第十章3S技术-GPS1GPS概述（一）GPS及其背景它的全称是卫星授时测距导航系统/全球定位系统（NAVSTAR/GPS；NavigationSystemtimingAndRanging/GlobalPositioningSystem）GPS是美国军方研制的第二代卫星导航系统(1)全球通用，24小时可以定位，测速和授时(2)确保美国军事安全，服务于全球战略(3)导航精度可达10—20m(4)1994年3月28日建成，取代其它导航系统系统特征系统特征（二）GPS的特点全球性，全天候，高精度，保密性GPS用于大地测量（三）GPS的系统组成GPS空间星座部分24颗卫星(21+3)6个轨道平面55º轨道倾角20200km轨道高度(地面高度)11小时58分(恒星时)轨道周期5个多小时出现在地平线以上(每颗星)在全球各处能观测到高度角>15°的卫星4颗以上GPS地面监控部分GSP地面控制站GPS用户部分1.GPS接收机的功能跟踪、接收、放大、处理卫星信号，测量出信号从卫星到天线的传播时间。解译导航电文，实时解算测站三维位置。2.GPS接收机的类型3.GPS接收机的发展1981年GPS接收机问世测地型已从第一代发展到第三代,目前还在飞速发展。GPS天线部分将微弱的卫星电磁波信号转变为电信号,并放大（四）GPS的功能导航海空导航、车辆引行、导弹制导等测速其精度可达0.1m/s测时与授时其精度可达340ns（1纳秒=10-9秒）定位其精度可达毫米级2GPS定位原理（一）GPS坐标系X轴=0经度X轴在赤道平面内(三)GPS定位原理对卫星进行测距距离观测值的计算(三)单点定位结果的获取伪距单点定位原理伪距单点定位的应用特点既能用于静态定位，也可进行动态定位而用于导航定位速度快、实时性好对信号的强度要求不高但定位精度较低（理论上为10米~30米，在SA和AS技术作用下误差达100米以上）GPS定位的误差来源（四）GPS载波相位测量载波相位测量的特点定位精度比伪距定位精度高可用于进行静态绝对定位、静态相对定位、差分动态定位（五）GPS相对定位相对定位的原理相对定位是用两台（或多台）接收机分别安置在一条（或多条）基线的两端，同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点的相对位置或基线向量在相对定位时，通过对观测量求差，可以消除卫星钟差、接收机钟差，削弱电离层和对流层折射的影响，提高测量精度伪距差分测量精度可达0.5m-5m此种测量形式一般称为DGPS如果使用载波差分或同时使用载波差分及伪距差分则定位精度可达5-10mm+1ppm常规GPS的测量方法，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分(Real-TimeKinematic)方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距观测值，相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机。发射电台GPS静态定位主要用于建立各级测量控制网，其优点为：定位精度高，其基线的相对精度非常高选点灵活、不需要造标、费用低全天候作业观测时间短观测数据处理自动化在15º截止高度角以上不存在障碍物周围没有反射面，不致引起多路径效应安全避开过往行人和车辆附近不应该有强辐射源(如无线电台、电视发射天线等)可靠的电源供应足够的内存容量正确的配置参数(观测类型、记录速率)检查天线高和偏差仪器的正确检测GPS网的精度指标，通常以网中相邻点之间的距离误差来表示的，其具体形式如下：=±a2+(b·d)2—距离中误差(mm)a—固定误差(mm)b—比例误差系数(ppm)d—相邻点的距离(Km)国家测绘局1992年制订的我国第一部“GPS测量规范”将GPS的精度分为A—E五级(见下表)。其中A、B两级一般是国家GPS控制网。C、D、E三级是针对局部性GPS网规定的。GPS网设计的一般原则应通过独立观测边构成闭合图形，以增加检核条件，提高网的可靠性。应尽量与原有地面控制网相重合，重合点一般不少于3个，且分布均匀。应考虑与水准点相重合，或在网中布设一定密度的水准联测点。点应设在视野开阔和容易到达的地方，联测方向。可在网点附近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。根据GPS测量的不同用途，GPS网的独立观测边均应构成一定的几何图形，基本形式有：1.三角形网2.环形网3.星形网(1)、三角形网(2)、环形网(3)、星形网4、野外记录手簿内容5、时间和基线长度基线长与同步观测时间长短的关