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GPS自动报站系统的设计与实现页脚内容1绪论1空间定位技术的优点测站间不需要相互通视数学模型简单且能同时确定点的三维坐标易于实现全天候观测能达到大地测量所需要的精度水平，在长距离上仍能获得高精度的定位结果观测时间比较短操作简单，功能多，应用广经济效益显著2GPS定位系统的组成及作用空间部分GPS卫星：提供星历和时间信息，发射伪距和载表信号，提供其它辅助信息地面监控部分地面监控系统：中心控制系统、实现时间同步、跟踪卫星进行定轨用户部分GPS接收机：接收并测卫星信号、记录处理数据、提供导航定位信息三、时间与坐标春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点真近点角：在轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距．升交点赤经：在地球平面上，升交点与春分点之间的地心夹角．近地点角距：在轨道平面上近地点与升交点之间的地心角距．天球：指以地球质心为中心，半径r为任意长度的一个假想球体。为建立球面坐标系统，必须确定球面上的一些参考点、线、面和圈。岁差：指由于日月行星引力共同作用的结果，使地球自转轴在空间的方向发生周期性变化。章动：北天极除了均匀地每年西行以外,还要绕着平北天极做周期性的运动。轨迹为一椭圆。极移：地球自转轴相对于地球体的位置不是固定的，地极点在地球表面上的位置随时间而变化的现象称为极移历元：在天文学和卫星定位中，与所获取数据对应的时刻也称历元。符合下列要求的周期运动现象可用作确定时间的基准：GPS自动报站系统的设计与实现页脚内容2运动是连续的、周期性的。运动的周期应具有充分的稳定性。运动的周期必须具有复现性，即在任何地方和时间，都可通过观察和实验，复现这种周期性运动。第四章卫星运动的基础知识及GPS卫星的坐标计算轨道：卫星在空间运行的轨迹轨道参数：描述卫星轨道位置和状态的参数卫星星历：描述卫星运动轨道的信息，是一组对应某一时刻的轨道根数及其变率预报星历：是通过卫星发射的含有轨道信息的导航电文传递给用户，经解码获得所需的卫星星历，也称广播星历后处理星历：是一些国家的某些部门根据各自建立的跟踪站所获得的精密观测资料，应用与确定预报星历相似的方法，计算的卫星星历。五、电磁波的传播与GPS卫星信号GPS卫星所发射的信号包括载波信号、P码（或Y码）、C/A码和数据码（或D码）等多种信号分量，其中P码和C/A码统称为测距码。（1）码的概念：表达不同信息的二进制数及其组合，称为码（2）随机噪声码：对某一时刻来说，码元是0或1完全是随机的，这种码元幅度的取值完全无规律的码序列。导航电文及其格式：导航电文是包含有关卫星的星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正和由C/A码捕获P码等导航信息的数据码（或D码）。格式：123451234567891030s6s0.02s0.6s25页10个字30比特GPS自动报站系统的设计与实现页脚内容3绝对定位：也称单点定位，是指在协议地球坐标系中，直接确定观测站相对于坐标原点（地球质心）绝对坐标的一种方法。相对定位：用至少两台GPS接收机，同步观测相同的GPS卫星，确定两台接收机天线之间的相对位置。有静态相对定位和动态相对定位之分静态定位：接收机静置在固定测站上，观测数分钟至2小时或更长时间，以确定测站位置的卫星定位，是不考虑轨道的有无、决定点位置的定位应用。动态定位：动态定位是以确定与各观测站相应的、运动中的、接收机载体的位置或轨迹的卫星定位。伪距：是由GPS观测而得的GPS观测站到卫星的距离，由于尚未对因“卫星时钟与接收机时钟同步误差”的影响加以改正，在所测距离中包含着时钟误差因素在内，故称“伪距”。GPS动态定位发展特点：1、被动式测距：仪器本身不发送信号，只能被动的接受目标信号，根据信号传播的速度信号时间求单程距离。主动式测距：用电磁波测距仪发送信号，通过另一端的反射器反射回来，再由测距仪接受算出距离。