1、gps 重点GPS 重点第一章1. Gps 系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性（陆地，海洋，航空和航天） ，全球性，全天候，连续性和实时性的导航，定位和定时的功能。能为各类用户提供精密的三维坐标，速度和时间。2.Gps 对应的几大系统：glonass 全球导航卫星系统，galileo 全球导航卫星系统，北斗星导航定位系统，全球导航卫星系统 gnss3.Gps 系统包括三大部分：空间部分gps 卫星星座：地面控制部分地面监控系统；用户设备部分-gps 信号接收机。4. Gps 卫星的作用：1用 L 波段的两个无线载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号。2在卫星飞越注入站上空时，
2、接受由地面注入站用 s 波段发送到卫星的导航电文和其他有关信息，并通过gps 信号电路，适时的发送给广大用户。3接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，适时地改正运行偏差或启用备用时钟等。地面监控系统：每颗 gps 卫星所播发的星历是由地面监控系统提供的，卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准gps 时间系统。Gps 接收机：捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接受到得 gps 信号进行变换，放大的处理，以便测量出 gps 信号从卫星到接收机天
3、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。第二章5.为何要建立坐标系统：gps 卫星定位技术是通过安置在地球表面的 gps 接收机同时接受 4 颗以上的 gps 卫星发出的信号测定接收机的位置。观测站固定在地球表面，其空间位置虽同地球的自转运动，而观测目标gps 卫星却总是围绕地球质心旋转且与地球自主无关，这样在卫星定位中，需要建立卫星在其轨道上运动的坐标系统。6.WGS-84 坐标系统：原点位于地球质心，z 轴指向 BIH 1984.0 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，
4、y 轴与 z，x 轴构成右手坐标系。1980 年国家大地坐标系：该坐标系是参心坐标系，椭球短轴 z 轴平行于由地球地心指向 1968.0 地极原点（JTD）的方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面，x 轴在大地起始子午面内于 z 轴垂直指向经度零方向，y 轴与 z，x 轴成右手坐标系。7.不同坐标系统之间的转换：1不同空间直角坐标系统之间的转换：需要求出坐标系统之间的转换参数，转换参数一般是利用重合点的两套坐标值通过一定的数学模型进行计算。当重合点数为三个以上时，可以采用布尔萨 7 参数（X，Y，Z，k，x，y，z）法进行转换。再利用一定的模型进行各点的坐标转换。局部 gps 网还
5、可以应用基线向量求解转换参数的方法。2不同大地坐标系的换算，除了上述七个参数外，还应增加两个转换参数，即两种大地坐标系所对应的地球椭球参数(da，d)。3iang 大地坐标转换为高斯平面坐标，按照高斯投影正算公式进行。8.几种时间系统：恒星时，平太阳时，世界时，原子时，协调世界时。第三章9.地球卫星受到的力主要有：地球对卫星的引力，太阳月亮对卫星的引力，大气阻力，太阳光压，地球潮汐力等。其中地球引力是主要的。10.卫星的无摄运动：只考虑地球质心引力作用的卫星运动。卫星的受摄运动：除考虑地球质心引力作用外，还考虑了摄动力作用的卫星运动。11.无摄运动的几个参数：确定椭圆形状和大小需要两个参数，即
