GPS考試知識重點總結GPS全球定位系統的特點全球通用24小時可以定位，測速和授時用戶設備成本低廉確保美國軍事安全，服務于全球戰略導航精度可達10—20m基本取代現存各種導航系統GLONASS的主要特點1、 GLONASS衛星的識別方法采用頻分復用制。L1頻率為1.602?1.616GHz,頻道間隔為0.5625MHz；L2頻率為1.246?1.256GHz,頻道間隔為0.4375MHz。2、 可進行衛星測距。3、 民用無任何限制，不收費。4、民用的標準精度通道（CSA）精度為:水平精度為50?70m，垂直精度75m，測速精度15cm/s,授時精度為1s。4.GPS由三個主要部分組成空間部分：發射星歷和時間信息發射偽距和載波信號提供其它輔助信息用戶部分：接收并處理衛星信號記錄處理數據提供導航定位信息地面控制部分：中心控制系統實現時間同步跟蹤衛星進行定軌GPS系統的特點1、定位精度高2、 觀測時間短3、 測站間無須通視4、 可提供三維坐標5、 操作簡便6、 全天候作業7、 功能多、應用廣GPS系統應用前景1、 GPS系統用途廣泛2、 多元化空間資源環境的出現3、 發展GPS產業4、 GPS的應用將進入人們的日常生活坐標系統是由原點位置、3個坐標軸的指向和尺度所定義。根據坐標軸指向的不同，可劃分為兩大類坐標系：天球坐標系（在空間上固定）地球坐標系（與地球固聯）。坐標轉換：坐標系之間通過坐標平移、旋轉和尺度轉換，可以將一個坐標系變換到另一個坐標系去。天球：指以地球質心為中心，半徑r為任意長度的一個假想球體。為建立球面坐標系統，必須確定球面上的一些參考點、線、面和圈。天軸與天極：地球自轉軸的延伸直線為天軸，天軸與天球的交點Pn（北天極）Ps（南天極）稱為天極。天球赤道而與天球赤道：通過地球質心與天軸垂直的平面為天球赤道面，該面與天球相交的大圓為天球赤道。天球子午面與天球子午圈：包含天軸并經過地球上任一點的平面為天球子午面，該面與天球相交的大圓為天球子午圈。時圈：通過天軸的平面與天球相交的半個大圓。黃道：地球公轉的軌道而與天球相交的大圓，即當地球繞太陽公轉時，地球上的觀測者所見到 的太陽在天球上的運動軌跡。黃道而與赤道 面的夾角稱為黃赤交角，約23.500黃極：通過天球中心，垂直于黃道面的直線與天球的交點。靠近北天極的交點Pn稱北黃極，靠 近南天極的交點稱南黃極0春分點：當太陽在黃道上從天球南半球向北半球運行時，黃道與天球赤道的交點。在天文學和衛星大地測量學中，春分點和天球赤道而是建立參考系的重要基準點和基準而。天球空間直角坐標系的定義地球質心0為坐標原點，Z軸指向北天極，X軸指向春分點，Y軸垂直于XOZ平面，與X軸和Z軸構成右手坐標系。則在此坐標系下，空間點的位置由坐標（X,Y,7）來描述。天球球面坐標系的定義地球質心0為坐標原點，春分點與天軸所在平面為天球經度（赤經）測量基準一一基準子午面，赤道為天球緯度測量基準而建立球面坐標。空間點的位置在天球坐標系下的表述為（r，a，6）o天球空間直角坐標系與天球球面坐標系的關系可用圖2-1表示:地球直角坐標系的定義地球直角坐標系的定義是：原點0與地球質心重合，Z軸指向地球北極，X軸指向地球赤道而與格林尼治子午圈的交點，Y軸在赤道平面里與XOZ構成右手坐標系。地球大地坐標系的定義地球大地坐標系的定義是：地球橢球的中心與地球質心重合，橢球的短軸與地球自轉軸重合。空間點位置在該坐標系中表述為（L,B,H）。地球直角坐標系和地球大地坐標系可用圖2-2表示：站心赤道直角坐標系：如圖2-3,P1是測站點，0為球心。