GPS控制网设计与数据处理毕业设计论文

存档日期： 存档编号： 本科生毕业设计（论文） 论 文 题 目： 制网设计与数据处理 姓 名： 学 院： 测绘学院 专 业： 测绘工程 年 级 、 学 号： 指 导 教 师： 江苏师范大学教务处印制 I 摘 要 全球定位系统（ 称 使测绘科学发生了巨大的技术变革，并极大推动了空间科学、大气科学、海洋科学、地球科学以及工程技术的发展。 全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄 影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变性监测、资源勘察、地球动力等多种学科。在大地测量方面，利用 立全球大地控制网，建立、改善、加密国家和地区性大地控制网。现在制网基本取代了三角网、三边网、和导线网等传统控制网。 国民经济建设中必将发挥越来越重大的作用。 本文基于对 制网设计与数据处理问题的研究，探讨 制网的技术设计及优化，结合平时的实践实习经验对一定测区进行 制网的设计。然后，进行野外数据采集。最后对野外采集的数据进行处理，得到相关点的坐标。 关键词： 制网，设计，数据处理 to as a of of of to of of of of In of a PS to of is of is to an in on PS in of PS to of 录 摘要 （宋体四号加粗） 号） 1 绪论 1 论 1 1 位误差分析 2 2 的技术设计 5 2 基 本 技 术 依 据 5 2 . 2 制 网 设 计 8 3 制测量的作业业观测 12 3 业 观 测 12 业观测数据检核 13 4 量数据处理 14 4 概述 14 4 . 2 G P S 数 据 处 理 14 据处理过程 14 制网数据处理报告 18 江苏师范大学本科生毕业设计 制网设计与数据处理 1 1 绪 论 论 全球性的卫星定位和导航系统，能提供连续的 、实时的位置、速度和时间信息。整个系统包括空间卫星、地面监控站和用户接收机三部分。空间部分有 24颗卫星，均匀分布在六个倾角为 55的近似圆形轨道上，每个轨道有四颗卫星。轨道距地面平均高度约为 20200星绕地球一周需要 11小时 58分钟。这样，地球上任何地方，任何时刻都能收到至少四颗卫星发射的信号。 每颗 星 可 连 续 发 送 两 个 L 频 带 的 无 线 电 载 波 ：2=波上调制了多种信号，用于计算位置，辨别卫星和测量站星距离等。 量有两种基本的观测量：“伪距”和载波相位。接收机利用相关分析原理测定调制码由卫星传播至接收机的时间，再乘上电磁波传播的速度便得到距离，由于所测距离受大气延迟和接收机时钟与卫星时钟不同步的影响，它不是实际距离，故称之为“伪距”。载波相位测量是把接收到的卫星信号和接收机本身的信号混频，从而得到拍频信号，再进行相位差测量，相位测量装置只能测量载波波 长的小数部分，因此所测的相位可能看成是波长整数未知（也称整周模糊度）的“伪距”。由于载波的波长短（ ,所以测量的精度比“伪距”高。 卫星看成是“飞行”的已知控制点，利用测量的距离进行空间后方交会便得到接收机的位置。卫星的瞬间坐标可以利用卫星的轨道参数计算。 点定位确定点在地心坐标系中的绝对位置。相对定位则利用两台以上的接收机同时观测同一组卫星，然后计算接收机之间的相对位置。定位测量时，许多误差对同时观测的测 站有相同的影响。因此在计算时，大部分误差相互抵消，从而大大地提高了相对定位的精度。 组成 空间星座部分、地面监控部分、用户接收设备部分。 一、空间星座部分 全球定位系统的空间卫星星座部分，由 24 颗卫星组成，其中包括 3 颗备用卫。 工作卫星分布在 6个轨道面内，每个轨道面上分布 4颗卫星。卫星轨道面相对地球赤道面的倾角为 55，各轨道平面升交点的赤经相差 60，在相邻轨道上，卫星的升交距角相差 30。轨道平均高度约为 202000星运行周期为 11 小时 58分。江苏师范大学本科生毕业设计 制网设计与数据处理 2 因此，同一观测站 上每天出现的卫星分布图形相似，只是每天提前约 4分钟。每颗卫星每天约有 5个小时在地平线以上，同时位于地平线以上的卫星数目随时间和地点而异，最少为 4颗，最多可达 11颗。 二、 地面监控部分 个主控站、 3个注入站和 5个监测站。 主控站设在美国本土科罗拉多。主要任务是收集、处理本站和监测站收到的全部资料，编算出每颗卫星的星历和 预测的卫星星历、钟差、状态数据以及大气传播改正编制成导航电文传送到注入站。