GPS测量原理及其应用复习资料

GPS测量原理及其应用

第一章绪论

一：全球导航卫星系统GNSS

美国的GPS系统，俄罗斯的GLONASS系统，欧盟的伽利略（GALILEO）系统和中国的北斗二号卫星导航定位系统。

二：GPS系统组成合各部分的作用

包括三大部分：空间部分——GPS卫星星座；地面控制部分——地面监控系统；用户设备部分——GPS信号接收机。

GPS工作卫星及其星座的作用：

1)提供星历和时间信息

2)发射伪距和载表信息，提供其他辅助信息

地面监控系统的作用：

1)监测卫星是否正常工作

2)跟踪计算卫星的轨道参数并发送给卫星

3)保持各颗卫星时间同步

GPS接收机的作用：

接受GPS卫星发射的无线电信号，获得必要的信息并经数据处理完成定位工作。

三：GPS系统的特点

定位精度高；观测时间段；测站间无需通视；可提供三维坐标；操作简便；全天候作业；功能多、应用广

第二章坐标系统和时间系统

各时间系统的应用

1)恒星时：以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所定义的时间系统为恒星时系统。恒星时在天文学中有着广泛的应用。2）平太阳时MT：以平太阳为参考点，由平太阳的周日视运动所定义的时间系统为平太阳时系统，平太阳时与日常生活中使用的时间系统是一致的。

3）世界时UT：以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时定义为世界时UT，用于天球坐标系与地球坐标系之间的转换计算。4）原子时：这一时间尺度被广泛用于动力学作为时间单位。5）协调世界时：既保持时间尺度的均匀性，又能近似地反映地球自转的变化。

第三章卫星运动基础及GPS卫星星历

一：人造卫星所受的作用力有地球对卫星的引力，太阳、月亮对卫星的引力，大气阻力，太阳光压，地球潮汐力等。二体问题是忽略所有的摄动力，仅考虑地球质心引力研究卫星相对于地球的运动，在天体力学中，称之为二体运动。

二：GPS卫星星历分为预报星历和后处理星历。

三：GPS卫星广播星历预报参数(p40)

第四章GPS卫星的导航电文和卫星信号

一：GPS卫星的导航电文（简称卫星电文）

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

获P码的信息。

二：遥测码，转换码第一数据快，第二数据块，第三数据块主要应用及内容

遥测码位于各子帧的开头，它用来表明卫星注入数据状态；

转换码位于每个子帧的第二个字码，其作用是提供帮助用户从捕获的C/A码转换到捕获P码的Z计数；

第一数据块位于第1子帧的第3~10字码，它的主要内容包括：①标识码，时延差改正②星期序号③卫星的健康状况④数据龄期⑤卫星时钟改正系数等；

第二数据块包含第2和第3子帧，其内容表示GPS卫星的星历，这些数据位用户提供了有关计算卫星运动位置的信息；

第三数据块包括第4和第5两个子帧，其内容包括了所有GPS卫星的历书数据。

三：GPS卫星信号

GPS卫星信号是GPS卫星向广大用户发送的用于导航定位的调制波，它包含有：载波、测距码和数据码。时钟基本频率为10.23MHz。L1载波1575.42MHz、波长19.032cm；L2载波1227.6MHz、波长24.42cm。GPS卫星的测距码和数据码是采用调相技术调制到载波上的。

四：GPS接收机的分类及组成

1)按接收机的用途分类

①导航型接收机②测地型接收机③授时型接收机

2)按接收机的载波频率分类

①单频接收机②双频接收机

接收机主要由GPS接收机天线单元，GPS接收机主机单元和电源三部分组成。

GPS接收机天线有下列几种类型：①单板天线②四螺旋形天线③微带天线④锥形天线

第五章GPS卫星定位基本原理

一：整周跳变的修复

周跳：如果在跟踪卫星过程中，由于某些原因，如卫星信号被障碍物挡住而暂时中断，或受无线电信号干扰造成失锁。这样，计数器无法连续计数。因此，当信号重新被跟踪后，整周计数就不正确，但是不到一个整周的相位观测值仍是正确的。这种现象称为周跳。

整周跳变的探测与修复:是指探测出在何时发生了周跳并求出丢失的整周跳,对中断后的整周记数进行改正,将其恢复为正确的计数,使这部分观测值仍可使用。

二：GPS绝对定位和相对定位

静态绝对定位：接收机天线处于静止状态下，确定观测站坐标的方法称为静态绝对定位。

相对定位是用两台接收机分别安置在基线的两端，同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点的相对位置或基线向量。

三：观测值的线性组合

常用的求一次差是在接收机间求一次差，常用的求二次差是在接收机间求一次差后再在卫星间求二次差，常用的求三次差是在接收机、卫星和历元之间求三次差。

四：差分GPS定位原理

原理：根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时地将这一改正数发送过去。用户接收机在进行GPS观测的同时，也接受到基准站的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。

单站差分按基准站发送的信息方式来分，可分为位置差分、伪距差分和载波相位差分三种。

位置差分原理和伪距差分的原理（略）

五：GPS差分系统（LADGPS）

局部区域GPS差分系统：在局部区域中应用差分GPS技术，应该在区域中布设一个差分GPS网，该网由若干个差分GPS基准站组成，通常还包含一个或数个监控站。

广域差分的概念：广域差分GPS的基本思想是对GPS观测值的误差源加以区分，并单独对每一种误差源分别加以“模型化”，然后将计算出的每一误差源的数值，通过数据链传输给用户，以对用户GPS定位的误差加以改正，达到削弱这些误差源，改善用户GPS定位精度的目的。

第六章GPS卫星导航

GPS动态定位方法：单点动态定位，实时差分动态定位，后