以0為原點建立球心空間直角坐標系。以P1為原點建立與相應坐標軸平行的坐標系 叫站心赤道直角坐標系。站心赤道直角坐標系與球心空間直角坐標系的關系：有簡單的平移關系。站心地平直角坐標系：以P1為原點，以P1點的法線為z軸（指向天頂為正），以子午線方向為X軸（向北為正），y軸與x,z垂直（向東為正）建立的坐標系叫站心地平直角坐標系。歲差：日月引力對地球不規則隆起部分的作用，地球自轉軸的方向不再保持不變，從而使春分點在黃道上產生緩慢的西移。每年西移約50.371”,周期約25800年章動：日月引力等因素的影響，瞬時北天極將繞平北天極產生旋轉，大致成橢圓軌跡，其長半徑約9.2〃，周期約18.6年。WGS-84的定義：WGS-84坐標系的原點在地球質心，Z軸指向BIH1984.0定義的協定地球極（CTP）方向，X軸指向BIH1984.0的零度于午面和CTP赤道的交點，Y軸和Z、X軸構成右手坐標系。它是一個地固坐標系。基本參數 長半徑：a=6378137±2（m）；地球引力常數：GM=（3986005±0.6）X108m3s-2；正常化二階帶諧系數：J2=108263X10-8地球自轉角速度：⑺二7292115x10-11rads-1±0.150x10-11rad￡-1國家大地坐標系：1.1954年北京坐標系（BJ54舊）大地原點：前蘇聯的普爾科沃。參考橢球：克拉索夫斯基橢球平差方法：分區分期局部平差。存在問題：（1）橢球參數有較大誤差。（2） 參考橢球面與我國大地水準而存在著自西向東明顯的系統性傾斜。（3） 幾何大地測量和物理大地測量應用的參考而不統一。（4） 定向不明確。2.1980年國家大地坐標系（GDZ80）大地原點：陜西省涇陽縣永樂鎮。參考橢球：1975年國際橢球。平差方法：天文大地網整體平差。特點：（1）采用1975年國際橢球。（2）參心大地坐標系是在1954年北京坐標系基礎上建立起來的。（3）橢球而同似大地水準而在我國境內最為密合，是多點定位。（4） 定向明確。（5） 大地原點地處我國中部。（6） 大地高程基準采用1956年黃海高程。3.新1954年北京坐標系（BJ54新）是由1980年國家大地坐標（GDZ80）轉換得來的。大地原點：陜西省涇陽縣永樂鎮。參考橢球：克拉索夫斯基橢球。平差方法：天文大地網整體平差。BJ54新的特點：（1）采用克拉索夫斯基橢球。（2） 是綜合GDZ80和BJ54舊建立起來的參心坐標系。（3） 采用多點定位。但橢球面與大地水準而在我國境內不是最佳擬合。（4） 定向明確。（5） 大地原點與GDZ80相同，但大地起算數據不同。（6） 大地高程基準采用1956年黃海高程。（7） 與BJ54舊相比，所采用的橢球參數相同，其定位相近，但定向不同。（8） BJ54舊與BJ54新無全國統一的轉換參數，只能進行局部轉換。恒星時ST定義：以春分點為參考點，由它的周日視運動所確定的時間稱為恒星時。計量時間單位：恒星日、恒星小時、恒星分、恒星秒；一個恒星日=24個恒星小時=1440個恒星分=86400個恒星秒分類：真恒星時和平恒星時。平太陽時MT定義：以平太陽作為參考點，由它的周日視運動所確定的時間稱為平太陽時。計量時間單位：平太陽日、平太陽小時、平太陽分、平太陽秒；一個平太陽日=24個平太陽小時=1440平太陽分=86400個平太陽秒。平太陽時與日常生活中使用的時間系統是一致的，通常鐘表所指示的時刻正是平太陽時。世界時UT定義：以平于午夜為零時起算的格林尼治平太陽時定義為世界時UT。分為：UT0（未經改正），UT1（極移改正），UT2（同時加了地球自轉速度季節性改正）。