3、整周跳变：在GPS接收机接受信号时，由于种种原因，接收机整波计数器在一定时间内记录下来的周数突然发生了变化，也就是错误地记录了周数，这种突变叫做整周跳变。4、整数解：将平差计算所得的整周未知数取为相近的整数，并作为已知数代入原方程，重新解算其它待定参数。5、模糊度：是在全球定位系统技术的载波相位测量时，载波相位与基准相位之间相位差的首观测值所对应的整周未知数。6、差分GPS:通过在固定测站和流动测站上进行同步观测，利用在固定测站上所测得GPS定位误差数据改正流动测站上定位结果的卫星定位。7、广域差分GPS：在一个相当大的区域中用相对较少的基准站组成差分GPS网，各基准站将求得的距离改正数发送给数据处理中心，由数据处理中心统一处理，将各种GPS观测误差源加以区分，然后再传给用户。优点：精度高且分布均匀、基准站个数较少；缺点：技术复杂，花费大9、载波相位测量：是利用接收机测定载波相位观测值或其差分观测值，经基线向量解算以获得两个同步观测站之间的基线向量坐标差的技术和方法。10、SA技术：人为地将误差引入卫星钟和卫星数据中，故意降低GPS精度。其直接影响是C/A码的精度从原先的20m降低到100m。11、单点定位：即绝对定位。12、GPS气象学：利用GPS理论和技术来遥感地球大气，进行气象学的理论和方法研究，如测GPS自动报站系统的设计与实现页脚内容4定大气温度及水汽含量，监测气候变化等，叫做GPS气象学13、重建载波：在GPS信号中由于已用相位调整的方法，在载波上调整了测距码和导航电文，因而接受的载波相位已不在连续，所以在进行载波相位之前要进行调试工作设法调制在载波上的测距码和卫星电文去掉，重新获取载波。14、多路径误差：也叫多路径效应，由发射器到接收仪，经由不同长度两路径的无线电波间互相干扰形成定位误差。卫星分布的几何图形对精度因子的影响：GPS绝对定位的误差与精度因子DOP的大小成正比，由于精度因子与所测卫星的空间分布有关，卫星的运动以及观测卫星的选择不同，所测卫星在空间分布的几何图形是变化的，导致精度因子的数值也是变化的。静态相对定位：用两台接接收机分别安置在基线的两个端点，其位置静止不动，同步观测相同的4颗以上卫星，确定两个端点在协议地球坐标系中的相对位置，这就叫做静态相对定位。优点：•消除或减弱一些具有系统性误差的影响，如卫星轨道误差、钟差和大气折射误差等。•减少平差计算中未知数的个数。动态相对定位：用一台接收机安置在基准站上固定不动，另一台接收机安置在运动载体上，两台接收机同步观测相同卫星，以确定运动点相对基准站的实时位置。伪距：就是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侧距离。由于卫星钟、接收机钟的误差以及信号经过电离层和对流层的延迟，量侧距离的距离与卫星到接收机的几何距离有一定的差值，因此，称量侧距离的伪距。GPS相对定位：是至少用两台GPS接收机，同步观测相同的GPS卫星，确定两台接收机天线之间的相对位置。观测时段：测站上开始接收卫星信号到观测停止，连续工作的时间段称为观测时段，简称时段。同步观测环：三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环。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，则称该多边形环路为异步观测环，简称异步环．独立观测环：由非同步观测所获得的基线向量构成的闭合环，简称独立环．后处理星历：一些国家某些部门，根据各自建立的卫星跟踪占所获得的对GPS卫星的精密观测资料，应用与确定广播星历相似的方法而计算WGS-84大地坐标系：原点位于地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0定义的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z、X轴构成右手坐标系。GPS绝对定位:也叫单点定位，即利用GPS卫星和用户接收机之间的距离观测值直接确定用户接收机天线在WGS-84坐标系中相对坐标系原点的决对位置.