全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(第一次)

1目錄第一章緒論第二章GPS系統(tǒng)及其信號(hào)第三章

GPS的坐標(biāo)系統(tǒng)與定位中的誤差源第四章

衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPS衛(wèi)星星歷第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)第六章GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量原理第七章GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量原理第八章GPS測(cè)量的設(shè)計(jì)與實(shí)施2第一章緒論早期的衛(wèi)星定位技術(shù)——將衛(wèi)星作為空間觀測(cè)目標(biāo)建立衛(wèi)星三角網(wǎng)建立衛(wèi)星測(cè)距網(wǎng)——解決聯(lián)測(cè)定位問題缺點(diǎn)：受衛(wèi)星可見條件及天氣影響，費(fèi)時(shí)費(fèi)力、定位精度低第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——開始了衛(wèi)星多普勒定位、測(cè)速的時(shí)代子午衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（NNSS）——6顆工作衛(wèi)星經(jīng)濟(jì)快速精度均勻不受天氣和時(shí)間的限制CICADA導(dǎo)航系統(tǒng)——12顆宇宙衛(wèi)星雙頻發(fā)送：150MHZ、400MHZ第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的局限性衛(wèi)星少，不能實(shí)時(shí)定位軌道低，難以精確定軌——1070km（低軌衛(wèi)星）頻率低，難以補(bǔ)償電離層效應(yīng)的影響3第一章緒論第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)1.GPS衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)(NAVSTAR/GPS)：衛(wèi)星測(cè)時(shí)測(cè)距導(dǎo)航/全球定位系統(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(shí)性的導(dǎo)航、定位和定時(shí)的功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。三大研究階段方案論證階段（1974-1978年）：發(fā)射11顆BLOCKI試驗(yàn)衛(wèi)星系統(tǒng)論正階段（1979-1987年）生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)究段（1988-1993年）：發(fā)射28顆BLOCKII以及BLOCKIIA工作衛(wèi)星90年代末，發(fā)射20顆BLOCKIIR衛(wèi)星，改進(jìn)GPS系統(tǒng)GPS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)21+3顆衛(wèi)星，6個(gè)軌道面GPS系統(tǒng)的應(yīng)用前景我國(guó)的GPS定位技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展情況(查資料)4第一章緒論2.GLONASS全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星系統(tǒng)的組成2.1衛(wèi)星星座：21顆工作衛(wèi)星+3顆在軌備用衛(wèi)星；三個(gè)等間隔橢圓軌道，軌道面夾角120度發(fā)射兩種載波信號(hào)：f1:1.602-1.616GHZ,(民用)f2:1.246GHZ-1.256GHZ（軍用）具有可變的射電頻率：每顆衛(wèi)星具有不同的射電頻率2.2地面控制地面控制站組（GCS）:系統(tǒng)控制中心、指令跟蹤站（CTS）2.30用戶設(shè)備：GLONASS信號(hào)接受機(jī)俄羅斯聯(lián)邦政府對(duì)GLONASS系統(tǒng)的使用政策？3.NAVSAT導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(西歐歐洲空間局ESA)——民用系統(tǒng)衛(wèi)星星座;6顆地球同步衛(wèi)星（GEO）+12顆高橢圓軌道衛(wèi)星（HEO）5第一章緒論衛(wèi)星系統(tǒng)GLONASSGPSNAVSAT衛(wèi)星顆數(shù)（顆）21+321+312+6軌道面數(shù)（個(gè)）367軌道傾角（度）64.85563.45平均高度（KM）191002020020178周期（HM）11h15m11h58m11h58m衛(wèi)星射電頻率11602-1616MHZ1575.42MHZ1561-1569MHZ衛(wèi)星射電頻率21246-1256MHZ1227.6MHZ1224-1232MHZC/A碼頻率511KHZ1.023MHZ3.937MHZC/A碼碼長(zhǎng)511bit1023bit3937bit

