简述GPS全球定位系统_全球定位系统(gps)测量规范
时间：2019-05-28 03:24:07 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
摘要：GPS技术应用于测绘领域，在大多数工程的控制中替代了传统的测量的方式。本文简述了GPS在做大范围控制布网及解算的过程，设计外业GPS观测方法及人员仪器调配方式。利用GPS布设控制网从时间、经济上都优于传统测量，并且精度也是非常乐观。
Abstract: The GPS technique is applied to survey and map realm, acted for the way of traditional diagraph in majority of controls of engineerings. This text Chien said the process that GPS is doing a big scope control and spreading net and solves and calculates and designed outside industry GPS to prognosticate method and personnel instrument dispensation method.Make use of GPS cloth to establish to control a net from time, economy top all better than tradition measure, and the accuracy is also very optimistic.
关键词：GPS网形设计；技术设计
Keyword: The GPS net form designs; The technique designs
中图分类号： P228.4 文献标识码：A文章编号：
1 绪论
GPS是全球定位系统（Global Positioning System）的英文缩写，它是随着现代化科学技术的发展而建立的第一代精密卫星定位系统。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。下面主要介绍GPS卫星定位系统发展的概况、特点、以及GPS定位技术的应用前景。
1.1全球定位系统的概况
全球定位系统是美国从本世纪70年代开始研制， 按目前的方案，全球定位系统的空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。21+3颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为55度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。
1.2 GPS的特点
相对于经典的测量技术来说，GPS定位技术主要有一下特点：
1.测站间无需通视
这一优点既可大大减少测量工作的经费和时间，同时也使点位的选择变得更加灵活。
2．定位精度高
试验表明，目前在小于50km的基线上，其相对定位精度可达1×10～2×10，而在100～500km的基线上可达10～10。随着观测技术与数据处理方法的改善，可望在大于1000km的距离上，相对定位精度达到或优于10。
3．观测时间短
随着GPS系统的不段完善，目前20㎞以内相对静态定位，仅需15～40分钟；快速静态相对定位中，在流动站与基准站相距在15㎞以内时，流动站观测的时间只需1～2分钟；动态相对定位，出发时流动站观测1～2分钟，然后可随时定位，每站观测进需几秒。
4．提供三维坐标
经典大地测量将平面与高程采用不同的方法分别施测。GPS可同时精确测定测站点的三维坐标。目前GPS水准可满足四等水准测量的精度。
5．操作简便
随着GPS接收机不断改进，自动化程度越来越高，接收机的体积越来越小，重量越来越轻，极大地减轻测量工作者的工作紧张程度和劳动程度。使野外工作变得轻松越快。
6．全天候作业
目前GPS观测可在一天24小时内的任何时间进行，不受阴天黑夜、起雾刮风、下雨下雪等气候影响。
7.功能多，应用广
GPS系统不仅可用于测量、导航、还可应用与测速、测时。测速的精度可达0.1m/s，测试的精度可达十几号微妙。其应用领域不断扩大。从而促进了测绘科学技术的现代化发展。
1.3 GPS的应用前景
最初设计GPS的主要目的是用于导航、收集情报等军事目的。但后来得应用开发表明，GPS不仅可以达到上述目的，而且用GPS卫星信号能够进行厘米级甚至毫米级精度的静态相对定位，米级至亚米级精度的动态定位，亚米级至厘米级精度的速度测量何毫微秒级精度的时间测量。
