全球卫星定位系统GPS 第五节 GPS概述 第六节 GPS的组成 第

1、12第五节第五节 GPS概述概述GPS到底是什么哪到底是什么哪?GPS 计划始于计划始于1973 年，已于年，已于1994 年进入年进入完全运行状态。完全运行状态。GPS 的整个系由空间部分、的整个系由空间部分、地面控制部分和用户部分所组成：地面控制部分和用户部分所组成：GPSGPS即全球定位系统，是由美国建立即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系统，利用该的一个卫星导航定位系统，利用该系统，用户可以在全球范围内实现系统，用户可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定全天候、连续、实时的三维导航定位和测速；另外，利用该系统，用位和测速；另外，利用该系统，用户还能够进行高精度的

2、时间传递和户还能够进行高精度的时间传递和高精度的精密定位。高精度的精密定位。3 一、一、GPS特点：特点： 1 、定位精度高、定位精度高 应用实践已经证明，应用实践已经证明，GPS相对定位精度在相对定位精度在50KM以内可达以内可达10-6，100-500KM可达可达10-7， 1000KM可达可达10-9。在。在300-1500m工程精密定位中，工程精密定位中，1小时以上观测的解其平面其平面小时以上观测的解其平面其平面 位位置误差小于置误差小于1mm。 2 、观测时间短、观测时间短 随着随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，目前，系统的不断完善，软件的不断更新，目前，20KM以内相对静态

3、定位，仅需以内相对静态定位，仅需15-20 分钟；快速静态相对定分钟；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在位测量时，当每个流动站与基准站相距在15KM以内时，流动以内时，流动站观站观 测时间只需测时间只需1-2分钟，然后可随时定位，每站观测只需几分钟，然后可随时定位，每站观测只需几秒钟。秒钟。 3、 测站间无须通视测站间无须通视 4 、可提供三维坐标、可提供三维坐标 经典大地测量将平面与高程采用不同方法分别施测。经典大地测量将平面与高程采用不同方法分别施测。GPS可同时精确测定测站点的三维坐标。可同时精确测定测站点的三维坐标。 目前目前GPS水准可满足四水准可满足四等水准测量的精

4、度。等水准测量的精度。45、 操作简便操作简便 随着随着GPS接收机不断改进，自动化程度越来越接收机不断改进，自动化程度越来越高，有的已达高，有的已达“傻瓜化傻瓜化”的程度；接收机的体积的程度；接收机的体积 越来越来越小，重量越来越轻，极大地减轻测量工作者的工作越小，重量越来越轻，极大地减轻测量工作者的工作紧张程度和劳动强度。紧张程度和劳动强度。 使野外工作变得轻松愉快。使野外工作变得轻松愉快。 6、全天候作业、全天候作业 目前目前GPS观测可在一天观测可在一天24小时内的任何时间进小时内的任何时间进行行,不受阴天黑夜、起雾刮风、下雨下雪等气候的影响。不受阴天黑夜、起雾刮风、下雨下雪等气候的影

5、响。 7、功能多、应用广、功能多、应用广 GPS系统不仅可用于测量、导航，还可用于测系统不仅可用于测量、导航，还可用于测速、测时。测速的精度可达速、测时。测速的精度可达0。1M/S，测时，测时 的精度可的精度可达几十毫微秒。其应用领域不断扩大。达几十毫微秒。其应用领域不断扩大。 5624颗卫星（颗卫星（21+3）6个轨道平面个轨道平面55轨道倾角轨道倾角20200km轨道高度（地面高度）轨道高度（地面高度）12小时（恒星时）轨道周期小时（恒星时）轨道周期5个多小时出现在地平线以上（每颗星）个多小时出现在地平线以上（每颗星）7一个主控站：科罗拉多一个主控站：科罗拉多斯必灵司斯必灵司三个注入站：阿