三種衛(wèi)星系統(tǒng)的比較

6第一章緒論主動(dòng)式衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)被動(dòng)測(cè)距原理、被動(dòng)定位（GPS、GLONASS、NAVSAT）p14，P7，P23下主動(dòng)測(cè)距原理、主動(dòng)定位p14，P41衛(wèi)星激光測(cè)距技術(shù)基本的測(cè)距原理GEOSTAR衛(wèi)星導(dǎo)航通信系統(tǒng)其它的衛(wèi)星定位系統(tǒng)INMARSAT系統(tǒng)：由國(guó)際移動(dòng)衛(wèi)星組織（原國(guó)際海事衛(wèi)星組織）籌建主要功能：全球通訊服務(wù)GNSS系統(tǒng)：由國(guó)際民航組織（ICAO）提出，該系統(tǒng)是一個(gè)全球性的位置和時(shí)間的測(cè)定系統(tǒng)主要功能:導(dǎo)航定位、移動(dòng)通信GPS全球大地測(cè)量7P:劉基余編著.《GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與方法》.科學(xué)出版社.2008年6月第2版.p:劉基余等編著.《全球定位系統(tǒng)原理及其應(yīng)用》.測(cè)繪出版社.1993年10月第1版.8第二章GPS系統(tǒng)及其信號(hào)GPS衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)的系統(tǒng)組成1GPS衛(wèi)星星座（空間部分）:21+3顆衛(wèi)星GPS衛(wèi)星編號(hào)：PRN編號(hào)（偽隨機(jī)噪聲碼）GPS衛(wèi)星分步入軌及軌道特點(diǎn)：初始軌道——轉(zhuǎn)移軌道——工作軌道，兩萬公里高空的圓形軌道高精度的時(shí)鐘定位星座——為了解算測(cè)站的三維坐標(biāo)，必須觀測(cè)的4顆GPS衛(wèi)星間隙期：定位星座幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣9第二章GPS系統(tǒng)及其信號(hào)2地面監(jiān)控系統(tǒng)（地面控制部分）地面監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成一個(gè)主控站：位于美國(guó)科羅拉多，以大型計(jì)算機(jī)為主體的監(jiān)控系統(tǒng)三個(gè)注入站：大西洋阿森松,印度洋狄哥.伽西亞,太平洋卡瓦加蘭五個(gè)監(jiān)測(cè)站：4+夏威夷p2310第二章GPS系統(tǒng)及其信號(hào)3GPS信號(hào)接收機(jī)（用戶設(shè)備部分）靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位靜態(tài)定位:跟蹤過程中用戶天線固定不變，高精度測(cè)量信號(hào)傳播時(shí)間——多于觀測(cè)量大、可靠性強(qiáng)、定位精度高動(dòng)態(tài)定位：接收測(cè)定運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)行軌跡11第二章GPS系統(tǒng)及其信號(hào)GPS接收機(jī)的分類按用途分類：導(dǎo)航型：測(cè)地型接收機(jī)：授時(shí)型接收機(jī):按接收機(jī)的載波頻率分類;單頻接收機(jī)：雙頻接收機(jī)：按應(yīng)用場(chǎng)合分類：12第二章GPS系統(tǒng)及其信號(hào)GPS接收機(jī)的組成和工作原理天線單元接收機(jī)天線（接收前端）：全向振子天線、小型螺旋天線、微帶天線、錐形天線——將GPS衛(wèi)星信號(hào)的極微弱的電磁波能轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流。前置放大器:將GPS信號(hào)電流予以放大接收機(jī)主機(jī)單元電源——蓄電池GPS數(shù)據(jù)測(cè)后處理軟件包13GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文（衛(wèi)星電文）：是用戶用來定位和導(dǎo)航的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。以二進(jìn)制的形式，按規(guī)定格式組成，按幀向外傳播。因而衛(wèi)星電文也叫數(shù)據(jù)碼（D碼）。導(dǎo)航電文的結(jié)構(gòu)（見圖2-6）P26導(dǎo)航電文的主要內(nèi)容第一數(shù)據(jù)塊：第一子幀的第3-10字碼第二數(shù)據(jù)塊：包括第二和第三子幀，表示GPS衛(wèi)星的星歷第三數(shù)據(jù)塊：包括第四和第五子幀，提供GPS衛(wèi)星的歷書數(shù)據(jù)，是第一和第二數(shù)據(jù)塊的簡(jiǎn)略形式。第二章GPS系統(tǒng)及其信號(hào)14第二章GPS系統(tǒng)及其信號(hào)GPS衛(wèi)星信號(hào)——是GPS衛(wèi)星向廣大用戶發(fā)送的用于導(dǎo)航定位的已調(diào)波，其在播處于L波段，調(diào)制波是衛(wèi)星電文（不歸零的二進(jìn)制碼組成的編碼脈沖串D碼）和偽隨機(jī)噪聲碼（PRN碼）的組合碼。