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gps测量原理及应用第四版篇一

2、简述gps定位系统的构成，并说明各部分的作用：由三部分组成:空间部分—gps星座(gps星座是由24颗卫星组成的星座，其中21颗是工作卫星，3颗是备份卫星);地面控制部分—地面监控系统;用户设备部分—gps 信号接收机。gps的空间部分是由24 颗工作卫星组成,它位于距地表20 200km的上空,均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗),轨道倾角为55°。此外,还有4 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。地面控制部分由一个主控站,5 个全球监测站和3 个地面控制站组成。用户设备部分即gps 信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星,并跟踪这些卫星的运行。

3、wgs-84坐标是如何构建的：一种国际上采用的地心坐标系。坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的z轴指向bih（国际时间）1984.o定义的协议地球极（ctp)方向，x轴指向bih 1984.0的零子午面和ctp赤道的交点，y轴与z轴、x轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系统。

gps广播星历是以wgs-84坐标系为根据的

4、水准面：静止的水面称为水准面，水准面是受地球表面重力场影响而形成的，是一个处处与重力方向垂直的连续曲面，因此是一个重力场的等位面。设想一个静止的海水面扩展到陆地部分。这样，地球的表面就形成了一个较地球自然表面规则而光滑的曲面，这个曲面被称为水准面。

大地水准面：一个与静止的平均海水面重合并延伸到大陆内部的包围整个地球的封闭的重力位水准面。

高程：的是某点沿铅垂线方向到绝对基面的距离，称绝对高程。简称高程。某点沿铅垂线方向到某假定水准基面的距离，称假定高程。原子时：原子时：ati（inernational atomic time），以物质的原子内部发射的电磁振荡频率为基准的时间计量系统[1]。原子时的初始历元规定为 1958年1月1日世界时0时，秒长定义为铯-133 原子基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射9192631770周所持续的时间。这是一种均匀的时间计量系统。由于世界时存在不均匀性和历书时的测定精度低，1967年起，原子时已取代历书时作为基本时间计量系统。

gps时：gps时钟也是基于最新型gps高精度定位授时模块开发的基础型授时应用产品。能够按照用户需求输出符合规约的时间信息格式，从而完成同步授时服务。其主要原理是通过gps或其他卫星导航系统的信号驯服晶振，从而实现高精度的频率和时间信号输出，是目前达到纳秒级授时精度和稳定度在1e12量级频率输出的最有效方式。

5、参心坐标系和地心坐标系的区别：

参心坐标系

参心坐标系是在参考椭球内建立的o-xyz坐标系。原点o为参考椭球的几何中心，x轴与赤道面和首子午面的交线重合，向东为正。z轴与旋转椭球的短轴重合，向北为正。y轴与xz平面垂直构成右手系。

“参心”意指参考椭球的中心。在测量中，为了处理观测成果和传算地面控制网的坐标，通常须选取一参考椭球面作为基本参考面，选一参考点作为大地测量的起算点（大地原点），利用大地原点的天文观测量来确定参考椭球在地球内部的位置和方向。参心大地坐标的应用十分广泛，它是经典大地测量的一种通用坐标系。根据地图投影理论，参心大地坐标系可以通过高斯投影计算转化为平面直角坐标系，为地形测量和工程测量提供控制基础。由于不同时期采用的地球椭球不同或其定位与定向不同，在我国历史上出现的参心大地坐标系主要有bjz54（原）、gdz80和bjz54等三种。

地心坐标系

geocentric coordinate system

以地球质心为原点建立的空间直角坐标系，或以球心与地球质心重合的地球椭球面为基准面所建立的大地坐标系。

以地球质心(总椭球的几何中心)为原点的大地坐标系。通常分为地心空间直角坐标系(以x，y，z为其坐标元素)和地心大地坐标系(以b，l，h为其坐标元素)。

地心坐标系是在大地体内建立的o-xyz坐标系。原点o设在大地体的质量中心，用相互垂直的x，y，z三个轴来表示，x轴与首子午面与赤道面的交线重合，向东为正。z轴与地球旋转轴重合，向北为正。y轴与xz平面垂直构成右手系。

