GPS技术测量总结

GPS定为特点：

1. 定位精度高

2. 观测时间短

3. 测站间无需通视

4. 仪器操作简便

5. 全天候作业

6. 提供三维坐标

7. 可全球布网

8. 应用广泛

GPS定位的坐标系统与时间系统

子情境1 坐标系统的类型

由GPS定位的基本原理可知，GPS定位是以GPS卫星为动态已知点，根据GPS接收机观测的星站距离来确定接收机或测站的位置的。GPS定位中所采用的坐标系比较复杂。便于读者学习掌握，可将GPS定位中所采用的坐标进行如下分类：

1. 空固坐标系与地固坐标系

2. 地心坐标系与参心坐标系

3. 空间直角坐标系、球面坐标系、大地坐标系及平面直角坐标系

4. 国家统一坐标系与地方独立坐标系

子情境2 天球坐标系

一、天球的概念

天轴与天极：地球自转的延伸直线为天轴，天轴与天球面的交点称为天极，交点Pn为北天极，位于北极星附近，Ps为南天极。位于地球北半球的观测者，因地球遮挡不能看到南天极。

天球赤道面与天球赤道：通过地球质心M且垂直于天轴发的平面称为天球赤道面，与地球赤道面重合。天球赤道面与天球面的交线称为天球赤道。

天球子午面与天球子午圈：包含天轴的平面称为天球子午面，与地球子午面重合。天球子午面与天球的交线为一大圆，称为天球子午圈。天球子午圈被天轴截成的两个半圆称为时圈。

子情境3 协议地球坐标系

一、地球的形状和大小

1. 水准面也称重力等位面，就是重力位相等的曲面。重力位是引力位与离心力位之

和。

水准面有以下特征：

1. 因重力位是由点位唯一确定的，因此，在同一点上不可能出现两个以上的重力位

值，故水准面不相交、不相切。

2. 水准面是连续的，不间断的封闭曲面。

3. 水准面是光滑的、无棱角的曲面。

4. 重力位的数值不仅取决于地球总质量M和被吸引点的位置，而且还取决于地球

内部物质分布地面起伏。由于地球内部物质分布不均及地面起伏的不规则性，据顶了水准是不规则曲面。

5. 将物体沿水准面移动时，重力不做功，故水准面与重力线即铅垂线正交。

6. 两水准线面间不平行。

2. 大地水准面：

如前所述，水准面有无穷多个，其中通过平均海水面的水准面称为大地水准面。由于大地水准面所包围的形体称为大地体。因为大地水准面是水准面之一，故大地水准面具有水准面的所有特性。

卫星运动与GPS卫星的坐标计算

子情境2 卫星的受摄运动

一、卫星运动的摄动力

1. 地球体的非球性及其质量分布不均匀而引起的作用力，即地球的非中心引力FDC

2. 太阳的引力Fs和月球的引力Fn。

3. 太阳的直接与间接辐射压力Fr。

4. 大气的阻力Fa。

5. 地球潮汐的作用力。

6. 磁力等。

子情境3 GPS卫星的测量距码信号

一、GPS卫星信号概述

GPS卫星信号时GPS卫星向广大用户所发播的用于导航定位的调制波，它包含

载波信号、P码（或Y码）、C/A码和数据（或称D码）等多种信号分量，其中

的P码和C/A码，统称为测距码。主要考虑了以下4个方面的要求：

1. 适应多用户系统的要求

2. 满足实时定位的要求

3. 满足高精度定位的要求

4. 满足军事保密的要求

GPS卫星信号的构成

在无线电通信技术中，为了有效地传播信息，一般均将频率较高的载波上，

而这时频率较低的信号称为调制信号。

子情境4 GPS违心的导航电文

导航电文机器格式

GPS卫星的导航电文使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、卫星工作状态信息以及C/A码转换到捕捉P

