（土壤学专业论文）天线高对gps定位影响的研究.pdf

捅要 目前，g p s 全球定位技术正以日新月异的速度向前发展，并且正在全面取代常规测量技术。 可以预见，在不远的将来，g p s 全球定位技术将以其存各方面的优点彻底取代常规测量技术。 这就要求我们的每一位测绘工作者必须全面正确地掌握g p s 定位技术，以便更好的为国民经 济建设服务。否则将被高速发展的g p s 全球定位技术所淘汰。 由于g p s 发展很快，所以忽视了一些必须解决的问题，比如天线高对g p s 定位的影响到 底有多大，是可以忽略还是必须消除，从前从来有人做过分析，只是凭经验在计算坐标时简 单的忽视天线高，因为经验表明天线高对坐标的影响很小。所以g p s 外业工作者在只需求坐 标时常常不重视天线高的量取工作，甚至不量天线高，g p s 内业工作者在计算坐标时常常不输 入天线高。但是正是这一问题常常导致坐标的精度超限，以致于到返工重做时人们还不知道 其中的原因，给g p s 测绘工作带来非常严重的困扰。所以必须彻底解决这一问题。 本文研究思路：先从理论上分析天线高对g p s 定位的影响，再用实验数据检验理论分析 豹结采的正确性。由于g p s 定位的内业数据处理结果有基线解算，无约柬平差两个中间结果， 以及最终结果约柬平差结果，所以无论理论分析还是实验论证，都必须先分析天线高对基 线解算结果的影响，再分析天线高对无约束平差结果的影响，最后分析天线高对约束平差结 果的影响。 1g p s 定位 g p s 定位分为绝对定位和相对定位两种。绝对定位是确定一个点在1 9 8 4 年世界大地坐标 系中的绝对坐标，而在1 9 8 4 年世界坐标系中的绝对坐标是三维坐标，而且是三维空间直角坐 标，这种三维直角坐标同常规测量技术确定的平面直角坐标完全不同，加上其精度较低，目 前只能达到3 4 0 m m 。因此其一般不用于专业的测绘领域，仅用于运动载体的导航。相对定位 是确定几个点之间的相对位置相对定位时必须有至少两个己知点，这些已知点已经有常规 测量技术确定的平面直角坐标。这是相对定位时确定其它点平面直角坐标的已知条件。由于 相对定位所用的直接观测量精度比绝对定位高得多，并且采用了求差的数学模型，使得观测 量中的相关误差被大大削弱，所以其定位精度非常高，已达毫米级，加之其晟终的平差结果 是我们能直接采用的平面直角坐标( 目前g p s 定位的坐标必须转化为同常规测量技术确定的 平面直角坐标一样的坐标才能直接使用) ，所以其在专业的测绘领域运用非常广，而且发展很 快。本文研究的是天线高对g p s 相对定位的舷响。相对定位同样分为外业工作和p l 业工作， 内业工作分为四个步骤：数据导入；基线解算；无约束平差；约束平差。也就是说r g p s 相对 定位的中间结果有两个，即基线解算结果和无约束平差昂终结果是约束平差。 2 天线高 天线高是指g p s 接收机天线的相位中心至观测点标志中心顶端的垂直距离。一般9 9 j 上 西南农业大学坝卜学位论文摘 要 下两段，上段是从相位中心至天线底面的距离，这段数值由厂家给出，并作为常数；下段是 从天线底面至观测点标志中心顶端的距离，这一段由刷户临时观测。火线高量取应为上下两 段距离之年f 。 3 天线高对g p s 定位的影响 由于绝对定位的精度低，应用面窄，目前主要用于导航，所以很显然天线高对绝对定位 所能达到的精度的影响完全可以忽略不记因此本文不研究天线高对其定位的影响，只研究 天线高对相对定位的影响，因为相对定位精度商，应用面广。 现在测绘领域主要用g p s 全球定位技术中的相对定位来确定点的平面位置，即坐标。毫无 疑问，如果用g p s 全球定位技术来确定点的高程位置，则肯定要输入天线高，因为g p s 全球定位 技术中的天线高相当于常规铡量技术中的仪器高。因此本文只讨论天线高对g p s 定位得到的坐标 的影响。本文首先分析了天线高对基线解算结果的影响，然后分析了天线高对无约束平差和约 束平差结果的影响，很显然，天线高对无约束平差和约束平差结果的影响是类似的。因为无约 柬平差和约束平差的区别在于，无约束平差是g p s 测量平差结果之间的内部平差，而约束平差则 是用常规测量的结果去约束g p s 测量的结果而进行的平差。理论分析证明了天线高对g p s 定位的 坐标的精度有着非常显著的影响。也就是说天线高虽然对基线解算结果和点的坐标影响很小， 但对其确定的点的坐标精度影响很大。而众所周知，测绘工作者们晟关心的不是坐标是多少， 高程是多少的问题，而是所确定的点的坐标或高程的可信度可靠度即精度是多少的问题。因此 这一理论分析结论意义十分重大，必须通过大量实验加以实践证明才完全可靠，所以我用了重 庆大学e 及g p s 控制测量成果进行了大量实验，取得了大量实验数据，并对实验数据进行了详细 分析。对实验数据分析的结果完全证明上述结论的正确性。也就是说，理论和实践都证明了， 天线高虽然对g p s 全球定位技术确定的点的坐标影响很小，但对g p s 全球定位技术确定的点的坐 标的精度影响很大。这就要求g p s 工作者必须改变自己的习惯看法和做法，要求他们在野外工作 时认真量取天线高，在内业计算坐标时必须输入天线高，否则就会大大降低所确定的点的坐标 的精度，使其很容易超过规定的限差，这是涣i 绘领域绝对不允许的。 