原子時：是以物質內部原子運動的特征為基礎建立的時間系統。原子時的尺度標準：國際制秒(SI)。 原子時的原點由下式確定:AT=UT2-0.0039(s) 協調世界時UTC：為了兼顧對世界時時刻和原子時秒長兩者的需要建立了一種折衷的時間系統，稱為協調世界時UTC。根據國際規定，協調世界時UTC的秒長與原子時秒長一致，在時刻上則要求盡可量與世界時接近。協調時與國際原子時之間的關系，如下式所示：IAT=UTC+1sXn式中n為調整參數。GPS時間系統GPST：GPST屬于原子時系統，它的秒長即為原子時秒長，GPST的原點與國際原子時IAT相差19s。有關系式：IAT-GPST=19(s)北京時間：我國采用北京所在的東八時區的區時作為標準時間，稱為北京時間。北京時間是東經120度經線的平太陽時，不是北京的當地平太陽時。北京的地理位置為東經116度21',因而它的地方平太陽時比北京時間晚約14分半鐘。北京時間比世界標準時間早8小時。升普勒三定律升普勒第一定律：衛星運行的軌道為一橢圓，該橢圓的一個焦點與地球質心重合。闡明了衛星運行軌道的基本形態及其與地心的關系升普勒第二定律：衛星的地心向徑在單位時間內所掃過的面積相等。升普勒第三定律：衛星運行周期的平方與軌道橢圓長半徑的立方之比為一常量，等于GM的倒數。在不考慮攝動力影響的衛星無攝運動條件下，可以把衛星和地球看成是在萬有引力作用下作相對運動的兩個質點。衛星在地球質心引力作用下繞地球所作的無攝運動，亦被稱為開普勒運動，可以用升普勒定律（此處不加證明地直接引用）來描述其運動規律。衛星星歷是描述衛星運動軌道的信息，是一組對應某一時刻的軌道根數及其變率。GPS衛星星歷分為預報星歷和后處理星歷。廣播星歷：由GPS衛星發播給用戶的預報星歷。預報星歷:包括相對某一參考歷元的開普勒軌道參數和必要的軌道攝動項改正參數。參考歷元的衛星升普勒軌道參數稱為參考星歷（或密切軌道參數）導航電文中的星歷參數：導航電文是包含有關衛星的星歷、衛星工作狀態、時間系統、衛星鐘運行狀態、軌道攝動改正、大氣折射改正和由C/A碼捕獲?碼等導航信息的數據碼（或D碼）。GPS衛星信號：GPS衛星所發射的信號包括載波信號、P碼（或Y碼）、C/A碼和數據碼（或D碼）等多種信號分量，其中P碼和C/A碼統稱為測距碼。GPS接收機組成：1、GPS接收機天線單元；2、GPS接收機主機單元；3、電源三部分組成。接收機的主要任務是：當GPS衛星在用戶視界升起時，能夠跟蹤這些衛星的運行；對所接收到的GPS信號，具有變換、放大和處理的功能，以便測量出GPS信號從衛星到接收天線的傳播時間；解譯出GPS衛星所發送的導航電文，實時地計算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間。GPS信號接收機不僅需要功能較強有力的機內軟件，而且需要一個多功能的GPS數據測后處理軟件包。接收機加處理軟件包，才是完整的GPS信號用戶設備。定位原理：被動式，有源無線電定位技術。利用距離交會的原理確定接收機的三維位置及鐘差整周跳變：衛星信號失鎖，使接收機的整周計數不正確，但不到一整周的相位觀測值仍是正確的。這種現象稱為周跳。