GPS测绘讲座基本原理

GPS测绘讲座基本原理GPS测绘讲座基本原理GPS测绘讲座基本原理GPS测绘讲座基本原理GPS测绘讲座基本原理GPS测绘讲座基1主要内容第一部分、GPS技术及测量原理

第二部分、GPS静态测量的应用过程第三部分、GPSRTK测量和放样过程第四部分、网络RTK技术及应用过程

主要内容第一部分、GPS技术及测量原理

2第一部分、GPS技术及测量原理

夏威夷

阿松森岛

科罗拉多

狄哥加西亚

卡瓦加兰

前方交会

后方交会

地面监控站GPS接收机第一部分、GPS技术及测量原理夏威夷阿松森岛科罗拉多3第一部分、GPS技术及测量原理

第一章、GPS技术的提出及组成第二章、GPS测量的误差来源及其影响第三章、GPS伪距测量和导航第四章、载波相位测量第五章、GPS载波相位测量的定位模式第一部分、GPS技术及测量原理

第一章、GPS技术的提出4

第一章、GPS技术的提出和组成

第一节、测量的概念和任务

一、测绘的概念为研究和描述全球或区域地形而获得数字信息和图形信息，并指导工程放样。二、测绘任务可以分为两个方面

1、获得数字信息和图形信息

2、放样测量

第一章、GPS技术的提出和组成

第一节、测量的概念和任务

5第二节、传统的导航和测量技术一、传统技术：一）光电仪器测量技术

1、测量原理：通过测边、测角、三角高差、水准高差来测量未知点坐标

2、缺陷:1).因光学分辨率、障碍物等影响通视,同步测量距离短，搬站频繁、积累误差大。.2)效率低，人力耗用高。

第二节、传统的导航和测量技术一、传统技术：6二）空间天文大地测量：

1）、原理：使用经纬仪，通过不同时间对几个恒星方位角的测量，交会地面点的天文大地坐标（经度、纬度），计算两个点的大地方位等。大地测量起始方位的来源。

2）缺点：（1）可观测恒星少。（2）机会很少。

(3)光学测量、通视条件要求高。

二）空间天文大地测量：7

二）导航工具：

1、航海：罗兰C导航仪：使用岸台上（2-3个）信标台作为基准，用电波纯粹测边，前方交会船只、近海的陆地载体等的坐标位置。要求载体距离海岸线距离300海里之内。导航精度低（300米之内）。

二）导航工具：8

2、航空：陀螺仪：由密度很高的物质做成，可以高速运转来保持姿态和按设定定向、导航；随着载体运行距离将长，误差积累性大，价格昂贵。很难普遍使用。2、航空：9

二、空间定位技术的发展：一）、空间定位技术的发展背景：

1、全球和平的环境提供了基础

2、军事防御的需要：科学技术在二战中发挥了很大的作用，尤其是航空航天等空间科学技术。谁拥有空间，谁就拥有了全球。

二、空间定位技术的发展：10

3、卫星颗科学的发展：到20世纪50年代末期，已经有了大量航天器围绕地球成功的运行着：如气象、通讯卫星等。航空航天事业的发展成果对于使用卫星进行军事导航、定位提供了基础。3、卫星颗科学的发展：11总结出导航和测量技术的发展方向：空间定位无线电波测量距离卫星测量技术综合应用和开发ABCDS2S1S3总结出导航和测量技术的发展方向：空间定位ABCDS2S1S312二）第一代卫星导航系统：

子午卫星系统（TRANSIT)

一）、概述：子午卫星系统，也称为Transit。由美国海军研制、开发、管理的第一代卫星导航定位系统。采用多普勒测量技术。二）第一代卫星导航系统：

子午卫星系统（TRANSIT)13

二）、系统组成

1、空间部分

卫星：太阳能、稳定杆朝向地球。

卫星星座：内容名称TRANSIT卫星数(颗)6轨道数(个)6卫星高度(公里)10100运行周期(分钟)107载波频率(兆赫)400，150二）、系统组成内容名称TRANSI14

