土木工程测量课件第七章 全球定位系统(GPS)定位原理与应用
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GPS原理与应用课件资料
三、GPS测量误差来源
1 与卫星有关的误差：
（1）卫星钟差 （2）卫星星历误差 （3）地球自转影响 （4）相对论效应影响
2 信号传播误差：
（1）电离层折射影响
（2）对流层折射影响
（3）多路径效应
3 观测误差和接收设备误差：
（1）观测误差 （2）接收机钟差 （3）天线相位中心偏差
Chapter 5 GPS定位的基本原理和方法
一、坐标系统
1 天球坐标系：
（1）章动、岁差 （2）三种天球坐标系：瞬时真天球坐标系、瞬时平天球坐标系、 协议天球坐标系
2 地球坐标系：
（1）极移
（2）两种地球坐标系：瞬时地球坐标系、协议地球坐标系
3 协议地球坐标系
（1）CTS-84坐标系
（2）WGS-84坐标系
二、卫星大地测量中的时间系统
1 世界时（UT）
静态定位、动态定位
绝对定位、相对定位 测距码定位、载波相位定位 一、测距码伪距单点定位
1 原理：由卫星发射的测距码到观测站的传播时间（时间延迟）乘以
光速所得到的量测距离。
ρ= c.Δt
2 瞬时绝对定位精度 3 精度因子 DOP：PDOP、VDOP、HDOP、TDOP、GDOP
二、载波相位测量
1 瞬时载波相位差
2 原子时（AT）
3 协调世界时（UTC） 4 力学时（TD） 5 GPS时间（GPST）
三、卫星运动
卫星运动状态：受地球、太阳、月球对卫星的引力， 太阳光压、地球潮汐力等影响。 卫星受到的作用力： 1 地球质心引力（中心力）------无摄运动、无摄轨道 2 摄动力（非中心力）------有摄运动、有摄轨道
Chapter 3 GPS定位系统信号和接收机 的基本工作原理
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6
二.GPS系统介绍
GPS定位系统的概述
• 什么是全球定位系统 – 全球定位系统 GPS 的英文全称是 NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Position System（导航星测时与测距全球定位系 统），简称 GPS 有时也被称作NAVSTAR GPS。根据Wooden 1985年 所给出的定义：NAVSTAR全球定位系统（GPS）是一个空基全天侯导 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内获取 在一个通用参照系中的位置、速度和时间信息的要求。
自主研发、独立运行的全球卫星导航系统， 目前仍在组建中， 到2012年发射了第13颗 导航卫星。
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11
二.GPS系统介绍
5. 美国政府的GPS政策
最初， GPS的属于美国国防部，只对军方开放高精度定位服务，民用精度非常 低（400米），后来由于形势的需要，GPS开放为军民共用高精度定位服务，但加
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5
一.概述
4.GPS定位技术的优点和应用
GPS优点：测站间无需通视 • 数学模型简单，且能同时确定点的三维坐
标 • 易于实现全天候观测 • 在长距离上仍能获得高精度的定位结果 目前GPS应用现状： • 绝大部分的控制测量用GPS实现 • RTK测量技术全面普及 • 高智能亚米级手持GPS应用展开 • 前景： • 高精度、智能化、小巧化、网络化。
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4
一.概述
3.GPS 技术的广泛应用。
全球定位系统( Global Positioning System GPS) 是全方位实时三维导航与定位能力 的新一代卫星 导航与定位系统。
工程测量中GPS技术的定位原理及应用
１１ 空 间星座 部 分 ．
空间部分由 ７颗试验卫星和 ２ ４颗 Ｇ Ｓ工作卫星组成 ， Ｐ Ｐ ＧＳ 工作卫星均匀分布在倾角为 ５ ￣ ６个轨道上 ，轨道 高度 约为 ５的 ２ ｌ４ｍ， ｘ ０ｋ 各轨道升 交点的赤经相 差 ６ ￣ 每条轨 道上均匀 分布 ０， 着 ４颗卫星 ， 相邻轨道之间的卫星还要彼此之 间叉 开 ４ ￣ 以保 ０，
