GPS原理重点总结

GPS知识点总结1.自1947年以来，GPS计划已经经历了方案论证、系统论证、生产实验三个阶段。2.目前全球定位系统有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的伽利略CALILEO系统及中国的北斗二代导航定位系统。3.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。4.GPS系统的特点：定位精度高、观测时间短、测站间无需通视、可提供三维坐标、操作简便、全天候作业，功能多，应用广。5.地球坐标系随同地球自转，可看作固定在地球上的坐标系，用于描述地面观测站的空间位置；天球坐标系与地球自转无关，用于描述人造卫星的位置。6.GPS定位中常用的坐标系有瞬时极天球坐标系、平天球坐标系、平地球坐标系、坐标系的两种定义方式与协定坐标系。7.岁差：由于地球近似为旋转椭球，日月对地球的引力产生力距，从而使地球自转轴在空间产生进动，即地球自转轴的方向在天球上缓慢地移动。地球自转轴的变化引起与它垂直的赤道面的倾斜，从而使春分点变化。这种运动取决于日月地三者的相关位置，其结果是运动十分复杂。可以将运动分解为一个长周期变化和一系列短周期变化的叠加。地球自转轴长周期变化约25800年绕黄极一周。使春分点产生每年约50.2秒的长期变化称之为日月岁差。8.一系列短周期变化中振幅最大约9秒，周期为18.6年，这些短周期变化统称为章动。9.春分点除因地球自转轴方向改变引起的变化还因黄道的缓慢变化而变化，称之为行星岁差。10.地球瞬时自转轴在地球上随时间而变，称为地极移动，简称极移。11.GPS广播星历是以WGS-84坐标系为根据而提供的。而实用的测量成果往往是属于某一国家坐标系或者地方坐标系。应用中必须进行转换12.CGS2000的建立使我国大地坐标框架的地心坐标精度由正负5米提高到了正负0.3米。13.GPS定位中分别与广播星历和IGS最终精密星历相对应的时间系统是协调世界时和原子时。14.通常用六个参数（a,e,v,w,Ω,i）来描述GPS卫星的无摄运动，并把这组参数称为开普勒轨道参数。15.卫星受摄运动的各种作用力有地球引力、日月引力、太阳辐射压力、地球潮汐作用、大气阻力。16.GPS卫星导航电文是用户用来定位和导航的基础。它主要包括卫星星历、时钟改正、电离层延时改正、工作状态信息、以及C\A码转换到捕获P码得信息。17.M序列的特性：均衡性、游程分布、移位相加特性、自相关函数、伪噪声特性。18.GPS接收机分为导航型接收机、测地型接收机、授时型接收机。19.GPS接收机主要由GPS接收机天线单元、GPS接收机主机单元、电源三部分组成。接收机主机由变频器、信号通道、微处理器、存储器、显示器组成。20.伪距测量：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测值。21.载波相位测量的观测量是GPS接收机所接收的卫星载波信号与接收机本振参考信号的相位差。22.周跳：周跳出现和处理是载波相位中的一个重要问题，如果在卫星跟踪过程中，由于某种原因，如卫星信号被障碍物挡住而暂时中断，或者受无线电信号干扰造成失锁。这样，计数器无法连续计数，因此，当信号被重新跟踪时，整周计数就不正确，但不到一个整周的相位仍然是正确的，这种现象称为周跳。23.GPS绝对定位也叫单点定位，既利用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坐标系中相对于坐标系原点—地地球质心的绝对位置。伪距绝对定位的精度因子“DOP”他们所知的”DOP”有HDOP,VDOP,PDOP,TDOP,GDOP.。24.差分GPS可分为单基准差分，具有多个基准站的局部区域差分和广域差分三种类型。25.单基准差分按基准站发送的信息方式来分，可以分为位置差分，伪距差分，和载波相位差分三种。26.载波相位差分技术（RTK）是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。载波相位差分方法分为两类：一类是修正法，另一类是差分法。所谓修正法，即将基准站的载波相位修正值发送给用户，改正用户接收到得相位，在求解坐标。所谓差分法，就是将基准站采集得载波相位发送给给用户，进行求差解算坐标。可见修正法属于准RTK,差分法为真正RTK。RTK可用于施工放样、测图。27.多基准站RTK技术(网络RTK)：是对普通RTK技术的改进。它是一种基于多基准站网络的实时差分定位系统，可克服常规RTK的缺陷，实现长距离RTK的定位。28.GPS测量误差按误差性质分为系统误差和偶然误差两类。误差来源有卫星部分（星历误差、钟误差、相对论效应）、信号传播（电离层、对流层、多路径效应）、信号接收（钟得误差、位置误差、天线相位中心变化）、其他影响（地球潮汐、负荷潮）。其中偶然误差主要包括多路径效应，其他为系统误差。且系统误差是GPS测量的主要误差源。29.GPS基准网设计：GPS基准包括位置基准、方为基准、尺度基准。GPS基准网设计实质上主要是指确定网的位置基准问题。在基准设计时，应考虑一下问题：①为求定GPS点在地面坐标系的坐标，应在地面坐标系中选定起算数据和联测原有地方控制点若干个，用以坐标转换。