2、控制部分

1）、卫星跟踪站：

2）、计算中心：

3）、注入站：

4）、控制中心：

5）、海军天文台：计算卫星钟、频率改正数。2、控制部分15

3、用户部分：接收机、气象仪、读带机、微机。接收机：天线及放大器接收单元微机及微处理器输出设备：存储。3、用户部分：16四）、定位方法1、单点定位：

100次卫星通过，精度3-5米。导航。2、联测定位:

精度公式：m=(1.5m+4.4×10-6×D)/n1/23、短弧定位：

将卫星坐标作为未知数求定。RS1S2S3S4S1S2S3S4S1S2S3S4S1AS2S3S4B△X,△Y,△Z四）、定位方法1、单点定位：RS1S2S3S4S1S2S3S17

2、缺陷:

1).6颗卫星,太少

2).地面监控站不能实时的提供卫星星历,所以不能实时定位。

2).轨道高度10100公里,太低,因为地球引力、摄动影响，卫星难以精密定轨。

3).频率低,难以补偿电离层折射的影响。

4).定位精度低。3、应用：导航、远程测量内容名称TRANSIT卫星数(颗)6轨道数(个)6卫星高度(公里)10100运行周期(分钟)107载波频率(兆赫)400，1502、缺陷:内容名称TRANSIT18第三节、GPS系统组成

一、GPS的来源:

美国国防部批准它的陆海空三军联合研制一种新的军用卫星全球导航系统.二、GPS系统组成：

1、地面监控部分

2、卫星部分

3、用户设备

第三节、GPS系统组成一、GPS的来源:19

一）:地面监测控制部分：

1、5个监测站:作用:1）、监测到卫星的伪距和积分多普勒。

2）、监测卫星时钟和工作状态数据

3）、监测监测站自身的状态数据

夏威夷

阿松森岛

科罗拉多

狄哥加西亚

卡瓦加兰

一）:地面监测控制部分：夏威夷阿松森岛科罗拉多20

2、1个主控站:

位于美国本土：由科罗拉多监控站兼任。

1）.收集数据

2）.编算导航电文

3）.诊断状态

4）.调度卫星2、1个主控站:21

3、3个注入站:将主控站传送来的导航电文发送给卫星.3、3个注入站:将主控站传送来的导航电文发送给卫星.22二）空间部分（SpaceSegment）

1、GPS卫星星座

空间定位技术及应用>全球定位系统的组成及信号结构>空间部分内容名称GPS卫星数(颗)21+3轨道数(个)6卫星高度(公里)20200运行周期(分钟)720（12恒星时）载波频率(兆赫)1575，1227二）空间部分（SpaceSegment）空间定位技术及应232GPS卫星

1）作用：接收、存储导航电文生成用于导航定位的信号（测距码、载波）发送用于导航定位的信号（采用双向调制法调制在载波上的测距码和导航电文）接受地面指令，进行相应操作其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。2）主要设备太阳能电池板原子钟（2台铯钟、2台铷钟）信号生成及发射装置空间定位技术及应用>全球定位系统的组成及信号结构>空间部分2GPS卫星空间定位技术及应用>全球定位系统的组成及信号243)类型

(1)试验卫星：BlockⅠ(2)工作卫星：BlockⅡBlockⅡ：存储星历能力为14天，具有SA和AS地能力BlockⅡA（Advanced）：卫星间可相互通讯，存储星历能力为180天，SV35和SV36带有激光反射棱镜BlockⅡR（Replacement/Replenishment）：卫星间可相互跟踪相互通讯BlockⅡF（FollowOn）：新一代的GPS卫星,增设第三民用频率空间定位技术及应用>全球定位系统的组成及信号结构>空间部分BlockIIABlockIIRBlockIIF3)类型空间定位技术及应用>全球定位系统的组成及信号结构25

