y軸：與X、Z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。12/10/202282天球直角坐標(biāo)：x、y、z。12/10/202226協(xié)議天球坐標(biāo)系瞬時(shí)天球坐標(biāo)系：z軸指向瞬時(shí)北天極，x軸指向瞬時(shí)春分點(diǎn)（真春分點(diǎn)）。平天球坐標(biāo)系：z軸指向平北天極，x軸指向平春分點(diǎn)。協(xié)議天球坐標(biāo)系:1984年1月1日后，取2000年1月15日的平北天極為協(xié)議北天極，z軸指向協(xié)議北天極的天球坐標(biāo)系稱為協(xié)議天球坐標(biāo)系，x軸指向協(xié)議春分點(diǎn)。12/10/202283協(xié)議天球坐標(biāo)系瞬時(shí)天球坐標(biāo)系：z軸指向瞬時(shí)北天極，x軸指向瞬協(xié)議天球坐標(biāo)系到瞬時(shí)天球坐標(biāo)系變換⑴歲差旋轉(zhuǎn)變換

由于歲差導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)使兩坐標(biāo)系z(mì)軸產(chǎn)生夾角；同理，因歲差導(dǎo)致春分點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)使兩坐標(biāo)系軸、Z軸分別產(chǎn)生夾角。通過(guò)旋轉(zhuǎn)變換得到這樣兩個(gè)坐標(biāo)系的變換式：12/10/202284協(xié)議天球坐標(biāo)系到瞬時(shí)天球坐標(biāo)系變換⑴歲差旋轉(zhuǎn)變換12/10協(xié)議天球坐標(biāo)系到瞬時(shí)天球坐標(biāo)系變換⑵章動(dòng)旋轉(zhuǎn)變換12/10/202285協(xié)議天球坐標(biāo)系到瞬時(shí)天球坐標(biāo)系變換⑵章動(dòng)旋轉(zhuǎn)變換12/10一：空間直角坐標(biāo)系原點(diǎn)：一般取地球質(zhì)心。Z軸：指向地球北極。X軸：指向格林威治子午線與地球赤道的交點(diǎn)。Y軸：構(gòu)成右手坐標(biāo)系。地球坐標(biāo)系12/10/202286一：空間直角坐標(biāo)系原點(diǎn)：一般取地球質(zhì)心。地球坐標(biāo)系12/10二：協(xié)議地球坐標(biāo)系

以協(xié)議地極為基準(zhǔn)點(diǎn)的地球坐標(biāo)系為協(xié)議地球坐標(biāo)系。12/10/202287二：協(xié)議地球坐標(biāo)系以協(xié)議地極為基準(zhǔn)點(diǎn)的地球坐標(biāo)系為協(xié)大地坐標(biāo)系大地經(jīng)度L：過(guò)地面點(diǎn)的橢球子午面與格林尼治平子午面之間的夾角。大地緯度B：過(guò)地面點(diǎn)的橢球法線與橢球赤道面的夾角。大地高H：地面點(diǎn)沿橢球法線至橢球面的距離。12/10/202288大地坐標(biāo)系大地經(jīng)度L：過(guò)地面點(diǎn)的橢球子午面與格林尼治平子午GPS-84坐標(biāo)系統(tǒng)

WGS-84坐標(biāo)系是目前GPS所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)，GPS所發(fā)布的星歷參數(shù)就是基于此坐標(biāo)系統(tǒng)的。WGS-84坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球的質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極方向，X軸指向BIH1984.0的啟始子午面和赤道的交點(diǎn)，Y軸與X軸和Z軸構(gòu)成右手系。12/10/202289GPS-84坐標(biāo)系統(tǒng)WGS-84坐標(biāo)系是目前GPS所1954年北京坐標(biāo)系

1954年北京坐標(biāo)系是我國(guó)目前廣泛采用的大地測(cè)量坐標(biāo)系,采用的參考橢球是克拉索夫斯基橢球，遺憾的是，該橢球并未依據(jù)當(dāng)時(shí)我國(guó)的天文觀測(cè)資料進(jìn)行重新定位，而是由前蘇聯(lián)西伯利亞地區(qū)的一等鎖，經(jīng)我國(guó)的東北地區(qū)傳算過(guò)來(lái)的，該坐標(biāo)系的高程異常是以前蘇聯(lián)1955年大地水準(zhǔn)面重新平差的結(jié)果為起算值，按我國(guó)天文水準(zhǔn)路線推算出來(lái)的，而高程又是以1956年青島驗(yàn)潮站的黃海平均海水面為基準(zhǔn)。12/10/2022901954年北京坐標(biāo)系1954年北京坐標(biāo)系是我國(guó)目前廣泛克拉索夫斯基橢球參數(shù)同現(xiàn)代精確的橢球參數(shù)的差異較大，并且不包含表示地球物理特性的參數(shù)，因而給理論和實(shí)際工作帶來(lái)了許多不便。橢球定向不十分明確，橢球的短半軸既不指向國(guó)際通用的CIO極，也不指向目前我國(guó)使用的JYD極。參考橢球面與我國(guó)大地水準(zhǔn)面呈西高東低的系統(tǒng)性傾斜，東部高程異常達(dá)60余米，最大達(dá)67米。該坐標(biāo)系統(tǒng)的大地點(diǎn)坐標(biāo)是經(jīng)過(guò)局部分區(qū)平差得到的，因此，全國(guó)的天文大地控制點(diǎn)實(shí)際上不能形成一個(gè)整體，區(qū)與區(qū)之間有較大的隙距，如在有的接合部中，同一點(diǎn)在不同區(qū)的坐標(biāo)值相差1-2米，不同分區(qū)的尺度差異也很大，而且坐標(biāo)傳遞是從東北到西北和西南，后一區(qū)是以前一區(qū)的最弱部作為坐標(biāo)起算點(diǎn)，因而一等鎖具有明顯的坐標(biāo)積累誤差。1954年北京坐標(biāo)系存在著很多缺點(diǎn)

