全球定位系统概述Word下载.docx

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全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导航定位系统。

随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。

2.GPS如何定位GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；

用于预报未来几个月卫星所处概略位置的预报星历；

用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；

以及GPS系统信息，如卫星状况等。

GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。

对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。

GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。

严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。

一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。

相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位精度也只能采用相位观测值。

按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。

单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。

相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。

在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时（大气有明显差别），应选用双频接收机。

在定位观测时，若接收机相对于地球表面运动，则称为动态定位，如用于车船等概略导航定位的精度为30一100米的伪距单点定位，或用于城市车辆导航定位的米级精度的伪距差分定位，或用于测量放样等的厘米级的相位差分定位（RTK），实时差分定位需要数据链将两个或多个站的观测数据实时传输到一起计算。

在定位观测时，若接收机相对于地球表面静止，则称为静态定位，在进行控制网观测时，一般均采用这种方式由几台接收机同时观测，它能最太限度地发挥GPS的定位精度，专用于这种目的的接收机被称为型接收机，是接收机中性能最好的一类。

目前，GPS已经能够达到地壳形变观测的精度要求，IGS的常年观测台站已经能构成毫米级的全球坐标框架。

3.GPS系统如何组成GPS系统包括三大部分：

空间部分GPS卫星星座；

地面控制部分地面监控系统；

用户设备部分GPS信号接收机。

GPS卫星星座GPS工作卫星及其星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作（21+3）GPS星座。

24颗卫星均匀分布在6个轨道平面，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间相距60度，即轨道的升交点赤经各相差60度。

每个轨道平面各颗卫星之间的升交角距相差90度，一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。

在两万公里高空的GPS卫星，当地球对恒星来说自转一周时，它们绕地球运行二周，即绕地球一周的时间为12恒星时。

这样，对于地面观测者来说，每天将提前4分钟见到同一颗GPS卫星。

位于地平线以上的卫星颗数随着时间和地点的不同而不同，最少可见到4颗，最多可见到11颗。

在用GPS信号导航定位时，为了结算测站的三维坐标，必须观测4颗GPS卫星，称为定位星座。

这4颗卫星在观测过程中的几何位置分布对定位精度有一定的影响。

对于某地某时，甚至不能测得精确的点位坐标，这种时间段叫做“间隙段”。

但这种时间间隙段是很短暂的，并不影响全球绝大多数地方的全天候、高精度、连续实时牡己蕉徊饬俊?

GPS工作卫星的编号和试验卫星基本相同。

地面监控系统对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点。

星的位置是依据卫星发射的星历描述卫星运动及其轨道的的参数算得的。

每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。

卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。

地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准GPS时间系统。

这就需要地面站监测各颗卫星的时间，求出钟差。

然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。

GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。

GPS信号接收机GPS信号接收机的任务是：

能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信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，实时地计算出测站的三维位置，位置，甚至三维速度和时间。

静态定位中，GPS接收机在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变，接收机高精度地测量GPS信号的传播时间，利用GPS卫星在轨的已知位置，解算出接收机天线所在位置的三维坐标。

而动态定位则是用GPS接收机测定一个运动物体的运行轨迹。

GPS信号接收机所位于的运动物体叫做载体（如航行中的船舰，空中的飞机，行走的车辆等）。

载体上的GPS接收机天线在跟踪GPS卫星的过程中相对地球而运动，接收机用GPS信号实时地测得运动载体的状态参数（瞬间三维位置和三维速度）。

接收机硬件和机软件以及GPS数据的后处理软件包，构成完整的GPS用户设备。

GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两大部分。

对于测地型接收机来说，两个单元一般分成两个独立的部件，观测时将天线单元安置在测站上，接收单元置于测站附近的适当地方，用电缆线将两者连接成一个整机。

也有的将天线单元和接收单元制作成一个整体，观测时将其安置在测站点上。

GPS接收机一般用蓄电池做电源。

同时采用机机外两种直流电源。

设置机电池的目的在于更换外电池时不中断连续观测。

在用机外电池的过程中，机电池自动充电。

关机后，机电池为RAM存储器供电，以防止丢失数据。

近几年，国引进了许多种类型的GPS测地型接收机。

各种类型的GPS测地型接收机用于精密相对定位时，其双频接收机精度可达5mm+1PPM.D，单频接收机在一定距离精度可达10mm+2PPM.D。

用于差分定位其精度可达亚米级至厘米级。

目前，各种类型的GPS接收机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测。

GPS和GLONASS兼容的全球导航定位系统接收机已经问世。

4.GPS接收机如何分类GPS卫星发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的信息资源。

对于陆地、海洋和空间的广大用户，只要用户拥有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备，即GPS信号接收机。