码的信息。

导航电文的内容

1. 遥测码

2. 转换码

3. 数据块I

4. 数据块II

5. 数据块III

GPS定位原理

GPS 定位的方法与观测量

由于卫星信号好友多种定位信息，根据不同的要求和方法，可获得不同的观测

量：

1. 测量码伪距观测量

2. 测相伪距观测量

3. 多普勒积分计数伪距差

4. 干涉法测量时间延迟

子情境3 动态绝对定位原理

GPS绝对定位又称单点定位，即以GPS卫星和用户接收机之间的距离观测

值为基础，并根据卫星星历确定的卫星瞬时坐标，直接确定用户接收机天线在

WGS-84坐标系中相对于坐标原点的绝对位置。

相对定位原理

基本观测量及其线性组合

1. 单差：可在不同卫星间、不同历元间求差或者不同观测站求取观测量之差，

所得求差结果当作虚拟观测值。

2. 双差：对单差观测值继续求差，所得求差结果仍可以当作虚拟观测值。

3. 三差：对双差观测值继续求差。

动态相对定位

1. 测码伪距动态相对定位

2. 关于测相伪距动态相对定位

差分定位

差分GPS定位技术，就是将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测，其

坐标是已知的。另一台接收机安置在运动的载体上，载体在运动过程中，其上

的GPS接收机与基准站上的接收机同步观测GPS卫星，以实时确定载体在每

个观测历元的瞬时位置。

网络RTK

多基准站RTK技术也称网络RTK技术，是普通RTK方法的改进。

多基准站RTK系统基本构成，若干个连续运行的GPS基准站、计算中心、

数据发布中心、用户站。

广域差分

广域差分GPS的基本思想时候对GPS观测的误差源加以区分，并单独对

每一种误差源分别加以模型化，然后将计算出的每种误差源的数值，通过数据

链传输给用户，以对用户GPS定位的误差加以改正，达到消弱这些误差源，

改善用户GPS定位精度的目的。

LEICA RTK 接收机的安置

1. 参考站接收机的连接于安置

2. 流动站接收机的连接与安置

建立坐标系统

GPS接收机测量的坐标为WGS-84坐标，而需要的坐标为地方平面坐标，因此，必须建立一个转换关系，即建立一个坐标系，把GPS坐标转换成所需的坐标。

GPS定位的误差分类

影响观测量精度的来源

1. 与GPS卫星有关的误差

2. 与信号传播有关的误差

3. 与接收设备有关的误差

一般根据系统误差产生的原因而采取不同的措施。其中包括：

1. 引入相应的未知参数，在数据处理中与其他参数一并解算

2. 建立系统误差模型，对观测量加以改正

3. 将不同观测站对相同的卫星的同步观测只求差，以减弱或消除系统误差的影响

4. 简单的忽略某些系统误差的影响

卫星轨道的偏差

1. 忽略轨道误差

2. 采用轨道改进法处理观测数据

3. 同步观测值求差

总 结

GPS测量概论：GPS的组成概况、GPS的重大发展、其他卫星定位系统

GPS定位的坐标系统与时间系统：坐标系统的类型、天球坐标系、协议地球坐标系、大地测量基准及转换、时间系统。

卫星运动与GPS卫星的坐标计算：卫星的无摄及受摄运动、卫星的星历及坐标计算 电磁波的传播与GPS卫星的信号：大气层对电磁波的传播的影响、GPS卫星的测距码信号、GPS卫星的导航电文

GPS定位原理：观测方程及线性化、静态与动态的定位原理、相对定位原理、差分定位 GPs误差分析：GPS定位的误差分类、与卫星及卫星信号的传播及接收设备的有关的误差

GPS施测与数据处理：GPS网的技术设计、GPS网的选点与标石埋设、静态GPS接收机

GPS测量技术的应用：GPS在大地测量机控制测量、工程测量、变形检测、地形测量及其他方面的应用

 

第二篇：GPS控制测量技术总结

一、实习目的

通过实习进一步深入了解GPS原理以及在测绘中的应用,巩固课堂所学的知识. 熟练掌握GPS静态定位的外业观测、基线解算、GPS网平差的技术方法。其目的是通过实验环节使学生掌握GPS卫星定位技术的基本原理、GPS接收机的基本操作知识，能够利用GPS接收机进行实际作业，并能够比较熟练地运用随机软件和控制网平差软件进行GPS测量数据的处理与分析。

二、测区概况

此次测区为广西师范学院和广西中医学院周围，测区控制范围大致位于东经108°18′44″-108°18′57″，北纬22°50′14″-22°50′44″之间，面积约为96KM2。

三、坐标系的选择

测区平均高程85m，中央子午线精度为117°，测区投影分带为6°带的第20带，3°带的第39带。GPS网的平面坐标系统选用54北京坐标系，高程采用85黄海国家高程基准。

四、仪器设备和软件

GPS控制测量使用灵锐S82 gps接收机（双频接收机）和北极星9600GPS（单频接收机）测量，为12通道单頻接收机，其静态相对定位精度为：

静态基线 ±（5mm +1ppmD）

高 程 ±（10mm+2ppmD）

Smart-3100IS型GPS测量系统配备有Planning星历预报软件（可预报30天内测区各测点一天24小时的卫星分布状况及健康状况）、Spectrum Survey 后处理解算软件（包含数据传输、基线向量处理、GPS网平差软件、多种GPS数据格式转换等功能），完全能满足GPS控制测量数据处理的要求。

GPS实测和数据处理时采用的其它设备移动电话、计算机和必要的交通工具等。

五、五等（或E级）GPS网的设计和观测

1．GPS布网

充分利用GPS测量的优点，实测GPS控制点45个，其中已知点2个，未知点3个，组成同步环11 个，形异步环4 个。独立基线54条，其中必要基线44条，多余基线10条，平均重复设站数为1.7/站。多于《规范》规定的1.6/站。

2．GPS观测

在实际外业观测过程中,使用7台Smart-3100IS型GPS接收机,同时在三个GPS点上进行观测, 有效观测卫星数≥7颗, 时段长度≥60分钟,如果有的点不搬站, 则不关机，以保证尽可能长的时段长度。