关键词：天线高坐标点位误差 l i 西南农业人学硕士学位论艾 a b s i i l a cf a bs t r a c t a tp r e s e n t ，g p sg l o b a l - p o s i t i o n i n gt e c h n o l o g yi s b e i n gd e v e l o p e df o r w a r da tt h es p e e dw i t h r a p i dc h a n g e ，a n dg o i n gt or e p l a c e st h er o u t i n em e a s u r e st e c h n o l o g y w ec a np r e d i c tt h a tg p s g l o b a l - p o s i t i o n i n gt e c h n o l o g yw i l lr e p l a c e s r o u t i n ea n dm e a s u r e st e c h n o l o g yc o m p l e t e l y b yt h e a d v a n t a g ei nv a r i o u sf i e l d s t h i sr e q u i r e se v e r yo n eo fo u r sm u s tm a s t e rt h et e c h n o l o g yo f g p s s p o s i t i o n i n gt os u r v e ya n dd r a w w o r k e r so v e r a l la n dc o r r e c t l y , f o rt h eb e t t e ro n es e r v e sf o rn a t i o n a l e c o n o m i cc o n s t r u c t i o n o rw i l lb er e p l a c e sb yg p sg l o b a l p o s i t i o n i n gt e c h n o l o g yo fh i g h s p e e d d e v e l o p m e n t e l i m i n a t e s b e c a u s eg p s d e v e l o p sq u i c k l y , h a si g n o r e ds o m ep r o b l e m s t h a tm u s tb es o l v e d ，s u c ha sh o w b i g o ne a r t ht h et a l li m p a c to ng p s sp o s i t i o n i n go ft h ea e r i a li s ，c a l ln e g l e c to rm u s td i s p e l ，n oo n eh a d a n a l y z e di ta g o ，s i m p l en e g l e c ta e r i a lh i g l lw h i l ec a l c u l a t i n g c o o r d i n a t e sa c c o r d i n gt oe x p e r i e n c ej u s t , b e c a u s ee x p e r i e n c ei n d i c a t ea e r i a lh i g hv e r ym u c hl i t t l ei m p a c to nc o o r d i n a t e s of a m i l yp r o p e r t y w o r k e rp a ya r e n t i o nt oh i 【g i lq u a n t i t yo fa e r i a lf e t c ha n dw o r ko f t e na td e m a n dc o o r d i n a t eo n l y o u t s i d et h eg p s ，d on o te v e nr u e s s u r et h ea e r i a lh i g h ，f a m i l yp r o p e r t yw o r k e r si ng p sd on o to f t e n i n p u tt h eh i g ho fa e r i a lw h e nc a l c u l a t ec o o r d i n a t e s b u te x a c t l yt h i sq u e s t i o no f t e nc a u s e st h eu l t r a l i m i to fp r e c i s i o no ft h ec o o r d i n a t e m a k ep e o p l ed i d n tk n o ww h yw h e nt h e yd ot h ew o r ka g a i n 1 e a d t h e g p s s u r v e y i n g v e r ys e r i o