可以在任何时候用GPS信号进行导航定位测量。

根据使用目的的不同，用户要求的GPS信号接收机也各有差异。

目前世界上已有几十家工厂生产GPS接收机，产品也有几百种。

这些产品可以按照原理、用途、功能等来分类。

按接收机的用途分类导航型接收机此类型接收机主要用于运动载体的导航，它可以实时给出载体的位置和速度。

这类接收机一般采用C/A码伪距测量，单点实时定位精度较低，一般为25mm，有SA影响时为100mm。

这类接收机价格便宜，应用广泛。

根据应用领域的不同，此类接收机还可以进一步分为：

车载型用于车辆导航定位；

航海型用于船舶导航定位；

航空型用于飞机导航定位。

由于飞机运行速度快，因此，在航空上用的接收机要求能适应高速运动。

星载型用于卫星的导航定位。

由于卫星的速度高达7km/s以上，因此对接收机的要求更高。

测地型接收机测地型接收机主要用于精密测量和精密工程测量。

定位精度高。

仪器结构复杂，价格较贵。

授时型接收机这类接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时，常用于天文台及无线电通讯中时间同步。

按接收机的载波频率分类单频接收机单频接收机只能接收L1载波信号，测定载波相位观测值进行定位。

由于不能有效消除电离层延迟影响，单频接收机只适用于短基线（路线菜单下设定。

如果目前有活动路线，那么导向的点是路线中第一个路点，每到达一个路点后，自动指到下一个路点。

在导向页面上部都会标有当前导向路点名称（ROUTE里的点也是有名称的）。

它是根据当前位置，计算出导向目标对你的方向角，以与前进方向相同的角度值显示。

同时显示离目标的距离等信息。

读出导向方向，按此方向前进即可走到目的地。

有些GPS把前进方向和导向功能结合起来，只要用GPS的头指向前进方向，就会有一个指针箭头指向前进方向和目标方向的偏角，跟着这个箭头就能找到目标。

6.日出日落时间（Sunset/raisetime）大多数GPS能够显示当地的日出、日落时间，这在计划出发/宿营时间时是有用的。

这个时间是GPS根据当地经度和日期计算得到的，是指平原地区的日出、日落时间，在山区因为有山脊遮挡，日照时间根据情况要早晚各少半个小时以上。

GPS的时间是从卫星信号得到的格林尼制时间，在设置（setup）菜单里可以设置本地的时间偏移，对中国来说，应设+8小时，此值只与时间的显示有关。

7.足迹线（Plottrail）GPS每秒更新一次坐标信息，所以可以记载自己的运动轨迹。

一般GPS能记录1024个以上足迹点，在一个专用页面上，以可调比例尺显示移动轨迹。

足迹点的采样有自动和定时两种方式自动采样由GPS自动决定足迹点的采样方式，一般是只记录方向转折点，长距离直线行走时不记点；

定时采样可以规定采样时间间隔，比如30秒、一分钟、5分钟或其他时间，每隔这么长时间记一个足迹点。

在足迹线页面上可以清楚地看到自己足迹的水平投影。

你可以开始记录、停止记录、设置方式或清空足迹线。

“足迹”线上的点都没有名字，不能单独引用，查看其坐标，主要用来画路线图（计算机下载路线?