证 全 球 均 匀 覆 盖 的 要 求 ， 并在 任 意 时 刻 全球 各 处 都 能 观 测 到 高
３Ｇ Ｓ Ｐ 在工程测量 中的优点
（） １测站之间无需通视 。测站问相互通视一直是测量学的难 题 。Ｇ Ｓ这一特点 ， Ｐ 使得选 点更加灵活方便 ， 这样可节省大量的
造 标 费用 。
距离 Ｄ 即Ｄ ＩＰｌＩ 。ｉ 则可以 Ｓ和 ｓ为焦点， Ｄ为 ， ＝Ｓ ｓ ｉ ｘ Ｉ ≠ｉ 。 以
焦距 绘出 ３组空间 曲面 ， ３个 曲面 的交点即为 Ｐ点的位置 。这种 方式 需要 ３个距离差值 ，至少需要观测 ４个 以上 的 Ｇ Ｓ工作卫 Ｐ 星， 才能完成定位工作 。
１ 地 面监控 部 分 ． ２
地面监控 系统 由 １个主控站 、 ３个注入站 和 ５个监测 站组
成。
明， ５ ｋ 在＜ ０ ｍ的基线上 ， 其相对定位精度可达 １￣ ０ ， ２ １４ 而在 １０ ０
５ ０ ｍ的基线 上可达 １ １４ ０ｋ ０ ～０ 。 （） 测时间短 ， 力消耗少。用 Ｇ Ｓ进行静态相 对定位 ， ３观 人 Ｐ
建材发展导 向 ２ １ 年 ｏ ００ ４月
地质 ・ 察・ 勘 测绘
工程测量 中 Ｇ Ｓ 术 的定位原 理及应 用 Ｐ 技
林 芳
摘 要： 笔者通过多年工作经验， 主要介绍 了 Ｇ Ｓ的组成及 定位 原理， Ｐ 分析了 Ｇ Ｓ Ｐ 在工程测量 中的优 点， 阐述 了 Ｇ Ｓ Ｐ 在工程 测量中 的各个实施步骤 ， 并指 出了应用 Ｇ Ｓ Ｐ 在进行工程测量时应该注 意的事项 ， 以供同行参考。 关键词 ： Ｐ ； Ｇ Ｓ 工程测量； 定位 原理 ； 应用
全球定位系统(GPS)的原理
GPS的基本原理和功能介绍全球定位系统（GPS）是一种用于确定地球上特定位置的卫星导航系统。
它由一系列卫星、地面控制站和GPS接收器组成。
GPS的基本原理是利用卫星之间的距离测量和三角定位的原理来确定接收器的位置。
1.GPS卫星组成和运行原理•GPS系统由一组运行在中轨道上的卫星组成，这些卫星分布在地球的不同位置，以确保全球范围的覆盖。
目前，GPS系统中通常有24颗卫星运行。
•GPS卫星通过精确的轨道控制和时间同步，以稳定的速度绕地球运行。
卫星的运行轨道和位置信息由地面控制站进行监测和调整。
2.GPS接收器的工作原理和定位方法•GPS接收器是用于接收和处理来自卫星的信号的设备。
接收器通过接收多颗卫星发射的信号，并计算信号的传播时间和距离来确定接收器的位置。
•GPS接收器使用三角定位的原理，通过同时接收来自至少三颗卫星的信号来确定接收器的位置。
通过接收更多卫星的信号，精度可以进一步提高。
3.GPS的定位精度和误差来源•GPS定位的精度取决于多种因素，包括卫星的几何分布、接收器的性能、大气条件等。
•可能的误差来源包括信号传播时的大气延迟、卫星钟的不准确、接收器钟的不准确、多径效应等。
这些误差需要进行校正和纠正，以提高定位的精度。
4.GPS在导航、测量和定位应用中的作用•GPS在导航领域是非常重要的，它被广泛应用于航空、航海、汽车导航等。
通过GPS定位，人们可以准确地确定自己的位置并导航到目的地。
•在测量领域，GPS被用于测量地球表面的形状、地壳运动、地震活动等。
它在地理测量、地质勘探等领域发挥着重要作用。
•GPS还被用于定位和追踪移动设备、车辆和人员，例如物流追踪、紧急救援等。
5.GPS技术的发展和未来趋势•GPS技术在过去几十年中取得了巨大的发展，定位精度和覆盖范围不断提高。
现代的GPS接收器可以实现亚米级的定位精度。
•随着技术的进步，GPS系统的性能将进一步改善，包括更多卫星的部署、更高的定位精度、更快的信号更新速度等。
GPS原理与应用绪论ppt课件
1.1.3 GPS全球定位系统的建立 1973年12月，美国国防部批准它的海陆空三
军联合研制新的卫星导航系统：NAVSTAR/GPS。 英文“Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System”，其意为 “卫星测时测距导航/全球定位系统”，简称GPS 系统。该系统是以卫星为基础的无线电导航定位 系统，具有全能性（陆地、海洋、航空和航天）、 全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位 和定时的功能。能为各类用户提供精密的三维坐 标、速度和时间。