u s p u z z l e m e n t s o m u s ts o l v e t h i s p r o b l e mc o m p l e t e l y t h i st e x ts t u d i e st h et h i n k i n g ：a n a l y z ea e r i a lh i g i li m p a c to ng p s sp o s i t i o n i n gt h e o r e t i c a l l y f i r s t , e x a m i n ee x a c t n e s so fr e s u l tt h a tt h e o r ya n a l y z ew i me x p e r i m e n t a ld a t aa n dt h e n b e c a u s et h e i n t e r i o rf a m i l y p r o p e r t yd a t ar e s u l t o fg p s sp o s i t i o n i n gh a sb a s e - l i n et os o l v ea n dc a l c u l a t e ， u n c o n s t r a i n e df i a td i f f e r e n e eh a v et w or e s u l t , a n dt h ee n dr e s u l tc o n s t r a i n e df l a td i f f e r e n c e ，s on o m a t t e rt h et h e o r yi sa n a l y z e d 。o re x p e r i m e n td e m o n s t r a t i o n ，a l lm u s ta n a l y z ea e r i a lt ob eh i g ht oi si t c h a r g ei n f l u e n c e o fr e s u l tt os o l v et ob a s e - l i n ef i r s la n a l y z ea n dt h e nh i g hi m p a c to nu n c o n s t r a i n e d f l a td i f f e r e n c er e s u l to f t h ea e r i a l ，a n a l y z ef i n a l l yt h ea e r i a li sh i 曲t ot h ei n f l u e n c er e s t r a i n i n gt h ef l a t d i 彘r e n c er e s u l t 1g p s g l o b a l - p o s i t i o n i n g t h eg p s sp o s i t i o n i n gi sd i v i d e di n t om a k e sar e s e r v a t i o nd e f i n i t e l ya n dm a k e sar e s e r v a t i o n r e l a t i v e l y t w oi s 、p l a n t e d i ti st oc o n f i r mt h ea b s o l u t ec o o r d i n a t eo fap o i n ti n t h es y s t e mo f c o o r d i n a t e so ft h ee a r t ho ft h ew o r l di n 1 9 8 4t om a k ear e s e r v a t i o nd e f i n i t e l y , b u t a b s o l u t e c o o r d i n a t eo ft h e s y s t e m o fc o o r d i n a t e st h r e e - d i m e n s i o n a l c o o r d i n a t ei n1 9 8 4w o r l d ，a n d t h r e e - d i m e n s i o n a ls p a c er e c t a n g u l a rc o o r d i n a t e ，i ti st o t a l l yd i f f e r e n tt h a t s u c ht h r e e - d i m e n s i n n a l r e c t a n g u l a rc o o r d i n a t ea n dr o u t i n em c ：a s l l r er e c t a n g u l a rc o o r d i n a t eo f l e v e lc o n f i r m e do f t e c h n o l o g y , i na d d i t i o n ，i t sp r e c i s i o ni sr e l a t i v e l yl o w , c a no n l yr e a c h3 - 4 0 m m a tp r e s e n t s oi ti si to ns p e c i a l i z e d 玎l s u r v e ya n dd r a w i n gf i e l d ，u s en a v i g a t i o n ，s p o r to fc a r r i e rf o ro n l yt ou s eg e n e r a l l y a st om a k i n ga r e s e r v a t i o ni ti st h er e l a t i v ep o s i t i o nc o n f i r m e db e t w e e ns e v e r a lp o i n t s ，a st om u s ta l r e a d ya t l e a s t 1 w ok n o w nb i t sw h i l em a k i n gar e s e r v a t i o n ，t h e s ek n o w nb i t sh a dl e v e l r e c t a n g u l a rc o o r d i n a t eb v r o u t i n em e a s u r e st e c h n o l o g y ，t h i si sk n o w nc o n d i t i o nw h e nm a k i n gar e s e r v a t i o no fo t h e rl e v e l r e c t a n g u l a rc o o r d i n a t eb i t s b e c a u s em a k e s ar e s e r v a t i o nd e f i n i t e l ym e t h o dh a sh i g h e rp r e c i s i o ni n o b s e r v i n ga m o u n td i r e c t l ym a k e sar e s e r v a t i o nr e l a t i v e l y , a n da d a p tt h ec o m p u t e dd i f f e r e n c em a t h m o d e l ，m a k e t h er e l e v a n te r r o r si no b s e r v i n ga m o u n td i r e c t l ys m a l l e r , s ot h ea c c u r a c yo f l t sp o s i t i o n i sv e r yh i g h ，a n di tc a l lr e a c ht om i l l i m e t e rl e v e l b e c a u s eo fi t sf i n a l l ya d j u s tr e s u l ti sc o o r d i n a t e si n r i g h t a n g l ep l a n e ，i tu s e sw i d e l yi ns u r v e y i n ga n dm a p p i n gf i e l d ，a n di td e v e l o p sr a p i d l y w h a tt h e p a p e rr e s e a r c h e s i st h a tt h ei n f l u e n c eo fa n t e n n ah e i g h to ng p sr e l a t i v e p o s i t i o n ，t h ew o r ko f r e l a t i v ep o s i t i o nc a l la l s ob ed i v i d e di n t oo u t d o o rt a s ka n di n d o o rt a s k i n d o o rt a s kh a sf o u rs t e p s ： d a t ei n p u t ；b a s i cl i n er e s o l v e ；n o n - r e s t r i c ta d j u s t ；r e s t r i c ta d j u s t t h a ti st os a y ，t h e r ea r et w om i d d l e r e s u l to f g p sr e l a t i v ep o s i t i o n ，t h er e s u l to f b a s i cl i n ea n dn o n - r e s t r i c ta d j u s t ，a n dt h ef i n a l l yr e s u l ti s r e s t r i c ta d j u s t 2t h e h e i g h to f a n t e n n a a n t e n n ah e i g h ti st h ep e r p e n d i c u l a rd i s t a n c ef r o mc e n t e ro f t h eg p