《GPS静态数据处理说明书1.docVIP

GPS测量概述 §1.1 GPS系统简介 图1-1　GPS星座图 §1.1.1 GPS系统的由来 全球卫星定位系统(Global Position System ─— GPS)是美国国防部主要为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的需要而建立的。该系统从本世纪70年代初开始设计、研制，历经约20年，于1993年6月建成，并投入使用。GPS系统由三部分构成，分别为空间星座部分、地面监控部分、用户设备部分，空间星座和地面监控部分由美国国防部控制，用户使用GPS接收机接收卫星信号进行高精度的精密定位以及高精度的时间传递。目前，二十多颗GPS卫星已覆盖了全球，每颗卫星均在不间断地向地球播发调制在两个频段上的卫星信号。在地球上任何一点，均可连续地同步观测至少4颗GPS卫星，从而保障了全球、全天候的连续地三维定位。图1-1为GPS卫星分布图，图1-2为GPS用于导航的示意图。 图1-2　GPS导航 GPS作为新一代的卫星导航与定位系统，不仅具有全球性、全天候、连续的精密导航与三维定位能力，而且具有良好的抗干扰性和必威体育官网网址性。因此，发展全球定位系统(GPS)已成为美国导航技术现代化的最重要标志，并且被视为本世纪美国继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的又一重大科技成就。 §1.1.2 GPS的组成 GPS系统由空间部分、地面控制部分和用户部分所组成。GPS的空间部分是由24 颗GPS 工作卫星所组成的。这些GPS工作卫星共同组成了GPS 卫星星座。其中21 颗为可用于导航的卫星，3 颗为活动的备用卫星， 这24 颗卫星分布在6个倾角为55°的轨道上绕地球运行。卫星的运行周期约为12 恒星时，每颗GPS 工作卫星都发出用于导航定位的信号，GPS 用户正是利用这些信号来进行工作的。 GPS 的控制部分由分布在全球的由若干个跟踪站所组成的监控系统。根据其作用的不同这些跟踪站又被分为主控站、监控站和注入站。主控站有一个位于美国克罗拉多Colorado 的法尔孔Falcon 空军基地。它的作用是根据各监控站根据GPS 的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时它还对卫星进行控制，向卫星发布指令，当工作卫星出现故障时调度备用卫星替代失效的工作卫星工作；另外主控站也具有监控站的功能。监控站有五个除了主控站外其它四个分别位于夏威夷(Hawaii)、 阿松森群岛(Ascencion)、 迭哥伽西亚(Diego Garcia)、 卡瓦加兰(Kwajalein)。 监控站的作用是接收卫星信号、监测卫星的工作状态。注入站有三个。它们分别位于阿松森群岛、 迭哥伽西亚、卡瓦加兰。 注入站的作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去。 GPS 的用户部分由GPS 接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等所组成。它的作用是接收GPS 卫星所发出的信号，利用这些信号进行导航定位等工作。 以上这三个部分共同组成了一个完整的GPS 系统。 §1.1.3 GPS在测量上的应用 全球卫星定位系统的迅速发展，引起了各国军事部门和广大民用部门的普遍关注。GPS定位技术的高度自动化及其所达到的高精度和具有的潜力，也引起了广大测量工作者的极大兴趣。特别是近二十年来，GPS定位技术在应用基础的研究、新应用领域的开拓、软件和硬件的开发等方面都取得了迅速发展。目前，这一定位技术已普遍应用在大地测量、工程测量、工程和地壳变形测量、地籍测量、航空摄影和海洋测绘、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、地球动力学等诸多测量领域。可以认为，GPS定位技术已经使经典的测量技术经历了一场意义深远的变革，从而进入一个崭新的时代。 由于对测量而言，导航方式的定位精度太低，因此，主要利用相对定位的方式进行测量，即同时使用两台以上的GPS接收机进行测量。由于同时工作的相邻的两台GPS接收机的信号具有共同的误差特性，在差分解算的过程中，这些公共误差将被抵消，最后可得到具有较高精度的两台接收机之间的相对坐标。通常一台接收机固定不动，作为已知站，另一台作为未知站，以固定的方式（静态）或流动的方式（动态）放置。如图1-3所示，固定站和流动站同时观测相同的卫星，固定站将观测到的数据通过数据链(DATA LINK)传送到流动站，流动站将该数据与本身观测到的数据进行差分解算，从而得到流动站与固定站之间的相对位置，这种相对位置具有较高的精度。 在测量上，这种差分形式具体可分为三类，第一种为实时差分(Real Time Difference)，即在运动中利用伪距进行实时差分解算，精度可达米级；第二种为静态测量，即静态地采集载波相位观测值，然后再对这种观测值进行后处理，其精度可达数毫米，是目前精度最高的一种定位