GPS测量技术总结

GPS技术测量

GPS：是全球定位系统（global positioning system）的英文缩写，是随着现代科学技术发展起来而建立的新一代精密卫星导航定位系统。GPS卫星定位测量是利用GPS系统解决大地测量问题的一项空间技术。

天球：天球是指以地球质心为中心，半径为无穷大的理想球体。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。

WGS-84世界大地坐标系：原点是地球质心M,Z轴指向BIH1984.0时元定义的协议地极，X 轴指向BIH1984.0时元定义的零子午面与CTP相应的赤道交点，Y轴垂直于XMZ平面，且与Z、X轴构成右手系，采用的是地球椭球

码：表示信息的二进制数及其结合

码元（比特）：每一位二进制数成为一个码元或者一个比特，比特的意思就是二进制数，它是码的度量单位，也是信息量的度量单位

信号调制：将低频信号家在到高频的载波上的过程。这时原低频信号称为调制，加载信号后的载波叫已调波。。实现码信号与载波信号的调制是通过码状态与载波相乘实现的。

信号解调：从接收到的已调波中分离出测距码信号，导航电文以及纯净的载波信号。方法有码相关解调技术和平方解调技术。

SA技术：为了限制SPA用户的定时定位精度，美国政府对GPS工作卫星信号的技术，包括：对信号基准频率的S技术，对导航电文，对P码译码技术

卫星星历：是一系列描述卫星运动及其轨道的参数。

GPS动态定位：GPS动态测量是利用GPS卫星定位系统实时测量物体的连续运动状态参数。如果所求的状态参数仅仅是三位坐标参数，就称为GPS动态定位

导航：如果所求状态参数不仅包括三维坐标参数，还包括物体的三维速度，以及时间和方位等参数，这样动态测量称为导航

差分动态定位（动态相对定位）：用两台GPS接收机，将一台接收机安设在基准站上固定不动，另一台接收机安置在运动的载体上，两台接收机同步观测相同的卫星，通过在观测值之间求差，以消除具有相关性的误差，提高定位精度。而运动点位置是通过确定该点相对基准站的相对位置实现的。

LADGPS：在一个较大区域布设多个基准站以及构成基准站网，其中常包括一个或数个监控

站，位于该区域中的用户根据多个基准站所提供的改正信息，经平差计算后球的用户站定位改正数，这种差分GPS定位系统称为具有多个基准站的局部区域差分GPS系统

WADGPS：在一个相当大的区域中相对较少的基准站组成差分GPS网，各基准站将求得距离改正数发送给数据处理中心，由数据处理中心统一处理，将各种GPS观测误差源加以区分，然后再传递给用户，这样一种系统称为广域差分GPS系统

同步观测：两台以及两台以上的GPS接收机在相同的时间段内同时连续跟踪相同的卫星组。

重复基线坐标闭合差：当某条基线被两个或多个时段观测时，就构成了所谓重复基线坐标闭合差条件。（异步图形闭合条件和重复基线坐标闭合条件是衡量精度、检验粗差和系统差的重要指标）

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。

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。

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。

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。

三差：对双差观测值继续求差

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。

坐标正反算公式

2 坐标系统的转换

一般情况下，我们使用的是1954年北京坐标系或1980年西安坐标系，而GPS测定的坐标是WGS-84坐标系坐标，需要进行坐标系转换。对于非测量专业的工作人员来说，虽然GPS定位操作非常容易，但坐标转换则难以掌握，EXCEL 是比较普及的电子表格软件，能够处理较复杂的数学运算，用它的公式编辑功能，进行GPS坐标转换，会非常轻松自如。要进行坐标系转换，离不开高斯投影换算，下面分别介绍用EXCEL进行换算的方法和GPS坐标转换方法。

2.1 用EXCEL进行高斯投影换算

从经纬度BL换算到高斯平面直角坐标XY（高斯投影正算），或从XY换算成BL（高斯投影反算），一般需要专用计算机软件完成，在目前流行的换算软件中，大都需要一个点一个点地进行，不能成批量地完成，给实际工作中带来了许多不便。但是，通过实验发现，用EXCEL可以很直观、方便地完成坐标换算工作，只需要在EXCEL的相应单元格中输入相应的公式即可。下面以54坐标系为例，介绍具体的计算方法。

完成经纬度BL到平面直角坐标XY的换算。在EXCEL中，选择输入公式的起始单元格，例如：第2行第1列（A2格）为起始单元格，各单元格的格式如下：、

单元格；单元格内容；说明

A2；输入中央子午线，以度.分秒形式输入，如115度30分则输入115.30；起算数据L0

B2；=INT(A2)+(INT(A2*100)-INT(A2)*100)/60+(A2*10000-INT(A2*100)*100)/3600；把L0化成度

C2；以度小数形式输入纬度值，如38°14′20″则输入38.1420；起算数据B

D2；以度小数形式输入经度值；起算数据L

E2；=INT(C2)+(INT(C2*100)-INT(C2)*100)/60+(C2*10000-INT(C2*100)*100)/3600；把B化成度

F2；=INT(D2)+(INT(D2*100)-INT(D2)*100)/60+(D2*10000-INT(D2*100)*100)/3600；把L化成度

G2；=F2-B2；L-L0

H2；=G2/57.2957795130823；化作弧度

I2；=TAN(RADIANS(E2))；Tan(B)

J2；=COS(RADIANS(E2))；COS(B)

K2；=0.006738525415*J2*J2