本标准适用于已投入商业运行的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ，并增 补指标 。
本标准适用于已投入商业运行的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ，并增 补指标 。
缺点： • 受卫星可见条件和天气的影响 • 费时费力 • 定位精度低 • 不能测得点位的地心坐标 卫星三角测量被卫星多普勒定位取代： 卫星由
空间观测目标——动态已知点 （低级阶段） （高级阶段）
本标准适用于已投入商业运行的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ，并增 补指标 。
（5）手持GPS的应用 GPS设备：测量型和导航型 手持GPS多为导航使用，特点如下： • 体积小，重量轻，携带方便，耗电量小 • 导航画面清晰，功能键齐全 • 导航无须地面设备辅助，型式多样 应用领域： • 在军队领域的应用 • 在旅游及野外考察中的应用
军联合研制新的卫星导航系统：NAVSTAR/GPS。 英文“Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System”，其意为 “卫星测时测距导航/全球定位系统”，简称GPS 系统。该系统是以卫星为基础的无线电导航定位 系统，具有全能性（陆地、海洋、航空和航天）、 全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位 和定时的功能。能为各类用户提供精密的三维坐 标、速度和时间。
本标准适用于已投入商业运行的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ，并增 补指标 。
本标准适用于已投入商业运行的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ，并增 补指标 。
缺点： • 受卫星可见条件和天气的影响 • 费时费力 • 定位精度低 • 不能测得点位的地心坐标 卫星三角测量被卫星多普勒定位取代： 卫星由
空间观测目标——动态已知点 （低级阶段） （高级阶段）
本标准适用于已投入商业运行的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ，并增 补指标 。
（5）手持GPS的应用 GPS设备：测量型和导航型 手持GPS多为导航使用，特点如下： • 体积小，重量轻，携带方便，耗电量小 • 导航画面清晰，功能键齐全 • 导航无须地面设备辅助，型式多样 应用领域： • 在军队领域的应用 • 在旅游及野外考察中的应用
测量学课件：第七章 GPS技术及应用
判断卫星工作状态，启用备用卫星代替失效的卫 星。
2、监控站
是主控站控制下的数据自动采集中心。其主要 作用是对GPS卫星数据和当地的环境数据进行采 集、存储并传送给主控站。站内配备有GPS双频 接收机、高精度原子钟、计算机和若干环境参数 传感器。接收机用来采集GPS卫星数据、监测卫 星工作状况。原子钟提供时间标准。环境参数传 感器则收集当地有关的气象数据。所有数据的数据处理 。
静态定位观测效率高。根据精度要求不同，GPS静态观测时间从数 分钟到数十天不等，从数据采集到数据处理基本上都是自动完 成。而使用传统的测绘技术达到相同的精度则比较困难，而且 往往需要几倍乃至十几倍的观测时间并耗费大量人力物力。
GPS的应用
GPS以其全天候、高精度、 自动化、高效益等显 著特点成功地应用于测绘领域、资源勘察、环境 保护、农林牧渔、运载工具导航和管制、地壳运 动监测、工程变形监测、地球动力学等多种学科。
1、 主控站
它是整个GPS系统的“中枢神经” ，其主要作 用包括：
根据本站和其他监测站的所有观测数据，推算各 卫星的星历、卫星钟差、大气改正等参数，并把 这些数据传送到注入站。
提供全球定位系统的时间基准。校准各监测站和 GPS卫星的原子钟，所得误差编入导航电文再送 到注入站。
甄别偏离轨道的GPS卫星，发出指令使其沿预定 轨道运行。
1994年GPS系统基本建成，成为全球共享的空 间信息资源，是空间信息系统的一个重要组成部 分。从1973年至今，美国政府还在不断的研究 和更新GPS的软硬件设备，累计耗资超过200亿 美元。
GPS的基本特点