數(shù)據(jù)碼的二級(jí)調(diào)制（擴(kuò)頻）：有效地進(jìn)行低碼率導(dǎo)航電文的傳送，達(dá)到節(jié)省衛(wèi)星電能，增強(qiáng)GPS信號(hào)的抗干擾性，實(shí)現(xiàn)保密的信息傳送的目的。偽噪聲碼的產(chǎn)生及特性偽噪聲碼的表現(xiàn)形式：波形信號(hào)x(t)和信號(hào)序列{x}碼元寬度、時(shí)間周期、長(zhǎng)度周期15第二章GPS系統(tǒng)及其信號(hào)偽隨機(jī)噪聲碼的產(chǎn)生GPS衛(wèi)星所用的偽噪聲碼是一種M序列，產(chǎn)生于最常線性移位寄存器（抽頭式反饋移存器），由4級(jí)D觸發(fā)器構(gòu)成。M序列的特點(diǎn)復(fù)合偽噪聲碼:由兩個(gè)以上的周期較短的偽噪聲碼構(gòu)成，可單值地測(cè)量450m以上的遠(yuǎn)距離GPS衛(wèi)星采用偽噪聲碼的目的傳送導(dǎo)航電文用作測(cè)距信號(hào)識(shí)別不同的衛(wèi)星16第二章GPS系統(tǒng)及其信號(hào)C/A碼：用于粗測(cè)距和捕獲GPS衛(wèi)星信號(hào)的偽隨機(jī)碼，是由兩個(gè)10級(jí)反饋移位寄存器構(gòu)成的G碼產(chǎn)生的。根據(jù)相位平移的不同，共可產(chǎn)生1025種結(jié)果不同的C/A碼，這些C/A碼具有相同的碼長(zhǎng)、碼元寬度和相同的周期。P碼：是衛(wèi)星的精測(cè)碼，用于衛(wèi)星的精密測(cè)距。GPS信號(hào)的鑒別GPS工作衛(wèi)星的SA技術(shù)17第三章一GPS的坐標(biāo)系統(tǒng)衛(wèi)星定位中常采用的是空間直角坐標(biāo)系及其相應(yīng)的大地坐標(biāo)系，一般以地球質(zhì)心為坐標(biāo)系的原點(diǎn)。按坐標(biāo)軸的指向不同，可分為:地球坐標(biāo)系：隨地球自轉(zhuǎn)，便于描述地面觀測(cè)站的位置天球坐標(biāo)系：與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)，便于描述人造地球衛(wèi)星的位置。球面坐標(biāo)系與直角坐標(biāo)系的關(guān)系大地坐標(biāo)系與直角坐標(biāo)系的關(guān)系站心赤道直角坐標(biāo)系站心地平直角坐標(biāo)系WGS-84大地坐標(biāo)系與我國(guó)的坐標(biāo)系統(tǒng)——GPS定位成果屬于WGS-84大地坐標(biāo)系，即衛(wèi)星星歷是以WGS-84坐標(biāo)系為坐標(biāo)框架的。18第三章二GPS定位中的誤差源§3.1概述§3.2鐘誤差§3.3相對(duì)論效應(yīng)§3.4衛(wèi)星星歷誤差§3.5電離層延遲19第四章衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPS衛(wèi)星星歷概述——人造地球衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)取決于它所受到的各種作用力。這些作用力主要由：地球?qū)πl(wèi)星的引力、太陽(yáng)、月亮對(duì)地球的引力、大氣阻力、太陽(yáng)光壓、地球潮汐力等。在這些作用中，地球引力是主要的。通常將衛(wèi)星受到的作用力分為：中心引力和攝動(dòng)力兩大類衛(wèi)星的無攝運(yùn)動(dòng)（二體問題）：衛(wèi)星只受地心引力的作用，忽略所用攝動(dòng)力開普勒六軌道參數(shù)（常數(shù)）20第四章衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPS衛(wèi)星星歷二體問題的運(yùn)動(dòng)方程衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng)（衛(wèi)星的精密定軌）——考慮了攝動(dòng)力作用的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)軌道根數(shù)：衛(wèi)星在地球質(zhì)心引力和各種攝動(dòng)力總的影響下的軌道根數(shù)，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的真實(shí)軌道稱為衛(wèi)星的攝動(dòng)軌道或瞬時(shí)軌道各種作用力的特性及其影響21地球引力：地球質(zhì)心引力和地球引力場(chǎng)攝動(dòng)力（由于地球形狀不規(guī)則及其質(zhì)量不均勻而引起的），可建立函數(shù)U（r,φ,λ）來表示地球外部空間一個(gè)質(zhì)點(diǎn)所受的作用力：U（r,φ,λ）=GM/r+R（GM/r是正常引力位，R為懾動(dòng)偽函數(shù)）日、月引力：在五天弧段對(duì)衛(wèi)星偽值的影響可達(dá)1-3KMFs+Fm=GMs[(rs-r)/|rs-r|3-rs/|r|3]+GMm[(rm-r)/|rm-r|3-rm/|r|3]太陽(yáng)輻射光壓：在五天弧段對(duì)衛(wèi)星偽值的影響可達(dá)1千米Fp=KρpSrso

