11gps在控制测量中的应用

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1、(一)§10.1GPS概述全球定位系统（GlobalPositioningSystem——GPS）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资300亿美元，于1994年全面建成。它是一种定时和测距的空间交会定点的导航系统，可以向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时间信息，为海、陆、空三军提供精密导航，向特殊用户进行授时，还可以用于情报收集、核爆监测、应急通讯和卫星定位等一些军事目的。10.1.1系统组成GPS系统包括三大部分：地面控制部分；空间部分；用户部分。图10-1显示了GPS定位系

2、统的三个组成部分及其相互关系图10-1GPS系统组成1.地面控制部分GPS的地面控制部分由分布在全球的由若干个跟踪站组成的监控系统所构成（见图10_2）。根据其作用的不同，跟踪站分为主控站、监控站和注入站。主控站有一个，位于美国科罗拉多（Colorado）的法尔孔（Falcon）空军基地。它的作用是根据各监控站对GPS的观测数据，计算出卫星的星历和卫星时钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时，它还对卫星进行控制，向卫星发布指令；当工作卫星出现故障时，调度备用卫星，替代失效的工作卫星工作；另

3、外，主控站还具有监控站的功能。监控站有5个，除了主控站外，其他4个分别位于夏威夷（Hawaii）、阿松森群岛（Ascencion）、迭哥伽西亚（DiegoGarcia）、和卡瓦加兰（Kwajalein）。监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星的工作状态。注入站有3个，它们分别位于阿松森群岛（Ascencion）、迭哥伽西亚（DiegoGarcia）、和卡瓦加兰（Kwajalein）。注入站的作用是将主控站计算的卫星星历和卫星时钟的改正参数等注入到卫星中去。地面监控系统提供每颗GPS卫星所播发的星历。并对每颗卫星

4、工作情况进行监测和控制。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（GPST）。图10-2地面控制部分2.空间部分GPS工作卫星及其星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作（21+3）GPS星座（见图10-3）。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间夹角为60度，即轨道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角相差90度。每颗卫星的正常运行周期为11h58min，若考虑地球自转等因素，将提前4min进入下一周期

5、。图10-3　GPS卫星分布GPS卫星信号：载波：L波段双频L11575.42MHz，L21227.60MHz卫星识别：码分多址（CDMA）测距码：C/A码（民用），P码（美国军方及特殊授权用户）导航数据：卫星轨道坐标、卫星钟差方程式参数、电离层延迟修正3.用户部分主要指GPS接收机，此外还包括气象仪器、计算机、钢尺等仪器设备组成。GPS接收机主要由天线单元，信号处理部分，记录装置和电源组成。天线单元由天线和前置放大器组成，灵敏度高，抗干扰性强。接收天线把卫星发射的十分微弱的信号通过放大器放大后进入接收机。G

6、PS天线分为单极天线、微带天线、锥型天线等。信号处理部分是GPS接收机的核心部分，进行滤波和信号处理，由跟踪环路重建载波，解码得到导航电文，获得伪距定位结果。记录装置主要有接收机的内存硬盘或记录卡（CF卡）。电源分为外接和内接电池（12V），机内还有一锂电池。GPS接收机的基本类型主要分为大地型、导航型和授时型三种。(见图10-4)其中，大地型接收机按接收载波信号的差异分为单频（L1）型和双频（L1，L2）型。RTK系统导航型接收机大地型接收机abc图10-4不同类型的接收机10.1.2GPS系统的特点GPS

7、系统的特点：高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。1.定位精度高应用实践已经证明，GPS相对定位精度在50km以内可达10-6，100-500km可达10-7，1000km可达10-9。在300-1500m工程精密定位中，1小时以上观测的解其平面其平面位置误差小于1mm，与ME-5000电磁波测距仪测定得边长比较，其边长较差最大为0.5mm,校差中误差为0.3mm。　　2.观测时间短随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，目前，20KM以内快速静态相对定位，仅需15-20分钟；RTK测量时，

8、当每个流动站与参考站相距在15KM以内时，流动站观测时间只需1-2分钟。3.测站间无须通视GPS测量不要求测站之间互相通视，只需测站上空开阔即可，因此可节省大量的造标费用。由于无需点间通视，点位位置可根据需要，可稀可密，使选点工作甚为灵活，也可省去经典大地网中的传算点、过渡点的测量工作。4.可提供三维坐标经典大地测量将平面与高程采用不同方法分别施测。GPS可同时精确测定测站点的三维坐标(平面+大地高