全球范围内连续覆盖。由于GPS卫星的数目较多，其空间分布和运 行周期经精心设计，可使地球上（包括水面和空中）任何地点 在任何时候都能观测到至少4颗卫星（这是GPS定位系统获得 解的必要条件）。从而可以保证全球范围的全天候连续三维定 位。
2、监控站
是主控站控制下的数据自动采集中心。其主要 作用是对GPS卫星数据和当地的环境数据进行采 集、存储并传送给主控站。站内配备有GPS双频 接收机、高精度原子钟、计算机和若干环境参数 传感器。接收机用来采集GPS卫星数据、监测卫 星工作状况。原子钟提供时间标准。环境参数传 感器则收集当地有关的气象数据。所有数据的数据处理 。
静态定位观测效率高。根据精度要求不同，GPS静态观测时间从数 分钟到数十天不等，从数据采集到数据处理基本上都是自动完 成。而使用传统的测绘技术达到相同的精度则比较困难，而且 往往需要几倍乃至十几倍的观测时间并耗费大量人力物力。
GPS的应用
GPS以其全天候、高精度、 自动化、高效益等显 著特点成功地应用于测绘领域、资源勘察、环境 保护、农林牧渔、运载工具导航和管制、地壳运 动监测、工程变形监测、地球动力学等多种学科。
1、 主控站
它是整个GPS系统的“中枢神经” ，其主要作 用包括：
根据本站和其他监测站的所有观测数据，推算各 卫星的星历、卫星钟差、大气改正等参数，并把 这些数据传送到注入站。
提供全球定位系统的时间基准。校准各监测站和 GPS卫星的原子钟，所得误差编入导航电文再送 到注入站。
甄别偏离轨道的GPS卫星，发出指令使其沿预定 轨道运行。
1994年GPS系统基本建成，成为全球共享的空 间信息资源，是空间信息系统的一个重要组成部 分。从1973年至今，美国政府还在不断的研究 和更新GPS的软硬件设备，累计耗资超过200亿 美元。
GPS的基本特点
全球范围内连续覆盖。由于GPS卫星的数目较多，其空间分布和运 行周期经精心设计，可使地球上（包括水面和空中）任何地点 在任何时候都能观测到至少4颗卫星（这是GPS定位系统获得 解的必要条件）。从而可以保证全球范围的全天候连续三维定 位。
GPS测量原理和应用PPT培训课件
“伽利略”卫星定位系统将由30颗轨道卫星 组成，卫星的轨道高度为2.4万公里，倾角 为56度，分布在3个轨道面上，每个轨道面 部署9颗工作星和1颗在轨备份星。“伽利略” 将为用户提供误差不超过1米、时间精确的 定位服务。
中国是第一个参与“伽利略”计划的非 欧盟国家，承诺提供2亿欧元的研发经费。
在中国国家遥感中心和欧洲伽利略联 合执行体的共同努力下，中欧已经成功启 动了“伽利略”计划合作11个项目的技术 谈判，项目涵盖“伽利略”系统的空间段、 地面段和应用段等各领域。已经签署合作 协议的7个项目合同总金额超过3000万欧元。 这些项目包括：渔业应用项目、基于位置 服务的标准研究、电离层研究、上行站前 端、搜救转发器、激光后向反射器、中国 伽利略测试认证环境等。
第一章 绪 论
§1-1 GPS发展过程
一、卫星定位技术的发展过程
1957年10月，世界第一颗人造地球卫星的 发射成功，是人类致力于现代科学技术发展的 结晶，它使空间科学技术的发展，迅速跨入一 个崭新的时代。
1958年底，美国海军武器实验室，着手建 立为美国军用舰艇导航服务的卫星系统，即 “海军导航卫星系统”（Navy Navigation Satellite System-NNSS），1964年建成，并在 美国军方启用。
其中，MEO卫星轨道高度21500千米， 轨道倾角55度，均匀分布在3个轨道面上； IGSO卫星轨道高度36000千米，均匀分布在 3个倾斜同步轨道面上，轨道倾角55度，3 颗IGSO卫星星下点轨迹重合，交叉点经度 为东经118度，相位差120度。
北斗卫星导航系统时间基准采用北斗时 （BDT），秒长取为国际单位制SI秒，起算 历元为2006年1月1日0时0分0秒协调世界时 （UTC）。BDT是连续时间，溯源到中国科学 院国家授时中心（NTSC)保持的UTC时间，简 称UTC（NTSC），与UTC之间的闰秒信息在导 航电文中播报。BDT与UTC的偏差保持在100 纳秒以内。
GPS定位技术在土木工程测量中的应用
GPS定位技术在土木工程测量中的应用摘要：GPS定位技术是一种利用卫星信号进行定位的技术，它可以在全球范围内提供高精度的位置信息。
GPS测量技术与传统测量技术还存在较多差异,GPS测量技术能够显著提高工程测量效率和工程测量可靠性，并能减小测量强度，进而使测量工作人员的工作量得到了降低。
