测量教案4-2章_GPS测量

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1、第8章 GPS测量的原理与方法 8.1 GPS概述73年12月，美国国防部组织开始研制新一代军用卫星导航系统GPS89年2月14日发射第一颗GPS卫星94年3月28日发射完第24颗卫星目前在轨卫星数32颗均匀分布在6个与赤道倾角为55近似圆形轨道上每个轨道4颗卫星运行，距地表平均高度20200km速度为3800m/s，运行周期为11h58min每颗卫星覆盖全球38面积保证地球上任何地点、任何时刻、高度15以上天空能同时观测到4颗以上卫星。 GPS定位空间测距交会P点安置GPS接收机，接收卫星发射的测距码信号在接收机时钟控制下解出测距码从卫星接收机的时间t乘光速c、加卫星时钟与接收机时钟不同步改

2、正算出卫星接收机的空间距离vt卫星钟差，vT接收机钟差GPS用单程测距方式接收机接收到的测距信号不再返回卫星接收机直接解算传播时间t并算出卫星接收机的距离)(tTvvctc要求卫星和接收机时钟严格同步卫星在严格同步时钟控制下发射测距信号实际上，卫星钟与接收机钟不可能严格同步产生钟误差两个时钟不同步对测距结果的影响c(vTvt)卫星广播含卫星钟差vT已知接收机钟差vT未知观测方程解算卫星接收机的空间距离没有考虑大气电离层和对流层折射误差影响不是卫星接收机的几何距离伪距)(tTvvctcXllVl Xl lllXllVlXllllllllVVVllVlllXlXXllVlXllllVllXllVl

3、XllllllllVVVllVlllXlX距离 = 传播时间 x 光速我我 们们 必必 定定 在在 以以 R1 为为 半半 径径 的的 球球 面面 的的 某某 个个 点点 上上R12 个个 球球 面面 相相 交交 成成 一一 个个 圆圆 弧弧点点 位位 被被 限限 制制 在在 一一 曲曲 线线 上上R1R23 个球面相交成一个点个球面相交成一个点3 个距离段可以确定纬度，经度，和高程个距离段可以确定纬度，经度，和高程点点 的的 空空 间间 位位 置置 被被 确确 定定R1R2R3测距时刻ti的卫星坐标(xi，yi，zi)用接收卫星Si广播星历解算出。则Si卫星P点的空间距离伪距观测方程有xP，

4、yP，zP，vT四个未知数为了解算这四个未知数，应同时锁定4颗卫星观测222)()()(iPiPiPiPzzyyxxR222)()()()(iPiPiPiPTitiPiPzzyyxxRvvctc观测A，B，C，D四颗卫星的伪距方程解方程算出P点坐标(xP，yP，zP) 222222222222)()()()()()()()()()()()()()()()(DPDPDPTDtDPDPCPCPCPTCtCPCPBPBPBPTBtBPBPAPAPAPTAtAPAPzzyyxxvvctczzyyxxvvctczzyyxxvvctczzyyxxvvctc8.2 GPS的组成工作卫星、地面监控系统、用户设

5、备8.2.1 地面监控系统卫星广播星历包含描述卫星运动及其轨道的参数每颗卫星广播星历由地面监控系统提供地面监控系统1个主控站、3个注入站、5个监测站(1) 监测站主控站控制下的数据自动采集中心有双频GPS接收机、高精度原子钟、气象参数测试仪计算机等设备完成对GPS卫星信号连续观测，搜集当地气象数据观测数据经计算机处理后传送到主控站(2) 主控站协调和管理所有地面监控系统工作 根据观测数据，推算编制各卫星星历、卫星钟差大气层修正参数，数据传送到注入站 提供时间基准。各监测站和GPS卫星原子钟应与主控站原子钟同步，或测量出其间钟差将钟差信息编入导航电文，送到注入站 调整偏离轨道的卫星，使之沿预定的

6、轨道运行 启动备用卫星，以代替失效的工作卫星(3) 注入站主控站控制下将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文其它控制指令注入卫星存储器监测注入信息的正确性除主控站外，整个地面监控系统无人值守8.2.2 用户设备GPS接收机和相应的数据处理软件GPS接收机包括接收天线、主机、电源GPS接收机任务捕获卫星信号，跟踪并锁定卫星信号处理接收到的信号测量测距信号从卫星传播到接收机天线的时间间隔译出卫星广播的导航电文实时计算接收机天线三维坐标、速度和时间用途导航型、测地型和授时型载波频率单频接收机(用1个载波频率)双频接收机(用2个载波频率)南方测绘NGS9600测地型单频静态GPS接收机 8.3