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龙泉山GPS控制网数据处理方法研究 第一章? 绪 论 ??? 全球定位系统(Global Positioning System)，简称GPS。是美国从20世纪70 年代开始研制的用于军事部门的新一代卫星导航与定位系统，历时20年，耗资200 多亿美元，分三阶段研制，陆续投入使用，并于1994年全面建成。GPS是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统，它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和必威体育官网网址性。因此被视为20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。 GPS硬件是由环球通讯卫星和接收装置组成，基于卫星的无线电导航定位系统，为用户提供精密的三维坐标、导航与时间信息。由于美国军方放松了对GPS的管制，用户可以获得更为准确的位置信息，其精确度可达10 ~ 15 米。地面基站由于配备了差分GPS和广域增强系统(WAAS)等先进系统，扩大了信号接收范围，其精确度可达到1 ~ 3米或更高。同时，GPS 拥有诊断系统，一旦卫星发生故障就会停止发送信号。 GPS的应用范围广泛，渗透到了国民经济和社会生活的各个领域。GPS技术已由最初仅局限于军事领域的战术运用转向商用、民用，率先在大地测量、工程测量、航空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得到了应用，并在军事、交通、通信、资源、管理等领域展开了研究并得到广泛应用。如航空、铁路运输、交通信息、物流机动车管理、银行、特种车辆管理、车辆防盗定位追踪等。 本文介绍了GPS的组成、原理、定位方式、测量特点、误差来源和数据处理方法等，介绍了TGO软件和用其进行GPS数据处理的方法和操作流程。龙泉山GPS控制网是E级网，属于地方独立坐标系统。本文利用TGO对龙泉山GPS控制网的数据进行处理，并研究不同固定点分布和固定点个数对GPS网精度的影响，从而得到使GPS网约束平差精度提高的固定点选取方法。 ?第二章? GPS简 介 2.1 GPS的组成 GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。 (1) GPS空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。24 颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道平面的倾角为55°，卫星的平均高度为20200 km， 运行周期为11h 58min。卫星用L 波段的两个无线电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号，导航定位信号中含有卫星的位置信息，使卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻，在高度角15°以上，平均可同时观测到6颗卫星。 ??? (2) GPS地面监控站主要由分布在全球的1个主控站、3个注入站和5个监测站组成。主控站根据各监测站对GPS卫星的观测数据，计算各卫星的轨道参数、钟差参数等,，并将这些数据编制成导航电文，传送到注入站，再由注入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。 (3) GPS用户设备由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备(如计算机)等组成。GPS接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，跟踪卫星的运行，并对信号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相应软件，经基线解算、网平差，求出GPS接收机中心(测站点)的三维坐标。 2.2 GPS定位原理 GPS定位是根据测量中的空间距离交会定点原理实现的。在待测点Q 设置GPS 接收机，在某一时刻同时接收到3 颗(或3颗以上) 卫星S 、S 、S 所发出的信号。通过数据处理和计算，可求得该时刻接收机天线中心(测站点) 至卫星的距离 、 、 。根据卫星星历可查到该时刻卫星的三维坐标(X ，Y ，Z )，j= 1，2，3，从而由下式解算出Q 点的三维坐标(X, Y, Z)。 = (X- X ) ?+ (Y- Y ) ?+ (Z- Z ) = (X- X ) ?+ (Y- Y ) ?+ (Z- Z ) = (X- X ) ?+ (Y- Y ) ?+ (Z- Z )?? 2.3 GPS定位方式 GPS 的定位方式有绝对定位和相对定位两种。 (1) 绝对定位。绝对定位也叫单点定位，其基本原理是以GPS 卫星和用户接收机天线之间的距离(或距离差) 观测量为基础，并根据已知的卫星瞬时坐标，来确定用户接收机天线所对应的点位，即观测站的位置。应用GPS 绝对定位，根据用户接收机天线所处状态不同，又可分为动态绝对定位和静态绝对定位。 (2) 相对定位。相对定位的最基本情况，是两台GPS 接收机，分别安置在基线的两端，并同步观测相同的GPS 卫星，以确定基线端点在协议地球坐标系中的相对位置或基线向量。根据用户接收机天线所处状态不同，又可分为动态相对定位和静态相对定位。 实时动态(RTK) 定位技术作为一种动态相对定位方式，近年来得到广泛应用。它是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS (RTKGP