作用:1.接收地面注入站用S波段发送到卫星的导航电文和其他有关信息,通过GPS信号形成电路,适时发送给用户.2.发送导航定位信号(简称GPS信号),导航电文.3.接收地面主控站通过注入站发送到卫星调度命令.作用:26（三）、GPS卫星信号1GPS卫星信号的结构载波（Carrier）测距码（Code）卫星（导航）电文（Message）

1）载波（Carrier）：

L1:1575.42MHZ，19cmL2:1227.60MHZ,24.4cm2）测距码（Code）：

C/A码:293m（在L1上）

P(Y)码:29.3m（在L1和L2上）

3）卫星（导航）电文:

数据码D（t），频率为50Hz。

L2P2

D(t)

L1C/AP1

D(t)（三）、GPS卫星信号1GPS卫星信号的结构L2P227框图2卫星信号的调制过程

L2P2

D(t)

L1C/AP1

D(t)卫星信号的调制原理框图2卫星信号的调制过程L2P2D(t)L28

（四）GPS卫星星历用于计算卫星坐标的参数。

1广播星历：由GPS监控站提供，实际精度1-2ppm，有时可以达到3-4ppm。

2精密星历：由特殊或专门的监控站提供。例如：

1）官方精密星历（几百公里以上）它是美国国防制图局(DMA)、国家大地测量局(NGS)和美国航空局(NASA)，联合测量和计算的。分布广阔，精度均在厘米级，官方精密星历的精度在lppm以内。只有特许才能获得。

2）CIGNET国际定轨网

3）全球GPS多用网（四）GPS卫星星历29三）、用户部分（UserSegment）

1、组成用户接收设备GPS信号接收机其它仪器设备空间定位技术及应用>全球定位系统的组成及信号结构>用户部分三）、用户部分（UserSegment）空间定位技术及应30

3、接收机分类：

1）、民用GPS导航接收机：民用GPS导航仪（1）、接收信号：GPS导航信息、C/A码、P码（2）、接收机特点：一体化、手持或手表型。（3）、应用A、定位精度3-20米左右。B、主要应用于各种载体的米级导航。3、接收机分类：31

2）、载波相位测量型接收机1）、单频GPS测量型接收机：单频GPS测量仪（1）、

接收信号：导航信息、C/A码伪距、L1载波相位。（2）、

接收机特点：

l

一体化

l

分体设计的配置2）、载波相位测量型接收机32

2）、无码双频GPS测量型接收机：无码双频GPS测量仪，一般指不能观测P码伪距的接收机（1）、接收信号：GPS导航信息、C/A码伪距、L1载波相位、L2载波相位。（2）、接收机特点：一般为分体配置。2）、无码双频GPS测量型接收机：无码双频GPS测量仪，33

3）、双频GPS测量型接收机：双频GPS测量仪，一般指能观测P码伪距的接收机。（1）接收信号：导航信息、C/A码伪距、P码伪距、L1载波相位、L2载波相位。（2）接收机特点：

l一体化

l分体设计3）、双频GPS测量型接收机：双频GPS测量仪，一般指能34第二章、GPS测量的误差来源及其影响一误差按性质分类：粗差、偶然误差、系统误差1粗差：

1）量错了天线高。

2）测量了错误的点

3）输入了错误的点名

4）输入了错误的坐标第二章、GPS测量的误差来源及其影响一误差按性质分类：35

2、偶然误差：相同条件下的测量过程中，观测量的误差在大小和符号上表现出偶然性，绝对值小，互相可以抵消；总体上有一定统计规律，这种误差称为偶然误差。这种误差主要通过计算软件平差处理。2、偶然误差：36

