GPS测量原理及应用各章知识点总结

GPS 测量原理及应用各章知识点总结桂林理工大学测绘08-1 JL （纯手打）

第一章绪论

1、GPS系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性、全球性、全天候、连续

性和实时性的导航、定位和定时的功能。能为各个用户提供三维坐标和时间。

2、GPS卫星位置采用WGS-8软地坐标系

3、GPS经历了方案论证、系统论证、生产试验三个阶段。整个系统包括卫星星座、地面监控部分、用户接收机部分。

4、GPS基本参数为：卫星颗数为21+3,卫星轨道面个数为6,卫星高度为20200km轨道倾角为55度，卫星运行周期为11 小时58 分，在地球表面任何时刻，在高度较为15 度以上，平均可同时观测到6 颗有效卫星，最多可以达到9 颗。

5、应用双定位系统的优越性：

能同时接收到GPS和GLONAS S星信号的接收机，简称为双系统卫星接收机。

（1）增加接收卫星数。这样有利于在山区和城市有障碍物遮挡的地区作业

（2）提高效率。观测卫星数增加，所以求解整周模糊度的时间缩短，从而减少野外作业时间，提高了生产效率。

（3）提高定位的可靠性和精度。因观测的卫星数增加，用于定位计算的卫星数增加，卫星几何分布也更好，所以提高了定位的可靠性和精度。

6在GPS言号导航的定位时，为了解算测站的三维坐标，必须观测4颗（以上）卫星，称为定位星座。

7、PRN ------ 卫星所采用的伪随机噪声码

8、在导航定位测量中，一般采用PRN编号。

9、用于捕获信号和粗略定位的为随机码叫做C/A码（又叫S码），用于精密定位的精密测距码叫P 码

10、GPS系统中各组成部分的作用：

卫星星座

1 、向广大用户发送导航定位信息。

2、接收注入站发送到卫星的导航电文和其他相关信息，并通过GPS言号电路，适时的发送给广大用户。

3、接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，适时的改正运行偏差和启用备用时钟等。

地面监控系统

地面监控系统包括 1 个主控站， 3 个注入站和5 个监测站。

1、监测和控制卫星上的设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行。

2、保持各卫星处于同一时间。

GPS 接收机

接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包，构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构非为天线单元和接收单元两大部分。

作用：能够捕获按一定卫星高度截止角多选择的待测卫星信号，并跟踪这些卫星的运行，

对说接收到的GPS言号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS言号从卫星到接收机天线

的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时的计算出测站三位位置，甚至三位速度时间。

10、GPS的特点：

1、定位精度高

2、观测时间短

3、测站间无需通视

4、可提供三维坐标

5、操作简单

6、全天候作业

7、功能多，应用广

第二章坐标系统和时间系统

1、完全定义一个空间直角坐标系必须明确：1、坐标原点的位置

2、三个坐标轴的指向。

3、长度单位。

2、地球的瞬时自转轴在地球上随时间而变，称为极地移动，简称极移。

3、WGS-84坐标系

WGS-84的几何定义：原地位于地球质心，Z轴指向BIH 1984.0定义的协议地球极（CTP 方向,X轴指向BIH 1984.0的零子午面和CTP赤道的交点,Y轴与Z、X轴构成右手坐标系。

长半轴a=6378137+-2m,a

4、WGS-84^地水准面N等于由GPS定位测定的点的大地高H减去该点的正高Ho

5、我国目前常用的两个国家大地坐标系：1954北京坐标系，1980年国家大地坐标系。1980 年国家大地坐标系的的大地原点设在我国中部- 陕西省泾阳县永乐镇，高程系统基准是19556 年青岛验潮站求出的黄海平均海水面。

6 GPS寸间系统

GPS系统是测试测距系统。GPS寸间系统采用原子时ATI秒长作为时间基准，但时间起算的原点定义

在1980年1月6日UTC 0时。

3、卫星运动基础及GPS卫星星历

1、只考虑地球地心引力作用的卫星运动称为卫星的无摄运动。

2、考虑了摄动力作用的卫星运动称为卫星的受摄运动。摄动力包括: 地球引力场摄动力（影响最大）、日月摄动力、大气阻力、光压摄动力潮汐摄动力。

3、卫星星历：描述卫星运动轨道的信息。分为预报星历和后处理星历。

4、预报星历有叫广播星历。通常包括相对某一参考历元的开普勒轨道参数和必要的轨道摄动改正项参数。

5、广播星历参数共有16个，包括1 个参考时刻，6个对应参考时刻的开普勒轨道参数和9 个反映摄动力影响的参数。

6 C/A码星历------一种用C/A码传送的卫星星历。P码星历-------------- 一种用P码传送

的卫星星历。

7、后处理星历（有滞后性）：一些国家某些部门，根据各自建立的卫星跟踪站所获得的对

GPS卫星的精密观测资料，应用与确定广播星历相似的方法而计算的卫星星历。

第四章GPS卫星的导航电文和卫星信号

1、卫星导航电文：是用户用来定位和导航的数据基础。它主要包括：卫星星历、时钟改正、电离层延迟改正、工作状态信息C/A码转换到捕获P码。

2、GPS卫星信号是用于导航定位的调制波，他包含有：载波、测距码和数据码。

3、调制：将频率较低的信号加载在频率较高的载波上的过程。

4、GPS接收机分类：

按用途分：导航型接收机、测地型接收机和授时型接收机

按接收机的载波频率分：单频接收机、双频接收机

按通道数分：多通道接收机、序贯通道接收机和多路多用通道接收机按工作原理分：码相关型接收机、平方型接收机、混合型接收机和干涉型接收机。

5、GPS 卫星定位基本原理

1、GPS卫星定位的基本原理：将无线电信号发射台从地面点搬到卫星上，组成卫星导航定位系统，应用无线电测距交会原理，便可由三个以上地面已知点（控制站）交会出卫星的位置，反之利用三颗以上卫星的已知空间位置又可交会出地面未知点（用户接收机）的位置。

2、依据测距的原理，GPS定位原理和方法主要有：伪距法定位，载波相位测量定位和差分GPS定位等。

3、对于待定点来说，根据其运动状态可以将GPS定位分为静态地位和动态定位。

4、静态定位：对于固定不动的待定点，将GPS接收机安置与其上测，观测数分钟乃至更长

的时间，以确定改点的三维坐标5、动态定位：至少有一台接收机处于运动状态，测定的是各观测时刻（观测历元）运动中的接收机的点位。

6相对定位：至少用两台GPS接收机，同步观测相同的GPS卫星，确定两台接收机天线之间的相对位置。

7、绝对定位：（也叫单点定位）利用GPS卫星和用户接收机之间的距离观测值直接确定用

户接收机天线在WGS-8坐标系中相对于坐标原点-----地球质心的绝对位置。

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