GPS全球定位系统技术在测绘中的应用.pdf

第 五 篇 “ 全球定位系统技术 在测绘中的应用 第一章概述 第一节“ 全球定位系统概述 二十世纪五十年代末，原苏联发射了人类的第一颗人造地球卫星，美国科学家在对 其的跟踪研究中，发现了多普勒频移现象，并利用该原理促成了多普勒卫星导航定位系 统 * 颗卫星组成，均匀分布在 度，扁心率约为 ，周期约为 *; 小时，卫星 向地面发射两个波段的载波信号，载波信号频率分别为 *,; 兆赫兹（* 波段）和 *;;, 个监控站组成，这些站不间断地对 “ 卫 星进行观测，并将计算和预报的信息由注入站对卫星信息更新。 “ 系统的用户是非常隐蔽的，它是一种单程系统，用户只接收而不必发射信号， 因此用户的数量也是不受限制的。虽然 “ 系统一开始是为军事目的而建立的，但很 快在民用方面得到了极大的发展，各类 “ 接收机和处理软件纷纷涌现出来。目前在 中国市场上出现的接收机主要有 CDE、’“）的外形如图 4 5 5 所示。图 4 5 5 . 表示两种星座的基本情况。 表 4 5 5 * 卫星的发射概况 名 称 代 别 卫星类型 卫星数量 （颗） 发射时间用途 第一代89;’ ,-2 ,24试验性 第二代89;’“，89;’“0.2,2, ,,3正式工作 第三代89;’“.“,“ 年代末改进 * 系统 -4 第一章概述 它的英文全称为“/AB CD *E 和 9 等几位学者便指出，/5 “ 信号接收机测 量了 个工程控制点，经过联合平差的点位精度，水平位置达到了 .*// 左右，高程 精度约为 4，其最小值为 -，但未发现系统性的偏差。 个 75 站间距离（平均长度 为 -A）与 B8 “’’’ 光电测距边相比较，平均外部符合精度达到了三十一万分之一， 且未发现系统偏差（如表 “ 所示） 。这充分说明，75 卫星定位测量能够得厘米 级的点位精度。用 75 相对定位结果，还可推算出站间测线的方位角，其初步试验结 果如表 “ 4 所示。CD; 码的单点动态定位精度为 4’ 左右； 码的单点动态定位 精度约为 ’；CD; 码的差分动态定位精度在 ’ 以内；动态载波相位测量的定位 精度可达到厘米级。对对动态用户而言，也可采用一定的精细测量方法，获得高精度的 动态测量结果。国外学者预计，二十一世纪初叶，75 卫星定位精度可以达到毫米级， 其详细情况如表 “ “ 所示。由此可见，在未来的岁月，应用 75 卫星定位技术既可 大为缩短数据采集时间，又可显著地提高定位精度。 表 “ 75 测边和 B8 “’’’ 光电测距的较差（） 边名长度B8 “’’’75较差外部符合精度 E5’FC’“6 ’’“6 ’’’6G’，6’’’ E5’7E’“4 ’--’-’ ’’’-4G“，’’’’ E5’EF’4’ ’46’44“ ’’’-G6，’’’’ E5’HI’6’4 ’“J’“6 ’’’GJ’，’’’ E5’F’J’’6 ’’’6G-J，’’’ FC’7E’“ ’-’6’-6-4 ’’G，“’’’ FC’EF’4-“J ’64’64- ’’’“G，’’’’ 7E’EF’4- ’J““’J- ’’6’G“，’’’’ 7E’*’“J“ ’“J’““ ’’’6G4，’’’ EF’4*I’-J6’ ’J66’“-“ ’’JG6，’’’ *’“5I’J“- ’-“4-’-“-“ ’’’46G4，6’’’ HI’6F4’J’-“ ’’’JG，J’’’ HI’6H’’’ ’’’’GJ“，’’’’ HI’6IK ’6-’6 ’’’G“，’’’’ 5I’JH-“’-4J ’’’’“G-’’’’ “J“ 第一章概述 边名长度“ ---/4 01/.//1/4.0 14-3-， ;-- 码的模 2 相 加，将 码转换成 码。由于 码是严格保密的，所以非特许用户，将无法继续应用 码进行精密定位和进行上述电子欺骗。 在上述措施的影响下，目前不同用户利用 ; 进行实时定位可能达到的精度（平 面） ，大致如表 6 - 1 - 所列。 