12/10/202291克拉索夫斯基橢球參數(shù)同現(xiàn)代精確的橢球參數(shù)的差異較大，并1980年西安大地坐標(biāo)系

1978年，我國(guó)決定重新對(duì)全國(guó)天文大地網(wǎng)施行整體平差，并且建立新的國(guó)家大地坐標(biāo)系統(tǒng)，整體平差在新大地坐標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行，這個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)就是1980年西安大地坐標(biāo)系統(tǒng)。1980年西安大地坐標(biāo)系統(tǒng)所采用的地球橢球參數(shù)的四個(gè)幾何和物理參數(shù)采用了IAG1975年的推薦值，橢球的短軸平行于地球的自轉(zhuǎn)軸（由地球質(zhì)心指向1968.0JYD地極原點(diǎn)方向），起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面，橢球面同似大地水準(zhǔn)面在我國(guó)境內(nèi)符合最好，高程系統(tǒng)以1956年黃海平均海水面為高程起算基準(zhǔn)。12/10/2022921980年西安大地坐標(biāo)系1978年，我國(guó)決定重新對(duì)全國(guó)2000國(guó)家大地坐標(biāo)系2000國(guó)家大地坐標(biāo)系是全球地心坐標(biāo)系在我國(guó)的具體體現(xiàn)，其原點(diǎn)為包括海洋和大氣的整個(gè)地球的質(zhì)量中心。Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議極地方向（BIH國(guó)際時(shí)間局），X軸指向BIH1984.0定義的零子午面與協(xié)議赤道的交點(diǎn)，Y軸按右手坐標(biāo)系確定。2008年7月1日起啟用。2000國(guó)家大地坐標(biāo)系采用的地球橢球參數(shù)如下：長(zhǎng)半軸a=6378137m扁率f=1/298.257222101地心引力常數(shù)GM=3.986004418×1014m3s-2自轉(zhuǎn)角速度ω=7.292l15×10-5rads-112/10/2022932000國(guó)家大地坐標(biāo)系2000國(guó)家大地坐標(biāo)系是全球地心坐標(biāo)系衛(wèi)星軌道圖12/10/202294衛(wèi)星軌道圖12/10/202238GPS靜態(tài)定位在測(cè)量中的應(yīng)用

GPS靜態(tài)定位在測(cè)量中主要用于測(cè)定各種用途的控制點(diǎn)。其中，較為常見(jiàn)的方面是利用GPS建立各種類型和等級(jí)的控制網(wǎng)，在這些方面，GPS技術(shù)已基本上取代了常規(guī)的測(cè)量方法，成為了主要手段。較之于常規(guī)方法，GPS在布設(shè)控制網(wǎng)方面具有以下一些特點(diǎn)：12/10/202295GPS靜態(tài)定位在測(cè)量中的應(yīng)用GPS靜態(tài)定位在測(cè)量中主要測(cè)量精度高：GPS觀測(cè)的精度要明顯高于一般的常規(guī)測(cè)量手段，GPS基線向量的相對(duì)精度一般在10-5~10-9之間，這是普通測(cè)量方法很難達(dá)到的。選點(diǎn)靈活、不需要造標(biāo)、費(fèi)用低：GPS測(cè)量不要求測(cè)站間相互通視，不需要建造覘標(biāo)，作業(yè)成本低，大大降低了布網(wǎng)費(fèi)用。全天侯作業(yè)：在任何時(shí)間、任何氣候條件下，均可以進(jìn)行GPS觀測(cè)，大大方便了測(cè)量作業(yè)，有利于按時(shí)、高效地完成控制網(wǎng)的布設(shè)。觀測(cè)時(shí)間短：采用GPS布設(shè)一般等級(jí)的控制網(wǎng)時(shí)，在每個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)時(shí)間一般在1~2個(gè)小時(shí)左右，采用快速靜態(tài)定位的方法，觀測(cè)時(shí)間更短。觀測(cè)、處理自動(dòng)化采用GPS布設(shè)控制網(wǎng)，觀測(cè)工程和數(shù)據(jù)處理過(guò)程均是高度自動(dòng)化的。12/10/202296測(cè)量精度高：GPS觀測(cè)的精度要明顯高于一般的常規(guī)測(cè)量手段，布設(shè)GPS網(wǎng)的

