gps測(cè)量與數(shù)據(jù)處理-大地測(cè)量(2016)

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1、1GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理大地測(cè)量武漢大學(xué)王澤民zmwang@whu.edu.cn2空間部分地面監(jiān)控部分用戶部分GPS一、GPS測(cè)量原理回顧1、GPS系統(tǒng)及其構(gòu)成擁有者：美國系統(tǒng)構(gòu)成：空間部分、地面控制部分、用戶部分作用：定位、測(cè)速、授（守）時(shí)信號(hào)：載波、測(cè)距碼、導(dǎo)航電文GPS測(cè)量原理32、GPS定位原理距離交會(huì)GPS測(cè)量原理43、GPS觀測(cè)值碼偽距載波相位多普勒GPS測(cè)量原理54、GPS的誤差源與衛(wèi)星有關(guān)的：衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星星歷誤差、相對(duì)論效應(yīng)、SA與傳播途徑有關(guān)的：大氣折射（電離層折射、對(duì)流層折射）、多路徑效應(yīng)、其他電磁波干擾

2、與接收設(shè)備有關(guān)的：天線相位中心偏移及變化、接收機(jī)鐘差、接收機(jī)噪聲其他GPS測(cè)量原理6單差雙差三差5、GPS定位原理中的若干基本概念偽距測(cè)量載波相位測(cè)量整周計(jì)數(shù)、周跳、整周模糊度差分觀測(cè)值零差（非差）、單差、雙差、三差載波相位觀測(cè)值的線性組合寬巷、窄巷、無電離層折射影響和無幾何關(guān)系組合GPS測(cè)量原理76、GPS的定位模式根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)動(dòng)態(tài)定位、靜態(tài)定位根據(jù)時(shí)效實(shí)時(shí)定位、事后定位根據(jù)定位模式絕對(duì)定位、相對(duì)定位、差分定位GPS測(cè)量原理87、導(dǎo)航定位方法及精度GPS測(cè)量原理9作業(yè)范圍：全球地面覆蓋，無須通視作業(yè)時(shí)間：實(shí)時(shí)，全天候成果精

3、度：精度高勞動(dòng)強(qiáng)度：自動(dòng)化程度高三維坐標(biāo)：真三維坐標(biāo)8、GPS的特點(diǎn)GPS測(cè)量原理105.1GPS測(cè)量的技術(shù)設(shè)計(jì)115.1.1GPS測(cè)量中的幾個(gè)基本概念12觀測(cè)時(shí)段和時(shí)段長度觀測(cè)時(shí)段從測(cè)站上開始接收衛(wèi)星信號(hào)起至停止接收衛(wèi)星信號(hào)間的連續(xù)工作的時(shí)間段是GPS測(cè)量的基本單位時(shí)段長度觀測(cè)時(shí)段所持續(xù)的時(shí)間13同步觀測(cè)、基線向量和GPS基線向量網(wǎng)同步觀測(cè)兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的GPS接收機(jī)對(duì)同一組衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行的觀測(cè)基線向量利用進(jìn)行同步觀測(cè)的接收機(jī)所采集的觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出的接收機(jī)間的三維坐標(biāo)差與計(jì)算時(shí)所采用的衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)同屬一個(gè)系統(tǒng)GPS基線向量網(wǎng)

4、采用GPS技術(shù)布設(shè)的測(cè)量控制網(wǎng)，由GPS點(diǎn)和基線向量所構(gòu)成14同步觀測(cè)基線定義利用同一時(shí)段的多個(gè)同步觀測(cè)站所采集的觀測(cè)數(shù)據(jù)所計(jì)算出的若干基線向量一個(gè)時(shí)段中，同步觀測(cè)基線的數(shù)量若在某時(shí)段共有n臺(tái)接收機(jī)進(jìn)行了同步觀測(cè)，則共可得到n(n-1)/2條同步觀測(cè)基線n=3n=2n=4n=515閉合環(huán)和環(huán)的閉合差閉合環(huán)由多條基線向量首尾相連所構(gòu)成的圖形n=5由5條基線向量所構(gòu)成的閉合環(huán)16閉合環(huán)和環(huán)的閉合差環(huán)的閉合差閉合差：組成閉合環(huán)的基線向量按同一方向（順時(shí)針或逆時(shí)針）的矢量和分量閉合差：組成閉合環(huán)的基線向量按同一方向（順時(shí)針或逆時(shí)針）