在土木工程测量中，GPS定位技术已经得到了广泛的应用。
本文将从GPS定位技术的基本原理、在土木工程测量中的应用、优势以及局限性等方面进行探讨。
关键词：GPS定位技术，土木工程测量，技术探讨前言GPS定位技术是一种利用卫星信号进行定位的技术，它可以在全球范围内提供高精度的位置信息。
在土木工程测量中，GPS定位技术已经得到了广泛的应用。
GPS在土木工程测量中的应用非常广泛。
它可以用于测量建筑物、道路、桥梁、隧道等工程的位置和高程。
此外，GPS还可以用于测量地面的形状和地形，以及进行地质勘探和资源调查等工作。
GPS在土木工程测量中的优势主要体现在以下几个方面：高精度、高效性、全球覆盖、易于操作。
GPS在土木工程测量中的局限性主要体现在以下几个方面：天气影响、遮挡影响、精度限制。
随着科技的不断发展，GPS定位技术在土木工程测量中的应用也在不断拓展。
未来，GPS定位技术将更加智能化、高精度化、多功能化。
同时，GPS定位技术也将与其他技术相结合，如激光测量技术、无人机技术等，共同推动土木工程测量技术的发展。
1GPS定位技术的基本原理GPS定位技术是利用卫星信号进行定位的技术。
GPS系统由24颗卫星组成，这些卫星围绕地球轨道运行，每颗卫星都会向地面发射信号。
接收器接收到这些信号后，可以计算出自己的位置，计算信号传播时间，从而确定接收器与卫星之间的距离。
GPS定位技术的精度取决于接收器的精度和卫星的数量。
通常情况下，使用多个卫星可以提高定位的精度。
比如，通过至少三颗卫星的信号，可以确定接收器的位置。
GPS定位技术的精度受到多种因素的影响，如卫星数量、天气、地形等。
土木工程测量 第2版 第7 章 GNSS测量的原理与方法
按载波频率分类，分为单频、双频接收机。
按接收机通道数分类，分为多通道、序贯通道、多 路多用通道接收机。
§7.3 GNSS时空坐标系
时间基准 空间基准
时间基准
协调世界时和原子时 GPS时间系统（GPST） GLONASS时间系统 Galileo时间系统（GST） 北斗时间系统（The BeiDou Time）
• 2 接收并执行从地面监控部分发射的控制 指令；
• 3 进行部分必要的数据处理； • 4 向地面连续不断地发射导航信号； • 5 通过推进器调整自身的运行姿态。
1. 空间星座部分 ——GPS星座
• 设计为“21+3”颗卫星（实际已有27～28颗在轨运 行），3颗备用卫星可在必要时根据指令代替发生 故障的卫星；
GPS建立了一个基于原子时的GPS时间（GPST） 系统，它的秒长使根据对安装在GPS地面监测站 上的原子钟和配置在卫星上的原子钟的观测量综 合得出的。
GPS时间的原点是这样规定的：GPS时间的零时 刻（即相应的GPS星期数和TOW值全为零）与 UTC的1980年1月6日（星期日）零时刻相一致。
时间基准 ——GLONASS时间系统
23 222km，相对于地球赤道面的轨道倾角为56°
1. 空间星座部分 ——BDS星座
1. 空间星座部分 ——BDS星座
• “全球覆盖”北斗卫星星座是由“27颗MEO卫星 +5颗GEO卫星+3颗IGSO卫星”构成的混合星座；
• MEO卫星为标准Walker24/3/1星座，分布在间隔 120°的3条轨道上，每条轨道上均匀分布9颗卫星， 其轨道倾角为55°，高度为24 126km；
• 5颗GEO卫星分别定点与东经58.75°、80°、 110.5°、140°和160°；
按接收机通道数分类，分为多通道、序贯通道、多 路多用通道接收机。
§7.3 GNSS时空坐标系
时间基准 空间基准
时间基准
协调世界时和原子时 GPS时间系统（GPST） GLONASS时间系统 Galileo时间系统（GST） 北斗时间系统（The BeiDou Time）
• 2 接收并执行从地面监控部分发射的控制 指令；
• 3 进行部分必要的数据处理； • 4 向地面连续不断地发射导航信号； • 5 通过推进器调整自身的运行姿态。
1. 空间星座部分 ——GPS星座
• 设计为“21+3”颗卫星（实际已有27～28颗在轨运 行），3颗备用卫星可在必要时根据指令代替发生 故障的卫星；
GPS建立了一个基于原子时的GPS时间（GPST） 系统，它的秒长使根据对安装在GPS地面监测站 上的原子钟和配置在卫星上的原子钟的观测量综 合得出的。
GPS时间的原点是这样规定的：GPS时间的零时 刻（即相应的GPS星期数和TOW值全为零）与 UTC的1980年1月6日（星期日）零时刻相一致。