6、松森（三个注入站：阿松森（Ascencion) 迭哥迭哥伽西亚伽西亚(Diego Garcia) 卡瓦加兰卡瓦加兰(kwajalein)五个监测站五个监测站=1个主控站个主控站+3个注入站个注入站+夏威夷夏威夷（Hawaii)55HawaiiAscencionDiego GarciakwajaleinColorado springs8导航型接收机一般情况下无数据输出的记录存储设备导航型接收机一般情况下无数据输出的记录存储设备供电供电信号信号信息信息命令命令数据数据供电，控制供电，控制供电供电数据数据控制控制 9第七节GPS 坐标系统原理原理WGS-84 WGS-84 坐标系是目前坐标系是目前G

7、PS GPS 所采用的所采用的坐标系统，坐标系统，GPS GPS 所发布的星历参数所发布的星历参数就是基于此坐标系统的。就是基于此坐标系统的。 WGS-84 WGS-84 坐标系的坐标原点位于地球的质心，坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z Z 轴指向轴指向BIH1984.0 BIH1984.0 定义的协议地定义的协议地球极方向，球极方向，X X 轴指向轴指向BIH1984.0 BIH1984.0 的的起始子午面和赤道的交点，起始子午面和赤道的交点，Y Y 轴与轴与X X 轴和轴和Z Z 轴构成右手系。轴构成右手系。10第八节第八节GPS卫星定位原理卫星定位原理111213GPS 静态定位在测量

8、中主要用于测静态定位在测量中主要用于测定各种用途的控制点。其中，较为定各种用途的控制点。其中，较为常见的方面是利用常见的方面是利用GPS 建立各种类建立各种类型和等级的控制网，在这些方面，型和等级的控制网，在这些方面，GPS 技术已基本上取代了常规的测技术已基本上取代了常规的测量方法，成为了主要手段。较之于量方法，成为了主要手段。较之于常规方法，常规方法，GPS 在布设控制网方面在布设控制网方面具有以下一些特点：具有以下一些特点：14测量精度高：测量精度高：GPS 观测的精度要明显高于一般的常观测的精度要明显高于一般的常规测量手段，规测量手段，GPS 基线向量的相对精度一般在基线向量的相对精度

9、一般在10-5 10-9之间，这是普通测量方法很难达到的。之间，这是普通测量方法很难达到的。选点灵活、不需要造标、费用低：选点灵活、不需要造标、费用低：GPS 测量不要求测量不要求测站间相互通视，不需要建造觇标，作业成本低，测站间相互通视，不需要建造觇标，作业成本低，大大降低了布网费用。大大降低了布网费用。全天侯作业：在任何时间、任何气候条件下，均可全天侯作业：在任何时间、任何气候条件下，均可以进行以进行GPS 观测，大大方便了测量作业，有利于按观测，大大方便了测量作业，有利于按时、高效地完成控制网的布设。时、高效地完成控制网的布设。观测时间短：采用观测时间短：采用GPS 布设一般等级的控制网

10、时，布设一般等级的控制网时，在每个测站上的观测时间一般在在每个测站上的观测时间一般在12 个小时左右，个小时左右，采用快速静态定位的方法，观测时间更短。观测、采用快速静态定位的方法，观测时间更短。观测、处理自动化采用处理自动化采用GPS 布设控制网，观测工程和数据布设控制网，观测工程和数据处理过程均是高度自动化的。处理过程均是高度自动化的。1516静态相对定位模式静态相对定位模式流动站流动站动态相对定位模式动态相对定位模式基准站基准站171819 ?20项目的提出：一项项目的提出：一项GPS 测量工程项目，往往是由工测量工程项目，往往是由工程发包方、上级主管部门或其他单位或部门提出，程发包方、

