单差、双差、三差 2分解

1. 静态相对定位中，在卫星之间求一次差可有效消除或削弱的误差项为：A

A. 卫星钟差

B. 电离层延迟误差

C. 星历误差

D. 接收机钟差

2. 什么是单差、双差和三差，它们各有什么特点？

答：将直接观测值相减，所获得的结果被当做虚拟观测值，称为载波相位观测值的单差。包括在卫星间求一次差，在接收机间求一次差，在不同历元间求一次差三种求差法。在载波相位测量的一次求差基础上继续求差所获得的结果被当成虚拟观测值，称为双差。常见的二次求差也有三种：在接收机和卫星间求二次差；在接收机和历元间求二次差；在卫星和历元间求二次差。二次差仍可继续求差，称为求三次差。只有一种三次差，即在卫星、接收机和历元间求三次差。

考虑到GPS定位的误差源，实际上广为采用的求差法有三种：在接收机间求一次差，在接收机和卫星间求二次差，在卫星、接收机和历元间求三次差。他们各自的特点分别是：

1）在接收机间求一次差：可以消除卫星钟差；接收机钟差参数数量减少，但并不能消除接收机钟差；卫星星历误差、电离层误差、对流层延迟等的影响也可得以减弱。

2）在接收机和卫星间求二次差：卫星钟差被消去；接收机相对钟差也被消去；在每个历元中双差观测方程的数量均比单差观测方程少一个；参数较少用一般的计算机就可胜任数据处理工作。

3）在卫星、接收机和历元间求三次差：在二次差的基础上进一步消去了整周模糊度参数，但这并没有多少实际意义；三差解是一种浮点解；三差方程的几何强度较差。一般在GPS测量中广泛采用双差固定解而不采用三差解，通常仅被当做较好的初始值，或用于解决整周跳变的探测与修复、整周模糊度的确定等问题。

3.为什么在一般的GPS定位中广泛采用双差观测值？

答:由于双差观测存在以下的优点:消去了卫星钟差；接收机相对钟差也被消去；在每个历元中双差观测方程的数量均比单差观测方程少一个；参数大大减少,用一般的计算机就可胜任数据处理工作。

4.为什么在静态相对定位载波测量中广泛采用求差法？

答:在载波测量中,多余参数的数量往往非常多，这样数据处理的工作量十分庞大，对计算机及作

业人员的素质也会提出较高的要求。此外，未知参数过多使得解的稳定性减弱。而通过观测值相减即求差法可消除多余观测数，从而大大降低了工作量。

5.什么是宽巷观测值？如何利用宽巷观测值？

答:宽巷观测值为两个不同频率的载波(L1,L2)相位观测值间的一种线性组合，即

。其对应的频率为，对应的波长为，对应的整周模糊度为。由于宽巷观测值的波长达86cm，利用它可以很容易准确确定其整周模糊度，进而准确确定N1和N2。

GPS误差

GPS 测量是通过地面接收设备接收卫星传送来的信息，计算同一时刻地面接收设备到多颗卫星之间的伪距离，采用空间距离后方交会方法，来确定地面点的三维坐标。因此，对于GPS卫星、卫星信号传播过程和地面接收设备都会对GPS 测量产生误差。主要误差来源可分为：与GPS卫星有关的误差；与信号传播有关的误差；与接收设备有关的误差

与卫星有关的误差

（1）卫星星历误差

卫星星历误差是指卫星星历给出的卫星空间位置与卫星实际位置间的偏差,由于卫星空间位置是由地面监控系统根据卫星测轨结果计算求得的,所以又称为卫星轨道误差。它是一种起始数据误差,其大小取决于卫星跟踪站的数量及空间分布、观测值的数量及精度、轨道计算时所用的轨道模型及定轨软件的完善程度等。星历误差是GPS 测量的重要误差来源.

（2）卫星钟差

卫星钟差是指GPS卫星时钟与GPS标准时间的差别。为了保证时钟的精度，GPS卫星均采用高精度的原子钟，但它们与GPS标准时之间的偏差和漂移和漂移总量仍在1ms～

0.1ms以内，由此引起的等效误差将达到300km～30km。这是一个系统误差必须加于修正。

（3）SA干扰误差

SA误差是美国军方为了限制非特许用户利用GPS进行高精度点定位而采用的降低系统精度的政策，简称SA政策，它包括降低广播星历精度的ε技术和在卫星基本频率上附

加一随机抖动的δ技术。实施SA技术后，SA误差已经成为影响GPS定位误差的最主要因素。虽然美国在2000年5月1日取消了SA，但是战时或必要时，美国可能恢复或采用类似的干扰技术。

(SA技术其主要内容是:1.在广播星历中有意地加入误差,使定位中的已知点(卫星)的位置精度大为降低;2.有意地在卫星钟的钟频信号中加入误差,使钟的频率产生快慢变化,导致测距精度大为降低.)

（4）相对论效应的影响

这是由于卫星钟和接收机所处的状态(运动速度和重力位) 不同引起的卫星钟和接收机钟之间的相对误差。

编辑本段与传播途径有关的误差

（1）电离层折射

在地球上空距地面50～100 km 之间的电离层中,气体分子受到太阳等天体各种射线辐射产生强烈电离,形成大量的自由电子和正离子。当GPS 信号通过电离层时,与其他电磁波一样,信号的路径要发生弯曲,传播速度也会发生变化,从而使测量的距离发生偏差,这种影响称为电离层折射。对于电离层折射可用3 种方法来减弱它的影响: ①利用双频观测值,利用不同频率的观测值组合来对电离层的延尺进行改正。②利用电离层模型加以改正。③利用同步观测值求差,这种方法对于短基线的效果尤为明显。

（2）对流层折射

对流层的高度为40km 以下的大气底层,其大气密度比电离层更大,大气状态也更复杂。对流层与地面接触并从地面得到辐射热能,其温度随高度的增加而降低。GPS 信号通过对流层时,也使传播的路径发生弯曲,从而使测量距离产生偏差,这种现象称为对流层折射。减弱对流层折射的影响主要有3 种措施: ①采用对流层模型加以改正,其气象参数在测站直接测定。

②引入描述对流层影响的附加待估参数,在数据处理中一并求得。③利用同步观测量求差。

（3）多路径效应

测站周围的反射物所反射的卫星信号(反射波)进入接收机天线,将和直接来自卫星的信号(直接波) 产生干涉,从而使观测值偏离,产生所谓的“多路径误差”。这种由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应被称作多路径效应。减弱多路径误差的方法主要有: ①选择合适的站址。测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中,应离开高层建筑物。②选择较好的接收机天线,在天线中设置径板,抑制极化特性不同的反射信号

编辑本段与GPS 接收机有关的误差

（1）接收机钟差

GPS 接收机一般采用高精度的石英钟,接收机的钟面时与GPS 标准时之间的差异称为接收机钟差。把每个观测时刻的接收机钟差当作一个独立的未知数,并认为各观测时刻的接收机钟差间是相关的,在数据处理中与观测站的位置参数一并求解，可减弱接收机钟差的影响。

（2）接收机的位置误差

接收机天线相位中心相对测站标石中心位置的误差,叫接收机位置误差。其中包括天线置平和对中误差,量取天线高误差。在精密定位时,要仔细操作,来尽量减少这种误差影响。在变形监测中,应采用有强制对中装置的观测墩。相位中心随着信号输入的强度和方向不同而有所变化,这种差别叫天线相位中心的位置偏差。这种偏差的影响可达数毫米至厘米。而如何减少相位中心的偏移是天线设计中的一个重要问题。在实际工作中若使用同一类天线,在相距不远的两个或多个测站同步观测同一组卫星,可通过观测值求差来减弱相位偏移的影响。但这时各测站的天线均应按天线附有的方位标进行定向,使之根据罗盘指向磁北极。

（3）接收机天线相位中心偏差

在GPS 测量时,观测值都是以接收机天线的相位中心位置为准的,而天线的相位中心与其几何中心,在理论上应保持一致。但是观测时天线的相位中心随着信号输入的强度和方向不同而有所变化,这种差别叫天线相位中心的位置偏差。这种偏差的影响可达数毫米至厘米。而如何减少相位中心的偏移是天线设计中的一个重要问题。