）和“回溯”功能。

很多GPS有一种叫做“回溯”（Traceback）的功能，使用此功能时，它会把足迹线转化为一条“路线”（ROUTE），路点的选择是由GPS部程序完成的一般是选用足迹线上大的转折点。

同时，把此路线激活为活动路线，用户即可按导向功能原路返回。

要注意的是回溯功能一般会把回溯路线放进某一默认路线（比如route0）中，看你GPS的说明书，使用前要先检查此线路是否已有数据，若有，要先用拷贝功能复制到另一条空线路中去，以免覆盖。

回溯路线上的各路点用系统默认的临时名字如T001之类，有的GPS定第二条回溯路线时会重用这些名字，这时即使你已经把旧的路线做了拷贝，由于路点引用的名字被重用了，所以路线也会改变，不是原来那条回溯路线了。

请查看你GPS的使用说明书，并试用以明确你的情况。

有必要的话，对于需要长期保存的TraceBack路线，要拷贝到空闲路线，并重命名所有路点名字。

6.如何使用GPS接收机

（二）GPS比较费电池，多数GPS使用四节碱性电池一直开机可用20-30小时，说明书上的时间并不是很准确的，长时间使用时要注意携带备用电池。

大部分GPS有永久的备用电池，它可以在没有电池时保证存中的各种数据不会丢失。

由于GPS在静止时没有方向指示功能，所以同时带上一个小巧的指北针是有用的。

标记路标时，GPS提供一个默认的路标名，比如LMK001之类，难于记忆，虽可改成一个比较好记一些的名字，但一是输入不便，用上下箭头选字母很费劲，二是一般只能起很短的英文名字，比如6或9个字母，仍然不好记，同时再带上一个小的录音机/采访机随时记录，是个不错的主意。

1.有地图使用GPS与详细地图配合使用时有最好的效果，但是国大比例尺地图十分难得，GPS使用效果受到一定限制。

“万一”你有目的地附近的精确地图，则可以预先规划线路，先做地图上规划，制定行程计划，可以按照线路的复杂情况和里程，建立一条或多条线路（ROUTE），读出路线特征点的坐标，输入GPS建立线路的各条“腿”（legs）,并把一些单独的标志点作为路标（Landmark/Waypoint）输入GPS。

GPS手工输入数据，是一项相当烦琐的事情，请想一下，每个路标就要输入名字、坐标等20多个字母数字，每个字母数字要按最多到十几次箭头才能出来，哈哈，这就是有人舍得花很多钱来买接线和软件，用计算机来上载/下载数据的原因。

带上地图！

行进时用一是利用GPS确定自己在地图上的位置，二是按照导向功能指示的目标方向，配合地图找路向目标前进。

同时一定要记录各规划点的实际坐标，最好再针对每条规划线路建立另一条实际线路，即可作为原路返回时使用，又可回来后作为实际路线资料保存，供后人使用。

2.无图使用这是更为常见的使用方式。

1.）使用路点定点：

常用于确定岩壁坐标、探洞时确定洞口坐标或其他象线路起点、转折、宿营点的坐标。

用法简单，MARK一个坐标就行了。

找点：

所要找的地点坐标必须已经以路标（landmark/waypoint）的形式存在于GPS的存中，可以是你以前MARK的点或者是从以前去过的朋友那里得到的数据，手工/计算机上载成的路标数据。

按GOTO键，从列表中选择你的目的路标，然后转到“导向”页面，上面会显示你离目标的距离、速度、目标方向角等数据，按方向角即可。

2.）使用路线输入路线：

若能找到以前去过的朋友记录的路线信息，把它们输入GPS形成线路，或者（常见于原路返回）把以前记录的路标编辑成一条线路。

路线导向：

把某条路线激活，按照和“找点”相同的方式，“导向”页会引导你走向路线的第一个点，一旦到达，目标点会自动更换为下一路点，“导向”页引导你走向路线的第二个点.若你偏离了路线，越过了某些中间点，一旦你再回到路线上来，“导向目标”会跳过你所绕过的那些点，定为线路上你当前位置对应的下一个点。

3.）回溯回溯功能实际是输入线路（route）的一种特殊方法，它在原路返回时十分好使。

但有些注意事项，由于国大比例尺不宜得到，所以朋友们每次出去玩希望都能带一组正确数据回来，有地图时整理一套地图+实测路线坐标，没地图时整理一套线路描述+实测坐标，发到网上，逐渐积攒起来，形成咱们自己的地理数据库，以后再有朋友走这条线路就可以免除雇向导和迷路之苦了！

7.什么是RTK技术常规的GPS测量方法，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分（Real-timekinematic）方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极提高了外业作业效率。

高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值，RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。

