GPS考试考点

卫星钟差
• 定义 – 卫星钟的钟差包括由钟差、频偏、频漂等产生的误差，也包含钟 的随机误差。 • 应对方法 – 钟差改正多项式
ts a0 a1 ts toc a2 ts toc
2
其中a0为ts时刻的时钟偏差，a1为钟的频偏，a2为频漂。 – 可以通过相对定位进一步消除 – 采用IGS提供的精密钟差（精度可达0.1ns） – 在某些场合直接忽略卫星钟差
• 同步环闭合差
– 三边同步环闭合差应满足：
3 W x 5 3 W y 5 3 W z 5
• GPS基线解算 • 定义
– 利用多个测站的GPS同步观测数据，确定这些 测站之间坐标差的过程
• 双差观测值模型
实时载波相位差分定位（Real Time Kinematic）
• 系统构成 – GPS接收设备 – 数据传输系统 – 软件系统 • 基本思想 – 基准站：在基准站上安置一台GPS接收机，将所有可见卫星的观 测数据和站坐标通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。 – 流动站：用户站在接收GPS卫星信号的同时，还通过无线电接收 设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对的原理，实时 地计算并显示用户站的3维坐标及其精度。
GPS时间系统
• 时间基准：原子时AT1秒长 • 时间起算原点：定义在1980.1.6 UTC 0时。启动后不跳 秒，保持时间的连续。 • GPS时与协调时在1980年1月6日0时相一致。随着时间的 积累，GPS时与UTC时的整秒差以及秒以下的差异通过 时间服务部门定期公布。 • GPS时与AT1时在任一瞬间均有一常量偏差：
星历误差对定位精度的影响
• 星历误差对单点定位的影响 – 星历误差对单点定位的影响主要取决于卫星到接收机 的距离以及GPS卫星与接收机构成的几何图形。广播 星历误差对测站坐标的影响一般可达数米至数十米。 b 1 1 s • 星历误差对相对定位的影响 ~ b 4 10 取 2.5 104 km，则广播星历对相对定位的影响为107 级。
• L1 • L2
– 测距码（Ranging Code）
• C/A码（目前只被调制在L1上） • P(Y)码（被分别调制在L1和L2上）
– 卫星（导航）电文（Message）
卫星（导航）电文
• 定义
– 向用户播发的一组反映卫星在空间的位置、卫 星的工作状态、卫星钟的修正参数、电离层延 迟修正参数等重要数据的二进制代码，也称为 数据码（D码）。
• 什么是相对论效应
– 由于卫星和接收机所在的位置的地球引力位不 同，以及卫星和接收机在惯性空间中的运动速 度不同，导致卫星钟的频率产生变化。
• 影响： • 在狭义相对论效应和广义相对论效应的共 同作用下，卫星上钟频率相对于其在地面 上时总的变化量为：
f f1 f2 4.449 1010 f
真近点角的计算
1 es fs Es tan tan 1 es 2 2
轨道坐标系转换为天球坐标系
• 第一步：绕X’轴顺转角度i，以使Z’轴和Z轴重合 • 第二步：绕Z轴顺转角度Ω ，以使X’轴和X轴重合
x x0 y R R i y 1 0 3 z z0
外业数据质量检核
• 数据删除率 – 同一时段观测值的数据剔除率，其值宜小于10% • 复测基线的长度差 – B级基线外业预处理和C级以下各级GPS网基线处理， 复测基线的长度较差ds，两两比较应满足下式的规定：
ds 2 2
–
其中 为相应级别所规定的精度（按平均边长计算）
外业数据质量检核
IAT GPST 19 s
无摄卫星轨道的描述
• 开普勒轨道参数
– as：轨道椭圆的长半径 – es：轨道椭圆的偏心率 – fs ：真近点角 – i ：轨道面的倾角 – Ω：升交点的赤经 – ωs：近地点角距
as cos Es r cos f s as es a cos f s s cos Es es r cos Es es cos f s 1 e cos E s s 2 1 e s sin Es sin f s 1 e cos E s s
命名规则
• 8个字符长度主文件名+3个字符长度扩展名
观测文件
导航文件 – – – –
ssssdddf.yyO
ssssdddf.yyN
ssss: 4字符长度的测站代号； ddd: 年积日； f : 一天内的文件序号，也称时段号； yy : 年份
绝对定位
• 定义 – 单独利用一台接收机确定待定点在地固坐标系 中绝对位置的方法
cos sin 0 R3 sin cos 0 0 1 0 0 0 1 R1 i 0 cos i sin i 0 sin i cos i
天球坐标系转换至地球坐标系
• 起始子午面与过春分点的子午面的夹角实质为春分点的格 林尼治恒星时GAST。将瞬时天球坐标系绕Z轴逆转角度 GAST，即与瞬时地球坐标系重合。
–相对定位 • 定义 – 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。
差分GPS的基本原理
• 差分GPS的基本原理
– 利用基准站（设在坐标精确已知的点上）测定 具有空间相关性的误差或其对测量定位结果的 影响，供流动站改正其观测值或定位结果
差分GPS的分类
• 根据时效性 – 实时差分 – 事后差分 • 根据观测值类型 – 伪距差分 – 载波相位差分 • 根据差分改正数 – 位置差分（坐标差分） – 距离差分 • 根据工作原理和差分模型 – 局域差分（LADGPS – Local Area DGPS） • 单基准站差分 • 多基准站差分 – 广域差分（WADGPS – Wide Area DGPS）
区别
星历类型 预报星历 后处理星 历 获取方法 由导航电文 实时地得到 事后由第三 方提供 精度 低 高 时间间 隔 2h 15min 卫星位置计算 方法 用轨道参数来 计算 插值
GPS卫星星历的分类 预报星历（广播星历） 后处理星历（精密星历）
GPS卫星的信号结构
• GPS卫星信号的组成部分
– 载波（Carrier）
X x Y R GAST y 3 Z z
cos GAST sin GAST 0 R3 GAST sin GAST cos GAST 0 0 0 1
• 应对方法
– 正确的对中整平 – 采用强制对中装置（变形监测时）
GPS网设计的内容
• 网的精度设计 • 网的密度设计 • 基准设计 – 起算条件、数量及分布 • 网形设计 – 同步观测图形的设置 • 观测设计 – 仪器要求 – 观测要求 – 观测时间及时段长度、观测参数设置等 – 作业调度 • 处理设计 – 数据处理方法
接收机天线相位中心变化的改正
• 定义
– GPS测量是以接收机天线的相位中心位置为准 的，天线的相位中心与其几何中心在理论上应 保持一致。然而，天线的相位中心实际上是随 信号输入的强度和方向不同而变化的，即观测 时相位中心的瞬时位置（一般称相位中心）与 理论上的相位中心将不一致，这种偏差称为天 线相位中心位置偏差。
接收机天线相位中心变化的改正
• 应对方法
– 使用相同类型的天线并进行天线定向（限于相 对定位） – 模型改正

接收机钟差
• 定义
– GPS接收机一般采用石英钟，接收机钟与理想 的GPS时之间存在的偏差和漂移。
• 应对方法
– 作为未知数处理 – 相对定位
接收机的位置误差
• 定义
– 接收机天线的相位中心相对测站标石中心位置 的偏差。