丈量天线高度, 均从天线的三面丈量三次, 在三次较差不大于3mm时,取平均值为最后结果。结束观测时, 再丈量一次天线高, 以作校核。

在观测过程中, 自始至终有人值守, 并经常检查有效卫星的历元数是否符合要求,否则及时通知其它两台仪器, 延长时段时间, 以保证观测精度。

实际上在观测过程中，Smart-3100IS型GPS接收机电量充足，接收信号稳定，卫星数大都保持在7-8颗，有时高达10颗以上，为后面的平差处理之顺利进行打下了良好的基础。

六、外业数据处理及检核

1.外业数据处理

外业观测后及时输入计算机, 并进行外业数据的检查。根据自动处理基线向量的结果，检查基线向量方差比(Ratio)、中误差(rms)以及天线高等, 方差比＞2 ,中误差＜20mm,参与解算的向量均符合要求。

2.外业观测质量的检核

根据《GPS规范》要求，各级GPS基线精度计算公式如下

σ=

按D级控制网精度要求，取 a≤10mm b≤10ppm D=4.65Km（平均基线边长）代入上式，经计算得：

σ=47.60mm

(1) 同步环检验

根据《GPS规程》要求，其坐标分量应分别≤6ppm(1/166666)；全长闭合差应≤10ppm(1/100000)。经检核全长闭合差最大为3.50 ppm(1/285650)(同步环2)，最小为0.10 ppm(1/9847169) (同步环20), 均符合要求。请参见附表1(同步环.txt）。

(2)异步环检验

坐标分量闭合差 Wx=Wy=Wz≤±3 σ

n=3 Wx=Wy=Wz≤±247.3mm

n=4 Wx=Wy=Wz≤±285.6mm

n=5 Wx=Wy=Wz≤±319.3m

异步环全长闭合差: W≤±3σ

n=3 W≤±428.4mm

n=4 W≤±494.7mm

n=5 W≤±553.1mm

抽取独立基线异步闭合环8个,经检查其4条基线全长闭合差最大为407mm，最小为16mm，远小于规定的494.7mm,符合要求。结果参见附表2（异步环.txt）。

七.平差计算

基线处理成功后，即可进入软件的网平差界面，进行WGS-84坐标系下的自由网平差及三维约束网平差。

1.GPS点WGS-84坐标系自由网平差

(1)GPS点WGS-84坐标系坐标平差及精度

按《GPS规程》规定，基线向量的改正数:

Vx=Vy=Vz≤3σ=142.8mm

实测基线178条，经检查最大的基线向量改正数为122mm，完全符合规程要求。参见附表84Free.prt。

基线的相对精度最高为1/164.9069万;最低为1/10.2530万(超短基线)。

(2)GPS点WGS-84坐标系大地坐标及其精度

WGS-84坐标的点位中误差最小为5.9mm;最大为8.7mm。结果参见附表543DLock.prt。

2.GPS点54系三维约束平差

以大鼓堆（3等点）和婆山岭（1等点）为平面及高程已知点，周建材厂的高程已知数据，进行三维强制约束平差。

（注：大鼓堆（3等点）和婆山岭（1等点）为不同级别的国家大地等级点，原则上是不能作为起算数据引入GPS网来推求其他未知点的数据的。但鉴于测区只有此两已知大地点，且此前有关测量单位提交的GPS控制测量成果也是以该两点为起算数据进行平差计算的。为保证成果的一致性，经过对“周建材厂”及“锅底山”（均为GPS D 级四等点）的校核，点位附和良好。）

经平差得到结果如下:

边长中误差最大为5mm，最小为2.1mm。边长的相对精度最高为1/318万；最低为1/20万，远高于规定1/5万的精度。边长及精度分别参见附表。

GPS点54坐标的点位中误差最小为±5.3mm；最大为±2mm；GPS点54坐标及点位中

误差和误差椭圆参数参见附表。

4.GPS网高程平差

由于测区已知水准高程较少(只有已知平面点所提供的4个),且精度不一,给GPS水准高程测量的应用带来了限制。鉴于此，本次计算采用软件提供一次多项式高程拟和法来推求位置点高程点数据。具体步骤为：三维约束“大鼓山”和“婆山岭”，再约束“周建材厂”之水准高程，以“锅底山”的已知高程作为校核，结果相差-0.016m. 由于缺乏测区内的重力异常数据，加上过少的已知数据，所得高程值仅供参考。

七. 应提交的资料有：

1、GPS控制点点之记、成果表及网图。

2、平差计算报告。

3、GPS观测手簿。

4、技术总结分。

5、质量检查报告份。

八、附成果图表

附表1 同步环组成及其闭合差（同步环.txt

）

附表2 异步环组成及其闭合差（异步环.txt）

附表3 WGS-84坐标系自由网平差报告（84Free.prt）

附表4 北京54坐标系约束网平差报告（543DLock.prt）

附表5 测区布点及网图（bmp文件）