第四章衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPS衛(wèi)星星歷22第四章衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPS衛(wèi)星星歷地球潮汐力的影響：在五天弧段對(duì)衛(wèi)星偽值的影響可達(dá)1米大氣阻力：忽略不計(jì)GPS衛(wèi)星星歷預(yù)報(bào)星歷（廣播星歷）參考星歷廣播星歷共16個(gè)參數(shù)，其中1個(gè)參考時(shí)刻，6個(gè)對(duì)應(yīng)參考時(shí)刻的開普勒軌道根數(shù)和9個(gè)反映攝動(dòng)力影響的參數(shù)toe——星歷表參考?xì)v元（秒）：是從星期日子夜零時(shí)開始計(jì)算的參考時(shí)刻IODE——數(shù)據(jù)齡期：從toe時(shí)刻至為做預(yù)報(bào)星歷測(cè)量的最后觀測(cè)時(shí)刻之間的時(shí)間。23第四章衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPS衛(wèi)星星歷C/A碼星歷：精度數(shù)十米，1991年實(shí)施SA技術(shù)之后，精度下降到近百米。P碼星歷：精度5米左右，主要用于軍事導(dǎo)航，C/A碼星歷交付民用。后處理星歷（精密星歷）：不通過導(dǎo)航電文向用戶傳遞，而是利用磁帶或通過電視、電傳、衛(wèi)星通訊等方式有償?shù)貫樗枰挠脩舴?wù)。特點(diǎn)：是事后向用戶提供在其觀測(cè)時(shí)間內(nèi)的精密軌道信息。24第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)基本概念靜態(tài)定位——待定點(diǎn)相對(duì)與周圍的固定點(diǎn)沒有可察覺到的運(yùn)動(dòng)，待定點(diǎn)在地固坐標(biāo)系中的位置都可以認(rèn)為是固定不變的?？赏ㄟ^大量的重復(fù)觀測(cè)來提高定位精度，動(dòng)態(tài)定位——在一次觀測(cè)期間待定點(diǎn)相對(duì)與周圍的固定點(diǎn)有可察覺到的運(yùn)動(dòng)或顯著的運(yùn)動(dòng)，因而在處理該時(shí)段的觀測(cè)資料時(shí)待定點(diǎn)的位置將隨時(shí)變化。單點(diǎn)定位——獨(dú)立確定待定點(diǎn)在坐標(biāo)系中的絕對(duì)位置的方法，也成為絕對(duì)定位。25第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)相對(duì)定位——確定同步跟蹤相同的GPS衛(wèi)星信號(hào)的若干臺(tái)接收機(jī)之間的相對(duì)位置的一種定位方法。相對(duì)定位的結(jié)果是個(gè)同步跟蹤站之間的基線向量（三維坐標(biāo)差），因而至少需要給出網(wǎng)中一點(diǎn)的坐標(biāo)后才能求出其余各點(diǎn)的坐標(biāo)。GPS定位鐘的三種誤差：多臺(tái)接收機(jī)共有的誤差：衛(wèi)星鐘誤差、電離層誤差、對(duì)流層物差；傳播延遲誤差：p128接收機(jī)固有的誤差：內(nèi)部噪聲、通道延遲、多路徑效應(yīng)等26第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)衛(wèi)星導(dǎo)航定位天文定位陸地基準(zhǔn)無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)（交會(huì)法）空間基準(zhǔn)無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)——衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基本原理偽距法定位如何進(jìn)行偽距測(cè)量——基本測(cè)距原理：利用碼相關(guān)法測(cè)定用碼相關(guān)法進(jìn)行偽距測(cè)量得到的四點(diǎn)結(jié)論：偽距測(cè)量的觀測(cè)方程偽距法定位的基本原理特殊情況下的定位（參考）27第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)載波相位測(cè)量利用載波作為測(cè)量信號(hào)的目的——提高精度測(cè)距碼波長(zhǎng)——C/A：293.65M，P碼：29.305M載波波長(zhǎng)——L1：19CM，L2：24CM重建載波基本原理載波相位測(cè)量的實(shí)際觀測(cè)值首次量測(cè)值——產(chǎn)生一個(gè)整周未知數(shù)N0和不足一整周的部分其余各次量測(cè)值——包括整波段數(shù)和不足一整波段的部分從原理得出的幾點(diǎn)結(jié)論28第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)整周跳變的探測(cè)及修復(fù)產(chǎn)生整周跳變的原因——是由于計(jì)數(shù)器在to到ti期間的累計(jì)工作產(chǎn)生中斷引起的，丟失的是整周數(shù)，對(duì)于不足以整周的部分沒有影響。周跳的探測(cè)及修復(fù)屏幕掃描法——早期的方法用高次差或多項(xiàng)式擬合來探測(cè)及修復(fù)周跳在衛(wèi)星件求差根據(jù)平差后的殘差來發(fā)現(xiàn)和修復(fù)周跳29第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)整周未知數(shù)N0的確定——正確地確定N0是獲得高精度定位結(jié)果的必要條件。確定整周未知數(shù)的方法偽距法——在進(jìn)行載波行為測(cè)量的同時(shí)進(jìn)行偽距測(cè)量。多普勒法（三差法）走走停停法（goandstop)將整周未知數(shù)當(dāng)作平差中的待定參數(shù)（參考）30第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)載波相位測(cè)量的線性組合必要參數(shù)與多余參數(shù)如何簡(jiǎn)化平差計(jì)算，減少工作量？給多余參數(shù)以一定的約束——在多與參數(shù)之間建立起一種函數(shù)關(guān)系。求差法在接收機(jī)之間求差在衛(wèi)星之間求差在歷元之間求差這種將直接觀測(cè)指相減的過程稱為求一次差，所的結(jié)果被當(dāng)作虛擬觀測(cè)值，稱為載波相位觀測(cè)值的一次差或單差。31第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)若對(duì)一次差的結(jié)果繼續(xù)求差，為求二次差，其結(jié)果稱為二次差獲雙差。有三種情況：在接收機(jī)和衛(wèi)星間求二次差在接收機(jī)和歷元之間求二次差在衛(wèi)星和歷元之間求二次差。若對(duì)二次差的結(jié)果繼續(xù)求差，稱為求三次差。201603163233目錄第一章緒論第二章GPS系統(tǒng)及其信號(hào)第三章