6、广播星历 ：卫星发播的预报一定时间内卫星轨道信息的电文信息。

精密星历：供卫星精密定位所使用的卫星轨道信息。

区别是，前者是预报星历，后者是后处理星历

7、载波相位测量的原理：载波信号量测精度优于波长的1/100，载波波长（l1=19cm, l2=24cm）比c/a码波长(c/a=293m)短得多，所以gps测量采用载波相位观测值可以获得比伪距（c/a码或p码）定位高得多的成果精度。

伪距测量的原理：gps接收机对测距码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对c/a码测得的伪距称为c/a码伪距，精度约为20米左右，对p码测得的伪距称为p码伪距，精度约为2米左右。

8、绝对定位又称为单点定位，这是一种采用一台接收机进行定位的模式，它所确定的是接收机天线的绝对坐标。这种定位模式的特点是作业方式简单，可以单机作业。绝对定位一般用于导航和精度要求不高的应用中。相对定位又称为差分定位，这种定位模式采用两台以上的接收机，同时对一组相同的卫星进行观测，以确定接收机天线间的相互位置关系。

接收设备安置在运动的载体上的定位成为动态定位

9、gps定位原理：gps的基本定位原理是：卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息。

10、gps误差来源有哪些：（1）与gps卫星有关的因素（2）与传播路径有关的因素（3）接收机有关的因素（4）gps控制部分人为或计算机造成的影响，数据处理软件的影响，固体潮、极潮和海水负荷的影响，相对论效应。

11、gps控制网布点原则：（1）周围应便于安置接收设备和操作，视野开阔，视场内障碍物的高度角不宜超过15度；（2）远离大功率无线电发射源（如电视台、电台、微波站等），其距离不小于200m；远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离不小于50m；（3）附近不应有强烈反射卫星信号的物件（如大型建筑物等）；（4）交通方便，并有利于其他测量手段扩展和联测；（5）地面基础稳定，易于点的保存；（6）aa、a、b级gps点，应选在能长期保存的地点；（7）充分利用符合要求的旧有控制点；（8）选站时应尽可能使测站附近的小环境（地形，地貌，植被等）与周围的大环境保持一致，以减少气象元素的代表性误差。

12、基线：三角测量中推算三角锁、网起算边长所依据的基本长度边。

观测时段：测站上开始接收卫星信号到观测停止，连续工作的时间段，简称时段。

同步观测：两台或两台以上接收机同时对同一组卫星进行的观测。同步观测环：三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环，简称同步环。独立观测环：由独立观测所获得的基线向量构成的闭合环，简称独立环。

异步观测环：在构成多边形环路的所有基线向量中，只要有非同步观测基线向量，则该多边形环路叫异步观测环，简称异步环。独立基线：对于n台gps接收机的同步观测环，有j条同步观测基线，其中独立基线数为n-1。

非独立基线：除独立基线外的其它基线叫非独立基线，总基线数与独立基线之差即为非独立基线数。

13、同步网之间的连接方式有哪些？

当同步观测的gps接收机数n≥3时，同步闭合环的最少数应为：

14、gps网形设计原则：（1）gps网中不应存在自由基线。所谓自由基线是指不构成闭合图形的基线，由于自由基线不具备发现粗差的能力，因而必须避免出现，也就是gps网一般应通过独立基线构成闭合图形。（2）gps网中的闭合条件中基线数不可过多。网中各点最好有三条或更多基线分支，以保证检核条件，提高网的可靠性，使网中的精度、可靠性较均匀。（3）gps网应以“每个点至少独立设站观测两次”的原则布网。这样不同接收 机数测量构成的网之精度和可靠性指标比较接近。（4）为了实现gps网与地面网之间的坐标转换gps网至少应与地面网有2个重合点。