编辑本段差分GPS(DGPS)原理

根据差分GPS基准站发送的信息方式可将差分GPS定位分为三类，即：位置差分、伪距差分和相位差分。这三类差分方式的工作原理是相同的，即都是由基准站发送改正数，由用户站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果。所不同的是，发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精度也不同。

编辑本段位置差分原理

这是一种最简单的差分方法，任何一种GPS接收机均可改装和组成这种差分系统。

安装在基准站上的GPS接收机观测4颗卫星后便可进行三维定位，解算出基准站的坐标。由于存在着轨道误差、时钟误差、SA影响、大气影响、多径效应以及其他误差，解算

出的坐标与基准站的已知坐标是不一样的，存在误差。基准站利用数据链将此改正数发送出去，由用户站接收，并且对其解算的用户站坐标进行改正。

最后得到的改正后的用户坐标已消去了基准站和用户站的共同误差，例如卫星轨道误差、SA影响、大气影响等，提高了定位精度。以上先决条件是基准站和用户站观测同一组卫星的情况。位置差分法适用于用户与基准站间距离在100km以内的情况。

编辑本段伪距差分原理

伪距差分是目前用途最广的一种技术。几乎所有的商用差分GPS接收机均采用这种技术。国际海事无线电委员会推荐的RTCM SC-104也采用了这种技术。

在基准站上的接收机要求得它至可见卫星的距离，并将此计算出的距离与含有误差的测量值加以比较。利用一个α-β滤波器将此差值滤波并求出其偏差。然后将所有卫星的测距误差传输给用户，用户利用此测距误差来改正测量的伪距。最后，用户利用改正后的伪距来解出本身的位置，就可消去公共误差，提高定位精度。

与位置差分相似，伪距差分能将两站公共误差抵消，但随着用户到基准站距离的增加又出现了系统误差，这种误差用任何差分法都是不能消除的。用户和基准站之间的距离对精度有决定性影响。

编辑本段载波相位差分原理

测地型接收机利用GPS卫星载波相位进行的静态基线测量获得了很高的精度（10-6～10-8）。但为了可靠地求解出相位模糊度，要求静止观测一两个小时或更长时间。这样就限制了在工程作业中的应用。于是探求快速测量的方法应运而生。例如，采用整周模糊度快速逼近技术（FARA）使基线观测时间缩短到5分钟，采用准动态（stop and go），往返重复设站（re-occupation）和动态（kinematic）来提高GPS作业效率。这些技术的应用对推动精密GPS测量起了促进作用。但是，上述这些作业方式都是事后进行数据处理，不能实时提交成果和实时评定成果质量，很难避免出现事后检查不合格造成的返工现象。

差分GPS的出现，能实时给定载体的位置，精度为米级，满足了引航、水下测量等工程的要求。位置差分、伪距差分、伪距差分相位平滑等技术已成功地用于各种作业中。随之而来的是更加精密的测量技术—载波相位差分技术。

载波相位差分技术又称为RTK技术（real time kinematic），是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的。它能实时提供观测点的三维坐标，并达到厘米级的高精度。

与伪距差分原理相同，由基准站通过数据链实时将其载波观测量及站坐标信息一同传

送给用户站。用户站接收GPS卫星的载波相位与来自基准站的载波相位，并组成相位差分观测值进行实时处理，能实时给出厘米级的定位结果。

实现载波相位差分GPS的方法分为两类：修正法和差分法。前者与伪距差分相同，基准站将载波相位修正量发送给用户站，以改正其载波相位，然后求解坐标。后者将基准站采集的载波相位发送给用户台进行求差解算坐标。前者为准RTK技术，后者为真正的RTK 技术。

RTK和在此基础上发展的VRS在有效范围内都能达到厘米级的定位精度。

要确知卫星所处的准确位置。首先，要通过深思熟虑，优化设计卫星运行轨道，而且，要由监测站通过各种手段，连续不断监测卫星的运行状态，适时发送控制指令，使卫星保持在正确的运行轨道。将正确的运行轨迹编成星历，注入卫星，且经由卫星发送给GPS接收机。正确接收每个卫星的星历，就可确知卫星的准确位置。

这个问题解决了，接下来就要解决准确测定地球上某用户至卫星的距离。卫星是远在地球上层空间，又是处在运动之中，我们不可能象在地上量东西那样用尺子来量，那么又是如何来做的呢？

如何测定卫星至用户的距离

编辑本段GPS的6种误差

GPS导航定位包括下列六种误差:.

星历误差—予报的卫星位置的误差;.

卫星钟差—予报的卫星钟差,包括SA;

电离层误差—由于电离层效应引起的观测值的误差;

对流层误差—由于对流层效应引起的观测值的误差;

多径误差—由于反射信号进入接收机天线引起的观测值的误差;

接收机误差—由于热噪声、软件和各通道之间的偏差引起的观测值误差。

1．目前正在运行的全球卫星导航定位系统有美国的（GPS）和俄罗斯的（GLONASS）。我国的第一代卫星导航定位系统称为（北斗卫星导航定位系统），欧盟计划组建的卫星导航定位系统称为（GALILEO）。

2．GPS 卫星系统由空间部分、（地面控制部分）和（用户部分）三部分组成。

3．按用途将GPS 接收机分为（导航型接收机）、（测地型接收机）和（授时型接收机）三种。

4．根据测距的原理，可将GPS 定位的方法分为（伪距法定位）、载波相位测量定位和（差分GPS 定位）三种。

5．GPS 卫星发送的信号是由载波、（测距码）和（导航电文）三部分组成的。

6．广域差分可纠正的误差种类包括（星历误差）、（大气延时误差）和（卫星钟差误差）。7．单站差分GPS 按基准站发送的信息方式来分，可分为（位置差分）、（伪距差分）和相位差分。

8．GPS 测量中，减弱电离层影响的措施包括（利用双频观测）、（利用电离层改正模型）和利用同步观测求差。

9．GPS 测量中，与卫星有关的误差包括(卫星星历误差）和（卫星钟的钟误差）和（相对论效应）。

10．多路径误差的大小取决于（间接波的强弱）和（用户接收天线抗御间接波的能力）。

1.GPS 全球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、定位和定时功能。能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。

2..在定位工作中，可能由于卫星信号被暂时阻挡，或受到外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累积计数，这种现象叫整周跳变。

3.按照GPS 系统的设计方案，GPS 定位系统应包括空间卫星部分、地面监控部分和用户接收部分。

4..在接收机和卫星间求二次差，可消去两测站接收机的相对钟差改正。在实践中应用甚广。

5..根据不同的用途，GPS 网的图形布设通常有点连式、边连式、网连式及边点混合连接四种基本方式。选择什么方式组网，取决于工程所要求的精度、野外条件及GPS 接收机台数等因素。

6.我国目前常用的两个国家大地坐标系是（1954 年北京坐标系）和（1980 年国家大地坐标系）。

7.北斗导航定位系统的空间部分由（两颗地球静止同步卫星）和（颗在轨道备份卫星）组成。

8.GPS 使用L 波段的两种载波波长分别是（19cm ）和（24cm ）。（只保留整数部分）

9..( 基准)和( 坐标系)两方面要素构成了完整的坐标参考系统

10.测距方法分为（双程测距)和（单程测距）。

11.（C/A ）码目前只被调制在L1 上。

12.回避法所针对的误差源（电磁波干扰）和（多路径效应）

13.卫星钟差消除方法（使用卫星钟差改正模型

14.GPS 卫星位置采用（WGS-84 ）大地坐标系。

15.GPS 卫星星历分为（预报星历）和（后处理星历）。

16.GPS 定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采取（空间距离后方交会）的方法，确定待定点的空间位置。

17.GPS 定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采取空间距离后方交会的方法，确定待定点的空间位置。

18.我国自行建立第一代卫星导航定位系统北斗导航系统是全天候、全天时提供卫星导航信息的区域导航系统，它由两颗工作卫星和一颗备份星组成了完整的卫星导航定位系统。3、由于地球内部和外部的动力学因素，地球极点在地球表面上的位置随时间而变化，这种现象叫极移。随时间而变化的极点叫瞬时极，某一时期瞬时极的平均位置叫平地级，简称平极。4、动态定位是用GPS 信号实时地测得运动载体的位置。按照接收机载体的运行