GPS的坐標(biāo)系統(tǒng)與定位中的誤差源第四章

衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPS衛(wèi)星星歷第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)第六章GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量原理第七章GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量原理第八章GPS測(cè)量的設(shè)計(jì)與實(shí)施34第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)差分GPS定位目的——消除公共誤差，提高定位精度在一個(gè)測(cè)站上對(duì)兩個(gè)觀測(cè)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，將觀測(cè)值求差在兩個(gè)測(cè)站上對(duì)同一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，將觀測(cè)值求差在一個(gè)測(cè)站上對(duì)一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行兩次觀測(cè)求差GPS定位中存在的誤差種類多臺(tái)接收機(jī)共有的誤差傳播延遲誤差接收機(jī)固有的誤差差分GPS的類型單站GPS的差分35第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)載波相位差分——精度達(dá)到厘米級(jí)載波相位差分技術(shù)又稱為PTK(RealTimeKinematic)技術(shù)，是實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)站載波相位觀測(cè)量的差分方法。PTK技術(shù)同樣受到基準(zhǔn)站到用戶距離的限制，為解決這個(gè)問題，發(fā)展了局部區(qū)域差分和廣域差分定位技術(shù)。局部區(qū)域GPS差分系統(tǒng)（LADGPS）基準(zhǔn)站與用戶之間有無線電數(shù)據(jù)通信鏈，用戶與基準(zhǔn)站之間的距離一般在500km以內(nèi)可獲得較好的精度。36第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)廣域差分（WADGPS）具體表現(xiàn)星歷誤差：外推星歷，精度100m左右，是GPS定位的主要誤差來源之一。解決辦法：依賴區(qū)域精密定軌，確定精密星歷，取代廣播星歷。大氣延時(shí)誤差（包括電離層延時(shí)和對(duì)流層延時(shí)）：建立精確的區(qū)域大氣延時(shí)模型，能夠精確地計(jì)算出其作用區(qū)域內(nèi)的大氣延時(shí)量。衛(wèi)星鐘差誤差：考慮在SA技術(shù)的影響下，衛(wèi)星鐘差的隨機(jī)變化。37第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)廣域差分GPS系統(tǒng)的工作流程廣域差分GPS系統(tǒng)的特點(diǎn)WADGPS種用戶定位精度對(duì)空間距離的敏感程度比LADGPS低得多。監(jiān)測(cè)站數(shù)量少，經(jīng)濟(jì)效益高定位精度均勻分布覆蓋區(qū)域多樣硬件設(shè)備及通信工具昂貴，軟件技術(shù)復(fù)雜。38第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)衛(wèi)星射電干涉測(cè)量VLBI（參考）甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量技術(shù)(VLBA)基本原理利用GPS衛(wèi)星作為射電源進(jìn)行干涉測(cè)量的優(yōu)勢(shì)信號(hào)強(qiáng)度大對(duì)接收設(shè)備的要求低價(jià)格便宜，使用方便射電干涉測(cè)量原理39第六章GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量原理本章主要目的：討論如何用GPS信號(hào)測(cè)量動(dòng)態(tài)用戶天線的七維狀態(tài)參數(shù)（三維位置、三維速度、時(shí)間）GPS動(dòng)態(tài)定位：實(shí)時(shí)測(cè)的運(yùn)動(dòng)載體（GPS信號(hào)接收機(jī)天線）所在位置導(dǎo)航的定義（廣義的動(dòng)態(tài)定位）：實(shí)時(shí)位置+速度+時(shí)間+方位，引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)載體準(zhǔn)確駛向預(yù)定的后續(xù)位置。短程無線電導(dǎo)航系統(tǒng)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)GPS動(dòng)態(tài)定位的特點(diǎn)用戶多樣性——車輛、艦船、航空航天器速度多異性——低動(dòng)態(tài)定位（0-100m/s）、中等動(dòng)態(tài)定位（100-1000m/s）、高動(dòng)態(tài)定位（>1000m/s）40第六章GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量原理實(shí)時(shí)定位方法單點(diǎn)動(dòng)態(tài)定位（絕對(duì)動(dòng)態(tài)定位）——不是直接求解用戶位置的三維坐標(biāo)，而是求各個(gè)坐標(biāo)分量的修正量。