3、系统误差：相同条件下的测量过程中，观测量的误差在大小和符号上表现出系统性，或在观测过程中按一定的规律变化，可应用数学模型来表达，或是一个常数。

3、系统误差：37

二、精度分类：精密度和精确度，是完全不同的。1）、精密度（Precision）：表达的概念是每一个观测量及另一个观测量、或与所用观测值的平均值的接近程度。而不考虑与真值的关系。2）、精确度（Accuracy）：表达的概念是每一个观测量与真值接近程度的数量关系。而不考虑每一个观测量与另一个观测量、或与所用观测值的平均值的接近程度。二、精度分类：38

3）、误差和精度的关系：（1）、偶然误差的消除，提高观测值的精密度（Precision）。（2）、只有消除了系统误差和粗差，才能提高观测值的精确度（Accuracy）。

3）、误差和精度的关系：39

1.及卫星有关的误差：

1）、卫星星历误差（轨道误差）

2）、卫星钟误差:钟差、钟速、频漂

3）、相对论效应：钟所处状态（运动速度、重力位）。

1.及卫星有关的误差：40

2.及信号传播有关的误差

1).电离层折射

2).对流层折射

3).多路径误差

2.及信号传播有关的误差413.及接收机有关的误差

1).接收机钟误差

2).接收机的位置：接收机天线相位中心的偏差和变化

3).接收机的测量噪声

3.及接收机有关的误差42

三、消除或消弱各种误差影响的方法和措施一）模型改正法

1原理：采用模型对观测值进行修正

2适用情况：对误差的特性、机制及产生原因有较深刻了解，能建立理论或经验公式。如电离层延迟和对流层延迟改正模型等。

空间定位技术及应用>GPS定位中的误差源>概述三、消除或消弱各种误差影响的方法和措施空间定位技术及应用43

二）求差法

1原理：通过观测值间一定方式的相互求差，消去或消弱求差观测值中所包含的相同或相似的误差影响

2适用情况：误差具有较强的空间、时间或其它类型的相关性。S1AS2S3S4B△X,△Y,△Z二）求差法S1AS2S3S4B△X,△Y,△Z44

三）参数法

1原理：采用参数估计的方法，将系统性偏差求定出来

2适用情况：几乎适用于任何的情况四）回避法

1原理：选择合适的观测地点，避开易产生误差的环境；采用特殊的观测方法；采用特殊的硬件设备，消除或减弱误差的影响。

三）参数法45

2适用情况：对误差产生的条件及原因有所了解；具有特殊的设备。如对于电磁波干扰、多路径效应等的应对方法等。2适用情况：46四、美国政府的GPS政策一）SA及AS1、SA技术美国国防部于1991年7月1日开始；2000年5月1日撤销。它包括：

1）、对GPS卫星基准频率所采用的δ技术，认为引入一个高频抖动信号。

2）、对导航电文所采用的ε技术；2、AS技术：

P码将经过译密技术处理而变成Y码。Y码是由正常的P码和机密的W码之模二和而形成的，这也叫做反电子诱骗(AS，即Anti-Spoofing)。四、美国政府的GPS政策一）SA及AS47

二）SPS及PPSSPS－标准定位服务（StandardPositioningService）系统精度（实施SA时，95%）：平面100m，三维156m，速度0.3m/s，时间337nsPPS－精密定位服务（PrecisionPositioningSystem）系统精度（95%）：三维37m，速度0.1m/s，时间100ns二）SPS及PPS48第三章、GPS伪距测量和导航GPS定位采用的伪距信息有P码伪距和C/A码伪距。

L2P2

D(t)

L1C/AP1

D(t)第三章、GPS伪距测量和导航GPS定位采用的伪距信49

一、伪距测量

1．如何进行伪距测量伪距测量的基本方法：卫星依据自己的时钟发出某一结构的测距码，该测距码经过Δt时间的传播后到达接收机。接收机在自己的时钟控制下产生一组结构完全相同的测距码——复制码，并通过时延器使其延迟时间τ。将这两组测距码进行相关处理，若自相关系数R(t)≠1；则继续调整延迟时间τ，直至自相关系数R(t)=1为止。一、伪距测量50

