毕业论文——GPS在变形监测中的应用研究

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1、题目____GPS在变形监测中的应用研究__________目录摘要I第一章GPS原理11.1GPS系统概述11.2GPS基本原理及定位方法11.3GPS系统的特点31.4GPS测量的误差来源以及纠正4第二章GPS变形监测的数据处理72.1变形监测概述72.2GPS在变形监测中的应用7第三章数据处理及精度分析103.1GPS变形监测网的设计103.2TGO软件介绍123.3数据处理及精度分析13第四章总结18结束语19附录20参考文献22摘要GPS卫星定位系统是随着现代航天及无线电通讯科学技术的发展建立起来的一个高精度、全天候和全球性的无线电导航定位、定时的多功能系统。它

2、以其精度高、速度快、费用省、操作简便等优良特性被广泛应用于现代生活的各个领域。人类社会的进步和国民经济的发展，加快了工程建设的进程，并且对现代工程建筑物的规模、造型、难度提出了更高的要求。本文为了验证GPS变形监测的精度，设计了一个方案，通过与全站仪精度的比较来检验GPS变形的精度，然后分析了影响精度的误差来源，对GPS在工程测量变形监测中的应用的可行性进行探索和研究。关键字：GPS技术；变形监测；数据处理；精度分析I第一章GPS原理1.1GPS系统概述全球定位系统（GlobalPositioningSystem-GPS）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资2

3、00亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。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。 空间部分  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+

4、3）GPS星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间相距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距相差90度,一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。地面控制部分对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历—描述卫星运动及其轨道的的参数算得的。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，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，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。

5、这就需要地面站监测各颗卫星的时间，求出钟差。然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。用户设备部分GPS信号接收机的任务是：能够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，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机的传播时天线间，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，位置，甚至三维速度和时间。1.2GPS基本原理及定位方法GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方

6、交会的方法，确定待测点的位置。如图1所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定如图1所示的四个方程式。22图1GPS定位的基本原理　上述四个方程式中待测点坐标x、y、z和Vto为未知参数，其中di=c△ti(i=1、2、3、4)。　　di(i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离。　　△ti(i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。　　c为GPS信号的传播速度（即光速）。四个方程式中各个参数意义如下：

7、　　x、y、z为待测点坐标的空间直角坐标。　　xi、yi、zi(i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标，　　可由卫星导航电文求得。　　Vti(i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。　　Vto为接收机的钟差。由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z和接收机的钟差Vto。按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。