偽距差分動(dòng)態(tài)定位DGPS——用兩臺(tái)接收基于兩個(gè)測(cè)站上同時(shí)量測(cè)來自相同GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航定位信號(hào)，用以聯(lián)合測(cè)的動(dòng)態(tài)用的精確位置。41第六章GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量原理后處理差分動(dòng)態(tài)定位：基準(zhǔn)點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)載體之間不必建立無線電數(shù)據(jù)傳輸。用GPS校正值對(duì)若干臺(tái)共視衛(wèi)星用戶的動(dòng)態(tài)接收機(jī)所采集的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)后修正。動(dòng)態(tài)載波相位測(cè)量GPS衛(wèi)星導(dǎo)航方法導(dǎo)航的任務(wù)——引導(dǎo)航行體自起點(diǎn)出發(fā)，沿著預(yù)定的航線經(jīng)濟(jì)而安全地到達(dá)目的地。關(guān)于導(dǎo)航的一些基本概念航路點(diǎn)：一系列均勻分布于路徑上的坐標(biāo)點(diǎn)航線：依次通過若干航路點(diǎn)，由用戶自行編輯的行進(jìn)路線航線方向：起始位置到目的地的方向角度制導(dǎo)參數(shù)待飛距離偏航距：偏離最初航線的距離42第六章GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量原理方位線：兩個(gè)物體或地點(diǎn)之間的連線航跡角：正北方向與目標(biāo)方位線之間的夾角偏流角：飛行器的縱軸方向和飛行方向之間的夾角地速：飛行器在飛行方向的速度分量（沿地球表面飛行的速度）真航向：飛行器真實(shí)飛行方向與真北方向的夾角GPS導(dǎo)航方法GPS單機(jī)導(dǎo)航——在航行體上僅配備一臺(tái)GPS接收機(jī)，單獨(dú)實(shí)時(shí)導(dǎo)航。差分GPS導(dǎo)航——包括地面站和用戶位置差分法偽距差分法GPS/慣性綜合系統(tǒng)43第六章GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量原理GPS全球定位系統(tǒng)的不足之處衛(wèi)星星座對(duì)地球覆蓋不完善，特別是在中緯度地區(qū)，存在間隙區(qū)必須與天空通視，否則無法接收信號(hào)GPS接收機(jī)的工作受飛行器機(jī)動(dòng)的影響，當(dāng)飛行器的機(jī)動(dòng)超過GPS接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，接收機(jī)會(huì)失鎖。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）GPS/INS整合系統(tǒng)44第六章GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量原理GPS與INS的綜合方式松散綜合用GPS重調(diào)慣導(dǎo)用GPS給出的位置、速度信息直接重調(diào)慣導(dǎo)系統(tǒng)的輸出。把慣導(dǎo)和GPS輸出的位置和速度信息進(jìn)行加權(quán)平均。用位置、速度信息綜合緊密綜合——一體化設(shè)計(jì)45第六章GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量原理GPS測(cè)速——在進(jìn)行GPS動(dòng)態(tài)定位的同時(shí)，用GPS信號(hào)測(cè)得運(yùn)動(dòng)載體的運(yùn)行速度。多普勒測(cè)速儀的基本工作原理——主動(dòng)式測(cè)速原理多普勒頻移差分GPS測(cè)速——可以消除星歷對(duì)測(cè)速精度的損失，還可以消除至少顯著削弱電離層/對(duì)流層效應(yīng)對(duì)測(cè)速精度的損失。GPS定時(shí)以衛(wèi)星為主體的其他定時(shí)技術(shù)衛(wèi)星單向定時(shí)法46第六章GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量原理衛(wèi)星雙向定時(shí)法LASSO定時(shí)法Shuttle定時(shí)法上述四種方法定時(shí)精度較高、但設(shè)備復(fù)雜，耗資巨大，不利于廣大用戶使用。GPS衛(wèi)星定時(shí)法一站單機(jī)定時(shí)法共視比對(duì)定時(shí)法是目前用GPS信號(hào)傳遞時(shí)間的主要方法。該方法不僅可以消除衛(wèi)星鐘差，而且能夠消除至少減少星歷誤差的影響。