时间基准 ——GLONASS时间系统
23 222km，相对于地球赤道面的轨道倾角为56°
1. 空间星座部分 ——BDS星座
1. 空间星座部分 ——BDS星座
• “全球覆盖”北斗卫星星座是由“27颗MEO卫星 +5颗GEO卫星+3颗IGSO卫星”构成的混合星座；
• MEO卫星为标准Walker24/3/1星座，分布在间隔 120°的3条轨道上，每条轨道上均匀分布9颗卫星， 其轨道倾角为55°，高度为24 126km；
• 5颗GEO卫星分别定点与东经58.75°、80°、 110.5°、140°和160°；
某著名院校《土木工程测量》PPT课件第7章_GPS测量基本知识
二、GPS控制网布设原则
1. GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形,以增加检核条件， 提高网的可靠性。 2. GPS网点应尽量与原有地面控制点相重合。重合点一般不应少 于3个，且在网中应分布均匀，以便可靠地确定GPS网与地面网 之间的转换参数。 3. GPS网点应考虑与部分水准点相重合，以便为大地水准面的研 究提供资料。 4. 为了便于观测和水准联测，GPS网点一般应设在视野开阔和容 易到达的地方。 5. 为了便于用经典方法联测或扩展，可在网点附近布设一通视良 好的方位点，以建立联测方向。方位点与观测站的距离一般要 大于300m。
三 GPS定位模式
• 定位模式
–绝对定位(静态与动态)
–相对定位(静态与动态)
–差分定位
四、伪距测量与载波相位测量
ion trop cvta cvtb
kj kj (ti ) k (ti ) N0j Int( )
五、绝对定位
2 A ( x xA )2 ( y y A )2 ( z z A )2 2 B ( x xB ) 2 ( y y B ) 2 ( z z B ) 2 2 C ( x xC ) 2 ( y yC ) 2 ( z zC ) 2
需要线性化 该观测方程
六、相对定位
单差：
(t ) (t ) (t )
j j 2 j 1
k k (t ) k (t ) j (t ) [ 2 (t ) 1k (t ) 2j (t ) 1j (t )]
k k (t ) k (t 2 ) k (t1 ) [ 2 (t 2 ) 1k (t 2 ) 2j (t 2 ) 1j (t 2 )] k [ 2 (t1 ) 1k (t1 ) 2j (t1 ) 1j (t1 )]
GPS原理及应用PPT课件
• 该系统由5个监测站、1个主控站和3个注入站组成，设在美 国本土的科罗拉多和三大洋的美国军事基地中。
Colorado springs
55
Hawaii
Ascencion
Diego Garcia
kwajalein
一个主控站：科罗拉多•斯必灵司 三个注入站：阿松森(Ascencion)、迭哥•伽西亚(Diego Garcia)和卡瓦
• GPS静态定位方法主要用于建立各级测量控制网，其优点 如下：
• 定位精度高，其基线的相对精度非常高 • 选点灵活、不需要造标、费用低
• 可全天候作业
• 观测处理自动化
• GPS测量工作包括控制网设计、选点埋石、野外观测和内业处 理等。
第二十九页，共40页。
一. 构建GPS控制网（网形设计、选点埋石）
2.网形设计
• 根据不同的用途，GPS网的基本形式有点连式、边连式、网 连式和边点混合连接四种（见教材P204～205）。除点连式 外，其它形式的GPS网形应用都较多。
• GPS网的设计原则
• 应通过独立观测边构成闭合图形，以增加检核条件，提高网的 可靠性。
• 应尽量与原有地面控制网相重合，重合点一般不少于3个， 且分布均匀。
第四页，共40页。
• GPS卫星的主要功能
• 连续不断地向地球发送 导航定位的GPS信号， 以导航电文的形式向用 户提供卫星星历表（其 中包含卫星现时的位置 及其它卫星的概略位 置）、时钟校正参数、 传播延迟参数及其它信 息。
（最主要的信息是“时间” 和“位置”）
第五页，共40页。
2.地面监控系统
相对定位?相对定位是通过测量卫星发送的电波到达两台接收机的时间差来完成的用两台同类型的接收机同步跟踪相同的4颗卫星信号对两台接收机接收到的电波信号作合成处理即可求出接收机之间的相对位置三维坐标差或基线向量只要给出了一个站点的坐标便能求得另一点的坐标
Colorado springs