主控站还负责 纠正卫星的轨道偏离，必要时调度卫星，让备用卫星取代失 效的卫星。另外还负责监测整个地面监测系统的工作，检验注入给卫星的导航电文，监测卫星是否将导航电文发送给了用户。 3个注入站分别设在大西洋的阿森松岛、印度洋的迪戈加西亚岛和太平洋的卡瓦加兰。任务是将主控站发来的导航电文注入到相应的卫星存储器。每天注入 3次，每次注入 14 天的星历。此外，注入站能自动向主控站发射信号，每分钟报告一次自己的工作状态。 5个监测站除了位于主控站和 3个注入站以外，还在夏威夷设立了一个监测站。监测站的主要任务是为主控站提供卫星的观测数据。每个监测站均用 号接收机对每颗可见卫星每 6 分钟 进行一次伪距测量和积分多普勒观测，采集气象要素等数据。在主控站的遥控下自动采集定轨数据并进行各项改正，每 15 分钟平滑一次观测数据，依此推算出每 2分钟间隔的观测值，然后将数据发送给主控站。 三、 用户接收设备部分 够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的 大和处理，以便测量出 译出 时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。 位 误差分析 位是通过地面接收机设备接收卫星传送的伪距、载波相位和星历数据来确定地面点的三维坐标。测量结果的误差来源于 星、信号的传播过程和接收设备。在高精度的 应注意到与地球整体运动有关的固体潮汐、负荷潮及相对论效应等影响。因此， 般可分为四类： 一、 与卫星有关的误差 1、 卫星星历误差 江苏师范大学本科生毕业设计 制网设计与数据处理 3 根据广播星历或其它轨道信息计算出的卫星位置与卫星实际位置之差称为星历误差。星历误差的大小取决于跟踪系统的质量和星历预报间隔。卫星星历误差对相距不太远的两个测站的定位结果产生 变化影响大体相同，各个卫星的星历误差一般看成是相互独立的。 2、 卫星钟误差 卫星上虽然使用了高精度的原子钟，但他们也不可避免地存在着误差。这种误差既有系统出差的成分，也有偶然误差的成分。系统误差远大于偶然误差。两个测站对卫星进行同步观测时，卫星钟误差对两侧站的影响大致相同。各卫星钟的误差一般也被看成是相互独立的。 3、 相对论效应 相对论效应是由于卫星钟和接收机钟所处的运动状态不同而引起的卫星钟和接收机钟之间产生相对钟误差的现象。 二、与信号传播有关的误差 1、电离层折射 卫星信号通过电离层时传播速度会产生变化，致使 测量结果产生系统性的偏差，这种现象就是电离层折射。电离层折射的大小取决于观测条件和信号频率。 2、对流层折射 卫星信号通过对流层时传播速度要发生变化，从而使测量结果产生系统误差。对流层折射产生误差的大小取决于外界条件（气温、气压、湿度等）。 3、多路径误差 经某些物体表面反射后到达接收机的卫星信号，将和直接来自卫星的信号叠加进入接收机，使测量产生系统误差，这说是所谓的多路径误差。该项误差的大小取决于测站周围环境和接收机天线的性能。 三、与接收机有关的误差 1、接收机钟的误差 与卫星钟一样接收机也有钟误差。由 于接收机采用的是精度较低的石英钟，因此接收机的钟差影响更为严重。该项误差的大小主要取决于钟的质量，和使用环境也有一定的关系。同一台接收机对多颗卫星进行同步观测时，接收机钟差对各种相应观测值的影响是相同的，且各接收机和钟差相互独立。 2、接收机的位置误差 在进行卫星定轨时，接收机天线的相位中心是已知值，它们的误差将定轨的结果江苏师范大学本科生毕业设计 制网设计与数据处理 4 产生系统误差。该项误差对伪距测量和载波相位测量的影响相同。 四、消除、削弱误差影响的措施和方法 上述 至上百米，比观测值的随机误差大几个数量级。因此， 在基线平差之前，必须消除或大幅度削弱这些误差。主要方法有： 1、建立误差改正模型 通过对大量观测数据的分析，可以拟合建立误差改正的经验公式，也可以通过对误差机理分析，建立起误差改正的理论公式，在多数情况下是同时采用两种方法建立误差改正的综合公式。 2、求差法 求差法是利用误差在观测值之间的相关性或在定位中的相关性，适当安排观测纲要和数据处理方法，即通过观测值之间求差来消除或大幅削弱其影响的方法。 例如，同一台接收机同步观测两颗卫星，观测值中都包含了共同的接收机钟误差，在卫星间求差即可消除此项误差。同样，两台 接收机对一颗卫星进行同步观测，将观测值在接收机间求差即可消除卫星钟的影响。 