GPS测量原理

GPS测量基本原理

Prepared on 24 November 2020

1> 概述

测量学中有测距交会确定点位的方法。与其相似， 无线电导航定位系统、卫星激光测距定位系统，其定位原理也是利用测距交会的原理定位。

就无线电导航定位来说，设想在地面上有三个无线电发射台，其坐标为已知，用户接收机在某一时刻采用无线电测距的方法分别测得了接收机至三个发射台的距离d1，d2，d3。只需以三个发射台为球心，以d1，d2，d3为半径作出三个定位球面，即可交会出用户接收机的空间位置。如果只有两个无线电发射台的话，则可根据用户接收机的概略位置交会出接收机的平面位置。这种无线电导航定位系统是迄今为止仍在使用的飞机船舶的的中导航定位方法。

近代卫星大地测量中的卫星激光测距定位也是应用了测距交会定位的原理和方法。虽然用于测距的卫星（表面安装有激光反射镜）是在不停的运动中，但总可以利用固定于地面上三个已知点上的卫星激光测距仪同时测定某一时刻至卫星的距离d1，d2，d3，应用测距交会的原理便可确定该时刻卫星的空间位置。如此，可以确定三可以上卫星的空间位置。如果第四个地面点上（坐标未知）也有一台卫星测距仪同时参与了测定改点到三颗卫星的空间距离，则利用所测定的三个空间距离可交会出该地面点的空间位置。

将无线电信号发射台从地面搬到卫星上，组成一颗卫星导航定位系统，应用无线电测距交会的原理，便可利用三个以上地面已知点（控制站）交会处卫星的位置，反之利用三颗以上的卫星的已知空间位置又可交会出地面未知点（用户接收机）的位置。这便是GPS卫星定位的基本原理。

GPS卫星发射测距信号和导航电文，导航电文中含有卫星的位置信息。用户用GPS接收机在某一时刻同时接收三个以上的GPS卫星信号，测量出测站点

（接收机天线中心）P至三颗以上GPS卫星的距离并解算出该时刻GPS卫星的空间位置坐标，据此利用距离交会法解算出测站P的位置坐标，如下图所示，设在时刻t i在在测站P用GPS接收机同时测出P点至三颗GPS卫星的距离ρ1，ρ2，ρ3，通过GPS电文解释出该时刻三颗GPS卫星的三维坐标分别为（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ），ｊ＝１，２，３。用距离交会的方法求解出Ｐ点的三维坐标（Ｘ，Ｙ，Ｚ）的观测方程为

GPS 原 理 与 应 用 学 习 报 告

学号： 2011701011

学院： 国土资源工程学院

专业： 测绘工程

姓名： 刘 小 军

指导教师： 吴 学 群

全球定位系统(GPS)技术的发展现状及未来发展趋势

全球定位系统（GPS）作为新一代卫星导航与定位系统，以其全球性、全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，在我国大地测量、工程测量、水利、电力、交通、资源勘探和航海等领域有着广泛的应用。可以说，GPS技术给我国的测绘领域带来了一场深刻的技术革命。在国家重点工程“三峡工程、青藏铁路、西气东输”等重大项目的建设中，GPS接收机被用来进行控制测量、地形测量、地质灾害预警和滑坡检测等工作，在保证工程质量和加快工程建设方面发挥了重要作用。此外，GPS技术在民用领域发展潜力巨大，伴随着车载GPS导航系统的大量应用和GPS手机的出现，GPS也在逐步走入我们的生活，这是未来GPS市场的巨大增长点。 山东省计量科学研究院作为全国第一个建立“GPS接收机校准装置”的省级计量机构，多年来一直跟踪GPS技术的最新发展，并对当前GPS技术的发展现状和未来发展趋势进行了研究和探讨。

一 GPS技术的发展现状

目前GPS技术的发展特点主要表现为以下三个方面：

1 GNSS系统是当前卫星导航技术的热点:

随着全球卫星导航技术的不断发展，俄罗斯、中国和欧盟也都在建立自己的卫星导航系统，GPS一词也正在被GNSS（Global Navigation Satellite System）一词所取代。GNSS包含了美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的Compass(北斗)、欧盟的GALILEO系统，可用的卫星数目将达到100颗以上，可以说过去美国GPS一统天下的局面将被逐步打破。