6、椭圆的长半径 及其偏心率 e，为了确定任意时刻卫星在轨道上的位置，可以取真近点角 v。以上参数唯一的确定了卫星轨道的形状，大小以及卫星在轨道的瞬时位置。为了确定椭圆在天球坐标系中的方向，还需三个参数，升交点的半径；i轨道面的倾角，即卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角。，i 两个参数，唯一地确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定向。w近地点角距，即在轨道平面上近地点 A 与升交点 N 之间的地心角距。12.Gps 卫星星历是描述卫星运动轨道的信息，也可以说卫星星历就是一组对某一时刻的轨道参数及其变率。卫星星历可以计算任一时刻的卫星位置及其速度。Gps 卫星星历可分为预报星历和后处理星历第四章导航
7、电文：GPS 卫星的导航电文是用户用来定位和导航的数据基础。GPS 卫星信号：它包含：载波、测距码、数据码自相关函数：根据自相关函数的定义，可以求得 m 序列的自相关函数：R（j）=（AD）/(A+D)=（AD）/m式中，A 为 m 序列与其 j 次移位序列一个周期中对应元素相同的数目；D 为 m 序列与其 j 次移位序列一个周期中对应元素不同数目；m=2 的 n 次方1 为 m 序列的周期。根据以上 m 序列的特性，其自相关函数为：R（j）=1 ,当 j=0,m,2m. -1/m ,当 j0,m,2m.m 序列的自相关函数只有两种取值 1 或1/m。这一特性非常重要，GPS 信号接收机就是利
8、用这一特征使所接收的伪噪声码和机内产生的伪噪声码达到对齐同步，进而捕获和识别来自不同 GPS 卫星的伪噪声码，解译出它们所传达的导航电文，测定从卫星到测站之间的距离等。GPS 接收机分类：一、按用途分：（1）导航型接收机：车载型、航海型、航空型、星载型、实时数据处理，20 米精度（2）测地型接收机测后数据处理，厘米级精度（3）授时型接收机专用于时间测定二、按载波频率分：（1）单频接收机只能接收 L1 载波信号，测定载波相位观测值进行定位。只适用于短基线(小于 15km)的精密定位。（2）双频接收机可以同时接收 L1 和 L2 载波信号。可用于长达几千公里的精密定位。三、按通道数分：多通道接收机
9、具有多个信号通道，每个通道只能连续跟踪一个卫星信号序贯通道接收机通常只有 1 个通道，在软件控制下，按时序依次对卫星信号进行跟踪和量测。量测一个循环所需时间较长。多路多用通道接收机通常只有 12 个通道，在软件控制下，按时序依次对卫星信号进行跟踪和量测。量测一个循环所需时间较短。四、按工作原理分：码相关型接收机利用码相关技术得到载波相位的伪距观测值平方型接收机利用平方技术去掉调制信号，恢复载波信号。通过比较机内产生的载波与接收到的载波信号的相位差测定伪距。混合型接收机测量工作中广泛使用干涉型接收机将卫星作为射电源，采用干涉测量方法测定测站间距离第五章一、SA 和 AS 技术对定位的影响降低单点
10、定位精度降低长距离相对定位精度AS 技术给确定整周未知数带来不便二、1、AS（Anti-Spoofing）技术将 P 码与保密的 W 码相加成 Y 码，Y 码严格保密。目的：防止敌方使用 P 码进行精密导航定位。2、SA（Selective Availability）技术人为地将误差引入卫星钟和卫星数据中，降低 GPS 定位精度。主要内容：对卫星基准频率使用 技术，降低星历精度；在卫星钟的钟频信号中加高频抖动（ 技术）三、整周未知数确定方法：1、快速确定整周未知数法基本思路：利用初始平差的解向量及其精度信息，以参数估计和统计假设检验为基础，确定在某一置信区间内 N0 的可能的整数解的组合；依次
11、将 N0 的每一组合作为已知值，重复进行平差计算。使估值的验后平差或方差和为最小的一组 N0 ，即为最佳估值。2、多普勒法（三差法）由于连续跟踪的所有载波相位观测值中均含有相同的整周未知数N0，所以将相邻两个观测历元的载波相位相减，就可消去 N0，从而解出坐标。然后再根据坐标值求解 N0 。3 经典方法整数解实数解4、伪距法将载波相位测量的观测值(化为以距离为单位)减去伪距实际观测值后即可得到 No。由于伪距测量的精度较低，所以要有较多的 No 取平均值后才能获得正确的整波段数。四、差分 GPS 分类：差分 GPS 分类（一）按数据处理方式：实时 DGPS 测量后处理 DGPS 测量如：GPS