15、数据预处理的目的：对原始数据进行编辑、加工、整理、分流并产生各种专用信息文件，为进一步平差计算做准备。

gps测量定位技术设计及技术总结包括那些内容？

测区范围与位置，自然地理条件，气候特点，交通及电信、电源等情况

任务来源，测区已有测量情况，项目名称，施测目的和基本精度要求；

数据处理方案、所采用的软件、所采用的星历、起算数据、坐标系统，以及无约束、约束平差情况。误差检验及相关参数与平差结果的精度估计等。

16、gps数据预处理的目的是：①对数据进行平滑滤波检验，剔除粗差；②统一数据文件格式并将各类数据文件加工成标准化文件（如gps卫星轨道方程的标准化，卫星时钟钟差标准化，观测值文件标准化等）；③找出整周跳变点并修复观测值(整周跳变的修复见5.3.3)；④对观测值进行各种模型改正。

19、gps信号接收机的工作原理：当gps卫星在用户视界升起时，接收机能够捕获到按一不定期卫星高度截止角所选择的待测卫星，并能够跟踪这些卫星的运行；对所接收到的gps信号，具有变换、放大和处理的功能，以便测量出gps信号从卫星到接收天线的传播时间，解译出gps卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。

gps测量原理及应用第四版篇二

一、与gps卫星有关的误差

与gps卫星有关的误差主要包括卫星的轨道误差和卫星钟的误差卫星钟差

由于卫星的位置是时间的函数，因此，gps的观测量均发精密测时为依据，而与卫星位置相对应的信息，是通过卫星信号的编码信息传送给接收机的。在gps定位中，无论是码相位观测或是载波相位观测，均要求卫星钟与接收机时钟保持严格的同步。实际上，以尽管gps卫星均设有高精度的原子钟（铷钟和铯钟），但是它们与理想的gps时之间，仍存在着难以避免的偏差和漂移。这种偏差的总量约在1ms以内。对于卫星钟的这种偏差，一般可由卫星的主控站，通过对卫星钟运行状态的连续监测确定，并通过卫星的导航电文提供给接收机。经钟差改正后，各卫星之间的同步差，即可保持在20ns以内。

在相对定位中，卫星钟差可通过观测量求差（或差分）的方法消除。

2卫星轨道偏差

估计与处理卫星的轨道偏差较为困难，其主要原因是，卫星在运行中要受到多种摄动力的复杂影响，而通过地面监测站，以难以充分可靠的测定这作用力，并掌握它们的作用规律，目前，卫星轨道信息是通过导航电文等到的。

应该说，卫星轨道误差是当前gps测量的主要误差来源之一。测量的基线长度越长，此项误差的影响就越大。

在gps定位测量中，处理卫星轨道误差有以下直种方法:

1)忽略轨道误差

这种方法以从导航电文中所获得的卫星轨道信息为准，不再考虑卫星轨道实际存在的误差，所以广泛的用于精度较低的实时单点定位工作中。

2)采用轨道改进法处理观测数据

这种方法是在数据处理中，引入表征卫星轨道偏差的改正参数，并假设在短时间内这些参数为常量，将其与其它求知数一并求解。

3)同步观测值求差

这一方法是利用在两个或多个观测站一同，对同一卫星的同步观测值求差。以减弱卫星轨道误差的影响。由于同一卫星的位置误差对不同观测站同步观测量的影响，具有系统误差性质，所以通过上述求差的方法，可以明显的减弱卫星轨道误差的影响，尤其当基线较短时，其效用更不明显。

这种方法对于精度相对定位，具有极其重要的意义。

二 与卫星信号传播有关的误差

gps卫星信号的其它电磁波信号一样，当其通过电离层时，将受到这一介质弥散特性的影响，便其信号的传播路径发生变化。当gps卫星处于天顶方向时，电离层折射对信号传播路径的影响最小，而当卫星接近地平线时，则影响最大。

为了减弱电离层的影响，在gps定位中通常采用下面措施

(1)利用双频观测

由于电离层的影响是信号频率的函数，所以利用不同频率的电磁波信号进行观测。便能多确定其影响，而对观测量加以修正。因此，具有双频的gps接收机，在精密定位中测量中得到广泛的应用。不过应当明确指出，在太阳辐射的正午或在太阳黑子活动的异常期，应尽量避免观测。在尤其是精密定位测量。