工作步驟

12/10/202297布設(shè)GPS網(wǎng)的

工作步驟12/10/202241第二部分、GPS靜態(tài)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理

12/10/202298第二部分、GPS靜態(tài)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理12/10/202242概述一、GPS靜態(tài)測(cè)量概念在進(jìn)行GPS定位時(shí)，接收機(jī)的天線在整個(gè)觀測(cè)過(guò)程中的位置是保持不變的。在數(shù)據(jù)處理時(shí)，將接收機(jī)天線的位置作為一個(gè)不隨時(shí)間的改變而改變的量。其具體觀測(cè)模式多臺(tái)接收機(jī)在不同的測(cè)站上進(jìn)行靜止同步觀測(cè)，時(shí)間由幾分鐘、幾小時(shí)甚至數(shù)十小時(shí)不等；接收機(jī)測(cè)得衛(wèi)星發(fā)送的偽距、載波相位等信號(hào)觀測(cè)值；再將觀測(cè)值下載到計(jì)算機(jī)中處理；一般要通過(guò)基線處理、網(wǎng)平差、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和高程轉(zhuǎn)換求出高精度的網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)。在測(cè)量中，靜態(tài)定位測(cè)量方式一般用于高精度的測(cè)量定位：如主要用于各種等級(jí)的大地測(cè)量跟蹤網(wǎng)、基準(zhǔn)網(wǎng)、工程控制網(wǎng)、變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)等的測(cè)量。二、GPS靜態(tài)測(cè)量主要由三個(gè)過(guò)程來(lái)完成1）測(cè)前工作；2）實(shí)施測(cè)量；3）數(shù)據(jù)處理12/10/202299概述一、GPS靜態(tài)測(cè)量概念12/10/202243第一節(jié)、測(cè)前工作一、項(xiàng)目的提出：一項(xiàng)GPS測(cè)量工程項(xiàng)目，往往是由工程發(fā)包方、上級(jí)主管部門或其他單位或部門提出，由GPS測(cè)量隊(duì)伍具體實(shí)施。對(duì)于一項(xiàng)GPS測(cè)量工程項(xiàng)目，一般有如下一些要求：測(cè)區(qū)位置及其范圍用途和精度等級(jí)點(diǎn)位分布及點(diǎn)的數(shù)量提交成果的內(nèi)容時(shí)限要求投資經(jīng)費(fèi)12/10/2022100第一節(jié)、測(cè)前工作一、項(xiàng)目的提出：一項(xiàng)GPS測(cè)量工程項(xiàng)目，往往第二節(jié)、測(cè)量實(shí)施一、實(shí)地了解測(cè)區(qū)情況點(diǎn)位情況（點(diǎn)的位置、上點(diǎn)的難度等）、測(cè)區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、民風(fēng)民俗、交通狀況、測(cè)量人員生活安排等。二、衛(wèi)星狀況預(yù)報(bào)：需要評(píng)估障礙物對(duì)GPS觀測(cè)可能產(chǎn)生的不良影響。三、確定作業(yè)方案：根據(jù)衛(wèi)星狀況、測(cè)量作業(yè)的進(jìn)展情況、以及測(cè)區(qū)的實(shí)際情況，確定出具體的布網(wǎng)和作業(yè)方案。12/10/2022101第二節(jié)、測(cè)量實(shí)施一、實(shí)地了解測(cè)區(qū)情況12/10/202245第三節(jié)、數(shù)據(jù)處理

靜態(tài)相對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理基本步驟：粗加工、預(yù)處理、基線解算、GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)的聯(lián)合網(wǎng)平差處理、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和高程轉(zhuǎn)換。一、粗加工（人工）1、原始觀測(cè)數(shù)據(jù)的下裝：在進(jìn)行基線解算之前，首先需要從接收機(jī)上下裝原始的GPS觀測(cè)值數(shù)據(jù)：至少應(yīng)當(dāng)有：1）觀測(cè)值文件；2）星歷參數(shù)文件；有些接收機(jī)還另外列出了：測(cè)站信息文件、電離層參數(shù)和UTC參數(shù)文件。2、外業(yè)輸入數(shù)據(jù)的檢查與修改：在讀入了GPS觀測(cè)值數(shù)據(jù)后，就需要對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的檢查，檢查的項(xiàng)目包括：測(cè)站名、點(diǎn)號(hào)、測(cè)站坐標(biāo)、天線高等。12/10/2022102第三節(jié)、數(shù)據(jù)處理靜態(tài)相對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)處四）GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則