速度，又将动态定位分成低动态、中等动态、高动态三种形式。5、单点定位就是独立确定待定点在坐标系统中的绝对位置，其定位结果属于WGS-84 坐标系统。6、在进行GPS 测量时，观测量中存在着系统误差和偶然误差。其中系统误差影响尤其显著。7、利用双频技术可以消除或减弱电离层折射对观测量的影响，基线长度不受限制，所以定位精度和作业效率较高。2、在使用GPS 软件进行平差计算时，需要选择横轴墨卡托投影投影方式。3、在定位工作中，可能由于卫星信号被暂时阻挡，或受到外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累积计数，这种现象叫。4、双频接收机可以同时接收L1 和L2 信号，利用双频技术可以消除或减弱对观测量的影响，所以定位精度较高，基线长度不受电离层折限制，所以作业效率较高。5、PDOP 代表空间位置图形强度因子。

6、从误差来源分析，GPS 测量误差大体上可分为以下三类和与GPS 卫星有关的误差、与卫星信号传播有关的误差，与接收机有关的误差）

7、利用GPS 进行定位有多种方式，如果就用户接收机天线所处的状态而言，定位方式分为定位和定位；若按参考点的不同位置，又可分为定位定位。（静态，动态，单点，相对）

8、GPS 定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采取的方法，确定待定点的空间位置。10、GPS 外业实施包括GPS 点的选埋，观测，数据传输，数据预处理等工作。四、名词解释（每题4 分，共20 分）1．整周计数：载波相位测量的实际观测值为，由两部分组成。其中的值为接收机计数器自动记录的载波相位测量的整波段数，称为整周计数。2．单点定位：利用卫星星历及一台GPS 接收机的观测值来独立确定该接收机在地球坐标系中绝对坐标的方法。3．物理同步误差：卫星钟钟面时与标准GPS 时之间的差异。4．相对论效应：GPS 测量中由于卫星钟和接收机钟在惯性空间钟的运动速度不同以及所处位置引力位的不同而引起的测量误差。5．SA：美国政府为了限制非特许用户利用GPS 的定位精度的一种政策。包括ε及δ技术。前者是在广播星历中人为加入误差，以降低卫星星历的精度；后者是在卫星钟频中引入快速抖动。6．卫星星历误差：由卫星星历给出的卫星轨道与卫星实际轨道之差。7、接收通道：跟踪、量测、处理卫星信号的设备，由无线电元器件、数字电路等硬件和常用软件组成，一个接收通道在同一时间内只能接收一个卫星信号，据工作方式不同，可分为序贯通道、多路复用通道、多通道等。8、导航电文：由卫星向用户发送的有关卫星的位置、工作状态、卫星钟差及电离层延迟参数等信息的一组二进制代码，也称数据码。

9、重建载波：由于载波上已用二进制相位调制法调制了测距码和导航电文，故接收到的卫星信号的相位也不连续，所以在进行载波相位测量前，必须设法将调制信号去掉，恢复载波，此项工作称重建载波，一般可采用码相关法、平方法等方法进行。10、相对论效应：由于卫星钟和接收机钟所处的重力位不同，运动速度不同而导致钟的误差，前者为广义相对论效应，后者为狭义相对论效应，对GPS 卫星而言，其综合影响平均为4.45 ×10－10 ?6?1f，可在生产原子钟时调低其频率的方法来解决，其变化部分需用公式加以改正。11、广域差分GPS：在相当大的区域中均匀布设少量GPS 基准站，各基准站均将观测值送往数据处理中心以便卫星星历误差、卫星钟将、电离层延迟模型等分离出来，并播发给用户的差分GPS 系统称广域差分GPS。12、天线平均相位中心偏差：天线对中是以其几何中心为准的，而不以平均相位中心为准，两者之差称天线平均相位中心偏差，一般可采用归心改正法或相对定位时天线统一指北的方法等消除其影响。

13、GPS 相对定位是至少用两台GPS 接收机，同步观测相同的GPS 卫星，确定两台接收机天线之间的相对位置。14、同步观测环三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环。15、后处理星历三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环。16、静态定位如果在定位时，接收机的天线在跟踪GPS 卫星过程中，位置处于固定不动的静止状态，这种定位方式称为静态定位。相对定位确定进行同步观测的接收机之间相对位置的定位方法，称为相对定位。17、虚拟参考站系统VRS：各基准

站不直接向移动用户发送DGPS 数据，而是将其发送到控制中心，后者依据用户的实时请求，经过选择和计算，向用户发送DGPS 数据18、GPS 网的图形设计：根据对所布设的GPS 网的精度要求和其它方面的要求，设计出由独立GPS 边构成的多边形网（或称为环形网）19.GPS 卫星的导航电文答：GPS 卫星的导航电文是用户用来定位和导航的数据基础。它主要包括：卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、工作状态信息以及C/A 码转换到捕捉P 码的信息。20．极移答：地球瞬时自转轴在地球上随时间而变，称为地极移动，简称极移21、Z 计数：Z 计数实际上就是一个时间计数，它以从每星期起始时刻开始播发的D 码子帧数为单位，给出了一个子帧开始瞬间的GPS 时间。22. GPS 卫星的导航电文GPS 卫星的导航电文是用户用来定位和导航的数据基础。它主要包括：卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、工作状态信息以及C/A 码转换到捕捉P 码的信息。广播星历：答：卫星将地面监测站注入的有关卫星运行轨道的信息，通过发射导航电文传递给用户，用户接收到这些信号进行解码即可获得所需要的卫星星历，这种星历就是广播星历。23. 伪距就是由卫星发射的测距码信号到达GPS 接收机的传播时间乘以光速所得出的量侧距离。由于卫星钟、接收机钟的误差以及信号经过电离层和对流层的延迟，量侧距离的距离与卫星到接收机的几何距离有一定的差值，因此，称量侧距离的伪距。24 周跳（整周跳变）在GPS 定位工作中，由于某种原因，如卫星信号被暂时阻挡，或受到外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累积计数，这种现象称为周跳。25.GPS 全球定位系统答：GPS 全球定位系统是一个空基全天候导航系统，它由美国国防部开发，用以满足军方在地面或近地空间获取一个通用参照系中的位置，速度和时间信息的要求。26．星历误差答：实际上就是卫星位置的确定误差。星历误差是一种起始数据误差，其大小主要取决于卫星跟踪站的数量及空间分布、观测值的数量及精度、轨道计算时所用的轨道模型及定轨软件的完善程度等。27．SA 技术答：其主要内容是：（1）在广播星历中有意地加入误差，使定位中的已知点（卫星）的位置精度大为降低；（2）有意地在卫星钟的钟频信号中加入误差，使钟的频率产生快慢变化，导致测距精度大为降低。28．伪距答：GPS 定位采用的是被动式单程测距。它的信号发射时刻是卫星钟确定的，收到时刻则是由接收机钟确定的，这就在测定的卫星至接收机的距离中，不可避免地包含着两台钟不同步的误差影响，所以称其为伪距。三、问答题（40 分）1．什么叫差分定位技术答：将一台GPS 接收机到安置在基准站上进行观测。根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离的改正数，并有基准站实时的将这一个改正数发送出去。用户接收机在进行GPS 观测的同时也接收到基准站的该正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。2. GPS 技术设计中应考虑哪些因素？（10 分）答：技术设计主要是根据上级主管部门下达的测量任务书和GPS 测量规范来进行的。它的总的原则是，在满足用户要求的情况下，尽可能减少物资、人力和时间的消耗。在工作过程中，要考虑下面一些因素：（1）测站因素；（2）卫星因素；（3）仪器因素；（4）后勤因素。3．什么是多路径误差?试述消弱多路径误差的方法。（9 分在GPS 测量中，如果测站周围的反射物所反射的卫星信号进入接收机天线，这就和直接来自卫星的信号产生干涉，从而使观测值偏离真值，产生多路径误差。消多路径误差的方法: （1）选择合适的站址a、测站应远离大面积平静地水面; b、测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中; c、测站应离开高层建筑物. （2）对接收机天线的要求a、在天线中设置抑径板b、接收天线对于极化特性不同的反射信号应该有较强的抑制作用。载波相位测量中L1,L2 的多路径误差最大分别为其波长的1/，即4.8cm和6.1cm。4 5、什么是伪距单点定位？说明用户在使用GPS 接收机进行伪距单点定位时，为何需要同时观测至少4 颗GPS 卫星？根据GPS 卫星星历和一台GPS 接收机的伪距测量观测值来直接独立确定用户接收机天线在WGS-84 坐标系中的绝对坐标的方法叫单点定位，也叫绝对定位。由于进行伪距单点定位时，每颗卫星的伪距测量观测值中都包含有接收机钟差这一误