(2)利用电离层模型加以修正

对于单频gps接收机，为了减弱电记屋的影响，一般是采用导航电文提供的电离层模型，或其它适合的电离层模型对观测量加以修正，但是这种模型至今仍在完善之中，目前模型改正的有效率约为75％。

(3)利用同步观测值求差

这一方法是利用两台或多台接收机，对同一卫星的同步观测的求差，以减弱电离层折射的影响，尤其当观测站间的距离较近时（20km)，由于卫星信号到达各观测站的路径相近，所经过的介质状况相似，因此通过各观测站对相同卫星信号的同步观测值求差，便可显著的减弱电离层折射影响，其残差将不会超过0.000001。对于单频gps接收机而言，这种方法的重要意义尤为明显。

2对流层折射的影响

对流层折射对观测值的影响，可分为干分量与湿分量。干分量主要与大气的湿度与压力有关，而湿分量主要与信号传播路径上的大气湿度有关。对于干分量的影响，可通过地面的大气资料计算；湿分量目前尚无法准确测定。对于输送短的基线(50km)，湿分量的影响较小。

关于对流层折射的影响，一般有以下几种处理方法：

(1)定位精度要求不高时，可不考虑其影响。

(2)采用对流层模型进行改正；

(3)采用观测量求差的方法。与电离层的影响相类似，当观测站间相距不远(20km)时，由于信号通过对流层的路径相近，对流层的物理特性相近，所以对同一卫星的同步观测值求差，可以明显的减弱对流层折射的影响。

3多路径效应影响

多路径效应亦称多路径误差，是指接收机天线除直接收到卫星发射的信号外，还可能收到经天线周围地物一次或多次反射的卫星信号，信号叠加将会引起测量参考点（相位中心点)位置的变化，从而便观测量产生误差，而且这种误差随天线周围反射面的性质而异，难以控制。根据实验资料表明，在一般反射环境下，多路径效应对测码伪距的影响可达到米级，对测相伪距的影响可达到厘米级。而在高反射环境下，不仅其影响将显著增大，而且常常导致接收的卫星信号失锁和使载波相位观测量产生周跳。因此，在精密gps导航和测量中，多路径效应的影响是不可忽视的。

目前减弱多路径效应影响的措施有：

(1)安置接收机天线的环境，应避开较强的反射面，如水面=平坦光滑的地面以及平整的建筑物表面等。

（2）选择造型适宜且屏蔽良好的天线等。

（3）适当延长观测时间，削弱多路径效应的周期性影响。

(4)改善gps接收机的电路设计，了减弱多路径效应的影响。

三、接收设备有关的误差

观测误差包括观测的分辨误差及接收机天线相对于测站点的安置误差等。

根据经验，一般认为观测的分辨误差约为信号波长的1%。故知道载波相位的分辨误差比码相位不小，由于此项误差属于偶然误差，可适当地增加观测量，将会明显地减弱其影响。

尽管gps接收机高有高精度的石英钟，其日频率稳定度可以达到10的-11方，但对载波相位观测的影响仍是不可忽视的。

载波相位观测上当前普遍采用的最精密的观测方法，由于接收机只能测定载波相位非整周的小数部份，而无法直接测定开波相位整周数，因而存在整周不定性问题。

在gps定位中，观测值是以接收机天线相位中心位置为准的，因而天线的相位中心与其几何中心理论上保持一致。可是，实际上天线的相位中心位置随着信号输入的强度和方向不同而有所变化，即观测时相位中心的瞬时位置（称为视相位中心）与理论上的本单位中心位置将有所不同，天线相位中心的偏差对相对定位结果的影响，根据天线性能的优劣，可达数毫米至数厘米。所以对于精密相对定位，这种影响是不容忽视的。

在实际工作中，如果使用同一类型的天线，在相距不远的两个或多个观测站上，同步观测同一组卫星，那么便可通过观测值求差，以削弱相位中心偏移的影响。需要提及的是，安置各观测站的天线时，均奕按天线附有的方位标进行定向，使之根据罗盘指向磁北极。