sr e c e i v e rt oo b s e r v a t i o n p o i n t g e n e r a l l yi ti sd i v i d e di n t ot h et o pa n db o t t o mp i e c e s ，t h et o ps e g m e n ti st h ed i s t a n c ef r o m t h ec e n t e rt oa n t e n f l ab o t t o m ，a n dt h i sh e i g h ti sg i v e nb yf a c t o r y t h eo t h e rd i s t a n c ei sf r o mt h e a n t e n n ab o t t o mt oo b s e r v a t i o n , a n du s e rm a a s u l st h i sh e i g h tt e m p o r a r i l y t h eh e i g h to f a n t e n n ai s t h es u mo f t h o s et w o h e i g h t s 3t h ei n f l u e n c eo f a n t e t m ah e i g h to ng p s p o s i t i o n a b s o l u t ep o s i t i o nm o s t l yu s e df o rn a v i g a t i n gb e c a u s et h ea c c u r a c yi sl o w ，a n da p p l i c a t i o ni s o a r r o w t h ei n f l u e n c eo f a n t e n n ah e i g h to na b s o l u t ep o s i t i o nc a nb en e g l e c t e d ，s ot h i sp a p e rd o e s n t r e s e a r c ho na b s o l u t ep o s i t i o nb u to n l yo nr e l a t i v ep o s i t i o n t h ea c c u r a c yo f r e l a t i v ep o s i t i o ni sh i g h ， a n di ta p p l i e sw i d e l y n o wi ns u r v e y i n ga n dm a p p i n gf i e l d i ti sm a i n l yu s e dr e l a t i v ep o s i t i o no f g p st e c h n i q u et of i x o nc o o r d i n a t e s n od o u b t ，i fu s eg p st e c h n i q u e1 0f i xo nt h ea l t i t u d eo fp o i n t ，i tm o s tp o ti n t o a n t e n n ah e i g h t t h ea n t e n n ah e i 【g h to fg p sc a ns e e m e da si n s t r u m e n th e i g h to fn o r m a lr e g u l a t i o n s s u r v e y t h i sp a p e ro n l yd i s c u s s e st h ei n f l u e n c eo fa n t e n n ah e i g h to ng p sc o o r d i n a t e s f i r s t l yt h e p a p e ra n a l y z e dt h ei n f l u e n c eo f a n t e n n ah e i g h to n t h er e s u l to f b a s i cl i n e l ss o l u t i o n ，t h e ni ta n a l y z e d t h ei n f l u e n c eo nn o n - r e s t r i c ta d j u s ta n dr e s t r i c ta d j u s t o b v i o u s l y ，i ti ss i m i l a rt h a tt h ei n f l u e n c eo i l n o n ，r e s t r i c ta d j u s ta n dr e s t r i c ta d j u s t t h ed i f f e r e n c e so f n o n r e s t r i c ta d j u s ta n dr e s t r i c ta 埘u s ti st h a t ： n o n r e s t r i c ta d j u s ti st h ei n n e ra d j u s to fg p s a n dr e s t r i c