12、 航空摄影测量技术差分 GPS 分类（二）单基准站 GPS 差分：位置差分、伪距差分、载波相位差分。局部区域差分广域差分GPS 相对定位两台 GPS 接收机分别安置在基线的两端，同步观测相同的 GPS 卫星，以确定两台接收机天线之间的相对位置（坐标差） 。1、伪距：由卫星发射的测距码信号到达 GPS 接收机的传播时间乘以光速所得出的量测距离。由于各种误差的存在，与卫星到测站的实际几何距离有一定差值。2、伪距测量的原理GPS 卫星根据自己的时钟发出某一结构的测距码，该测距码经过、 、 、 、 （第五十九页最后一段）3、伪距测量的基本方程上式中有 4 个未知数（用户三维坐标和接收机的钟差 dT ）
13、 。这样在任何一个观测瞬间，用户至少需要同时观测 4 颗卫星，以便解算4 个未知数。六、重建载波重建载波：将调制在载波上的测距码和导航电文去掉，重新获得载波。方法：- 码相关法：可同时提取测距信号和卫星电文- 平方法 ：只能提取载波七、1、周跳的含义在跟踪卫星过程中，由于某种原因，使得计数器无法连续计数。当信号重新被跟踪后，整周计数就不正确，但是不到一个整周的相位观测值仍是正确的。这种现象称为整周跳变，简称周跳。2、整周跳变的修复方法：1.屏幕扫描法2.用高次差或多项式拟合法3.在卫星间求差法4.用双频观测值修复周跳5.根据平差后的残差发现和修复整周跳变精度因子精度因子（DOP，dilutio
14、n of precision）：伪距解算时权系数阵中主对角线元素的函数平面位置精度因子 HDOP高程精度因子 VDOP空间位置精度因子 PDOP接收机钟差精度因子 TDOP几何精度因子 GDOP(=(PDOP2+TDOP2)1/2)静态相对定位中观测值的线性组合对两个或多个观测站同步观测相同卫星的观测值求差，可有效地消除或减弱各种误差的影响。可在接收机间、卫星间、不同历元间求差一次差、二次差、三次差一次差，将观测值直接相减，所得结果被当作虚拟观测值。对于卫星 j，ti 时刻站间一次差分：二次差（双差） ，对一次差分值继续求差，所得结果仍可被当作虚拟观测值。星站二次差分三次差，对二次差继续求差：
15、在接收机、卫星、历元之间求三次差十 Rtk 技术：实时处理两个观测站载波相位观测量的差分方法。分类：修正法（准 RTK）：将基准接收机的载波相位修正值发送给用户，改正用户接收到的载波相位，再解求坐标差分法（真 RTK）：将基准接收机的载波相位发送给用户，进行求差解算坐标第六章卫星导航：用导航卫星发送的导航定位信号引导运动引导运用载体安全到达目的地的一门新兴科学。第七章偶然误差为：多路径效应、位置误差、天线相位中心变化其余为系统误差1、减弱电离层影响的措施：（1）利用双频观测（2）利用电离层改正模型（3）利用同步观测求差2、减弱对流层折射影响的措施（1）采用对流层模型加以改正：对流层折射的改正模
16、型：霍普菲尔德（Hopfield）公式萨斯塔莫宁（Saastamoinen）公式、勃兰克（Black）公式、气象参数在测站直接测定（2）引入描述对流层影响的附加待估参数（3）利用同步观测量求差（4）利用水汽辐射计（较昂贵）直接测定信号传播的影响3、减弱多路径误差的措施（1）选择合适的站址 测站应远离大面积平静的水面，测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中，测站应离开高层建筑物（2）对接收机天线的要求在天线中设置抑径板或抑径圈，接收天线对于极化特性不同的反射信号应该有较强的抑制作用（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 接收机的电路设计多路径误差：间接波对直接波的破坏性干