11、上级主管部门或其他单位或部门提出，由由GPS 测量队伍具体实施。对于一项测量队伍具体实施。对于一项GPS 测量工程测量工程项目，一般有如下一些要求：项目，一般有如下一些要求：测区位置及其范围：测区的地理位置、范围，控制测区位置及其范围：测区的地理位置、范围，控制网的控制面积。网的控制面积。用途和精度等级：控制网将用于何种目的，其精度用途和精度等级：控制网将用于何种目的，其精度要求是多少，要求达到何种等级。要求是多少，要求达到何种等级。点位分布及点的数量：控制网的点位分布、点的数点位分布及点的数量：控制网的点位分布、点的数量及密度要求，是否有对点位分布有特殊要求的区量及密度要求，是否有对点位分布

12、有特殊要求的区域。域。提交成果的内容：用户需要提交哪些成果，所提交提交成果的内容：用户需要提交哪些成果，所提交的坐标成果分别属于哪些坐标系，所提交的高程成的坐标成果分别属于哪些坐标系，所提交的高程成果分别属于哪些高程系统，除了提交最终的结果外，果分别属于哪些高程系统，除了提交最终的结果外，是否还需要提交原始数据或中间数据等。是否还需要提交原始数据或中间数据等。21时限要求：对提交成果的时限要求，即何时是提交成果的最后期时限要求：对提交成果的时限要求，即何时是提交成果的最后期限。限。投资经费：对工程的经费投入数量。投资经费：对工程的经费投入数量。技术设计：负责技术设计：负责GPS 测量的单位在获

13、得了测量任务后，需要根据测量的单位在获得了测量任务后，需要根据项目要求和相关技术规范进行测量工程的技术设计。关于技术设项目要求和相关技术规范进行测量工程的技术设计。关于技术设计的具体内容将在第四章中作详细介绍。计的具体内容将在第四章中作详细介绍。测绘资料的搜集与整理：在开始进行外业测量之前，现有测绘资测绘资料的搜集与整理：在开始进行外业测量之前，现有测绘资料的搜集与整理也是一项极其重要的工作。需要收集整理的资料料的搜集与整理也是一项极其重要的工作。需要收集整理的资料主要包括测区及周边地区可利用的已知点的相关资料（点志记、主要包括测区及周边地区可利用的已知点的相关资料（点志记、坐标等）和测区的地

14、形图等。坐标等）和测区的地形图等。仪器的检验：对将用于测量的各种仪器包括仪器的检验：对将用于测量的各种仪器包括GPS 接收机及相关设接收机及相关设备、气象仪器等进行检验，以确保它们能够正常工作。备、气象仪器等进行检验，以确保它们能够正常工作。踏勘、选点埋石：在完成技术设计和测绘资料的搜集与整理后，踏勘、选点埋石：在完成技术设计和测绘资料的搜集与整理后，需要根据技术设计的要求对测区进行踏勘，并进行选点埋石工作。需要根据技术设计的要求对测区进行踏勘，并进行选点埋石工作。22实地了解测区情况：由于在很多情况下，选点埋石和测量是分别由实地了解测区情况：由于在很多情况下，选点埋石和测量是分别由两个不同的

15、队伍或两批不同的人员完成的，因此，当负责两个不同的队伍或两批不同的人员完成的，因此，当负责GPS GPS 测量测量作业的队伍到达测区后，需要先对测区的情况作一个详细的了解。作业的队伍到达测区后，需要先对测区的情况作一个详细的了解。主要需要了解的内容包括点位情况（点的位置、上点的难度等）、主要需要了解的内容包括点位情况（点的位置、上点的难度等）、测区内经济发展状况、民风民俗、交通状况、测量人员生活安排等。测区内经济发展状况、民风民俗、交通状况、测量人员生活安排等。这些对于今后测量工作的开展是非常重要的。这些对于今后测量工作的开展是非常重要的。卫星状况预报根据测区的地理位置，以及最新的卫星星历，对