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Hawaii
Ascencion
Diego Garcia
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一个主控站：科罗拉多•斯必灵司 三个注入站：阿松森(Ascencion)、迭哥•伽西亚(Diego Garcia)和卡瓦
• GPS静态定位方法主要用于建立各级测量控制网，其优点 如下：
• 定位精度高，其基线的相对精度非常高 • 选点灵活、不需要造标、费用低
• 可全天候作业
• 观测处理自动化
• GPS测量工作包括控制网设计、选点埋石、野外观测和内业处 理等。
第二十九页，共40页。
一. 构建GPS控制网（网形设计、选点埋石）
2.网形设计
• 根据不同的用途，GPS网的基本形式有点连式、边连式、网 连式和边点混合连接四种（见教材P204～205）。除点连式 外，其它形式的GPS网形应用都较多。
• GPS网的设计原则
• 应通过独立观测边构成闭合图形，以增加检核条件，提高网的 可靠性。
• 应尽量与原有地面控制网相重合，重合点一般不少于3个， 且分布均匀。
第四页，共40页。
• GPS卫星的主要功能
• 连续不断地向地球发送 导航定位的GPS信号， 以导航电文的形式向用 户提供卫星星历表（其 中包含卫星现时的位置 及其它卫星的概略位 置）、时钟校正参数、 传播延迟参数及其它信 息。
（最主要的信息是“时间” 和“位置”）
第五页，共40页。
2.地面监控系统
相对定位?相对定位是通过测量卫星发送的电波到达两台接收机的时间差来完成的用两台同类型的接收机同步跟踪相同的4颗卫星信号对两台接收机接收到的电波信号作合成处理即可求出接收机之间的相对位置三维坐标差或基线向量只要给出了一个站点的坐标便能求得另一点的坐标
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第14章 章
全球定位系统（ 全球定位系统（GPS）定位原理简介 ）
14.3 GPS卫星定位基本原理 卫星定位基本原理 14.3.2 载波相位测量定位 通过测量其载波相位延迟量， 通过测量其载波相位延迟量，类似于激光测距原 理可求得卫星至接收机间的距离， 理可求得卫星至接收机间的距离，其精度可达 到厘米级。 到厘米级。 由于相位法不可测出载波的整周期数， 由于相位法不可测出载波的整周期数，因此须采 用两台以上接收机进行相对定位， 用两台以上接收机进行相对定位，以解求整周 期数。 期数。
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14.4 GPS接收机工作原理 接收机工作原理 14.4.2 GPS接收机构造和工作原理 接收机构造和工作原理 接收机由天线、主机和电源三部分组成。 接收机由天线、主机和电源三部分组成。 主机：由变频器、信号通道、微处理器、 主机：由变频器、信号通道、微处理器、存储器 和显示器组成。 和显示器组成。 基本原理：接收GPS卫星信号并经过信号放大、 卫星信号并经过信号放大、 基本原理：接收 卫星信号并经过信号放大 变频、锁相处理，测定出GPS信号从卫星到接 变频、锁相处理，测定出 信号从卫星到接 收机天线的传播时间，解释导航电文， 收机天线的传播时间，解释导航电文，实时计 天线所在位置及运行速度。 算GPS天线所在位置及运行速度。 天线所在位置及运行速度
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14.3 GPS卫星定位基本原理 卫星定位基本原理 14.3.3 GPS实时差分定位 实时差分定位 SA技术：选择利用技术，在GPS信号上施加干 技术： 技术 选择利用技术， 信号上施加干 扰信号，致使伪距单点定位精度降到50米 扰信号，致使伪距单点定位精度降到 米。 实时差分定位原理：在已知点上安放GPS GPS接收机 实时差分定位原理：在已知点上安放GPS接收机 基准站) 利用已知坐标和星历计算GPS GPS观测 (基准站)，利用已知坐标和星历计算GPS观测 值的校正值， 值的校正值，并通过无线电通讯设备将校正值 发送给另一台GPS接收机(流动台) GPS接收机 发送给另一台GPS接收机(流动台)，流动台利 用校正值对自己的GPS观测值进行修正， GPS观测值进行修正 用校正值对自己的GPS观测值进行修正，消除 误差，从而提高定位精度。 误差，从而提高定位精度。