47第六章GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量原理GPS/GLONASS集成接收機(jī)及其對(duì)動(dòng)態(tài)測(cè)量的影響什么是GPS/GLONASS集成接收機(jī)GPS/GLONASS集成接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)GPS/GLONASS衛(wèi)星及其導(dǎo)航定位信號(hào)的異同點(diǎn)48第六章GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量原理GPS/GLONASS集成接收機(jī)研制的難點(diǎn)尋找接收機(jī)的公共頻率源GPS衛(wèi)星具有相同的兩個(gè)載波頻率：1575.42MHZ、1227.60MHZ每顆GLONASS衛(wèi)星的載波頻率不同F(xiàn)j1=f1+(j-1)Δf1Fj2=f2+(j-1)Δf2GPS/GLONASS集成接收機(jī)最基本的要求是對(duì)于GLONASS信號(hào)而言，需要獲得0.5625MHZ和0.4375MHZ的基本信號(hào)，然后通過倍頻和分頻的方法獲得各顆GLONASS衛(wèi)星的載波。對(duì)于GPS信號(hào)而言，需要獲得10.23MHZ的基準(zhǔn)頻率。處理兩種坐標(biāo)系的坐標(biāo)差49第六章GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量原理建立統(tǒng)一的時(shí)間尺度總結(jié)：GPS/GLONASS集成接收機(jī)需要處理6種時(shí)間偏差。解決方法：建立GPS和GLONASS時(shí)系的統(tǒng)一時(shí)間尺度。50第七章GPS衛(wèi)星定位誤差概述誤差存在于發(fā)射源——傳播途徑——接收源的每個(gè)地方，按性質(zhì)可分為系統(tǒng)誤差（偏差）和偶然誤差，其中系統(tǒng)誤差的危害最大。與衛(wèi)星有關(guān)的誤差衛(wèi)星星歷誤差衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)來源預(yù)報(bào)星歷廣播星歷提供17個(gè)星歷參數(shù)，由此確定的衛(wèi)星位置的精度約為20-40米，甚至80米左右。51第七章GPS衛(wèi)星定位誤差實(shí)測(cè)星歷需要在觀測(cè)后1-2個(gè)星期才能獲得，對(duì)導(dǎo)航和動(dòng)態(tài)定位毫無意義，但在靜態(tài)精密定位中具有重要作用。星歷誤差對(duì)定位的影響52第七章GPS衛(wèi)星定位誤差解決辦法建立自己的衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)進(jìn)行獨(dú)立定軌軌道松弛法——將衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星位置當(dāng)成未知數(shù)來處理，通過平差模型來求解測(cè)站位置和軌道改正數(shù)。半短弧法——將軌道切向、徑向和法向三個(gè)改正數(shù)作為未知數(shù)。短弧法——把6個(gè)軌道偏差改正數(shù)作為未知數(shù)，通過軌道模型來建立觀測(cè)值和未知數(shù)之間的關(guān)系。同步觀測(cè)值求差（相對(duì)定位）GPS時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng)與坐標(biāo)系統(tǒng)一樣，應(yīng)具有其尺度（時(shí)間單位）和原點(diǎn)（歷元），理論上，任何一個(gè)周期運(yùn)動(dòng)，只要它的運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的，其周期是恒定的，并且是可觀測(cè)和用試驗(yàn)復(fù)現(xiàn)的，都可作為時(shí)間尺度。53第七章GPS衛(wèi)星定位誤差恒星時(shí)ST（SiderealTime）章動(dòng)的影響真恒星時(shí)和平恒星時(shí)平太陽(yáng)時(shí)MT（MeanSolarTime）世界時(shí)UTUT+極移54第七章GPS衛(wèi)星定位誤差原子時(shí)ATI（InternationalAtomicTime）協(xié)調(diào)世界時(shí)UTCGPS時(shí)間系統(tǒng)55第七章GPS衛(wèi)星定位誤差物理同步誤差——直接用衛(wèi)星鐘的讀數(shù)與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)相比而得出的誤差稱為物理同步誤差。衛(wèi)星鐘改正數(shù)數(shù)學(xué)同步誤差——加上衛(wèi)星鐘改正數(shù)后的衛(wèi)星鐘讀數(shù)和GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間之差稱為數(shù)學(xué)同步誤差。處理接收機(jī)鐘誤差的方法碼相關(guān)接收機(jī)無碼接收機(jī)把每個(gè)觀測(cè)時(shí)刻的接收機(jī)鐘差當(dāng)作一個(gè)獨(dú)立的未知數(shù)。認(rèn)為各觀測(cè)時(shí)刻的接收機(jī)鐘差間是相關(guān)的，設(shè)法建立一個(gè)鐘誤差模型。通過在衛(wèi)星間求一次差來消除接收機(jī)的鐘差56第七章GPS衛(wèi)星定位誤差相對(duì)論效應(yīng)理想狀況下狹義相對(duì)論效應(yīng)的影響：廣義相對(duì)論效應(yīng)的影響：總的相對(duì)論效應(yīng)的影響：解決方法：預(yù)先降低時(shí)鐘頻率實(shí)際狀況下