16、卫星卫星状况预报根据测区的地理位置，以及最新的卫星星历，对卫星状况进行预报，作为选择合适的观测时间段的依据。所需预报的卫状况进行预报，作为选择合适的观测时间段的依据。所需预报的卫星状况有卫星的可见性、可供观测的卫星星座、随时间变化的星状况有卫星的可见性、可供观测的卫星星座、随时间变化的PDOP PDOP 值、随时间变化的值、随时间变化的RDOP RDOP 值等。对于个别有较多或较大障碍物的测站，值等。对于个别有较多或较大障碍物的测站，需要评估障碍物对需要评估障碍物对GPS GPS 观测可能产生的不良影响。观测可能产生的不良影响。确定作业方案：根据卫星状况、测量作业的进展情况、以及测区的确定作业

17、方案：根据卫星状况、测量作业的进展情况、以及测区的实际情况，确定出具体的作业方案，以作业指令的形式下达给各个实际情况，确定出具体的作业方案，以作业指令的形式下达给各个作业小组，根据情况，作业指令可逐天下达，也可一次下达多天的作业小组，根据情况，作业指令可逐天下达，也可一次下达多天的指令。作业方案的内容包括作业小组的分组情况，指令。作业方案的内容包括作业小组的分组情况，GPS GPS 观测的时间观测的时间段以及测站等。段以及测站等。23外业观测：各外业观测：各GPS GPS 观测小组在得到作业指挥员所下达的作业观测小组在得到作业指挥员所下达的作业指令后，应严格按照作业指令的要求进行外业观测。在进

18、行指令后，应严格按照作业指令的要求进行外业观测。在进行外业观测时，外业观测人员除了严格按照作业规范、作业指外业观测时，外业观测人员除了严格按照作业规范、作业指令进行操作外，还要根据一些特殊情况，灵活地采取应对措令进行操作外，还要根据一些特殊情况，灵活地采取应对措施。在外业中常见的情况有不能按时开机、仪器故障和电源施。在外业中常见的情况有不能按时开机、仪器故障和电源故障等。故障等。数据传输与转储：在一段外业观测结束后，应及时地将观测数据传输与转储：在一段外业观测结束后，应及时地将观测数据传输到计算机中，并根据要求进行备份，在数据传输时数据传输到计算机中，并根据要求进行备份，在数据传输时需要对照外

19、业观测记录手簿，检查所输入的记录是否正确。需要对照外业观测记录手簿，检查所输入的记录是否正确。数据传输与转储应根据条件，及时进行。数据传输与转储应根据条件，及时进行。基线处理与质量评估：对所获得的外业数据及时地进行处理，基线处理与质量评估：对所获得的外业数据及时地进行处理，解算出基线向量，并对解算结果进行质量评估。作业指挥员解算出基线向量，并对解算结果进行质量评估。作业指挥员需要根据基线解算情况作下一步需要根据基线解算情况作下一步GPS GPS 观测作业的安排。观测作业的安排。重复确定作业方案、外业观测、数据传输与转储与基线处理重复确定作业方案、外业观测、数据传输与转储与基线处理与质量评估四步

20、，直至完成所有与质量评估四步，直至完成所有GPS GPS 观测工作。观测工作。24结果分析（网平差处理与质量评估）：结果分析（网平差处理与质量评估）：,对对外业观测所得到的基线向量进行质量检验，外业观测所得到的基线向量进行质量检验，并对由合格的基线向量所构建成的并对由合格的基线向量所构建成的GPS 基线向量网进行平差解算，得出网中各点基线向量网进行平差解算，得出网中各点的坐标成果。如果需要利用的坐标成果。如果需要利用GPS 测定网测定网中各点的正高或正常高，还需要进行高程中各点的正高或正常高，还需要进行高程拟合。拟合。技术总结：根据整个技术总结：根据整个GPS 网的布设及数网的布设及数据处理情