17、涉而引起的站星距离误差与卫星部分有关的误差：卫星星历误差、卫星钟的钟误差、相对论效应1、卫星星历误差：由星历给出的卫星位置与实际位置之差。产生原因：卫星在运动时受到多种摄动力的复杂影响，而地面监测站难以充分可靠地测定这些作用力，星历预报时产生误差在一个观测时间段内具有系统误差的特性2、卫星钟误差：钟差（偏差）：每颗 GPS 卫星的时钟相对于 GPS 时间系统的差值各卫星之间的同步误差可保持在 20nm 以内，由此引起的等效距离偏差不会超过 6m。通过接收机之间求一次差消除。3、相对论效应：由于卫星钟和接收机钟所处的状态（速度和重力位）不同而引起二者之间产生相对钟误差的现象。根据狭义相对论，在惯
18、性参考系中，以一定速度运行的时钟，相对于同一类型的静止的时钟，存在着频率之差，值为将平均速度 VS = 3874m/s，C = 299 792 458m/s 代入，得表明卫星钟比在地球上静止的钟走的慢根据广义相对论，在空间强引力场中的振荡信号，其波长大于在地球上用同一方式所产生的振荡信号波长，二者的差值为得出（）可见，卫星时钟频率比放置在地面上时增大（即变快）八章：（一）GPS 网构成的几个基本概念1. 观测时段测站上开始接收信号到观测停止，连续工作的时间段2. 同步观测两台或以上的接收机同时对同一组卫星进行的观测3. 同步观测环三台或以上的接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环4. 独立
19、观测环由独立观测所获得的基线向量构成的闭合环5. 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，则该环路叫异步观测环6. 独立基线对于 N 台接收机构成的同步观测环，有 J 条同步观测基线，其中独立基线数为 N-17. 非独立基线除独立基线外的其它基线(二)GPS 网的图形设计：点连式 边连式网连式边点混合连接式三角锁连接导线网形连接星形(三)选点原则；点位应设在易于安装接受设备、视野开阔的较高处点位目标要显著，视场周围 15以上不应有障碍物点位应远离大功率无线电发射源等；远离高压输电线和微波无线电信号传送通道点位附近不应有大面积水域或其它强烈干扰信号接收的物体点位应选
20、在交通方便，有利于其他观测手段扩展与联测的地方地面基础稳定，易于点的保存选点人员应按技术设计进行踏勘，在实地按要求选定点位。当利用旧点时，应对旧点进行检查，符合要求方可利用网形应有利于同步观测边、点联结当所选点位需要进行水准联测时，选点人员应实地踏勘水准路线，提出建议第九章GPS 数据处理基本流程：数据采集-数据传输-预处理-基线解算-GPS 网平差利用已知重合点的三维直角坐标将 GPS 点的 WGS-84 坐标转换为国家坐标系中的坐标：用七参数实现坐标转换局部地区应用坐标差求解转换参数在 GPS 网的约束平差中实现坐标转换基线向量网平差的类型：无约束平差（经典的自由网平差） 、约束平差（非自
21、由网平差） 、GPS 网与地面网联合平差正常高(Hr)：地面点沿通过该点的铅垂线到似大地水准面的距离，这种高程是通过水准测量来确定的。高程异常（） ：似大地水准面至椭球面的高差。GPS 高程的意义：Hr = H84 - ：精确求定 GPS 点的正常高= H84 Hr ：求定高精度的似大地水准面基线向量解算结果分析：观测值残差分析基线长度的精度3、双差固定解与双差实数解GPS 在国民经济建设中的应用测绘军事农业智能交通救援森林防火地震预报大坝及地面沉降的监测岁差和章动引起瞬时极天球坐标系的坐标轴指向不断变化极移引起瞬时极地球坐标系的坐标轴指向不断变化在太阳和月球的引力作用下，地球自转轴绕着黄道轴旋转，在空间描绘出一个圆锥面，绕行一周约需 25,800 年。即春分点沿黄道每 25,800 年旋转一周。地轴的这种长期运动称为日月岁差。月球轨道面位置的变化引起瞬时北天极绕瞬时平天极产生旋转，大致成椭圆轨迹，周期约为 18.6 年。这种现象称为章动。二体问题：将地球和卫星视为两个质点，仅考虑地球质心引力研究卫星运动规律预报星历:以跟踪站已往时间的观测资料推求的参考轨道参数为基础 GPS 信号接收机:一种能够接收、跟踪、变换和测量GPS 卫星导航定位信号的无线电接收设备，既具有无线电接收设备的共性，又具有捕获、跟踪和处理微弱的 GPS 卫星信号的特性。测距交会