差，造成距离测量观测值很不准确。（需要将接收机钟差作为一个未知数加入到伪距单点定位的计算中，再加上坐标三个未知数，所以至少需要 4 个伪距观测值，即需要同时观测至少4 颗GPS 卫星。6．在全球定位系统中为何要用测距码来测定伪距？答：用测距码测距有下列优点：(1) 易于将十分微弱的卫星信号从噪声的汪洋大海中提取出来；(2) 可提高测距精度；(3) 可用码分多址技术来区分、处理不同卫星的信号；(4) 便于对整个系统进行控制和管理。7．为什么说快速而准确地确定整周模糊度是载波相位测量中的关键问题？答：(1) 精确的()rFφ及修复周跳后的整周计数只有与正确的N 配合使用才有意义，N 出错将严重损害定位精度和可靠性。(2) 在一般的GPS 测量中，定位所需的时间即为确定模糊度所需的时间，快速确定N 对提高GPS 定位速度，提高作业效率具有重要作用。

8. 请简述差分GPS 的基本原理。何为位置差分？何为距离差分？答差分GPS 的基本原理：利用相距不太远的两个GPS 测站在同一时间分别进行单点定位时所受到的卫星星历误差、大气延迟误差和卫星钟差等误差源的空间相关性较好原理，利用基准站上的观测结果求得上述误差的影响并通过数据链将误差改正数发送给流动站从而提高流动站定位精度。位置差分：基准站播发的差分改正数是基准站利用GPS 测定的坐标与已知坐标之差距离差分：基准站播发的差分改正数是对各GPS 卫星的距离观测值的改正数9. 能否采用双频改正方法消除对流层延迟？为什么？答：不能。因为双频改正的基础是利用两个频率在介质中的传播速度不同，通过测定两个频率信号到达接收机的时间差可以反推各自在该介质中的延迟量。其改正原理是建立在色散效应基础上的。对于GPS 信号12,ff 而言，由于其波长较长，在对流层中基本上不存在色散效应，两个频率的信号在其中的折射率相同，传播速度相同，故不能用与电离层改正相同的方法进行对流层双频改正。10. 什么是静态相对定位载波测量？为什么在静态相对定位载波测量中广泛采用求差法？答：（要点）利用载波相位测量的观测值，确定处于静止状态，同步跟踪观测相同的GPS 卫星的若干台接收机之间的相对位置（坐标差）的定位方法，称为静态相对定位载波测量。采用求差法的原因：(1) 可以消去数量庞大的多余参数，例如卫星钟差，接收机钟差，甚至整周未知数，从而大大减少计算工作量。从数学上讲又是完全允许的。(2) 对于短距离基线来说，可以消除很多误差的影响，例如电离层误差、对流层误差、卫星星历误差等。11. 什么是伪距单点定位？说明用户在使用GPS 接收机进行伪距单点定位时，为何需要同时观测至少 4 颗GPS 卫星？答：根据GPS 卫星星历和一台GPS 接收机的伪距测量观测值来直接独立确定用户接收机天线在WGS-84 坐标系中的绝对坐标的方法叫单点定位，也叫绝对定位。由于进行伪距单点定位时，每颗卫星的伪距测量观测值中都包含有接收机钟差这一误差，造成距离测量观测值很不准确。需要将接收机钟差作为一个未知数加入到伪距单点定位的计算中，再加上坐标三个未知数，所以至少需要4 个伪距观测值，即需要同时观测至少4 颗GPS 卫星。伪1．目前正在运行的全球卫星导航定位系统有美国的（GPS）和俄罗斯的（GLONASS）。我国的第一代卫星导航定位系统称为（北斗卫星导航定位系统），欧盟计划组建的卫星导航定位系统称为（GALILEO）。2．GPS 卫星系统由空间部分、（地面控制部分）和（用户部分）三部分组成。3．按用途将GPS 接收机分为（导航型接收机）、（测地型接收机）和（授时型接收机）三种。4．根据测距的原理，可将GPS 定位的方法分为（伪距法定位）、载波相位测量定位和（差分GPS 定位）三种。5．GPS 卫星发送的信号是由载波、（测距码）和（导航电文）三部分组成的。6．广域差分可纠正的误差种类包括（星历误差）、（大气延时误差）和（卫星钟差误差）。7．单站差分GPS 按基准站发送的信息方式来分，可分为（位置差分）、（伪距差分）和相位差分。8．GPS 测量中，减弱电离层影响的措施包括（利用双频观测）、（利用电离层改正模型）和利用同步观测求差。9．GPS 测量中，与卫星有关的误差包括(卫星星历误差）和（卫星钟的钟误差）和（相对论效应）。10．多路径误差的大小取决于（间接波的强弱）和（用户接

收天线抗御间接波的能力）。1.GPS 全球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、定位和定时功能。能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。3.在定位工作中，可能由于卫星信号被暂时阻挡，或受到外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累积计数，这种现象叫整周跳变。4.按照GPS 系统的设计方案，GPS 定位系统应包括空间卫星部分、地面监控部分和用户接收部分。5.在接收机和卫星间求二次差，可消去两测站接收机的相对钟差改正。在实践中应用甚广。 6.根据不同的用途，GPS 网的图形布设通常有点连式、边连式、网连式及边点混合连接四种基本方式。选择什么方式组网，取决于工程所要求的精度、野外条件及GPS 接收机台数等因素。16. 我国目前常用的两个国家大地坐标系是（1954 年北京坐标系）和（1980 年国家大地坐标系）。18.北斗导航定位系统的空间部分由（两颗地球静止同步卫星）和（颗在轨道备份卫星）组成。19.GPS 使用L 波段的两种载波波长分别是（19cm ）和（24cm ）。（只保留整数部分）20.( 基准)和( 坐标系)两方面要素构成了完整的坐标参考系统. 21. 测距方法分为（双程测距)和（单程测距）。22.（C/A ）码目前只被调制在L1 上。