②为保证GPS网进行约束平差后坐标精度的均匀性及减少尺度比误差影响，对GPS网内重合的高等级国家点或原城市等级控制网点，除未知点联接图形观测外，对他们也要适当地构成长边图形。③GPS网经平差计算后，可以得到GPS点在地面参照坐标系中的大地高，为求正常高，可据具体情况联测高程点，均匀分布于网中，对丘陵或山区联测高程点应按高程拟合曲面的要求进行布设。④新建GPS网的坐标应尽量与测区过去采用的坐标系统一致，如果采用的是地方独立坐标系或工程坐标系还应了解以下参数：所采用的参考躲球、坐标系的中央子午线经度、从横坐标常数、坐标系的投影面高程及测区平均高程异常值、起算点坐标值。30.根据不同的用途，GPS网的图形布设通常有点连式、边连式、网连式、和边点混合连接四种基本方式。也有布设成星形连接、复合导线连接、三角锁型连接等。31.GPS测量外业实施包括GPS选埋、观测、数据传输、数据预处理等工作。32.GPS选点原则：在选点工作开始前，除收集和了解有关测区的地理情况和原有测量控制点分布及标架、标型、标石完好状况，决定其适宜点位外，还应遵循以下原则：①点位应设在易于安装接收设备，视野开阔的较高点上②点位目标要显著，视场周围15度以上不应有障碍物③点位应远离大功率无线电发射源，避免磁场对GPS信号的干扰④点位附近不应有大面积水域或不应有强烈干扰卫星信号接收的物体，减弱多路径效应影响⑤点位应选择在交通方便，有利于观测和联测⑥地面基础稳定，易于点的保存⑦选点人员应按技术设计进行勘察，在实地按要求进行选点定位⑧网形应有利于同步观测边、点联结⑨当所选点位需进行水准联测时，选点人员应实地踏勘水准路线。33.在实际布网是还要注意以下原则：①GPS网点与点间尽管不要求通视，但考虑到常规测量是加密时需要，每点应有两个以上通视方向。②为了顾及原有城市测绘成果资料及各种大比例尺图形的应用，应采用原有城市坐标系统。③GPS网必须由非同步观测边构成若干个闭合环或符合线路。34.基线向量的解算一般采用多站、多时段自动处理的方法进行，具体处理中应注意以下几个问题：①基线解算一般采用双差相位观测值，对于边长超过30千米的基线，解算时也可采用三差相位观测值。②卫星广播星历坐标值，可做基线解的起算数据。③基线解算中所需起算点坐标应按以下顺序采用-国家GPS,A,B级网控制点或其他高级GPS网控制点的已有WGS-84坐标系，国家或城市较高等级控制点转换到WGS-84系后的坐标值，不少于观测30min的单点定位结果的平差值提供的WGS-84系坐标④在采用多台接收机同步观测一个时段时，可采用单基线模式解算，也可只选择独立基线按多基线处理模式统一计算。⑤同一级别的GPS基线网，根据基线长度不同，可采用不同的数据处理模型⑥对于所有同步观测时间短于30min的快速定位基线，必须采用合格的双差固定解作为基线解算的最终结果。35.观测成果外业检核：对野外观测资料首先要进行复查，内容包括：成果是否符合调度命令和规范的要求；进行的观测数据质量分析是否实际。然后进行下列项目检核：每个时段同步观测数据的检核，重复观测边的检核，同步观测环的检核，异步观测环的检核。36.GPS数据处理流程：数据采集，数据传输，预处理，基线解算，GPS网平差。第一步数据采集的是GPS接收机野外野外观测记录的原始观测数据，野外观测记录的同时用随机软件解算出点的位置和运动速度，提供导航服务。数据传输至基线解算一般是用随机软件将接收记录的数据传输至计算机，在计算机上进行预处理和基线解算。GPS平差包括GPS基线向量网平差、GPS网与地面联合平差等内容。整个数据处理过程可以建立数据库管理系统。37.GPS基线向量网：将不同观测时段的基线向量互相连接成网；GPS基线向量网平差是以GPS基线向量为观测值，以其方差阵之逆阵为权进行平差计算，消除许多图形条件不符值，求定各GPS网点的坐标并进行精度评定。38.GPS基线向量网平差分为三种类型：经典的自由网平差，非自由网平差，GPS网与地面联合平差。39.GPS高程：地面点的正常高是地面沿铅垂线到似大地水准面的距离。研究GPS高程的意义有两方面，一是精确求定GPS点的正常高，二是求定高精度的似大地水准面。40.提高GPS水准精度的措施：①提高大地高测定的精度②提高联测几何水准的精度③提高转换参数的精度④提高拟合计算的精度。41.初识整周期未知数：整周期未知数N0确定是载波相位测量中特有的问题，也是进一步提高提高gps精度，提高作业速度的关键所在，目前确定整周期未知数的方法有三种：伪距法、将整周期未知数当做平差中的待定参数，三差法。测站对某一卫星的载波相位观测值有三部分组成：①初始整周期未知数n，②T0至Ti时刻的整周计数Ci，③相位尾数fi。如果信号没有失锁则有一个未知数包含一个初始整周期未知数n，为了利用载波相位进行定位，必须先解算出初始整周期未知数，取得总观测值n+Ci+fi,考虑到GPS定位时的误差来源，当前普遍采用的观测量线性组合方法称之为差分法，具体表现为单差法，双差法，三差法。42.GPS相对定位中采用的差分观测值模型及特点：模型有一次差分模型，二次差分模型，三次差分模型。特点：单差观测值中可以消除与卫星有关的载波相位及其钟差项，双差观测值可以消除与接收机有关的载波相位及其钟差项，三差观测值可以消除卫星和接收机有关的初识整周期模糊度Nc，因而差分观测值模型是GPS测量中广泛采用的平差模型，特别是双差观测值即星站二次差分模型更是大多数GPS基线向量处理软件包中必选的模型。