理想狀況下的相對(duì)論效應(yīng)＋附加偏差項(xiàng)與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差電離層折射電子密度與電子密度有關(guān)的因素57第七章GPS衛(wèi)星定位誤差電子密度和高度的關(guān)系——隨著高度的增加，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度增強(qiáng)，氣體電離程度增強(qiáng)電子密度和地方時(shí)的關(guān)系——隨地方時(shí)的變化作周日變化電子含量——通常指底面積為一個(gè)平方米貫穿整個(gè)電離層的柱體內(nèi)所含的總電子數(shù)電子密度和太陽(yáng)活動(dòng)程度的關(guān)系——太陽(yáng)活動(dòng)強(qiáng)烈和平穩(wěn)年份的電子含量相差懸殊電子含量的季節(jié)性變化電子含量和測(cè)站位置間的關(guān)系改正電離層影響的方法單頻接收機(jī)的電離層改正58第七章GPS衛(wèi)星定位誤差電離層改正模型——是一種經(jīng)驗(yàn)估算公式特點(diǎn)：把晚上的電離層延遲看作一個(gè)常數(shù)。中心電離層雙頻改正的基本原理半和改正法對(duì)流層折射59第七章GPS衛(wèi)星定位誤差站址的選擇避免鄰近有大面積的平靜水面測(cè)站不宜選擇在山坡、山谷及盆地中盡量離開高層建筑物及汽車對(duì)接收機(jī)的要求與接收機(jī)有關(guān)的誤差接收機(jī)鐘差(高精度的石英鐘)60第七章GPS衛(wèi)星定位誤差接收機(jī)的位置誤差——接收機(jī)天線相位中心相對(duì)與測(cè)站標(biāo)示中心位置的誤差。包括天線的置平和對(duì)中誤差，量取天線高誤差。天線相位中心位置的偏差——觀測(cè)時(shí)相位中心的瞬間位置（一般稱為相位中心）與理論上的相位中心將有不同，這種差別叫做天線相位中心的位置偏差。其他誤差消除、削弱上述誤差影響的措施和方法61第八章GPS測(cè)量的設(shè)計(jì)與實(shí)施GPS測(cè)量在實(shí)際工作中被劃分為方案設(shè)計(jì)、外業(yè)實(shí)施及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理三個(gè)階段。GPS測(cè)量的技術(shù)設(shè)計(jì)GPS網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)——GPS測(cè)量規(guī)范（規(guī)程）和測(cè)量任務(wù)書。GPS測(cè)量規(guī)范（規(guī)程）——是國(guó)家測(cè)繪管理部門或行業(yè)部門規(guī)定的技術(shù)法規(guī)，目前主要有：1992年國(guó)家測(cè)繪局發(fā)布的測(cè)繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)測(cè)量規(guī)范》1998年建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程》各部委根據(jù)本部門GPS工作的實(shí)際情況制定的其他GPS測(cè)量規(guī)程或細(xì)則。第八章GPS測(cè)量的設(shè)計(jì)與實(shí)施63第八章GPS測(cè)量的設(shè)計(jì)與實(shí)施GPS網(wǎng)的精度、密度設(shè)計(jì)GPS測(cè)量精度標(biāo)準(zhǔn)及分類——對(duì)于各類GPS網(wǎng)的精度設(shè)計(jì)主要取決于網(wǎng)的用途。級(jí)別主要用途固定誤差α（mm）

比例誤差b（ppm.D）

A地殼形變測(cè)量或國(guó)家高精度GPS網(wǎng)建立

≤5

≤0.1

B國(guó)家基本控制測(cè)量

≤8

≤1