周跳產生的原因：建筑物或樹木等障礙物的遮擋電離層電子活動劇烈多路徑效應的影響衛星信噪比(SNR)太低接收機的高動態接收機內置軟件的設計不周全某時刻載波在空間傳輸的整周期數它是一個無法通過觀測獲得的未知數，因而也稱為整周模糊度整周未知數的確定方法:&8226; 偽距法&8226; 將整周未知數當作平差中的待定參數——經典方法1） 整數解短基線測量2） 實數解長基線測量&8226; 多普勒法（三差法）&8226; 快速確定整周未知數法定位方式：單點定位，相對定位（差分定位）按接收機的運動狀態：動態定位，靜態定位單點定位解可以理解為一個后方交會問題&8226; 衛星充當軌道上運動的控制點，觀測值為測站至衛星的偽距（由時延值推算得到）&8226; 由于接收機時鐘與衛星鐘存在同步誤差&8226; 所以要同步觀測4顆衛星，解算四個未知參數：坐標X, 坐標Y,坐標Z,鐘差偽距是由GPS觀測而得的GPS觀測站到衛星的距離，由于尚未對因“衛星時鐘與接收機時鐘同步誤差”的影響加以改正，在所測距離中包含著時鐘誤差因素在內，故稱“偽距”。誤差來源：一、 與衛星有關誤差衛星星歷誤差：軌道偏差衛星鐘差相對論效應二、 信號傳播誤差電離層延時對流層延時多路徑效應三、 觀測及接收設備誤差接收機鐘差接收機噪聲天線相位中心誤差天線安置誤差四、其它誤差地球自轉的影響地球固體潮、海潮誤差消除：減弱與消除辦法主要分為：利用模型改正：對流層延遲、電離層延遲、衛星鐘差、相對論的影響、地球自轉影響、地球潮汐的影響。利用觀測值的線性組合：差分消除對流層、電離層誤差、軌道誤差影響、衛星鐘差的殘差等。作為未知參數參與平差或其他方法：接收機鐘差作為未知數，天線相位中心的改正選擇合適的觀測環境和時間避開一些不利因素。是指GPS載波訊號被接收儀附近的障礙物多次折射所產生的影響。像如此GPS訊號是經由兩條以上的路徑到達天線盤時,則被稱為多路徑效應。技術設計書編寫：1測區踏勘資料收集設備、器材籌備及人員組織擬定外業觀測計劃設計GPS網與地面網的聯測方案GPS接收機選型及檢驗技術設計書編寫：內容：1）任務來源及工作量2）測區概況3）布網方案4）選點與埋標5）觀測6）數據處理7）完成任務的措施GPS測量的技術設計GPS測量的外業準備及技術設計書編寫GPS測量的外業實施GPS測量的作業模式5數據預處理及觀測成果的質量檢核（數據預處理，觀測成果的外業檢核，野外返工，GPS網平差處理）6技術總結與上交資料全球定位系統的定位技術（拓展）一、教學目標使學生對GPS這種新儀器的原理及使用方法有所了解。二、重點、難點重點：GPS的靜態定位、動態定位的概念。難點：GPS定位原理及方法。三、教學方法多媒體教學+知識點概要GPS的定義及歷史.定義全球定位系統GPS(GlobalPositionSystem),是一種可以授時和測距的空間交會定點的導航系統，可向全球用戶提供連續、實時、高精度的三維位置，三維速度和時間信息。.GPS的產生與發展——由TRANSIT到GPS1957年10月第一顆人造地球衛星上天，天基電子導航應運而生美國1964年建成子午衛星導航定位系統(TRANSIT)。美國從1973年開始籌建全球定位系統，1994年全部建成，投入使用。GPS的組成.空間部分。由21顆工作衛星和3顆備用衛星。.地面控制部分。其由1個主控站，5個監控站和3個注入站組成。.用戶接收機部分。GPS接收機的基本類型分導航型和大地型。大地型接收機又分單頻型(^)和雙頻型(L],L2)。GPS定位方法分類1).定位方法的分類絕對定位——確定觀測點在WGS-84系中的坐標，即絕對位置。相對定位——確定觀測點在國家或地方獨立坐標系中的坐標，即相對位置。后處理定位相對定位｛- L 靜態(相對)定位 ■■動態定位(RTK)GPS的后處理定位方法目前在工程中，廣泛應用的是相對定位模式。其后處理定位方法有：靜態定位和動態定位。?靜態相對定位方法：