t 删u s ti st h er e s u l to f r o u t i n es u r v e ya c t so n g p ss u r v e yt h e o r i e sa n a l y s i sp r o v e dt h a tt h ei n f l u e n c eo fa n t e n n ah a l g h to ng p sc o o r d i n a t e s i v 西南啦业太学碰士学位论文a b s t r a c t a c c u r a c yi sp r o m i n e n c e ，t h a ti st os a yt h a it h ea n t e n n ah e i g h ta h h o u g 】1m a k e sl i t t l ei n f l u e n c eo n s o t v e dt e s u ro fb a s i cl i n ea n dp o i n t sc o o r d i n a t e i tm a k e so b v i o u si n f l u e n c eo nt h e 孔c u r a c vo f p o r t i o nc o o r d i n a t e s i t st ok n o wt oa l l ，t h em a r a rt h es t l f v e y u g sc u n c e ma b o u t , i sn o lt h em n t l e ro f c o o r d i n a t eo rt h eh e i g h tb u tt h em o s tc a r i n gm a t t e ri sr e l i a b i l i t ya n dd e p e n d a b i l i t yo f t h ec o o r d i n a t e a n db o i s h t t h “i s ，h o wm u c ht h ep r e c i s i o ni s b e c a u s et h et h e o r y a n a l y z i n gh a sag r e a tm e a n i n g ， a n di tm u s tb et e s t i f i e dr e l i a b i l i t yb ym a n yp r a c t i c e w eu s e dg p si nc a m p u se ，c h o n g q i n g u n i v e r s i t yi od om a n ye x a m i n a t i o n ，a n dg a i nm a n yd a t a , a n a l y z i n gt h ed a t a t h er e s u l to f a n a l y z i n g p r o v et h a tc o n c l u s i o na b o v ei sr i g h t t h et h e o r ya n dp r a c t i c ep r o v et h a ta n 把i l l l aa f f e c tc o o r d i n a t eo i l t h eg p si sl i t t l e b u tm 岫o nt h ep r e c i s i o n f r o ma b o v e ，t h ew o r ko fm a p p i n gm u s tc h a i l g et h e i r a t c i t u 4 ea n da c t i o n , n e e dt h e yw o r ke ；a r o e s t1 0 脯帮u r et h eh e j 曲fo f a n t e 0 2 1 aw 胁t h e yc a l c u l a t e ， t h e ym u s ti n p u tt h eh e i 曲to fa n t e r m a i ft h e yd on o tl i k et h i s ，i tm a yb el e d u c at h ep r e c i s i o no f c o o r d i n a t eo f t h e 州他e a s ye x c e e d i n gl i m i ti ti st i n a l l o w e di n $ m w 蛳n ga n dm a p p i n gf i e l d 、 k e y w o r d s ：t h eh e i g h to f a m e n n ac o o r d i n a t e sp o s i t i o ne i t o r v 第l 章文献综述 g p s 是全球定位系统的英文缩写，英文全称为g l o b a l p o s i t i o n i n gs y s t e m 。目前全世界 都在采用g p s 技术进行定位，其不仅用于测绘领域，而且已经广泛渗透到了经济建设和科学 技术的许多领域。由于g p s 出现的时问短，发展快，所以也出现了一些亟待解决的问题。