二、伪距测量的观测方程

ρˊ=c×τ=c×Δtρˊ=ρ-δρiono-δρtrop

–cVTb+cVta

几何距离ρ及伪距ρˊ的关系式为：

ρ=ρˊ+δρiono+δρtrop-cVta+cVTb三、伪距测量定位方式

1单点定位

2RTD

二、伪距测量的观测方程51四、应用

1、由于C/A码伪距测量精度、系统误差的模型改正残差等影响定位精度20米左右。

2、主要应用于各种载体的米级导航。四、应用52第四章、载波相位测量第一节、载波相位观测量一、载波相位定位的提出：

L1载波波长：19.02cm，L2载波波长：24.42cm，测量精度为2mm左右。二、载波相位测量一）．原理

ρ=λ(φS-ΦR)=λ（Φ(τb)-φ（τa））本振信号

卫星信号

第四章、载波相位测量第一节、载波相位观测量本振信号卫星信号53

二）．载波相位测量的实际观测值1、跟踪卫星信号后的首次量测值：

φS-ΦR=N0+F0r(φ)

2、其余各次量测值

φS-ΦR=N0+F0r(φ)+Inti(φ)

二）．载波相位测量的实际观测值54

三）、载波相位测量观测方程：

ρˊ=λφ=λN0+λInti(φ)+λFr(φ)代替伪距观测方程（2-11）中的伪距ρˊ即可：ρ=ρˊ+δρiono+δρtrop-cVta+cVTb即：ρ=λN0+λ（Inti(φ)+Fr(φ)

）+δρiono+δρtrop-cVta+cVTb，λ=c/f

三）、载波相位测量观测方程：55

三、载波相位的定位方式：1、单点定位：目前主要用于研究，应用面受到限制。2、相对定位（差分定位技术）：利用两台以上的多台（以两台为例）GPS接收机的同时观测量之间参数和误差的相关性，将载波相位观测值差分处理，进行测站之间相对精密定位。这种定位技术适用面广，下面详细介绍。三、载波相位的定位方式：56

第二节、单机、双频两个载波（L1，L2）观测值间的线性组合一、组合标准：（1）、具有适当的波长；（2）、不受或基本不受电离层折射影响。（3）、具有较小的测量噪声。二、常用的线性组合,合成新的单频载波

1、宽相（Widelane）观测值△φ：φ1和φ2之差：△φ=φ1-φ2；△f=f1-f2=347.82MHZ;波λ△=c/△f=86.19cm*利于求解模糊度,测量噪声大.第二节、单机、双频两个载波（L1，L2）观测值间的线性组合57

2、窄相（Narrowlane）观测值Σφ：φ1和φ2之和：

Σφ=φ1+φ2Σf=f1+f2=2803.02MHZ;λΣ=c/Σf=10.70cm*不利于求解模糊度,测量噪声小3、无电离层折射的观测量:1）、根据电离层折射对两个频率的影响项关系数：φc=2.54573φ1-1.98368φ22）、根据电离层折射对窄相和宽相观测值的相关性：

φc2=(△φ+Σφ)/2*消除电离层折射,但无整数解.2、窄相（Narrowlane）观测值Σφ：φ1和φ258第三节、相对定位的差分载波相位观测值

以下我们介绍利用两台以上的多台（以两台为例）GPS接收机的同时观测量之间参数和误差的相关性，形成差分载波相位观测值。

第三节、相对定位的差分载波相位观测值以下我们介绍利59一、在接收机间求一次差，形成单差分载波相位观测值：

+Ф2i(ti)Ф1i(ti)一、在接收机间求一次差，形成单差分载波相位观测值：

+Ф2i60

二、在接收机间和卫星间求二次差

二、在接收机间和卫星间求二次差61=卫星1从时刻ti到

tj;