23. 回避法所针对的误差源（电磁波干扰）和（多路径效应）。24. 卫星钟差消除方法（使用卫星钟差改正模型）25. GPS 卫星位置采用（WGS-84 ）大地坐标系。26. GPS 卫星星历分为（预报星历）和（后处理星历）。27. GPS 定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采取（空间距离后方交会）的方法，确定待定点的空间位置。1、GPS 定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采取空间距离后方交会的方法，确定待定点的空间位置。2、我国自行建立第一代卫星导航定位系统北斗导航系统是全天候、全天时提供卫星导航信息的区域导航系统，它由两颗工作卫星和一颗备份星组成了完整的卫星导航定位系统。3、由于地球内部和外部的动力学因素，地球极点在地球表面上的位置随时间而变化，这种现象叫极移。随时间而变化的极点叫瞬时极，某一时期瞬时极的平均位置叫平地级，简称平极。4、动态定位是用GPS 信号实时地测得运动载体的位置。按照接收机载体的运行速度，又将动态定位分成低动态、中等动态、高动态三种形式。5、单点定位就是独立确定待定点在坐标系统中的绝对位置，其定位结果属于WGS-84 坐标系统。6、在进行GPS 测量时，观测量中存在着系统误差和偶然误差。其中系统误差影响尤其显著。7、利用双频技术可以消除或减弱电离层折射对观测量的影响，基线长度不受限制，所以定位精度和作业效率较高。2、在使用GPS 软件进行平差计算时，需要选择横轴墨卡托投影投影方式。3、在定位工作中，可能由于卫星信号被暂时阻挡，或受到外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累积计数，这种现象叫。4、双频接收机可以同时接收L1 和L2 信号，利用双频技术可以消除或减弱对观测量的影响，所以定位精度较高，基线长度不受电离层折限制，所以作业效率较高。5、PDOP 代表空间位置图形强度因子。6、从误差来源分析，GPS 测量误差大体上可分为以下三类和与GPS 卫星有关的误差、与卫星信号传播有关的误差，与接收机有关的误差）7、利用GPS 进行定位有多种方式，如果就用户接收机天线所处的状态而言，定位方式分为定位和定位；若按参考点的不同位置，又可分为定位定位。（静态，动态，单点，相对）8、GPS 定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采取的方法，确定待定点的空间位置。10、GPS 外业实施包括GPS 点的选埋，观测，数据传输，数据预处理等工作。四、名词解释（每题4 分，共20 分）1．整周计数：载波相位测量的实际观测值为，由两部分组成。其中的值为接收机计数器自动记录的载波相位测量的整波段数，称为整周计数。2．单点定位：利用卫星星历及一台GPS 接收机的观测值来独立确定该接收机在地球坐标系中绝对坐标的方法。3．物理同步误差：卫星钟钟面时与标准GPS 时之间的差异。4．相对论效应：GPS 测量中由于卫星钟和接收机钟在惯性空间钟的运动速度不同以及所处位置引力位的不同而引起的测量误

差。5．SA：美国政府为了限制非特许用户利用GPS 的定位精度的一种政策。包括ε及δ技术。前者是在广播星历中人为加入误差，以降低卫星星历的精度；后者是在卫星钟频中引入快速抖动。6．卫星星历误差：由卫星星历给出的卫星轨道与卫星实际轨道之差。

7、接收通道：跟踪、量测、处理卫星信号的设备，由无线电元器件、数字电路等硬件和常用软件组成，一个接收通道在同一时间内只能接收一个卫星信号，据工作方式不同，可分为序贯通道、多路复用通道、多通道等。8、导航电文：由卫星向用户发送的有关卫星的位置、工作状态、卫星钟差及电离层延迟参数等信息的一组二进制代码，也称数据码。9、重建载波：由于载波上已用二进制相位调制法调制了测距码和导航电文，故接收到的卫星信号的相位也不连续，所以在进行载波相位测量前，必须设法将调制信号去掉，恢复载波，此项工作称重建载波，一般可采用码相关法、平方法等方法进行。10、相对论效应：由于卫星钟和接收机钟所处的重力位不同，运动速度不同而导致钟的误差，前者为广义相对论效应，后者为狭义相对论效应，对GPS 卫星而言，其综合影响平均为4.45 ×10－10 ?6?1f，可在生产原子钟时调低其频率的方法来解决，其变化部分需用公式加以改正。11、广域差分GPS：在相当大的区域中均匀布设少量GPS 基准站，各基准站均将观测值送往数据处理中心以便卫星星历误差、卫星钟将、电离层延迟模型等分离出来，并播发给用户的差分GPS 系统称广域差分GPS。12、天线平均相位中心偏差：天线对中是以其几何中心为准的，而不以平均相位中心为准，两者之差称天线平均相位中心偏差，一般可采用归心改正法或相对定位时天线统一指北的方法等消除其影响。13、GPS 相对定位是至少用两台GPS 接收机，同步观测相同的GPS 卫星，确定两台接收机天线之间的相对位置。14、同步观测环三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环。15、后处理星历三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环。16、静态定位如果在定位时，接收机的天线在跟踪GPS 卫星过程中，位置处于固定不动的静止状态，这种定位方式称为静态定位。相对定位确定进行同步观测的接收机之间相对位置的定位方法，称为相对定位。17、虚拟参考站系统VRS：各基准站不直接向移动用户发送DGPS 数据，而是将其发送到控制中心，后者依据用户的实时请求，经过选择和计算，向用户发送DGPS 数据18、GPS 网的图形设计：根据对所布设的GPS 网的精度要求和其它方面的要求，设计出由独立GPS 边构成的多边形网（或称为环形网）19.GPS 卫星的导航电文答：GPS 卫星的导航电文是用户用来定位和导航的数据基础。它主要包括：卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、工作状态信息以及C/A 码转换到捕捉P 码的信息。20．极移答：地球瞬时自转轴在地球上随时间而变，称为地极移动，简称极移21、Z 计数：Z 计数实际上就是一个时间计数，它以从每星期起始时刻开始播发的D 码子帧数为单位，给出了一个子帧开始瞬间的GPS 时间。22. GPS 卫星的导航电文GPS 卫星的导航电文是用户用来定位和导航的数据基础。它主要包括：卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、工作状态信息以及C/A 码转换到捕捉P 码的信息。广播星历：答：卫星将地面监测站注入的有关卫星运行轨道的信息，通过发射导航电文传递给用户，用户接收到这些信号进行解码即可获得所需要的卫星星历，这种星历就是广播星历。23. 伪距就是由卫星发射的测距码信号到达GPS 接收机的传播时间乘以光速所得出的量侧距离。由于卫星钟、接收机钟的误差以及信号经过电离层和对流层的延迟，量侧距离的距离与卫星到接收机的几何距离有一定的差值，因此，称量侧距离的伪距。24 周跳（整周跳变）在GPS 定位工作中，由于某种原因，如卫星信号被暂时阻挡，或受到外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累积计数，这种现象称为周跳。25.GPS 全球定位系统答：GPS 全球定位系统是一个空基全天候导航系统，它由美国国防部开发，用以满足军方在地面或近地空间获取一个通用参照系中的位置，速度和时间信息的要求。26．星历误差答：实际上就是卫星位置的确定误差。星历误差是一种起始数据误差，其大小主要取决于卫星跟踪站的数量及空间分布、观

