gps控制网测量技术的设计说明书

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1、GPS控制网测量技术的设计说明书第一章GPS简介1GPS构成GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。GPS空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内,轨道平面的倾角为55°,卫星的平均高度为20200km,运行周期为11h58min。卫星用L波段的两个无线电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号,导航定位信号中含有卫星的位置信息,使卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻,在高度角15°以上,平均可同时观测到6颗卫星,最多可达到9颗。GPS地面监控

2、站主要由分布在全球的一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。主控站根据各监测站对GPS卫星的观测数据,计算各卫星的轨道参数、钟差参数等,并将这些数据编制成导航电文,传送到注入站,再由注入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。图1.1定位原理图16GPS用户设备由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备(如计算机)等组成。GPS接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号,跟踪卫星的运行,并对信号进行交换、放大和处理,再通过计算机和相应软件,经基线解算、网平差,求出GPS接收机中心(测站点)的三维坐标。

3、2GPS定位原理GPS定位是根据测量中的距离交会定点原理实现的。如图1.1所示,在待测点Q设置GPS接收机,在某一时刻同时接收到3颗(或3颗以上)卫星S1、S2、S3所发出的信号。通过数据处理和计算,可求得该时刻接收机天线中心(测站点)至卫星的距离ρ1、ρ2、ρ3。根据卫星星历可查到该时刻3颗卫星的三维坐标(Xj,Yj,Zj),j=1,2,3,从而由式(图2.1)解算出Q点的三维坐标(X,Y,Z):图2.13GPS测量的特点相对于常规测量来说,GPS测量主要有以下特点:①测量精度高。GPS观测的精度明显高于一般常规测量,在

4、小于50km的基线上,其相对定位精度可达1×10-6,在大于1000km的基线上可达1×10-8。②测站间无需通视。GPS测量不需要测站间相互通视,可根据实际需要确定点位,使得选点工作更加灵活方便。③观测时间短。随着GPS测量技术的不断完善,软件的不断更新,在进行GPS测量时,静态相对定位每站仅需20min左右,动态相对定位仅需几秒钟。④仪器操作简便。目前GPS接收机自动化程度越来越高,操作智能化,观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数,接收机即可进行自动观测和记录。⑤全天候作业。GPS卫星数目多,且分布均匀,

5、可保证在任何时间、任何地点连续进行观测,一般不受天气状况的影响。⑥提供三维坐标。GPS测量可同时精确测定测站点的三维坐标,其高程精度已可满足四等水准测量的要求。4GPS分类4.1按接收机的用途分类1、导航型接收机此类型接收机主要用于运动载体的导航,它可以实时给出载体的位置和速度。这类接收机一般采用C/A码伪距测量,单点实时定位精度较低,一般为±25m,有SA影响时为±100m。这类接收机价格便宜,应用广泛。根据应用领域的不同,此类接收机还可以进一步分为:车载型——用于车辆导航定位;航海型——用于船舶导航定位;16航空型——

6、用于飞机导航定位。由于飞机运行速度快,因此,在航空上用的接收机要求能适应高速运动。星载型——用于卫星的导航定位。由于卫星的速度高达7km/s以上,因此对接收机的要求更高。2、测地型接收机测地型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量。定位精度高。仪器结构复杂,价格较贵。授时型接收机这类接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时,常用于天文台及无线电通讯中时间同步。4.2按接收机的载波频率分类1、单频接收机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。由于不能有效消除电离层延迟影响,单频接收机只适用于

7、短基线(<15km)的精密定位。2、双频接收机双频接收机可以同时接收L1,L2载波信号。利用双频对电离层延迟的不一样,可以消除电离层对电磁波信号的延迟的影响,因此双频接收机可用于长达几千公里的精密定位。第二章GPS控制测量GPS平面控制测量又称静态测量,是利用测量型GPS接收机进行定位测量的一种,其以精度高、速度快、费用省、操作简便等优良特性被广泛应用于控制测量中。GPS控制测量前,应根据当地实况规划设计图,收集、分析线路沿线城市原有控制网的标石、精度等有关资料,并按静态相对定位原理建网。1GPS控制网GPS卫星定位技术建

8、立的控制网叫GPS控制网(简称GPS网GPS网可分为两大类:一类是全球或全国性的高精度GPS网。另一类是区域性的GPS网,包括国家C、D、E级GPS网或专为工程项目布测的工程GPS网,这类网的特点是控制区域有限(控制一个市或一个地区),边长短(一般从几百米到20千米),观测时间短(从快速静态定位的几分钟

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