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14.3 GPS卫星定位基本原理 卫星定位基本原理 14.3.1 伪距法定位
测定由卫星发射的测距码信号到达GPS接收 接收 测定由卫星发射的测距码信号到达 机的传播时间乘以光速所得的距离。 机的传播时间乘以光速所得的距离。再由 交会方法确定点位。 交会方法确定点位。 单点定位速度快但精度低（ 米 单点定位速度快但精度低（50米）。
R = ( xi − x g ) + ( yi − y g ) + ( zi − z g )
i g 2 2
2
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全球定位系统（ 全球定2 全球定位系统的组成 14.2.1 空间星座部分 GPS卫星星座 卫星星座 共有24颗卫星组成 其中21颗工作卫星 颗卫星组成。 颗工作卫星， 共有 颗卫星组成。其中 颗工作卫星，3 颗备用卫星。 颗备用卫星。 GPS卫星及功能 卫星及功能 其功能是接收并存储由地面监控站发来的导 航信息， 航信息，向用户连续发送卫星导航定位所需信 息。
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14.2 全球定位系统的组成 14.2.3 用户设备部分
其任务是捕获卫星信号，跟踪并锁定卫 其任务是捕获卫星信号， 星信号，对接收卫星信号进行处理， 星信号，对接收卫星信号进行处理， 测量出GPS信号从卫星到接收机天线 测量出 信号从卫星到接收机天线 间的传播时间， 间的传播时间，译出卫星发射的导航 电文，计算出接收机天线的三维坐标、 电文，计算出接收机天线的三维坐标、 速度和时间。 速度和时间。
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1．了解概述中的基本问题 ． 2．了解全球定位系统（GPS）的组成 ．了解全球定位系统（ ） 3．了解 ．了解GPS卫星定位基本原理 卫星定位基本原理 4．了解GPS接收机及其工作原理 4．了解GPS接收机及其工作原理 5．了解 ．了解GPS测量实施 测量实施 重点讲授：全球定位系统（ 重点讲授：全球定位系统（GPS）的组成， ）的组成， GPS卫星定位基本原理，GPS测量实施。 卫星定位基本原理， 测量实施。 卫星定位基本原理 测量实施
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14.5 GPS测量实施 测量实施 14.5.1 GPS控制网设计 控制网设计 (1)测量精度指标： 测量精度指标： 测量精度指标
mD = a + b ×10 ⋅ D
−6
(2)网型设计 选择 网型设计(选择 网型设计 选择GPS点) 点 考虑与常规方法联测， 考虑与常规方法联测，考虑与 原有地面控制网之间 坐标转换，进行高程测量时， 坐标转换，进行高程测量时，要在测区内尽可能与 水准点重合。点应选在天空开阔、交通便利、 水准点重合。点应选在天空开阔、交通便利、远离 电磁波干扰的地点。 电磁波干扰的地点。
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14.1 概述 特点：全球性、全天候、高精度、 特点：全球性、全天候、高精度、快速实时导 定位、测速和授时功能、保密性、 航、定位、测速和授时功能、保密性、抗干 扰性。 扰性。 应用：军事、交通定位、导航、 应用：军事、交通定位、导航、电力通讯时间 控制、地震监测，工程测量等。 控制、地震监测，工程测量等。 原理：空间测距交会定点原理。 原理：空间测距交会定点原理。
第14章 章
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14.2 全球定位系统的组成 14.2.2 地面监控部分 监测站 完成对GPS卫星信号的连续观测，并将搜集 完成对 卫星信号的连续观测， 卫星信号的连续观测 的数据和当地气象资料经处理后送到主控站。 的数据和当地气象资料经处理后送到主控站。 主控站 协调管理地面监控系统， 协调管理地面监控系统，将监测站数据经联 合处理后送到注入站。 合处理后送到注入站。 注入站 将卫星所需数据注入给卫星