测值的数量及精度、轨道计算时所用的轨道模型及定轨软件的完善程度等。27．SA 技术答：其主要内容是：（1）在广播星历中有意地加入误差，使定位中的已知点（卫星）的位置精度大为降低；（2）有意地在卫星钟的钟频信号中加入误差，使钟的频率产生快慢变化，导致测距精度大为降低。28．伪距答：GPS 定位采用的是被动式单程测距。它的信号发射时刻是卫星钟确定的，收到时刻则是由接收机钟确定的，这就在测定的卫星至接收机的距离中，不可避免地包含着两台钟不同步的误差影响，所以称其为伪距。三、问答题（40 分）1．什么叫差分定位技术答：将一台GPS 接收机到安置在基准站上进行观测。根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离的改正数，并有基准站实时的将这一个改正数发送出去。用户接收机在进行GPS 观测的同时也接收到基准站的该正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。2. GPS 技术设计中应考虑哪些因素？（10 分）答：技术设计主要是根据上级主管部门下达的测量任务书和GPS 测量规范来进行的。它的总的原则是，在满足用户要求的情况下，尽可能减少物资、人力和时间的消耗。在工作过程中，要考虑下面一些因素：（1）测站因素；（2）卫星因素；（3）仪器因素；（4）后勤因素。3．什么是多路径误差?试述消弱多路径误差的方法。（9 分在GPS 测量中，如果测站周围的反射物所反射的卫星信号进入接收机天线，这就和直接来自卫星的信号产生干涉，从而使观测值偏离真值，产生多路径误差。消多路径误差的方法: （1）选择合适的站址a、测站应远离大面积平静地水面; b、测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中; c、测站应离开高层建筑物. （2）对接收机天线的要求a、在天线中设置抑径板b、接收天线对于极化特性不同的反射信号应该有较强的抑制作用。载波相位测量中L1,L2 的多路径误差最大分别为其波长的1/，即4.8cm和6.1cm。4 5、什么是伪距单点定位？说明用户在使用GPS 接收机进行伪距单点定位时，为何需要同时观测至少4 颗GPS 卫星？根据GPS 卫星星历和一台GPS 接收机的伪距测量观测值来直接独立确定用户接收机天线在WGS-84 坐标系中的绝对坐标的方法叫单点定位，也叫绝对定位。由于进行伪距单点定位时，每颗卫星的伪距测量观测值中都包含有接收机钟差这一误差，造成距离测量观测值很不准确。（需要将接收机钟差作为一个未知数加入到伪距单点定位的计算中，再加上坐标三个未知数，所以至少需要4 个伪距观测值，即需要同时观测至少 4 颗GPS 卫星。6．在全球定位系统中为何要用测距码来测定伪距？答：用测距码测距有下列优点：(1) 易于将十分微弱的卫星信号从噪声的汪洋大海中提取出来；(2) 可提高测距精度；(3) 可用码分多址技术来区分、处理不同卫星的信号；(4) 便于对整个系统进行控制和管理。7．为什么说快速而准确地确定整周模糊度是载波相位测量中的关键问题？答：(1) 精确的()rFφ及修复周跳后的整周计数只有与正确的N 配合使用才有意义，N 出错将严重损害定位精度和可靠性。(2) 在一般的GPS 测量中，定位所需的时间即为确定模糊度所需的时间，快速确定N 对提高GPS 定位速度，提高作业效率具有重要作用。8. 请简述差分GPS 的基本原理。何为位置差分？何为距离差分？答差分GPS 的基本原理：利用相距不太远的两个GPS 测站在同一时间分别进行单点定位时所受到的卫星星历误差、大气延迟误差和卫星钟差等误差源的空间相关性较好原理，利用基准站上的观测结果求得上述误差的影响并通过数据链将误差改正数发送给流动站从而提高流动站定位精度。位置差分：基准站播发的差分改正数是基准站利用GPS 测定的坐标与已知坐标之差距离差分：基准站播发的差分改正数是对各GPS 卫星的距离观测值的改正数9. 能否采用双频改正方法消除对流层延迟？为什么？答：不能。因为双频改正的基础是利用两个频率在介质中的传播速度不同，通过测定两个频率信号到达接收机的时间差可以反推各自在该介质中的延迟量。其改正原理是建立在色散效应基础上的。对于GPS 信号12,ff 而言，由于其波长较长，在对流层中基本上不存在色散效应，两个频率的信号在其中的折射率相同，传播速度相同，故不能用与电离层改正相同的方法进行对流层双频改正。10. 什么是静态相对定位载波测量？为什么在静态相对定位载波测

量中广泛采用求差法？ 答：（要点） 利用载波相位测量的观测值，确定处于静止状态，同步跟踪观测相同的 GPS 卫星的若干台 接收机之间的相对位置（坐标差）的定位方法，称为静态相对定位载波测量。 采用求差法的原因： (1) 可以消去数量庞大的多余参数，例如卫星钟差，接收机钟差，甚至整周未知数，从而大 大减少计算工作量。从数学上讲又是完全允许的。 (2) 对于短距离基线来说，可以消除很多误差的影响，例如电离层误差、对流层误差、卫星 星历误差等。 11. 什么是伪距单点定位？说明用户在使用GPS 接收机进行伪距单点定位时，为何需要同时 观测至少4 颗GPS 卫星？ 答：根据GPS 卫星星历和一台GPS 接收机的伪距测量观测值来直接独立确定用户接收机天 线在 WGS-84 坐标系中的绝对坐标的方法叫单点定位，也叫绝对定位。由于进行伪距单点 定位时，每颗卫星的伪距测量观测值中都包含有接收机钟差这一误差，造成距离测量观测值 很不准确。需要将接收机钟差作为一个未知数加入到伪距单点定位的计算中，再加上坐标三 个未知数，所以至少需要4 个伪距观测值，即需要同时观测至少4 颗GPS 卫星。

1． GPS 定位原理

测量学中的交会法测量里有一种测距交会确定点位的方法。与其相似，GPS 的定位原理就是利用空间分布的卫星以及卫星与地面点的距离交会得出地面点位置。简言之，GPS 定位原理是一种空间的距离交会原理。

设想在地面待定位置上安置GPS 接收机，同一时刻接收4颗以上GPS 卫星发射的信号。通过一定的方法测定这4颗以上卫星在此瞬间的位置以及它们分别至该接收机的距离，据此利用距离交会法解算出测站P 的位置及接收机钟差δt 。

图3-1 GPS 定位原理

如图3-1，设时刻i t 在测站点P 用GPS 接收机同时测得P 点至四颗GPS 卫星S 1、S 2、S 3、S 4的距离1ρ、2ρ、3ρ、ρ4，通过GPS 电文解译出四颗GPS 卫星的三维坐标G P S 接收机

P X

Y

Z S 1 S 2 S 3 S 4

ρ1 ρ2

ρ3

ρ4

()

4,3,2,1,,,=j Z Y X j j j ，用距离交会的方法求解P 点的三维坐标()Z Y X ,,的观测方程为： ()()()()()()()()()()()()???????????+-+-+-=+-+-+-=

+-+-+-=

+-+-+-=t c Z Z Y Y X X t c Z Z Y Y X X t c Z Z Y Y X X t c Z Z Y Y X X δρδρδρδρ2424242423232323222222222

1212121 （3-1）

式中的c 为光速，δt 为接收机钟差。

由此可见，GPS 定位中，要解决的问题就是两个：

一是观测瞬间GPS 卫星的位置。上一章中，我们知道GPS 卫星发射的导航电文中含有GPS 卫星星历，可以实时的确定卫星的位置信息。

二是观测瞬间测站点至GPS 卫星之间的距离。站星之间的距离是通过测定GPS 卫星信号在卫星和测站点之间的传播时间来确定的。本章在讲述定位原理的同时，将解决距离测定的问题。

2．GPS 定位方法分类

利用GPS 进行定位的方法有很多种。若按照参考点的位置不同，则定位方法可分为

（1）绝对定位。即在协议地球坐标系中，利用一台接收机来测定该点相对于协议地球质心的位置，也叫单点定位。这里可认为参考点与协议地球质心相重合。GPS 定位所采用的协议地球坐标系为WGS-84坐标系。因此绝对定位的坐标最初成果为WGS-84坐标。

（2）相对定位。即在协议地球坐标系中，利用两台以上的接收机测定观测点至某一地面参考点（已知点）之间的相对位置。也就是测定地面参考点到未知点的坐标增量。由于星历误差和大气折射误差有相关性，所以通过观测量求差可消除这些误差，因此相对定位的精度远高于绝对定位的精度。

按用户接收机在作业中的运动状态不同，则定位方法可分为

（1）静态定位。即在定位过程中，将接收机安置在测站点上并固定不动。严格说来，这种静止状态只是相对的，通常指接收机相对与其周围点位没有发生变化。

（2）动态定位。即在定位过程中，接收机处于运动状态。

GPS 绝对定位和相对定位中，又都包含静态和动态两种方式。即动态绝对定位、静态绝对定位、动态相对定位和静态相对定位。

若依照测距的原理不同，又可分为测码伪距法定位、测相伪距法定位、差分定位等。

本章将论述测码伪距和测相伪距进行绝对定位和相对定位的原理和方法。最后将讲述当前比较流行的差分GPS 定位技术。

GPS接收机的分类

1.按接收机的用途分类按用途接收机可分为：

(1) 导航型接收机

此类型接收机主要用于运动载体的导航，它可以实时给出载体的位置和速度。这类接收机一般采用C/A 码伪距测量，单点实时定位精度较低一般为±25m,有SA影响时为±100m。这类接收机价格便宜，应用广泛。根据应用领域的不同，此类接收机可以进一步分为：

车载型——用于车辆导航定位；

航海型——用于船舶导航定位；

航空型——用于飞机导航定位。由于飞机运行速度快，因此，在航空用的接收机要求能适应高速运动。

星载型——用于卫星的导航定位。由于卫星的运动速度高达7公里/s以上，因此对接收机的要求更高。

(2) 测地型接收机

测地型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量。这类仪器主要采用载波相位观测值进行相对定位，定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。