广域差分:基本思想是对GPS观测量的误差源加以区分，并单独对每一种误差源分别加以“模型化”，然后将计算的每一种误差源的数值，通过数据链传输给用户，以对用户GPS定位误差加以改正，达到削弱这些误差源，改善用户GPS定位精度的目的。GPS自动报站系统的设计与实现页脚内容5同步观测:同步观测是指两台或两台以上接收机同时对一组卫星进行的观测.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，则该改多边形环路叫异步观测环。整周跳变：在定位过程中，卫星信号可能被暂时阻挡，或受外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累计计数，出现信号失锁，使其后的相位观测值均含有同样的整周误差，这种现象叫整周跳变，简称周跳。单差、双差、三差的概念、原理、优缺点：单差:在不同观测站，同步观测相同卫星所得观测量之差。表示为)()()(12tttjjj；优点是卫星钟差的影响已经消除。双差：在不同观测站，同步观测同一组卫星，所得单差之差。符号表示为)()()()()()()(1212tttttttjjkkjkk优点是消除了接收机钟差的影响。缺点是可能组成的双差观测方程数将进一步减少。缺点是观测方程数目明显减少，对未知参数的解算可能产生不利影响。三差：于不同历元，同步观测同一组卫星，所得观测量的双差之差。优点是消除了整周未知数的影响四、问答题3、相对论效应的影响及其改正方法。GPS卫星在高20200km的轨道上运行，卫星钟受狭义相对论效应和广义相对论效应的影响，其频率与地面静止钟相比，将发生频率偏移，这是精密定位中必须顾及的一种误差影响因素。解决方法:在制造卫星钟时预先把频率降为4.449*10e-10f8、如何消除电离层折射的影响？在电离层中，气体分子受到太阳等天体各种射线辐射产生强烈电离，形成大量的自由电子和正离子。当GNSS信号通过电离层时，信号的路径发生弯曲，传播速度也会发生变化，从而使测量的距离发生偏差。双频观测、电离层延迟改正模型加以改正、相对观测（利用同步观测值求差）1、如何用测距码来进行伪距测量？(1)易于将十分微弱的卫星信号从噪声的汪洋大海中提取出来；(2)可提高测距精度；(3)可用码分多址技术来区分、处理不同卫星的信号；(4)便于对整个系统进行控制和管理。GPS自动报站系统的设计与实现页脚内容62、为什么快速而准确地确定整周模糊度是载波相位测量中的关键问题？(1)精确的Fr()及修复周跳后的整周计数只有与正确的N配合使用才有意义，N出错将严重损害定位精度和可靠性。(2)在一般的GPS测量中，定位所需的时间即为确定模糊度所需的时间，快速确定N对提高GPS定位速度，提高作业效率具有重要作用。4、零基线检验的方法、作用、目的分别是什么？方法：选择周围高度角10度以上无障碍的地方安放天线；连接电源，两台gps接收机同步接收4颗以上卫星1-1.5小时；交换功分器与接收机接口，再观测一个时段；用随机软件计算基线坐标增量和基线长度；作用：将同一天线输出信号分成功率、相位相同的两路或多路信号送到接收机，然后将观测数据进行双差处理求得坐标增量，以检验固有误差；目的：消除卫星几何图形的影响、天线相位中心偏移、大气传播时间误差、信号多路径误差、仪器对中误差5、什么叫线性组合观测值？有什么作用？在两个或多个观测站同步观测相同卫星的情况下，卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差以及电离层和对流层的折射误差等对观测量的影响具有一定的相关性，卫星间求差、接收机间求差、不同历元间求差等求差法叫观测值的线性组合；利用这些不同组合进行相对定位，可有效消除或减弱相关误差的影响，从而提高相对定位的精度。6、什么是多路径误差？多路径误差对测量的影响怎样？经测站附近的反射物反射后的卫星信号若进入GPS接收机就将与直接进入接收机的信号产生干涉，从而使观测值产生偏差，这就是所谓的多路径误差。是GPS测量中的一种重要误差源,将严重损害GPS测量的精度,严重时还将引起信号的失锁。解决方法有(1)选择合适的站址，远离信号反射物；(2)选择合适的接收机（装抑径板、抑径圈，抑制反射信号等）；(3)适当延长观测时间；