五、选择较好的接收机和较好的观测条件 有的误差，如多路径误差，即不能采用求差的方法来解决也无法建立改正模型，削弱它的唯一办法是选用较好的天线，仔细选择测站，远离反射物和干扰源。 量误差和几何图形强度。在 表示几何图形强度。 和几何放大因子 此，提高定位精度的途径有两条：一是减少 0，二 是增强几何强度，减小 江苏师范大学本科生毕业设计 制网设计与数据处理 5 2 的技术设计 是依据国家有关规范（规程）及 户的要求等对测量工作的网形、精度及基准等的具体设计。 程）和测量任务书。 一、 程 ） 18314球定位系统（ 量规范 3球定位系统城市测量技术规程 002绘产品检查验收规 定 003绘产品质量评定标准 市测量规范 二、 度设计 ） 级别 主要用途 固定误差a(比例误差 b(1 10D) 球性的地球动力学研究，地壳形变测量和精度定轨 3 区域性的地球动力学研究和地壳形变测量 5 局部形变监测和各种精密工程测量 8 1 C 大、中城市及工程测量基本控制网 10 5 D,E 中、小城市及测图、物探，建筑施工等控制测量 10 1020 ） 等级 平均距 a(b(1 最弱边中误差 江苏师范大学本科生毕业设计 制网设计与数据处理 6 离（ 10D) 二 9 10 2 1/12万 三 5 10 5 1/8万 四 2 10 10 1/ 一级 1 10 10 1/2万 二级 终点 正数 (m) 正数 (m) 正数 (m) 距离 /改正数 (m) 中误差 /相对误差 (m) : 2628556 : 3919733 : 2204602 : 1932370 : 1756365 : 2787000 江苏师范大学本科生毕业设计 制网设计与数据处理 21 : 3207450 : 648139 : 649710 : 3020759 : 752524 : 1616167 : 1918065 : 1306339 : 2283308 : 747718 : 1087953 : 863985 : 1362131 : 2014331 : 2441302 : 1500465 江苏师范大学本科生毕业设计 制网设计与数据处理 22 : 2889304 : 2708321 : 2708321 : 1191240 : 1548097 : 1323585 : 1110072 : 2290809 : 2290809 : 1522377 : 667150 : 771308 : 1757418 : 1877346 : 1331703 : 1865902 江苏师范大学本科生毕业设计 制网设计与数据处理 23 : 1850874 : 2748806 : 2840767 : 610174 : 1219894 : 1373546 : 1373546 : 1499924 : 1633732 : 730546 : 521389 : 1085736 : 1790871 : 255886 (验表 基线 苏师范大学本科生毕业设计 制网设计与数据处理 24 苏师范大学本科生毕业设计 制网设计与数据处理 25 (验直方图 江苏师范大学本科生毕业设计 制网设计与数据处理 26 由网平差坐标 站点 纬度 /中误差 经度 /中误差 高程 /中误差 中误差 (度 :分 :秒 ) (m) (度 :分 :秒 ) (m) (m) (m) 4:10:17:10:4:10:17:08:4:10:17:08:4:12:17:11:4:12:17:08:4:11:17:10:4:12:17:10:4:11:17:11:4:11:17:08:4:11:17:09:4:12:17:09:4:13:17:09:4:12:17:08:4:11:17:08:苏师范大学本科生毕业设计 制网设计与数据处理 27 4:13:17:09:4:10:17:09:4:09:17:10:到顶部 3 二维约束平差 差参数 迭代次数 2 参考因子 x(移 m y(移 m 比例 转 s 面距离平差值 起点 止点 北向 (x)/中误差 东向 (y)/中误差 平距 中误差 相对误差 (m) (m) (m) (m) : 5008086 : 7493978 : 4075868 : 3575099 : 3285149 : 5653932 : 5971287 : 1368073 : 1212131 : 5397668 : 1326629 : 2874278 江苏师范大学本科生毕业设计 制网设计与数据处理 28 : 3468561 : 2689187 : 4842851 : 1371710 : 2207213 : 1850