天 线商对g p s 定位的影响就是这样的问题。但目前国内外对这个问题的详细分析还没有，只是 凭经验在利用g p s 定位时简单忽略天线高，因为经验表明天线高对坐标的影响很小。而我由 于偶然的原因发现天线高虽然对坐标影响很小，却对坐标的精度影响较大，有时甚至很大。 由此我展开了对这一问题的系统性分析，通过大量实验和原因剖析后，发现上述结论是完全 正确的，由此改变了测绘工作者的习惯看法和做法，要求他们在工作时认真量取天线高，在 计算坐标时必须输入天线高。这样才能保证坐标的精度不受损，有助于保证坐标的可靠性。 g p s 定位是一种卫星定位技术，它是利用天空中的g p s 卫星来确定地面点的位置，定位 过程中g p s 卫星的位置是已知的，地面点的位置是要求的。它们之间的关系是通过g p s 卫星 至地面点的空间距离来建立的，而这个空间距离是通过g p s 卫星发出的g p s 信号来测量的。 目前g p s 定位主要用于确定点的平面位置，即坐标，较少用于确定点的高程位置，因为还有 较多的问题需要解决。 1 1g p s 定位系统的组成 g p s 主要有三大组成部分，即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分j 。见图l 。 围10 p $ 构成示意图 1 1 1 空间星座部分 全球定位系统的空间卫星星座，由2 4 颗卫墨组成，其中包括3 颗备用p 星。卫星分布在 6 个轨道面内，每个轨道面上分布有4 颗卫星。卫星轨道面相对地球赤道面的倾角约为5 5 。， l 两南农业大学碗l 学位论文 第1 章义献综述 各轨道平面升交点的赤经相差6 0 。，在相邻轨道上，卫星的升交距角相差3 0 。轨道平均高 度约为2 0 2 0 0 k m ，卫星运行周期为11 小时5 8 分。因此，同一观测站上，每天出现的卫星分 布图形相同，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1 1 颗口】。 g p s 卫星在空间的上述配置，保障了在地球上任何地点、任何时刻均至少可以同时观测 到4 颗卫星，加之卫星信号的传播和接收不受天气的影响，因此g p s 是一种全球性、全天候 的连续实时定位系统。不过也应指出，g p s 卫星的上述分布，在个别地区仍可能在某一短时 间内( 例如数分钟) ，只能观测到4 颗图形结构较差的卫星，而无法达到必要的定位精度。 空间部分的3 颗备用卫星，可在必要时根据指令代替发生故障的卫星，这对于保障g p s 空间部分正常而高效地工作是极其重要的。 g p s 卫星的主体呈圆柱形，直径约为1 5 m ，重约7 7 4 k g ( 包括3 1 0 k g 燃料) ，两侧设有两 块双叶太阳能扳，能自动对日定向，吼保证卫星正常工作用电。 每颗卫星装有4 台离精度原子钟( 2 台铷钟和2 台铯钟) ，这是卫星的核心设备。它将发 射标准频率信号，为g p s 定位提供高精度的时间标准。 g p s 卫星的基本功能是： 接收和储存由地面监控站发来的导航信息，接收并执行监控站的控卷4 命令； 卫星上设有微处理机，进行部分必要的数据处理工作； 通过星载的高精度铯钟和铷钟提供精密的时间标准： 向用户发送定位信息； 在地面监控站的指令下，通过推进器调整卫星的姿态和启用备用卫星。 1 1 2 地面监控部分 g p s 的地面监控部分，目前主要由分布在全球的5 个地面站所组成，其中包括卫星监测 站、主控站和信息注入站。见图2 。 监测站，是在主控站直接控制下的数据自动采集中心，站内设有双频g p s 接收机、高糖 度原子钟、计算机各一台和若干台环境数据传感器。接收机对g p s 卫星进行连续观测，以采 集数据和监测卫星的工作状况。原子钟提供时间标准，而环境传感器收集有关当地的气象数 据。所有观测资料由计算机进行初步处理并存储和传送到主控站，用以确定卫星的轨道。 2 西南农业大学砸士学位论文 第l 章文献综述 图2 地面监控站的分布 主控站一个，设在科罗拉多( c o l o r a d os p r i n g ) 。主控站除协调和管理所有地面监控系统 的工作外，其主要任务是： 根据本站和其他监测站的所有观测赉料，推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大气层的 修正参数等，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。各监测站和g p s 卫星的原子钟，均应与主控站的原子钟 同步，或测出其闻的钟差，并把这些钟差信息输入导航电文，送到注入站。 调整偏离轨道的卫星，使之沿预定的轨道运行。 启用备用卫星以代替失效的工作卫星。 注人站现有3 个，分别设在印度洋的迭哥加西_ 弧( d i e g og a t c i a ) 、南大西洋的阿松森岛 ( a s c e n c i o n ) 和南太平洋的卡瓦加兰( k w w a j a b i n ) 。注人站的主要设各，包括一台直径为3 6 m 的天线、一台c 波段发射机和一台计算机。其主要任务是在主控站的控制下，将主控站推算 和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其他控制指令等，注人到相应卫星的存储系统，并监 测注人信息的正确性p j 。 