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第8章 全球定位系统的定位技术 （一）GPS及其背景 它的全称是卫星授时测距导航系统/全球定位系统（NAVSTAR/GPS；Navigation System timing And Ranging/Global Positioning System） GPS是美国军方研制的第二代卫星导航系统 (1)全球通用，24小时可以定位，测速和授时 (2)确保美国军事安全，服务于全球战略 (3)导航精度可达10—20m (4)1994年3月28日建成，取代其它导航系统 （二）GPS的特点全球性，全天候，高精度，必威体育官网网址性 （三）GPS 的系统组成 GPS卫星 24颗卫星(21+3) 6个轨道平面 55o轨道倾角 20200km轨道高度(地面高度) 11小时58分(恒星时)轨道周期 5个多小时出现在地平线以上(每颗星) 在全球各处能观测到高度角15°的卫星 4 颗以上 GSP地面控制站 一个主控站：科罗拉多?斯必灵司 三个注入站：阿松森(Ascencion)—大西洋 迭哥?伽西亚(Diego Garcia)—印度洋 卡瓦加兰(kwajalein)—太平洋 五个监测站 = 1个主控站+3个注入站+夏威夷(Hawaii) 1. GPS接收机的功能 跟踪、接收、放大、处理卫星信号，测量出信号从卫星到天线的传播时间。 解译导航电文，实时解算测站三维位置。 2. GPS接收机的类型 3. GPS接收机的发展 1981年GPS接收机问世 测地型已从第一代发展到第三代,目前还在飞速发展。 测地型GPS接收机 （四）GPS的功能 导航 海空导航、车辆引行、导弹制导等 测速 其精度可达0.1m/s 测时与授时 其精度可达340ns（1纳秒=10-9秒） 定位 （一） GPS 坐 标 系  依定位时的状态 动态定位 静态定位 依定位模式 绝对定位（单点定位） 相对定位 差分定位 (三)GPS定位原理 卫星信号结构 GPS定位的各种常用观测量 对卫星进行测距 距离观测值的计算 (三) 单点定位结果的获取 伪距单点定位原理 GPS定位的误差来源 （四）GPS载波相位测量 1.采用载波相位观测值 设法解算出初始整周未知数 初始整周未知数的确定与定位精度的关系 组成星际站际两次差分观测值 伪 距 差 分 定 位 技 术 伪 距 差 分 测 量 精 度 可 达 0.5m - 5 m 此 种 测 量 形 式 一 般 称 为 DGPS 载 波 相 位 差 分 定 位 技 术 如 果 使 用 载 波 差 分 或 同 时 使 用 载 波 差分 及 伪 距 差 分 则 定位 精 度 可 达 5 - 10 mm + 1ppm (一) GPS用于大地测量1、GPS静态定位的主要应用领域 2、GPS测量前注意事项 精 度 因 子 (DOP) 精 度 因 子 (DOP) 6. GPS的数据处理 数据传输 基线向量解算 闭合环检核(同步环和异步环) 重复基线检核 WGS-84自由网平差和三维约束平差 二维约束平差(在C80或C54坐标系) 高程拟合 7. GPS高程拟合 测量中常用的高程系统有大地高系统、正高系统、正常高系统 大地高系统是以参考椭球面为基准面的高程系统。某点的大地高是该点到参考椭球面的垂直距离。大地高也称为椭球高，一般用H 表示。 正高系统是以大地水准面为基准面的高程系统。某点的正高是该点到大地水准面的垂直距离，一般用符号Hg 表示。 正常高系统是以似大地水准面为基准面的高程系统。某点的正常高是该点到似大地水准面的垂直距离 高程系统间的转换 GPS高程拟合的方法 （二）GPS技术在其它工程测量中的应用 建立精密工程控制网 用于道路施工放样 建立工程或滑坡变形自动化监测系统 建立超长隧道的施工控制网 海洋测量与水下地形测量 (三) 其它全球卫星定位系统 GLONASS全球导航卫星系统 由前苏联和俄罗斯从1982年开始至1996年建成 NAVSAT系统 由欧洲空间局联合中国筹建 我国北斗导航定位系统 是一个双星系统 谢 谢 香港青马大桥GPS监测系统 3D地图与GPS技术配合，实现了3D导航应用 与GPS卫星有关的因素 SA技术：人为的降低广播星历精度(ε技术，2000年5月取消), AS技术：防电子欺骗技术；卫星星历误差； 卫星钟差 与传播途径有关的因素 电离层延迟； 对流层延迟； 多路径效应 与接收机有关的因素 接收机钟差； 天线相位中心误差； 接收机软件和硬件误差 另外有接收机的对中、整平误差等 卫星广播 的电磁波 信号： 信号量