GPS测量原理及应用-绪论

GPS测量定位技术
一、GPS卫星及星座
GPS系统主要是为美国海陆空三军服务的，它具有广 泛的军事用途，例如，为地面部队迅速行动指明方位， 为核潜艇导航，为弹道导弹导航，检测全球核爆炸，摄 取全球性的军事情报，反潜艇，反导弹等等。因此， GPS卫星的内部设备复杂而繁多，例如，为了战略部队 的应急通讯，美国在GPS卫星上安装战略通信机，其重 量达16.03㎏，体积为0.0124m3，采用240-272MHZ、 318-400MHZ和7900-8000MHZ的微波信号，辐射功率 为20W。
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二、前苏联GLONASS全球卫星导航系统
1.卫星星座 GLONASS卫星星座的轨道为三个等间隔椭圆轨道，轨 道面间的夹角为120°，轨道倾角64.8°，轨道的偏心率为 0.01，每个轨道上等间隔地分布8颗卫星。卫星离地面高 度 为 19100km ， 运 行 周 期 为 11 小 时 15 分 。 由 于 GLONASS卫星的轨道倾角大于GPS卫星的轨道倾角，所 以在高纬度（50°以上）地区的可视性较好。 每颗GLONASS卫星上装有铯原子钟，以产生高稳定的 时标，并向所有星载设备提供同步信号。星载计算机将从 地面控制站接收到的信息进行处理，生成导航电文向地面 的用户广播。
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第一章 绪论
•学习目标 •第一节 卫星大地测量及其发展 •第二节 导航定位卫星及其星座 •第三节 GPS在国民经济建设中的应用 •本章小结 •思考题与习题
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第一章 绪论
学习目标
•了解GPS系统的构成，卫星的个数及寿命，卫星的 运行周期及发射功率，原子钟的精度，定位信号频 率。GPS的地面控制系统和截止2003年10月，目前GPS在轨工作卫星为28颗，其中 17号星在2003年6月6日至7月23日期间列为不健康状况，7 月9日其星钟从Cs4转为Rb2，卫星移到D6星位上又开始正 常运行。现在工作的卫星编号从1号至31号之间，只有12号、 19号、22号为空缺。28颗卫星中有3颗为BLOCKII卫星，17 颗为BLOCKIIA卫星，8颗为BLOCKIIR卫星，正在用铯钟(Cs) 运行的有11颗卫星，其余均用铷钟(Rb)，在1993年11月22 日启用的卫星达15颗，即工作差不多十年以上的卫星数目 过半数，最早的一颗卫星还是1989年6月发射的。原先21号 星是1990年8月2日发射的，去年9月25日出现异常情况， 于2003年1月27日宜布退出服务，现已为2003年3月31日 发射的卫星所接替，后者在4月12日投入正式服务。

1958年底，美国海军武器实验室，着手建 立为美国军用舰艇导航服务的卫星系统，即 “海军导航卫星系统”（Navy Navigation Satellite System-NNSS），1964年建成，并在 美国军方启用。
1967年美国政府批准该系统解密，提 供民用。
1973年美国国防部开始组织海陆空三 军，共同研究建立新一代卫星导航系统的 计划，这就是目前所称的“授时与测距导 航系统/全球定位系统”（Navigation System Timing and Ranging/Global Positioning System—NAVSTAR/GPS）， 通常简称为“全球定位系统（GPS）”。
§1-2 GPS系统的组成
GPS全球定位系统主要由三大组成部分， 即空间星座部分、地面监控部分和用户设备 部分。
一、GPS卫星星座部分
（一）、GPS卫星星座的构成 全球定位系统的空间卫星星座，由24
颗卫星组成，其中包括3颗备用卫星。卫星 分布在6个轨道面内，每个轨道面上分布有4 颗卫星。
卫星轨道面相对地球赤道面的倾角约为 55°，各轨道平面升交点的赤经相差60°， 在相邻轨道上，卫星的升交距角相差30°。 轨道平均高度约为20200km，卫星运行周期 为11小时58分。因此，同一观测站上，每天 出现的卫星分布图形相同，只是每天提前约 4分钟。每颗卫星每天约有5个小时在地平线 以上，同时位于地平线以上的卫星数目，随 时间和地点而异，最少为4颗，最多可达11 颗。
1、对不同的GPS用户提供不同的服务方式
GPS卫星发射的无线电信号，含有两种 精度不同的测距码，即所谓的P码（也称精 测码）和C/A码（也称粗测码）。相应两种 测距码GPS提供两种定位服务方式，即精密 定位服务和标准定位服务。