5、矢量的各個(gè)分量的和全長閉合差：分量閉合差的平方和開方分量閉合差環(huán)的閉合差全長閉合差17同步觀測(cè)環(huán)（同步環(huán)）和同步環(huán)檢驗(yàn)同步觀測(cè)環(huán)（同步環(huán)）三臺(tái)或三臺(tái)以上的GPS接收機(jī)進(jìn)行同步觀測(cè)所獲得的基線向量（完全由同一觀測(cè)時(shí)段的基線向量）所構(gòu)成的閉合環(huán)第一時(shí)段第一時(shí)段第一時(shí)段第一時(shí)段第一時(shí)段第二時(shí)段同步環(huán)與非同步環(huán)18同步觀測(cè)環(huán)（同步環(huán)）和同步環(huán)檢驗(yàn)同步環(huán)檢驗(yàn)定義：檢驗(yàn)同步環(huán)的閉合差大小特性理論上：采用嚴(yán)密算法所得到的同步環(huán)，無論觀測(cè)值中是否含有誤差，其環(huán)閉合差必為零。（構(gòu)成同步環(huán)的基線向量之間是線性相關(guān)的）實(shí)踐中：如果算法不嚴(yán)密（目前

6、大多數(shù)的商用軟件均屬于此種情況），其環(huán)閉合差通常不為零，但通常很小結(jié)論：同步環(huán)閉合差很小，還不能說明基線解算結(jié)果一定能夠滿足精度要求19獨(dú)立基線向量定義：線性無關(guān)的一組基線向量滿足下面條件之一的為獨(dú)立基線向量未構(gòu)成同步閉合環(huán)的一組基線向量（例如：一條基線向量，未構(gòu)成閉合環(huán)的一組同步觀測(cè)基線）雖構(gòu)成了閉合環(huán)，但并非所有基線都來自同一觀測(cè)時(shí)段提示完全由同步觀測(cè)基線所構(gòu)成的閉合環(huán)之間是線性相關(guān)的，是一組非獨(dú)立基線向量GPS網(wǎng)應(yīng)由相互獨(dú)立的基線向量構(gòu)成20獨(dú)立基線向量同步觀測(cè)基線向量的最大線性無關(guān)組及選取方式21獨(dú)立觀測(cè)環(huán)（異步環(huán)）

7、和獨(dú)立觀測(cè)環(huán)檢驗(yàn)獨(dú)立觀測(cè)環(huán)（異步環(huán)）定義：由相互函數(shù)獨(dú)立（線性無關(guān)）的基線向量所構(gòu)成的閉合環(huán)。（就是前面的非同步環(huán)）第一時(shí)段第一時(shí)段第一時(shí)段第一時(shí)段第一時(shí)段第二時(shí)段獨(dú)立環(huán)與非獨(dú)立環(huán)22獨(dú)立觀測(cè)環(huán)（異步環(huán)）和獨(dú)立觀測(cè)環(huán)檢驗(yàn)獨(dú)立觀測(cè)環(huán)檢驗(yàn)定義：檢驗(yàn)獨(dú)立觀測(cè)環(huán)的閉合差大小特性：與同步環(huán)閉合差不同，即使采用嚴(yán)密算法，并且計(jì)算過程中未發(fā)生錯(cuò)誤，獨(dú)立觀測(cè)環(huán)的閉合差通常也不為零，也不一定是個(gè)微小量結(jié)論：獨(dú)立觀測(cè)環(huán)閉合差的大小，可作為評(píng)定基線解算結(jié)果質(zhì)量的有力指標(biāo)235.1.2技術(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)24測(cè)量任務(wù)書或測(cè)量合同書內(nèi)容點(diǎn)位要求分布、密度、

8、數(shù)量精度要求等級(jí)、點(diǎn)位誤差、相鄰點(diǎn)間距離誤差進(jìn)度要求提交成果的時(shí)間成果要求坐標(biāo)參照系、是否需要高程成果、提交資料的內(nèi)容255.1.3GPS網(wǎng)的精度和密度設(shè)計(jì)26各級(jí)GPS測(cè)量的精度指標(biāo)相鄰點(diǎn)間基線長度標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)差，單位mm固定誤差，單位mm比例誤差，單位ppm相鄰點(diǎn)間的距離，單位mm275