(3) 授时型接收机

这类接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时，常用于天文台及无线电通讯中时间同步。

2.按接收机的载波频率分类

(1) 单频接收机

单频接收机只能接收L1载波信号，测定载波相位观测值进行定位。由于不能有效消除电离层延迟影响，单频接收机只适用于短基线（<15km）的精密定位。

(2) 双频接收机

双频接收机可以同时接收Ｌ１，Ｌ２载波信号。利用双频对电离层延迟的不一样，可以消除电离层对电磁波信号延迟的影响，因此双频接收机可用于长达几千公里的精密定位。

3.按接收机通道数分类

GPS接收机能同时接收多颗GPS卫星的信号，为了分离接收到的不同卫星的信号，以实现对卫星信号的跟踪、处理和量测，具有这样功能的器件称为天线信号通道。根据接收机所具有的通道种类可分为：

(1) 多通道接收机

(2) 序贯通道接收机

(3) 多路多用通道接收机

4.按接收机工作原理分类

(1) 码相关型接收机

码相关型接收机是利用码相关技术得到伪距观测值。

(2) 平方型接收机

平方型接收机是利用载波信号的平方技术去掉调制信号，来恢复完整的载波信号，通过相位计测定接收机内产生的载波信号与接收到的载波信号之间的相位差，测定伪距观测值。

(3) 混合型接收机

这种仪器是综合上述两种接收机的优点，既可以得到码相位伪距，也可以得到载波相位观测值。

(4) 干涉型接收机

这种接收机是将GPS卫星作为射电源，采用干涉测量方法，测定两个测站间距离。

一．卫星载波信号与调制1. GPS信号的组成基准频率10.23 MHZ C/A码1.023MHZ P 码10.23 MHZ L2 1227.60 MHZ L1 1575.42 MHZ P码10.23 MHZ 数据码D码50 BPS 数据码D码50 BPS 154 120 ÷204600 ÷10 GPS卫星信号示意图Global Positioning System 22 4.4 GPS 一．卫星载波信号与调制 2. 两个载波频率①L1载波：频率1575.42MHz，波长19.03cm ②L2载波：频率1227.60MHz，波长24.42cm ③目的：使用两个载波频率发射是为了对电离层延迟进行双频改正Global Positioning System 23 4.4 GPS 一．卫星载波信号与调制2. 调制①调幅：载波振幅随调制信号的变化而变化②调频：载波频率随调制信号的变化而变化③调相：载波相位随调制信号的变化而变化GPS 卫星的伪随机码是利用调相技术调制到载波上的（与+1相乘，相位不变；与-1相乘，相位改变180度）Global Positioning System 24 4.4 GPS 一．卫星载波信号与调制2. 调制GPS 卫星天线发射的信号，是将导航电文经过两级调制后的信号。一级调制是将低频D码分别调制高频C/A码和P码，实现导航电文的伪随机码扩频；二级调制是将一级调制的组

合码再分别调制在两个载波频率上。Global Positioning System 25 4.4 GPS 二．卫星信号的解调重建载波由于在GPS信号中已用二进制相位调制的方法在载波上调制了测距码和导航电文，因此接收到的卫星信号的相位已不再连续。所以在进行载波相位测量前，首先要进行解调工作，设法将调制在载波上的测距码和导航电文去掉，重新恢复载波。这一工作称为重建载波。Global Positioning System 26 4.5 GPS 一．导航电文及其格式1. 定义①所谓导航电文，是指包含导航信息的数据码。②导航信息指的是：卫星星历、卫星工作状态、卫星历书、时间系统、星钟改正参数、轨道摄动改正参数、大气折射改正参数、遥测码以及由C/A码确定P码的交换码等。③它是用户利用GPS进行导航定位的数据基础Global Positioning System 27 4.5 GPS 一．导航电文及其格式 2. 格式①导航电文是二进制编码文件，按规定格式组成数据侦，按侦向外播发。每侦电文1500bit，播送速度为每秒50bit，所以，一侦电文的传播时间是30秒。②每侦电文含有5个子侦，每个子侦含有5个字，每个字为30bit；所以每一子侦共含300bit，按上述比特率50bit/s速度播发，每幅子侦需播发6s。Global Positioning System 28 4.5 GPS 二．导航电文内容1. 遥测字①各子侦的第一个字，作为捕获导航电文的前导②作用：协助用户快速解译导航电文，判定卫星可用与否Global Positioning System 29 4.5 GPS 二．导航电文内容 2. 交接字①各子侦的第二个字。向用户提供用于捕获P 码的Z计数②作用：快速捕获到P码Global Positioning System 30 4.5 GPS 二．导航电文内容3. 第一数据块①WN——卫星时间计数器②调制码标识③URA——卫星测距精度④表示导航数据是否正常⑤TGD ——电离层延迟改正参数⑥AODC——时钟数据龄期⑦toc——卫星时钟参数对应的参考时刻⑧卫星钟改正参数Global Positioning System 31 4.5 GPS 二．导航电文内容4. 第二数据块（核心部分，卫星星历）①开普勒六参数②轨道摄动九参数③时间两参数数据块包含了计算卫星运行位置的信息，GPS接收机根据这些参数可以进行实时的导航定位计算Global Positioning System 32 4.5 GPS 二．导航电文内容5. 第三数据块（历书数据）①1-24颗卫星的历书（概略星历）②卫星健康状况和GPS星期编号③识别符④25-32颗卫星的历书⑤反电子欺骗的特征符⑥电离层延时改正模型Global Positioning System 33 4.6 GPS 一．GPS接收机的分类1. 定义GPS 接收机是能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的卫星信号接收设备。Global Positioning System 34 4.6 GPS 一．GPS接收机的分类2. 接收机的分类①按用途分类：测地型、导航型、授时型②按所用载波频率多少分类：单频、双频③按接收机通道数分类：多通道接收机、序贯通道接收机、多路多用通道接收机④按工作原理分类：码相关型接收机、平方型接收机、混合型接收机Global Positioning System 35 4.6 GPS 一．GPS接收机的分类3. 接收机通道①定义：跟踪、处理、量测卫星信号的部件；（一个时刻一颗卫星一个频率）②组成：是软硬件的结合体；③作用：主要用来跟踪、处理和量测卫星信号，获取工作所需的数据和信息。④分类：–按跟踪方式：序贯通道、多路复用通道、多通道–按工作原理：码相关型通道、平方型通道、码相位型通道Global Positioning System 36 4.6 GPS 二．GPS接收机的组成及工作原理1. 组成①天线单元–带前置放大器（卫星信号十分微弱，需放大）–接收天线（有单极、微带、锥形，常用微带）②接收单元–信号通道（跟踪、处理、量测卫星信号）–存储器（记录观测资料）–微处理器（计算、管理、控制、自检核）–输入输出设备（输入命令、设置参数；显示工作状态）–电源（为接收机供电）Global Positioning System 37 4.6 GPS 二．GPS接收机的组成及工作原理2. GPS接收机天线①天线与前置放大器应密封为一体，以保障其正常工作，减少信号损失②能接收到天空任何方向的卫星信号③应有防护与屏蔽多路径效应的措施④保持天线相位中心高度稳定，并与其几何中心尽量一致Global Positioning System 38 4.6 GPS 二．GPS接收机的组成及工作原理 3. GPS接收机信号通道①平方型通道–优点：无须掌握测距码的结构便能获得载波信号

–缺点：完全消除了信号的测距码和数据码，无法解译出导航电文Global Positioning System 39 4.6 GPS 二．GPS接收机的组成及工作原理3. GPS接收机信号通道②码相位型通道–优点：无须知道伪噪声码的结构即可进行C/A码和P码的测量，对非特许用户有很大的好处–缺点：需另外提供GPS星历，用以测后数据处理Global Positioning System 40 4.6 GPS 二．GPS接收机的组成及工作原理3. GPS接收机信号通道③相关型通道–优点：可以从伪噪声码中提取导航电文，实现实时定位，并且具有良好的信噪比–缺点：要求用户掌握伪噪声码的结构，以便接收机产生复制码信号Global Positioning System 41 4.6 GPS 三．几种常见的GPS接收机1. Ashtech系列GPS接收机（阿斯泰克）①国家：美国②公司：麦哲伦公司Global Positioning System 42 4.6 GPS 三．几种常见的GPS接收机2. Trimble系列GPS接收机（天宝）①国家：美国②公司：天宝导航公司Global Positioning System 43 4.6 GPS 三．几种常见的GPS接收机3. THALES系列GPS接收机（泰雷兹）①国家：法国②公司：THALES导航定位公司Global Positioning System 44 4.6 GPS 三．几种常见的GPS接收机 4. Leica Wild GPS接收机（徕卡）①国家：瑞士②公司：Leica公司Global Positioning System 45 4.6 GPS 三．几种常见的GPS接收机5. SOKKIA GPS接收机（索佳）①国家：日本②公司：日本株式会社索佳Global Positioning System 46 一．GPS卫星播发的信号包括：测距码、数据码和载波信号二．伪随机码扩频与相关接收三．C/A码是民用码，也叫粗码；P码是军用码，也叫做精码一．卫星载波信号与调制1. GPS信号的组成基准频率10.23 MHZ C/A码1.023MHZ P码10.23 MHZ L2 1227.60