卫星2从时刻ti到

tj;

三、在接收机间、卫星和历元间求三次差：

=卫星1从时刻ti卫星2从时刻ti三、在接收机间、卫星和历元62第四节、整周跳变的探测、确定和修复一、整周跳变的来源及影响：因为卫星信号被障碍物阻断、环境恶略等引起信号暂时失锁、GPS接收机线路问题等等，使得整周计数器的累计计数工作中断，整周计数器恢复累计后的所有计数含有同一偏差；这种现象叫做整周跳变，简称周跳。从0.5周到几周甚至几百周等不等,这将对载波相位观测值带来几分米甚至几十米的测量误差。解决周跳问题一般分为探测、确定和修复三大步。ρˊ=λφ=λN0+λInti(φ)+λFr(φ)第四节、整周跳变的探测、确定和修复一、整周跳变的来源及影响：63

二、常用的周跳的探测及修复

1曲线拟合法：为了便于用计算机计算，常采用曲线拟合的方法，即根据n个相位测量观测值拟合一个n阶多项式，据此多项式来预估下一个观测值并及实测值比较，从而来发现周跳并修正整周计数。由于四次差或五次差一般巳呈偶然误差特性，无法再用函数来加以拟合，所以用多项式拟合时通常也只需取至4—5阶即可。这种方法实质上和上面介绍的高次差法是相向的，只是采用这种形式较便于计算而巳。

二、常用的周跳的探测及修复642、根据平差后的残差采发现和修复周跳

经过上述处理的观测值中还可能存在一些未被发现的小周跳。修复后的观测值中也可能引入1—2周的偏差(相当于仍存在周跳)。用这些观测值来进行平差计算，求得各观测值的残差。由于载波相位测量的观测精度很高，因而这些残差的数值一般均很小。有周跳的观测值上则会出现很大的残差。据此即可发现和改正周跳。上述过程往往需要反复进行多次，每次都采用新近获得的平差值(基线向量等)和改正了周跳后的观测值来进行，直至残差符合要求为止。这样就能获得—·组无周跳的“干净的”载波相位测量观测值。

下面三个图表明SV12号卫星的观测值中含有周跳：2、根据平差后的残差采发现和修复周跳

经过上述处理65第五章、GPS载波相位测量的定位模式

常说的GPS测量是指两台或两台以上的GPS接收机采用载波相位观测值进行相对定位。近几年来，想对测量已经有了多种测量方案；目前在GPS接收系统硬件和软件的支持下，较为普遍使用的模式有：静态相对定位、快速静态相对定位、准动态相对定位、连续动态相对定位和RTK实时相对定位等。

第五章、GPS载波相位测量的定位模式常说的GP66一）、GPS静态测量概念：多台接收机在不同的测站上进行静止同步观测，时间由45分钟、几小时甚至数十小时不等；接收机测得卫星发送的伪距、载波相位等信号观测值。

一、经典静态定位模式

一）、GPS静态测量概念：一、经典静态定位模式

67

二）、精度：基线的相对定位精度：

5mm+1ppm×D,D为基线长三）、适用范围：主要用于各种等级的大地测量跟踪网、基准网、工程控制网、变形监测网等的测量。

二）、精度：基线的相对定位精度：68二、快速静态定位模式一）作业：基准站，安置一台GPS接收机连续静态测量。另一台GPS接收机作为流动台在依次其它点上测量；每一个点观测数分钟，结束时关机。二）、精度：基线的相对定位精度：

