工程测量——11GPS定位原理与应用简介(教案)

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1、第章GPS定位原理与应用简介内容：掌握GPS的基本概念和系统组成；学握GPS的坐标系统和基本定位原理；理解GPS定位方法分类中绝对定位和相对定位、静态定位和动态定位的概念及川途。重点：GPS的基木概念和系统纟FL成；GPS基木定位原理。难点：GPS定位方法分类小绝对定位和相对定位、静态定位和动态定位的概念及用途。一、GPS的定义及历史1、定义全球定位系统GPS（GlobalPositionSystem）,是--种可以授时和测距的空间交会定点的导航系统，可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。2、GPS的产生与发展——由TRANSIT到GPS（1）

2、1957年10月第一颗人造地球卫星上天，犬基电子导航应运而牛。、（2）美国1964年建成子午卫星导航定位系统（TRANSIT）。（3）美国从1973年开始筹建全球定位系统，1994年全部建成，投入使用。GPS的研制最初主要用于军事目的。如为陆海空三军提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测、应急通讯和爆破定位等方血。随着GPS系统步入试验和实用阶段，其定位技术的高度白动化及所达到的高精度和巨人的潜力，引起了各国政府的普遍关注，同时引起了广大测量工作者的极大兴趣。特別是近几年来，GPS定位技术在应用基础的研究、新应用领域的开拓、软硕件的开发等方面都取得了

3、迅速发展。二、GPS系统的组成K空间卫星部分。山21颗工作卫星和3颗备用卫星。2、地面控制部分。其由1个主控站，5个监控站和3个注入站组成。3、用户接收机部分。GPS接收机的基本类型分导航型和大地型。大地型接收机又分单频型（L1）和双频型（LI,L2）oGPS系统的组成控制部分1旷左越粘空间部分A用户覆&部分GPS系统组成GPS空间卫星部分GPS地面控制部分导航型GPS接收机人地型GPS接收机三、GPS定位方法分类GPS的定位方法，若按用户接收机天线在测量中所处的状态来分，可分为静态定位和动态定位；若按定位的结果来分，可分为绝对定位和相对定位。静态定位，即在定位过程屮，接

4、收机天线（观测站）的位置札I对于周I韦I地面点而言，处于静止状态；而动态定位则正好相反，即在定位过程中,接收机天线处于运动状态,定位结果是连续变化的。绝対定位亦称单点定位，是利用GPS独立确定用八接收机天线（观测站）在WGS-84坐标系屮的绝对位置。相对定位则是在WGS-84坐标系屮确定收机天线（观测站）与菜一地面参考点Z间的相对位置，或两观测站Z间相对位置的方法。各种定位方法述可有不同的组合，如静态绝对定位、静态相对定位、动态绝对定位、动态相对定位等。目前工程、测绘领域，应用最广泛的是静态和对定位和动态相对定位。按相对定位的数据解算，是否具有实时性，乂可将其分为后处理定

5、位和实吋动态定位（RTK）,H屮，后处理定位又可分为静态（相对）定位和动态（相对）定位。四、GPS定位原理1、绝对定位原理利用GPS进行绝对定位的基本原理为：以GPS卫星与川户接收机天线Z间的几何距离观测量•二为基础，并根据卫星的瞬时坐标（XS,YS,ZS）,以确定川户接收机犬线所对应的点位，即观测站的位置。设接收机天线的相位中心处标为（X,Y,Z）,则有：卫星的瞬时坐标（XS,YS,ZS）可根据导航电文获得，所以式中只有X、Y、Z三个未知量，只要同时接收3颗GPS卫星，就能解出测站点处标（X,Y,Z）。可以看出，GPS单点定位的实质就是空间距离的后方交会。DWGPS绝对

6、定位图2、相对定位原理GPS相对定位，亦称差分GPS定位，是冃前GPS定位中精度最高的一种定位方法。其基本定位原理为：如图7-22所示，用两台GPS用户接收机分别安置在基线的两端，并同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点（测站点）在WGS-84坐标系屮的相对位置或称基线向量。GPS相对定位图五、GPS的后处理定位方法hl前在工程中，广泛应用的是相对定位模式。其后处理定位方法冇：静态定位和动态定位。1、静态相对定位(1)方法将几台GPS接收机安置在基线端点上，保持固定不动，同步观测4颗以上卫星。nJ*观测数个时段，每时段观测十儿分钟至1小时左右。最后将观测数据输入计算机，

7、经软件解算得各点坐标。(1)用途是精度最高的作业模式。主要用于大地测虽、控制测虽、变形测量、工程测量。(2)精度可达到(5mm+1ppm)2、动态相对定位(1)方法先建立一个棊准站，并在其上安置接收机连续观测可见卫星，另一台接收机在第1点静止观测数分钟后，在英他点依次观测数秒。最后将观测数据输入计算机，经软件解算得各点处标。动态和对定位的作业范围一般不能超过15km。(2)用途适用于精度要求不高的碎部测量。(3)精度可达到(10-20mm+lppm)—€>图二：动态相对定位模式图一：静态相对定位模式六、GPS实时动态定位（RT