存档编号：武汉大学测绘学院毕业实践报告题目 GPS测量原理及应用专业：工程测量技术年级: 2013级学习形式：函授学号： ***************报告作者：李伟报告指导教师：黄海兰指导教师职称：武汉大学测绘学院： 2.5年制完成时间： 2014 年10月10日摘要本文主要介绍了GPS技术的基本知识，包括GPS系统的组成、GPS定位的基本原理、GPS 测量的误差来源、GPS数据处理流程以及GPS在测绘领域中的应用，并对每一点都进行了具体的分析。

其中，GPS系统主要由GPS卫星星座（空间部分）、地面监控系统（地面控制部分）和GPS信号接收机（用户设备部分）组成。

GPS定位的基本原理是空间距离的后方交会。

GPS 测量的主要误差包括与GPS卫星有关的误差、与信号传播路径有关的误差和与接收设备有关的误差。

最后，又以专业软件为例介绍了数据处理流程，并简单介绍了GPS技术在测绘领域中的应用。

关键词：测量原理应用目录摘要 (1)目录 (2)绪论 (3)1.1 选题的背景及意义 (3)1.2 国内外研究现状 (4)GPS测量原理及其应用 (5)1.1 GPS系统的组成 (5)1.1.1 GPS卫星星座（空间部分） (5)1.1.2 地面监控系统（地面控制部分） (5)1.1.3 GPS信号接收机（用户设备部分） (6)2.2 GPS定位的基本原理 (7)2.2.1 GPS定位方法简介 (7)2.2.2 GPS静态相对定位原理 (7)2.3 GPS测量的误差来源 (8)2.3.1 与卫星相关的误差 (8)2.3.2 与传播路径相关的误差 (9)2.3.3 与接收设备相关的误差 (10)2.3.4 其他误差 (10)2.4 GPS数据处理流程 (11)2.5 GPS在测绘领域中的应用 (11)2.5.1 在大地测量中的应用 (12)2.5.2 在工程测量中的应用 (12)2.5.3 在变形监测中的应用 (12)2.6 小结 (13)参考文献 (14)谢辞 (14)绪论1.1 选题的背景及意义GPS（Global Positioning System-全球定位系统）是随着现代科学技术的迅速发展，而建立起来的新一代精密卫星定位系统，是由美国军方开发的高科技产品，原本专门应用于军事目的。

GPS测量原理及应用各章知识点总结桂林理工大学测绘08-1 JL（纯手打）第一章绪论1、GPS系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。

能为各个用户提供三维坐标和时间。

2、GPS卫星位置采用WGS-84大地坐标系3、GPS经历了方案论证、系统论证、生产试验三个阶段。

整个系统包括卫星星座、地面监控部分、用户接收机部分。

4、GPS基本参数为：卫星颗数为21+3，卫星轨道面个数为6，卫星高度为20200km，轨道倾角为55度，卫星运行周期为11小时58分，在地球表面任何时刻，在高度较为15度以上，平均可同时观测到6颗有效卫星，最多可以达到9颗。

5、应用双定位系统的优越性：能同时接收到GPS和GLONASS卫星信号的接收机，简称为双系统卫星接收机。

（1）增加接收卫星数。

这样有利于在山区和城市有障碍物遮挡的地区作业（2）提高效率。

观测卫星数增加，所以求解整周模糊度的时间缩短，从而减少野外作业时间，提高了生产效率。

（3）提高定位的可靠性和精度。

因观测的卫星数增加，用于定位计算的卫星数增加，卫星几何分布也更好，所以提高了定位的可靠性和精度。

6、在GPS信号导航的定位时，为了解算测站的三维坐标，必须观测4颗（以上）卫星，称为定位星座。

7、PRN----------卫星所采用的伪随机噪声码8、在导航定位测量中，一般采用PRN编号。

9、用于捕获信号和粗略定位的为随机码叫做C/A码（又叫S码），用于精密定位的精密测距码叫P码10、GPS系统中各组成部分的作用：卫星星座1、向广大用户发送导航定位信息。

2、接收注入站发送到卫星的导航电文和其他相关信息，并通过GPS信号电路，适时的发送给广大用户。

3、接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，适时的改正运行偏差和启用备用时钟等。

地面监控系统地面监控系统包括1个主控站，3个注入站和5个监测站。

1、监测和控制卫星上的设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行。