5mm+1ppm×D,D为基线长三）、适用范围：主要用于控制网加密、导线测量等。二、快速静态定位模式一）作业：69三、准动态模式一、定位原理和模式：基准站，安置一台GPS接收机连续静态测量另一台GPS接收机作为流动台首先在第一个点上观测（5-15分钟），保持开机和连续跟踪卫星，依次其它点上测量；每一个点观测数秒钟。常称为Kinematic或StopandGo。二、精度：1-2cm三、适用范围：开阔地区控制网加密、工程点定位、碎部测量、剖面测量、地籍测量、线路测量。三、准动态模式一、定位原理和模式：70四、往返式重复设站模式一）、定位原理和模式：基准站，安置一台GPS接收机连续静态测量。另一台GPS接收机作为流动台保持开机依次在每一个点观测数1-2分钟。一小时后，逆序反测各流动点1-2分钟。二）、精度：基线的相对定位精度：

5mm+1ppm×D三）、适用范围：控制测量或控制网加密、取代导线测量和三角测量，用于工程测量、地籍测量等。四、往返式重复设站模式一）、定位原理和模式：71五、动态模式（连续动态模式）1、定位原理和模式：基准站，安置一台GPS接收机连续静态测量。另一台GPS接收机作为流动台首先在第一个点上观测（5-15分钟），保持开机边运动边按时间间隔或距离间隔自动测定运动载体的实时位置。常称为ContinuesKinematic。

2、精度：基线的相对定位精度：1-2cm3、适用范围：精密测定运动目标的轨迹、测定道路的中心线、剖面测量、线路测量、航道测量。

五、动态模式（连续动态模式）1、定位原理和模式：72六RTK测量模式一、定位原理和模式：基准站，安置一台GPS接收机连续静态测量另一台GPS接收机作为流动台首先在第一个点上观测（5-15分钟），保持开机和连续跟踪卫星，依次其它点上测量；每一个点观测数秒钟。常称为Kinematic或StopandGo。二、精度：1-2cm三、适用范围：开阔地区控制网加密、工程点定位、碎部测量、剖面测量、地籍测量、线路测量、放样。六RTK测量模式一、定位原理和模式：73六、RTK实时动态测量模式一)、GPSRTK定位概念：RealtimeKinematic使用载波相位差分观测值，实时的进行动态定位。二)、定位原理：

1、在测区中部选择一个已知坐标的控制点作为基准站，安置一台GPS接收机，连续跟踪所有可见卫星；并实时地将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等用无线电传送出去。

六、RTK实时动态测量模式一)、GPSRTK定位概念：Re74

2、在流动站通过无线电接收基准站发射的信息，将载波相位观测值实时进行差分处理，得到基准站和流动站坐标差△X，△Y，△Z；坐标差加上基准站坐标得到流动站每个点WGS84坐标，通过坐标转换参数转换得出流动站每个点的平面坐标x,y和海拔高h。这个过程称作GPSRTK定位过程。3应用：RTK定位主要用于地形测量和工程放样4精度：1或2cm+1或2ppm

2、在流动站通过无线电接收基准站发射的信息，将载波相位观测75第七章、坐标系统和高程系统

第一节、坐标系统一、

坐标系及分类所谓坐标系指的是描述空间位置的表达形式，即采用什么方法来表示空间位置。人们为了描述空间位置，采用了多种方法，从而也产生了不同的坐标系，如直角坐标系、极坐标系等。在测量中，常用的坐标系有以下几种：

n

平面直角坐标系

n

平面极坐标系第七章、坐标系统和高程系统

第一节、坐标系统一、

76

n

空间大地坐标系空间大地坐标系是采用大地经度（L）、大地纬度（B）和大地高（H）来描述空间位置的。纬度是空间的点及参考椭球面的法线与赤道面的夹角，经度是空间中的点与参考椭球的自转轴所在的面与参考椭球的起始子午面的夹角，大地高是空间点沿参考椭球的法线方向到参考椭球面的距离。图2空间大地坐标系