MHZ L1 1575.42 MHZ P码10.23 MHZ 数据码D码50 BPS 数据码D码50 BPS 154 120 ÷204600 ÷10 GPS卫星信号示意图Global Positioning System 22 4.4 GPS 一．卫星载波信号与调制2. 两个载波频率①L1载波：频率1575.42MHz，波长19.03cm ②L2载波：频率1227.60MHz，波长24.42cm ③目的：使用两个载波频率发射是为了对电离层延迟进行双频改正Global Positioning System 23 4.4 GPS 一．卫星载波信号与调制2. 调制①调幅：载波振幅随调制信号的变化而变化②调频：载波频率随调制信号的变化而变化③调相：载波相位随调制信号的变化而变化GPS卫星的伪随机码是利用调相技术调制到载波上的（与+1相乘，相位不变；与-1相乘，相位改变180度）Global Positioning System 24 4.4 GPS 一．卫星载波信号与调制2. 调制GPS卫星天线发射的信号，是将导航电文经过两级调制后的信号。一级调制是将低频D码分别调制高频C/A码和P码，实现导航电文的伪随机码扩频；二级调制是将一级调制的组合码再分别调制在两个载波频率上。Global Positioning System 25 4.4 GPS 二．卫星信号的解调重建载波由于在GPS信号中已用二进制相位调制的方法在载波上调制了测距码和导航电文，因此接收到的卫星信号的相位已不再连续。所以在进行载波相位测量前，首先要进行解调工作，设法将调制在载波上的测距码和导航电文去掉，重新恢复载波。这一工作称为重建载波。Global Positioning System 26 4.5 GPS 一．导航电文及其格式1. 定义①所谓导航电文，是指包含导航信息的数据码。②导航信息指的是：卫星星历、卫星工作状态、卫星历书、时间系统、星钟改正参数、轨道摄动改正参数、大气折射改正参数、遥测码以及由C/A码确定P码的交换码等。

③它是用户利用GPS进行导航定位的数据基础Global Positioning System 27 4.5 GPS 一．导航电文及其格式 2. 格式①导航电文是二进制编码文件，按规定格式组成数据侦，按侦向外播发。每侦电文1500bit，播送速度为每秒50bit，所以，一侦电文的传播时间是30秒。②每侦电文含有5个子侦，每个子侦含有5个字，每个字为30bit；所以每一子侦共含300bit，按上述比特率50bit/s速度播发，每幅子侦需播发6s。Global Positioning System 28 4.5 GPS 二．导航电文内容1. 遥测字①各子侦的第一个字，作为捕获导航电文的前导②作用：协助用户快速解译导航电文，判定卫星可用与否Global Positioning System 29 4.5 GPS 二．导航电文内容2. 交接字①各子侦的第二个字。向用户提供用于捕

获P 码的Z计数②作用：快速捕获到P码Global Positioning System 30 4.5 GPS 二．导航电文内容3. 第一数据块①WN——卫星时间计数器②调制码标识③URA——卫星测距精度④表示导航数据是否正常⑤TGD——电离层延迟改正参数⑥AODC——时钟数据龄期⑦toc——卫星时钟参数对应的参考时刻⑧卫星钟改正参数Global Positioning System 31 4.5 GPS 二．导航电文内容4. 第二数据块（核心部分，卫星星历）①开普勒六参数②轨道摄动九参数③时间两参数数据块包含了计算卫星运行位置的信息，GPS 接收机根据这些参数可以进行实时的导航定位计算Global Positioning System 32 4.5 GPS 二．导航电文内容5. 第三数据块（历书数据）①1-24颗卫星的历书（概略星历）②卫星健康状况和GPS星期编号③识别符④25-32颗卫星的历书⑤反电子欺骗的特征符⑥电离层延时改正模型Global Positioning System 33 4.6 GPS 一．GPS接收机的分类1. 定义GPS 接收机是能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的卫星信号接收设备。Global Positioning System 34 4.6 GPS 一．GPS接收机的分类2. 接收机的分类①按用途分类：测地型、导航型、授时型②按所用载波频率多少分类：单频、双频③按接收机通道数分类：多通道接收机、序贯通道接收机、多路多用通道接收机④按工作原理分类：码相关型接收机、平方型接收机、混合型接收机Global Positioning System 35 4.6 GPS 一．GPS接收机的分类 3. 接收机通道①定义：跟踪、处理、量测卫星信号的部件；（一个时刻一颗卫星一个频率）②组成：是软硬件的结合体；③作用：主要用来跟踪、处理和量测卫星信号，获取工作所需的数据和信息。④分类：–按跟踪方式：序贯通道、多路复用通道、多通道–按工作原理：码相关型通道、平方型通道、码相位型通道Global Positioning System 36 4.6 GPS 二．GPS接收机的组成及工作原理1. 组成①天线单元–带前置放大器（卫星信号十分微弱，需放大）–接收天线（有单极、微带、锥形，常用微带）②接收单元–信号通道（跟踪、处理、量测卫星信号）–存储器（记录观测资料）–微处理器（计算、管理、控制、自检核）–输入输出设备（输入命令、设置参数；显示工作状态）–电源（为接收机供电）Global Positioning System 37 4.6 GPS 二．GPS接收机的组成及工作原理2. GPS接收机天线①天线与前置放大器应密封为一体，以保障其正常工作，减少信号损失②能接收到天空任何方向的卫星信号③应有防护与屏蔽多路径效应的措施④保持天线相位中心高度稳定，并与其几何中心尽量一致Global Positioning System 38 4.6 GPS 二．GPS接收机的组成及工作原理3. GPS接收机信号通道①平方型通道–优点：无须掌握测距码的结构便能获得载波信号–缺点：完全消除了信号的测距码和数据码，无法解译出导航电文Global Positioning System 39 4.6 GPS 二．GPS接收机的组成及工作原理3. GPS接收机信号通道②码相位型通道–优点：无须知道伪噪声码的结构即可进行C/A码和P码的测量，对非特许用户有很大的好处–缺点：需另外提供GPS星历，用以测后数据处理Global Positioning System 40 4.6 GPS 二．GPS接收机的组成及工作原理3. GPS接收机信号通道③相关型通道–优点：可以从伪噪声码中提取导航电文，实现实时定位，并且具有良好的信噪比–缺点：要求用户掌握伪噪声码的结构，以便接收机产生复制码信号Global Positioning System 41 4.6 GPS 三．几种常见的GPS接收机1. Ashtech系列GPS接收机（阿斯泰克）①国家：美国②公司：麦哲伦公司Global Positioning System 42 4.6 GPS 三．几种常见的GPS接收机2. Trimble系列GPS接收机（天宝）①国家：美国②公司：天宝导航公司Global Positioning System 43 4.6 GPS 三．几种常见的GPS接收机3. THALES系列GPS接收机（泰雷兹）①国家：法国②公司：THALES导航定位公司Global Positioning System 44 4.6 GPS 三．几种常见的GPS接收机4. Leica Wild GPS接收机（徕卡）①国家：瑞士②公司：Leica公司Global Positioning System 45 4.6 GPS 三．几种常见的GPS接收机5. SOKKIA GPS接收机（索佳）①国家：日本②公司：日本株式会社索佳Global Positioning System 46 一．GPS卫星播发的信号