测量学主讲：郭朝霞surveying第七章GPS技术及应用第一节GPS概述第二节GPS系统的构成第三节GPS定位技术第四节GPS测量的实施GPS—全称为“导航卫星授时测距/全球定位系统”（NavigationSatelliteTimingandranging/GlobalPositioningSystem）简称全球定位系统（GPS）。是美国研制的新一代卫星导航定位系统，可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置，三维速度和时间信息。第一节GPS概述GPS优势不受气候条件的限制无通视要求可进行高精度大地测量能实现全天候测量运作操作简单，省时省力坐标系统全球通用应用领域广泛同类导航卫星系统GLONASS全球导航卫星系统GALILEO全球导航卫星系统北斗导航定位系统第二节GPS系统的构成控制部分1个主控站5个监控站控制部分1个主控站5个监控站空间部分导航卫星:导航信息卫星时和卫星钟24颗卫星20200Km空间部分导航卫星:导航信息卫星时和卫星钟24颗卫星20200Km用户设备部分接受卫星信号用户设备部分接受卫星信号`GPS定位技术是利用高空中的GPS卫星，向地面发射L波段的载频无线电测距信号，由地面上用户接收机实时地连续接收，并计算出接收机天线所在的位置。因此，GPS定位系统是由以下三个部分组成：（1）GPS卫星星座（空间部分）（2）地面监控系统（地面控制部分）（3）GPS信号接收机（用户设备部分）GPS系统的空间部分由GPS卫星组成，称为卫星星座。空间部分24颗卫星(21+3)6个轨道平面55º轨道倾角20200km轨道高度(地面高度)12小时(恒星时)轨道周期5个多小时出现在地平线以上(每颗星)GPS卫星铯原子钟，铷原子钟计算机2块7m2的太阳能翼板无线电收发两用机导航荷载（接收数据，发射测距和导航数据）姿态控制和太阳能板指向系统1、接收和存储由地面监控站发来的导航信息，接收并执行监控站的控制指令。2、利用卫星上的微处理机，对部分必要的数据进行处理。3、通过星载的原子钟提供精密的时间标准。4、向用户发送定位信息。GPS卫星的基本功能GPS地面监控部分GPS的地面监控部分由分布在全球的5个地面站组成，其中包括卫星监测站（5个）、主控站（1个）和注入站（3个）负责监控全球定位系统的工作：监测卫星是否正常工作，是否沿预定的轨道运行。跟踪计算卫星的轨道参数并发送给卫星，由卫星通过导航电文发送给用户。保持各颗卫星的时间同步。必要时对卫星进行调度。GPS用户设备部分用户部分组成GPS信号接收机及相关数据处理软、硬件。GPS接收机接收、跟踪、变换和测量GPS信号的无线电设备。GPS接收机的组成天线、接收机、处理器、控制显示单元、电源GPS接收机的分类导航型、测地型、授时型单频接收机、双频接收机GPS接收机任务1、捕获卫星信号，跟踪并锁定卫星信号，2、对接收到的信号进行处理，3、测量出测距信号从卫星传播到接收机天线的时间间隔，4、译出卫星广播的导航电文，5、实时计算接收机天线的三维坐标、速度和时间。7.3.1GPS定位的基本原理第三节GPS定位技术接收机必定在以ρA为半径的球面的某个点上。ρA2个球面相交成弧，点位被限制在一条曲线上。ρAρB3个球面相交成一个点ρBρCρA2222)()()(AAAAzzyyxx把卫星看成移动的控制点，根据测量的星站距离进行空间距离后方交会，确定地面接收机的位置。2222)()()(BBBBzzyyxx2222)()()(CCCCzzyyxxGPS是测时测距系统，时间在GPS测量中是一个基本的观测量。GPS时间系统采用原子时作为时间基准，时间起算的原点定义在1980年1月6日0时。GPS的时间系统载波测距码(C/A码和P码)数据码(导航电文或称D码)在同一个原子钟频率f0=10.23MHz下产生。GPS的卫星信号每一卫星播发一个伪随机测距码信号，该信号大约每1毫秒播发一次接收机同时复制出一个同样结构的信号并与接到的卫星信号进行比较由信号的延迟时间(τ)推算出卫星至接收机的距离7.3.2伪距法定位原理τ接收到的卫星测距码接收仪复制出的测距码此时求得的距离包含多方面的误差，所以称为伪距。真正的距离必须对误差进行各项修正：分别为电离层和对流层的折射改正；卫星时钟和接收机的钟差改正。c~)(~abtropi...