图2空间大地坐标系77

n

空间直角坐标系空间直角坐标系的坐标系原点位于参考椭球的中心，Z轴指向参考椭球的北极，X轴指向起始子午面及赤道的交点，Y轴位于赤道面上，且按右手系与X轴呈90

夹角。某点在空间中的坐标可用该点在此坐标系的各个坐标轴上的投影来表示。（见图1空间直角坐标系）n

空间直角坐标系78

二、

基准所谓基准是指为描述空间位置而对坐标系具体参数的定义（如圆点、轴线方向、面等）。在大地测量中，基准是指用以描述地球形状的参考椭球的参数，如参考椭球的长短半轴，以及参考椭球在空间中的定位及定向，还有在描述这些位置时所采用的单位长度的定义。三、坐标系统一个完整的坐标系统是由坐标系和基准定义两方面要素所构成的。二、

基准79四、坐标系的变换方法

一）、空间直角坐标系及空间大地坐标系间的转换1、在相同的基准下，将空间大地坐标转换为空间直角坐标公式为：

四、坐标系的变换方法

一）、空间直角坐标系及空间大地坐标80

2、在相同的基准下，将空间直角坐标转换成为空间大地坐标的公式：

1）迭代公式如右：在采用上式进行转换时，需要采用迭代的方法，先利用左式求出B的初值然后，利用该初值在求定H、N的初值，再利用所求出的H和N的初值再次求定B值。

2、在相同的基准下，将空间直角坐标转换成为空间大地坐标的公812）将空间直角坐标转换成为空间大地坐标也可以采用如下的直接算法：

2）将空间直角坐标转换成为空间大地坐标也可以采用如下的直接算82

二）、空间坐标系及平面直角坐标系间的转换

空间坐标系及平面直角坐标系间的转换采用的是投影变换的方法。在我国一般采用的是高斯投影。关于高斯投影，请参见有关文献。

1、高斯正算：由经纬度转换为平面(x,y)坐标。

2、高斯反算：由平面(x,y)坐标转换为经纬度。

二）、空间坐标系及平面直角坐标系间的转换

83五、坐标系统的转换方法

不同坐标系统的转换本质上是不同基准间的转换，不同基准间的转换方法有很多，其中，最为常用的有：一）、布尔沙模型，又称为七参数转换法：

1、七参数转换法是：设两空间直角坐标系间有七个转换参数―3个平移参数、3个旋转参数和1个尺度参数。五、坐标系统的转换方法不同坐标系统的转换本质上是不84二）、三参数转换法是：3个平移参数二）、三参数转换法是：3个平移参数85

三）、特殊方法（独立坐标系）：

1、改进法：从正规转换的平面坐标利用四参数转换到用户使用坐标：四个参数（dx,dy,λ,ω)

2、直接法：从WGS84坐标转换的平面坐标利用四参数转换到用户使用坐标：四个参数（dx,dy,λ,ω)

三）、特殊方法（独立坐标系）：86六、GPS测量中常用的坐标系统

一）、WGS-84坐标系统：是目前GPS所采用的坐标系统，GPS所发布的星历参数就是基于此坐标系统的。

WGS-84坐标系统的全称是WorldGeodicalSystem-84（世界大地坐标系-84），它是一个地心地固坐标系统。

WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立，于1987年取代了当时GPS所采用的坐标系统―WGS-72坐标系统而成为GPS的所使用的坐标系统。

WGS-84坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极方向，X轴指向BIH1984.0的启始子午面和赤道的交点，Y轴及X轴和Z轴构成右手系。

WGS-84系所采用椭球参数为：六、GPS测量中常用的坐标系统一）、WGS-84坐标系统：87

二）、1954年北京坐标系（一）、参数：

1954年北京坐标系是我国目前广泛采用的大地测量坐标系。该坐标系源自于原苏联采用过的1942年普尔科夫坐标系。建国前，我国没有统一的大地坐标系统，建国初期，在苏联专家的建议下，我国根据当时的具体情况，建立起了全国统一的1954年北京坐标系。该坐标系采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球，该椭球的参数为：二）、1954年北京坐