在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。

流动站不仅通过数据收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不到一秒钟。

流动站可处于静止状态，也可处于运动状态；

可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。

在整周末知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。

RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据（伪距观测值，相位观测值）及已知数据传输给流动站接收机，数据量比较大，一般都要求9600的波特率，这在无线电上不难实现。

8.RTK技术如何应用1各种控制测量传统的测量、工程控制测量采用三角网、导线网方法来施测，不仅费工费时，要求点间通视，而且精度分布不均匀，且在外业不知精度如何，采用常规的GPS静态测量、快速静态、伪动态方法，在外业测设过程中不能实时知道定位精度，如果测设完成后，回到业处理后发现精度不合要求，还必须返测，而采用RTK来进行控制测量，能够实时知道定位精度，如果点位精度要求满足了，用户就可以停止观测了，而且知道观测质量如何，这样可以大大提高作业效率。

如果把RTK用于公路控制测量、电子线路控制测量、水利工程控制测量、测量、则不仅可以大大减少人力强度、节省费用，而且大大提高工作效率，测一个控制点在几分钟甚至于几秒钟就可完成。

2地形测图过去测地形图时一般首先要在测区建立图根控制点，然后在图根控制点上架上全站仪或经纬仪配合小平板测图，现在发展到外业用全站仪和电子手簿配合地物编码，利用大比例尺测图软件来进行测图，甚至于发展到最近的外业电子平板测图等等，都要求在测站上测四周的地形地貌等碎部点，这些碎部点都与测站通视，而且一般要求至少2-3人操作，需要在拼图时一旦精度不合要求还得到外业去返测，现在采用RTK时，仅需一人背着仪器在要测的地形地貌碎部点呆上一二秒种，并同时输入特征编码，通过手簿可以实时知道点位精度，把一个区域测完后回到室，由专业的软件接口就可以输出所要求的地形图，这样用RTK仅需一人操作，不要求点间通视，大大提高了工作效率，采用RTK配合电子手簿可以测设各种地形图，如普通测图、铁路线路带状地形图的测设，公路管线地形图的测设，配合测深仪可以用于测水库地形图，航海海洋测图等等。

3放样程放样是测量一个应用分支，它要求通过一定方法采用一定仪器把人为设计好的点位在实地给标定出来，过去采用常规的放样方法很多，如经纬仪交会放样，全站仪的边角放样等等，一般要放样出一个设计点位时，往往需要来回移动目标，而且要2-3人操作，同时在放样过程中还要求点间通视情况良好，在生产应用上效率不是很高，有时放样中遇到困难的情况会借助于很多方法才能放样，如果采用RTK技术放样时，仅需把设计好的点位坐标输入到电子手簿中，背着GPS接收机，它会提醒你走到要放样点的位置，既迅速又方便，由于GPS是通过坐标来直接放样的，而且精度很高也很均匀，因而在外业放样中效率会大大提高，且只需一个人操作。

9.什么叫导航导航是一个技术门类的总称，它是引导飞机、船舶、车辆以及个人（总称作运载体）安全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地的一种手段。

导航的基本功能是回答：

我现在在哪里？

我要去哪里？

如何去？

导航应由导航系统完成，包括装在运载体上的导航设备以及装在其他地方与导航设备配合使用的导航台。

从导航台的位置来看，主要有：

陆基导航系统：

即导航台位于陆地上，导航台与导航设备之间用无线电波联系。

星基导航系统：

导航台设在人造卫星上，扩大覆盖围。

导航是人类从事政治、经济和军事活动所必不可少的信息技术。

今天，随着人类活动的发展，对导航的要求越来越高。

附：

GPS介绍（摘自www.navchina.）1.概述全球定位系统（GlobalPositioningSystem-GPS）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。

GPS系统包括三大部分：

2.卫星及星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作（21+3）GPS星座。

24颗卫星均匀分布在6个轨道平面，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间相距60度，即轨道的升交点赤经各相差60度。

这4颗卫星在观测过程中的几何位置分布对定位精度有一定的影响。

但这种时间间隙段是很短暂的，并不影响全球绝大多数地方的全天候、高精度、连续实时的导航定位测量。

3.地面监控系统对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点。

卫星上的各种设备是否正常工作，以