GPS_RTK测量方式及其原理

GPS_RTK测量是一种精确测量全球定位系统（GPS）接收机位置的方法。RTK是实时动态差分测量（Real-Time Kinematic）的缩写。GPS接收机使用RTK技术可以实现亚米级的测量精度，被广泛应用于地理测量、土地测量、建筑工程等领域。

RTK测量原理基于GPS接收机和基准站之间的差分测量。RTK系统至少需要两个GPS接收机和一个基准站。其中，一个GPS接收机被称为测量接收机（Rover），另一个被称为基准接收机（Base）。基准站接收到卫星发射的GPS信号，并计算出基准站的精确位置和时间信息。测量接收机同时接收来自卫星和基准站的信号。通过测量接收机使用卫星信号和基准站位置信息之间的差异，可以计算出测量接收机相对于基准站的精确位置。

具体的测量步骤如下：

1.确定基准站位置:基准站的位置必须是已知的，并且要尽可能精确。通常，基准站会在积分测量点或GNSS测量点进行设置。

2.基准站观测:基准站接收来自卫星的信号，并记录下卫星编号、接收时间和信号的星历数据。同时，基准站也会记录下自己的位置和时间信息。

3.测量接收机观测:测量接收机接收来自卫星和基准站的信号，并记录下卫星编号、接收时间和信号的星历数据。

4.数据传输:测量接收机通过无线电或者互联网将观测数据传输给基准站。 5.差分计算:基准站使用接收到的卫星信号和自身的位置信息计算差分修正值。

6.测量接收机位置计算:测量接收机使用接收到的卫星信号和基准站计算的差分修正值，通过解算算法计算出测量接收机相对于基准站的精确位置。

RTK测量的精度受到多种因素影响，如卫星几何分布、大气条件以及基准站和测量接收机之间的通信质量等。为了获得更高质量的测量结果，可以采取以下措施：

1.多基准站观测:使用多个基准站同时观测可以提高测量精度，特别是当基准站之间距离较远时。

2.结合其他测量技术:结合其他测量技术，如激光测距仪或者全站仪等，可以提供更全面的测量结果。

土石方工程gps测量方案

一、GPS测量原理

GPS（Global Positioning System）是由一系列的卫星系统组成，通过接收卫星信号，来实现对地面位置的测量。它是一种先进的卫星导航技术，具有高精度、全天候、全天时的特点。通过GPS测量，可以获取准确的三维坐标信息，用于土石方工程中的挖填量、地形变化等方面的测量工作。

二、GPS测量在土石方工程中的应用

1. 土方开挖量的测量

在土石方工程中，开挖土方量是一个非常重要的指标，通过GPS测量技术，可以快速、准确地获取开挖土方的数量和位置信息。通过GPS测量设备，可以实时监测土方开挖过程，及时调整工程方案，提高工程的施工效率。

2. 土方填方量的测量

与土方开挖量相反，土方填方量也是土石方工程中的重要参数。通过GPS测量技术，可以实现对土方填方量的精准测量，保证填方工程的准确性和施工效率。

3. 地形变化监测

土石方工程中，地形的变化是不可避免的，在这个过程中，通过GPS测量技术，可以实时监测地形的变化情况，及时调整工程计划，保证工程的安全和可持续发展。

4. 基坑深度测量

在土石方工程中，基坑的深度是一个非常重要的参数，通过GPS测量技术，可以实现对基坑深度的快速、准确测量，为基坑工程的施工提供重要参考。

5. 工程量计算

通过GPS测量技术，可以实现对土石方工程各项工程量的精准计算，包括开挖量、填方量、路基高程等，提高了工程的施工效率和精度。

三、GPS测量方案

1. GPS测量设备的选择

在土石方工程中，选用合适的GPS测量设备非常重要。一般而言，需要选择支持高精度测量的GPS设备，包括高精度RTK GPS设备、激光扫描仪、导航仪等。这些设备能够提供准确、实时的地理位置信息，满足土石方工程中的各项测量需求。

2. GPS测量站点的设置 在进行土石方工程GPS测量时，需要合理设置GPS测量站点，以保证测量数据的准确性和有效性。一般而言，需要选择高地势、视野开阔的位置作为GPS测量站点，同时要考虑到测量目标的分布情况，合理设置多个测量站点。