21、况，进行全面的技术总结。据处理情况，进行全面的技术总结。成果验收成果验收25在布设在布设GPS 网时，技术设计是非常重要网时，技术设计是非常重要的。这是因为技术设计提供了布设的。这是因为技术设计提供了布设GPS 网的技术准则，在布设网的技术准则，在布设GPS 网时所遇到网时所遇到的所有技术问题，都需要从技术设计中寻的所有技术问题，都需要从技术设计中寻找答案。因此，在进行每一项找答案。因此，在进行每一项GPS 工程工程时，都必须首先进行技术设计。时，都必须首先进行技术设计。26项目来源：介绍项目的来源、性质。项目来源：介绍项目的来源、性质。测区概况：介绍测区的地理位置、测区概况：介绍测区的地理位

22、置、气候、人文、经济发展状况、交通气候、人文、经济发展状况、交通条件、通讯条件等。条件、通讯条件等。工程概况：介绍工程的目的、作用、工程概况：介绍工程的目的、作用、要求、要求、GPS 网等级（精度）、完成网等级（精度）、完成时间等。时间等。技术依据：介绍作业所依据的测量技术依据：介绍作业所依据的测量规范、工程规范、行业标准等。规范、工程规范、行业标准等。27施测方案：介绍测量所采用的仪器、采取的布施测方案：介绍测量所采用的仪器、采取的布网方法等。网方法等。作业要求：介绍外业观测时的具体操作规程、作业要求：介绍外业观测时的具体操作规程、技术要求等，包括仪器参数的设置（如采样率、技术要求等，包括仪

23、器参数的设置（如采样率、截止高度角等）、对中精度、整平精度、天线截止高度角等）、对中精度、整平精度、天线高的量测方法及精度要求等。高的量测方法及精度要求等。观测质量控制：介绍外业观测的质量要求，包观测质量控制：介绍外业观测的质量要求，包括质量控制方法及各项限差要求等。括质量控制方法及各项限差要求等。数据处理方案：详细的数据处理方案，包括基数据处理方案：详细的数据处理方案，包括基线解算和网平差处理所采用的软件和处理方法线解算和网平差处理所采用的软件和处理方法等内容。等内容。28 国家测绘局国家测绘局1992年制订的我国第一部年制订的我国第一部“GPS测量规范测量规范”将将GPS的精度分为的精度分

24、为AE五级五级（见下表）。其中（见下表）。其中A、B两级一般是国家两级一般是国家GPS控制控制网。网。C、D、E三级是针对局部性三级是针对局部性GPS网规定的。网规定的。29 应通过独立观测边构成闭合图形，以增加检核条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。件，提高网的可靠性。应尽量与原有地面控制网相重合，重合点一般不应尽量与原有地面控制网相重合，重合点一般不少于少于3个，且分布均匀。个，且分布均匀。应考虑与水准点相重合应考虑与水准点相重合 ，或在网中布设一定密度，或在网中布设一定密度的水准联测点。的水准联测点。点应设在视野开阔和容易到达的地方联测方向。点应设在视野开阔和

25、容易到达的地方联测方向。可在网点附近布设一通视良好的方位点，以建立可在网点附近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。联测方向。根据根据GPS测量的不同用途，测量的不同用途，GPS网的独立观测边网的独立观测边均应构成一定的几何图形，基本形式有：均应构成一定的几何图形，基本形式有：30优点：优点： 图形几何结构强，图形几何结构强，具有良好的自检能具有良好的自检能力，经平差后网中力，经平差后网中相邻点间基线向量相邻点间基线向量的精度均匀。的精度均匀。缺点：缺点： 观测工作量大。观测工作量大。 只有在网的精度和只有在网的精度和可靠可靠 性要求比较性要求比较高时，才单独采用高时，才单独采用这种图形。这