A6 第五篇; 全球定位系统技术在测绘中的应用 表 “ “ 实时单点定位的精度（平面，） ［9 3，5，,）可表示 为 “ （，5，,） 1 （0,2 0,5） 1 , 5 （3 2 2 ） 在 3 2 2 式中， 5 5为相应的时间延迟。 顾及对流层和电离层所引起的测距码信号的附加时间延迟 -ABC及 ,B，5，-） 1 （ 5 52 -ABC2 ,B5的表示式，可得 “ （，5，,） 1 （-,2 -,5） 2 （-,2-,5） 2 “-ABC2“,B，5，,） ，而式子左端的卫地距含有观测站 的位置信息，因此可将伪距观测值表示为 “ D（，5，,） 1“（，5，,） 8 -,2 -,58 “-ABC8“,B（）分别为 （，，“）对 A、B、C 的偏导数， 1为由测站 近似坐标（A1，B1，C1）及卫星坐标（A，B，C）求得的星站距。 1 （A* A1） 9 0 （B* B1） 9 0 （C* C1） “ 9 （8 * 9 * 3） D 为接收机天线中心至测站标石面高度（简称天线高） ，为 卫星的高度角，由 D 7“修正项可将卫星至天线相位中心的观测距离改正为至测站标石中心的距离。 在（8 * 9 * 8）式中，含有 个未知参数，即测站近似坐标的改正数（“ A， “ B， “C） ，以及接收机钟差“。因经修正后的卫星钟时刻仍含有偏差，因此，这里的接收机 钟差“ 并非相对于 ） ，利用 码的一个历元的 三维绝对定位精度约为 A ’2。但自从美国在 BCD/） 在求二次差的基础上再将两个相应的双差观测值相减，称为求三次差，其差称为三 次差（三差）观测值。由于与求差的顺序无关，故求三次差只有一种形式，即在卫星、 接收机与历元间求三次差。其表达式为 “ *（“） 定位的基本原理与数据处理 ［ “ （ ） “ ； 9 为 6A 〔（23 /） 4 -〕阶的误差方程系数阵。 设各类双差观测值等权且彼此独立，即权阵 , 为一单位阵，于是可组成法方程 4 B 7 C（9 B 7 9; 遂可解得 7 /B 7 （9 9） / （9 ;） （BA9.6 B. , 1 CD1B1BAE 6 , 1 CD1B13A96 C（, D1B1）0 （, D1B1 ） , 1 定位技术，将为地球动力学的各个研究领域，作出划时代的新贡献。 第四节 定位技术在海洋测绘方面的应用 世界上海域辽阔，资源丰富。海洋开发工程，已成为沿海各国经济建设的一项重要 任务。海洋测绘，作为海上一切经济和科学活动，以及军事活动的基础，日益受到广泛 的重视。现代海洋测绘是综合大地测量学、海洋科学、电子技术和空间技术，而发展起 来的一门边缘学科，其主要内容包括 （’）海洋资源与地球物理勘探； （56。隧道的最深处位于海底以下约 96。整个隧道工程划分为四个施工段，每个施工 段要开挖三条管道。在如此浩大的海底隧道工程中，要保证各施工段开挖的管道均能准 确的贯通，这对隧道工程的控制测量，提出了严格的要求。 为此，在隧道的初步设计阶段，曾用经典方法在两岸各布设了一个平面测量控制 网，经平差后，其相对误差达 9 1. 2，也就是说，对约 /56 长的隧道，其横向与纵 向中误差可达约 86。 82 第五篇34 全球定位系统技术在测绘中的应用 图 “ “ “欧洲隧道”位置 为了改善隧道控制测量的精度，于 个。 （）主站，根据各监测站的 * 观测量，以及各监测站的已知坐标，计算 * 卫 星星历的修正量，时钟修正量，及电离层的时延参数。并将这些修正量和参数，通过适 A 和图 ） 。 （）利用两个独立的卫星定位系统，可大为提高导航的可靠性与安全性； （）由于可见卫星数目增加，可能在一些卫星被遮挡的情况下，进行正常的导航和 BC 第三章87）也拟采 用这一组合系统，作为其第一代全球卫星导航系统。这一组合导航系统的开发，受到广 大用户的普遍关注，它显示了现代化精密导航技术发展的一个趋势。 第三章“ 在测绘工作中的应用技术