1 1 3 用户设备部分 全球定位系统的空间部分和地面监控部分。是在用户应用系统进行定位的基础，而用户 只有通过用户设备，才能实现应用g p s 定位的目的。 、 用户设备的主要任务是。接收g p s 卫星发射的无线电信号，以获得必要的定位信息及观 测量，并经数据处理而完成定位工作。 用户设备部分包括硬件和软件两个部分。软件即数据处理软件。硬件就是g p s 接收机， 其一般包括主机、天线和电源，它是用户设备的核心部分，主要功能是接收g p sp 星发射的 信号，并进行处理和量测，以获得导航电文及必要的观测量。 3 两南农业大学硕l 学位论文 第1 章文献综述 g p s 接收机可以按照各种不同的标准分为根多种，但最具实用价值的分法是按接收机能 接收的e 星信号频率分，这时可将接收机分为单频取i 双频两种。 单频机只能接收经调制的l l 信号。这时虽然可以利用导航电文提供的数学模型对观测量 进行电离层影响的修正，但由于修正模型还不完善，精度较差。所以单频机主要用予基线较 短( 2 0 k i n ) 的定位工作。 双频机可以同时接收l 和l 2 信号，因而利用双频技术可以削弱电离层对观测量的影响， 从而使定位精度提高。 单频机的精度范围为5 r a m + ( 1 2 ) p p m 1 0 m m _ ( 1 2 ) p p m ，双频机的精度范围为3 m m i p p m 5 m m + 1 p p m 。 另外按接收机接收信号通道的类别可将接收机分为序贯通道接收机、多路复用通道接收 机及多通道接收机三种。 序贯通道接收机通常只有两个信号通道，为了躁踪多颓卫星，需分时序对各卫星进行跟 踪浏量，循环一周所需时问大于2 0 m s ，所以对卫星信号不能连续跟踪。这种接收机惟一的优 点是价格便宜，缺点是不能同时跟踪几颗卫星，测量误差大。 多路复用通道接收1 1 1 , 和序贯通道接收机相似，只是测量循环时问小于2 0 m s 。目前这种接 收机也同序贯通道接收机一样，正逐步被多通道接收机取代。 多通道接收机，是具有多个信号通道，且每个通道只连续跟踪一个卫星信号的接收机。 早期生产的多通道接收机一般只有4 个或4 个以上通道，现在生产的多通道接收机一般有7 个或8 个信号通道，有的甚至达1 2 个通道，可同时跟踪1 1 颗卫星。目前g p s 接收机多为此 种接收机。 还有，如果按接收机的用途来分，则可将接收机分为导航型、测量型和授时型三种。 导航型接收机主要用于确定船舶，车辆和飞机等运动载体的实时位置和速度，以保障这 些袭体按预定的路线航行。导航型接收机一般采角跬溺码伪距为取测量的革点实时定位，定 位精度较低，范围为3 4 0 m 。这类接收机的结构简单，价格便宜应用极为广泛。导航型接 收机又可分为手持型、车载型、航海型、航空型和星载型五种。手持型可用于军事上，也可 民用。民用主要是用于个人旅游、森林资源边界的测定等，精度只能达到2 0 4 0 m 。车载型 用于车辆导航定位。航海型用于船舶导航定位。航空型用于飞机导航定位。星载型用于卫星 定轨。 测量型接收机是指适于进行各种测量工作的接收机。这类接收机一般采用载波相位观测 量进行相对定位，精度很高。 授时型接收机是利用g p s 卫星提供的高精度时间标准进行授时。 4 1 2g p s 定位技术的特点 2 i 全天候作业 由于g p s 卫星数目较多，且分布合理，所以地球上任何地方任何时候都至少能观测到4 颗卫星，从而保障了全球全天候地连续地三维定位。g p s 定位一般也不受天气的影响。 1 2 2 观测站之问不需通视 这是g p s 定位的最大优点，也是其能迅速推，“的主要原因。既要保持良好的通视条件， 又耍保障测量控制网的良好图形，这是传统测量技术难以解决的矛盾。而g p s 测量由于不要 求测站之间相互通视，因此使点位的选择变得十分灵活，从而不仅可以保证控制网有良好的 图形，而且可以节省大量的建造觇标的费用。 1 2 3 定位精度高 其相对定位精度可达到甚至优于l 矿。 1 2 4 观测时闻短 几百乃至上千公里的基线的静态相对定位所需观测时间仅为l 3 小时。不超过2 0 公里 的短基线采用快速相对定位法，其观测时问仅需数分钟，而工程溺量中的放线定位采用动态 g p s 定位仅需数秒钟即可达到厘米级甚至毫米缎的精度。这些是传统测量技术无论如何也无 法实现的。 1 2 5 操作简便 g p s 接收机的操作几乎是傻瓜式的，自动化程度极高。在外业测量中测量员要做的工作 只是对中、整平、开关机、量取仪器高等一些简单工作，而其他复杂工作则由仪器自动完成。 另外，g p s 接收机重量轻、体积小，便于携带和搬运。 1 3g p s 定位实施 g p s 测量工作与经典测量工作相类似，按其性质可分为外业和内业两大部分。其中，外 业工作主要包括，选点( 即观测站址的选择) 、建立捌站标志、野外观测作业以及成果质量检 核嚣：内业工作主要包括，g p s 测量的技术设计、测后数据处理以及技术总结等。如果按照 g p s 测量实施的工作程序，刚大体可分为这样几个阶段：网的优化设计；选点与建立标志： 外业观测；成果检核与处理。 1 ，3 ，lg p s 网的优化设计 g p s 网的优化设计，是实施g p s 测量工作的第一步，是一项基础