26、种图形。31优点：优点： 观测工作量较小，且观测工作量较小，且具有较好的自检性和可具有较好的自检性和可靠性。靠性。缺点：缺点： 非直接观测基线边非直接观测基线边（或间接边）精度较直（或间接边）精度较直接观测边低，相邻点间接观测边低，相邻点间的基线精度分布不均匀。的基线精度分布不均匀。是大地测量和精密工程是大地测量和精密工程测量中普遍采用的图形。测量中普遍采用的图形。通常采用上述两种图形通常采用上述两种图形的混合图形。的混合图形。32优点：优点： 观测中只需要两台观测中只需要两台GPS接收机，作业简接收机，作业简单。单。缺点：缺点： 几何图形简单，检几何图形简单，检验和发现粗差能力差验和发现粗差

27、能力差,广泛用于工程测量、广泛用于工程测量、边界测量、地籍测量边界测量、地籍测量 和碎部测量等。和碎部测量等。33两台仪器作业的基本图形：两台仪器作业的基本图形：n多边形环状网。两接收机同步作业，交替迁站多边形环状网。两接收机同步作业，交替迁站n-1次，得到首尾相接的次，得到首尾相接的n边形闭合环，每个新点均边形闭合环，每个新点均与两条独立基线相连。与两条独立基线相连。n单基准形状网。两接收机同步作业，单基准形状网。两接收机同步作业，1台固定不台固定不动，动，1台快速流动迁站台快速流动迁站n-1次，得到次，得到n条独立基线，条独立基线，每个新点只与每个新点只与1条独立基线相连。因此每个点上条独

28、立基线相连。因此每个点上必须进行第二次设站。必须进行第二次设站。12345123456343637383940初始界面中模式的选择 指示灯含义 F1F2F3F4PWR41F1F2F3F4PWR主界面分三大部分：主界面分三大部分：卫星分布图、系统提示框、功能项卫星分布图、系统提示框、功能项 42F1F2F3F4PWRPWR键返回主界面 43“”F1F2F3F4PWR注意：同时工作的几台注意：同时工作的几台9600主机高度截止角、采主机高度截止角、采 集间隔最好保证一致，即同样的设置值。集间隔最好保证一致，即同样的设置值。PWR键键“取消取消”:返回主界面。返回主界面。 44”F1F2F3F4PW

29、R有状态、卫星、点名（采集）、返回、记录图标五个子项有状态、卫星、点名（采集）、返回、记录图标五个子项 45F1F2F3F4PWR显示单点定位的经纬度坐标、高程和精度因子显示单点定位的经纬度坐标、高程和精度因子PDOP值值 、 定位状态、锁定卫星数目、可视卫星数定位状态、锁定卫星数目、可视卫星数 46F1F2F3F4PWR47F1F2F3F4PWR智能模式下显示点名。智能模式下显示点名。在人工模式下显示采集，此时用户可以输入测站的相关信息，在人工模式下显示采集，此时用户可以输入测站的相关信息，如：测站点名、测站采集的时段号、测站天线高。如：测站点名、测站采集的时段号、测站天线高。 48“”F1

30、F2F3F4PWR长按PWR键关机 4950F1F2F3F4PWR51F1F2F3F4PWR52F1F2F3F4PWR5354F1F2F3F4PWR55F1F2F3F4PWR4.2.3 退出数据记录：操作同退出数据记录：操作同“智能模式智能模式”。 5657电源灯电源灯卫星灯卫星灯信息灯信息灯A电池为绿灯电池为绿灯 B电池为黄灯电池为黄灯 A、B均不足，为红灯均不足，为红灯卫星灯和信息灯的工作情况：卫星灯和信息灯的工作情况： 1.未进入未进入3D状态时状态时,信息灯每闪信息灯每闪N次红灯，则卫星闪烁次红灯，则卫星闪烁1次红灯次红灯 可视的卫星数可视的卫星数 2. 进入进入3D状态时状态时,信息灯每闪信息灯每闪M次绿灯，则卫星闪烁次绿灯，则卫星闪烁1次绿灯次绿灯 采集间隔采集间隔 5859菜单项菜单项 工具栏工具栏 状态栏状态栏 程程序序视视窗窗 60新建文件夹对话框新建文件夹对话框 61GPS设置对话框设置对话框 对对9600内存中