GPS测量原理

GPS测量原理及应用

GIS.洋

2017/12/21 Thursday

目录

第一章绪论 (1)

1.GPS全球定位系统的建立： (2)

2.GPS全球定位系统组成： (2)

3.GPS系统的特点： (2)

4.*GPS、GALILEO、GLONASS（P10表1-4） (3)

第一章坐标系统和时间系统 (3)

2.1坐标系统： (3)

2.2时间系统： (4)

第三章卫星运动及星历 (4)

3.1无摄运动 (4)

3.2受摄运动 (5)

3.3GPS卫星星历 (5)

第四章GPS卫星的导航电文和卫星信号 (6)

4.1卫星导航电文 (6)

第五章GPS卫星定位基本原理 (6)

5.1GPS卫星定位的基本原理 (6)

5.2定位方法 (6)

5.3整周未知数No的确定 (9)

5.4整周跳变的修复 (9)

第七章GPS测量误差 (10)

7.1 GPS测量误差源 (10)

7.2与信号传播有关的误差 (10)

第八章GPS测量设计与实施 (11)

8.1 GPS测量的技术设计 (11)

8.2 GPS测量外业准备 (13)

8.3GPS测量外业实施 (13)

8.4数据处理及测量结果的检核 (14)

第九章GPS测量数据处理 (17)

9.1数据处理 (17)

第一章绪论

1.GPS全球定位系统的建立：

GPS：Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System,卫星测时测距导航/全球定位系统，是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能型、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。（原理：空间距离后方交汇）

2.GPS全球定位系统组成：

2.1 GPS卫星星座

*基本参数：

○1基本的卫星数为21+3（21颗工作卫星+3颗备用卫星）

○2卫星轨道面的个数为6

○3卫星高度为20200Km

○4轨道倾角为55°

○5运行周期为11h58min

○6载波频率为1575.42MHZ和1227.60 MHZ

GPS卫星作用：

1.向广大用户发送导航定位信息。

2、接收注入站发送到卫星的导航电文和其他相关信息，并通

过GPS信号电路，适时的发送给广大用户。

3、接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，适时

的改正运行偏差和启用备用时钟等。

2.2地面监控系统：

地面监控系统：包括1个主控站，3个注入站和5个监测站

作用：

1、监测和控制卫星上的设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿

着预定轨道运行。

2、保持各卫星处于同一时间。

2.3 GPS信号接收机（用户设备）

3.GPS系统的特点：

1、定位精度高

2、观测时间短

3、测站间无需通视

4、可提供三维坐标

5、操作简单

6、全天候作业

7、功能多，应用广

4.*GPS、GALILEO、GLONASS（P10表1-4）

注：北斗导航卫星系统（其组成：空间部分、地面控制部分和用户接收部分，其定位原理为主动式二维导航双向测距。）

第一章坐标系统和时间系统

2.1坐标系统：

1.坐标系必须明确：○1坐标原点的位置○2三个坐标轴的指向○3长度单位（尺

度）。

2.*春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与地球赤道

的交点。在天文学和卫星大地测量学中，春分点和天球赤道面，是建立参考系的重要基准点和基准面。

3.*天球赤道面：通过地球质心并与天轴垂直的平面，称为天球赤道面。这时

天球赤道面与地球赤道面相重。该赤道面与天球相交的大圆称为天球赤道。

4.*岁差：平北天极绕黄的运动称为岁差。

5.*章动：瞬时北天极绕顺针的转动即为章。

6.*极移：地球瞬时自转轴在地球上随时间变，称为极移。

7.WGS-84大地坐标系：

WGS-84的几何定义：原地位于地球质心，Z轴指向 BIH 1984.0定义的协

议地球极（CTP）方向，X轴指向BIH 1984.0的零子

午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z、X轴构成右手坐

标系，其采用WGS—84椭球（基本参数：长半轴

a=6378137+-2m，α=1/298.257223563，地心引力常

数，地球自转角速度，正常化二阶带谐系数）。

8.国家大地坐标系：1954年北京坐标系和1980年国家大地坐标系为二维参心

系、2000国家大地坐标系为三维地心系。

9.ITRF坐标框架：由空间大地测量观测站的坐标和运动速度来定义，是国际地

球自转服务IERS的地面参考框架，其实质为地固坐标系，原点位于地球体系的质心，以WGS-84椭球为参考框架。

2.2时间系统：

1.恒星时（ST）：以春分点为差你参考点，由春分点的周日视运动所定义的时间

系统。

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（假设一个平太阳以真太阳周年运动的平均速度在天球赤道上作周年视运动，其周期与真太阳一致）

3.世界时（UT）：以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时。

4.原子时（ATI）：以物质内部原子运动的特征为基础的时间系统。

5.协调世界时（UTC）：采用原子时秒长，采用跳变的方法是协调时与世界时的

时刻相接近，其差不超过一秒。

6.GPS时间系统：采用原子时ATI秒长作为时间基准，起算原点定义在1980年

1月6日UTC 0时。GPS时是用周数+周内时间（秒）来表示。即为1980年1月6日0时0分0秒内第0周0秒。

7.时间尺度：连续运动、周期恒定、可观测、可用实验复现的周期运动。

第三章卫星运动及星历

3.1无摄运动

1. 无摄运动：只考虑地球质心引力作用的卫星运动称为无摄运动。

2.*卫星运动的轨道参数（开普勒轨道参数）：

a:椭圆的长半径

e:椭圆偏心率

V：真近点角（在轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距）Ω：升交点的赤径（在地球轨道平面上，升交点N与春分点γ之间的地心夹角）

τ：轨道面倾角（卫星轨道面与赤道面之间的夹角）

ω：近地点角距（在轨道平面上近地点A与升交点N之间的地心角距）