1.4设计流程
1）资料收集
2）图上网形设计
3）实地踏勘选点
4）网形修正
5）GPS外业观测
6）水准联测
7）内业数据处理
8）得出平面坐标与正常高
2 GPS的定位原理与测量高程方法
2.1 GPS定位原理
2.1.1 相对定位原理
由于在GPS绝对定位(或单点定位)中，定位精度将受到卫星轨道误差、钟差及信号传播误差等因素的影响，虽然其中一些系统性误差可以通过模型加以削弱，但改正后的残差仍是不可忽略的。GPS相对定位．也叫差分GPS定位，是目前GPS测量中定位精度最高的定位方法，它广泛地应用于大地测量、精密工程测量、地球动力学的研究及精密导航中。GPS的工作原理实际上就是利用测距后方交会原理确定点位与导航，将无线电信号发射台从地面点搬到卫星上，组成一个卫星导航定位系统，应用无线电测距交会的原理，由三个以上地面已知点（控制点）交会出卫星的位置，反之利用三个以上卫星的已知空间位置又可以交会出地面未知点（接收机）的位置。
因此，利用GPS卫星导航定位时，必须同时跟踪至少三颗以上的卫星。
2.1.2 GPS的定位方法
根据GPS导航定位的方式不同，可分为GPS绝对定位和相对定位，根据接收机天线是否处于运动状态，又可以分为静态定位和动态定位，GPS卫星导航实质上就是广义的GPS动态定位。
2.2 GPS测量高程方法
2.2.1 高程系统概述
1.高程系统
（1）大地高（Hg）
（2）正常高/正高（Hr/hg）
2.大地高系统
大地高系统是以参考椭球面为基准面的高程系统。某点的大地高是该点到通过该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间的距离。大地高也称为椭球高，大地高一般用符号H表示。大地高是一个纯几何量，不具有物理意义，同一个点，在不同的基准下，具有不同的大地高。
3.正高系统
正高系统是以大地水准面为基准面的高程系统。某点的正高是该点到通过该点的铅垂线与大地水准面的交点之间的距离，正高用符号hg表示。
4.正常高系统
正常高系统是以似大地水准面为基准的高程系统。某点的正常高是该点到通过该点的铅垂线与似大地水准面的交点之间的距离，正常高用Hr表示。
5.高程系统之间的转换关系
Hr=H-r （2-4）
Hg=H-hg （2-5）
2.2.2 GPS测高方法
1.等值线图法
从高程异常图或大地水准面差距图分别查出各点的高程异常或大地水准面差距，然后分别采用下面两式可计算出正常高和正高。
在采用等值线图法确定点的正常高和正高时要注意以下几个问题：
（1）注意等值线图所适用的坐标系统，在求解正常高或正高时，要采用相应坐标系统的大地高数据。
（2）采用等值线图法确定正常高或正高，其结果的精度在很大程度上取决于等值线图的精度。
2.大地水准面模型法
地球模型法本质上是一种数字化的等值线图，目前国际上较常采用的地球模型有OSU91A等。不过可惜的是这些模型均不适合于我国。
3.拟合法
（1）GPS高程测量
GPS所测量的高程是沿法线方向到WGS84椭球面的高度，即以简单的数学曲面为基准面，具有明确的几何意义但缺乏物理意义，而工程测量中要求的正常高是沿垂线到似大地水准面的高度，即以不规则的有起伏的重力等位面为基准面，具有严格的物理意义，这两种基准面是不一致的，它们之间的差距称为高程异常（图 高程异常），其关系式如下:
δ= H – h（2-6）
式中: δ—高程异常，表示似大地水准面参考椭球面的距离；
H—大地高；h—正常高。
（图）高程异常
在进行GPS测量后，由GPS三维平差可得到各点的大地高，若网中有部分GPS点是水准联测点，则这些点的正常高h是已知的，即可求得这些点的高程异常。在一定范围内高程异常不为常数，但可以认为在此范围内变化平缓，可用一些数学函数来拟合，求得能反映GPS网控制范围中高程异常变化的函数，然后通过内插求得网中其它各类的高程异常。可见，研究GPS高程的意义如下:①精确求定GPS点的正常高;②求定高精度的似大地水准面。所以通常利用GPS和水准测量成果确定似大地水准面的方法为GPS水准。
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。
参考文献
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[3]张海中.GPS控制网技术[J].>2008年第04期
[4]虞延林.余绍熙 ,马才学. [J]. GPS定位与精度 [J].测绘通报，1993(03)
作者简介：林海峰(1981-)，男，辽宁朝阳人，主要从事测量工作的研究和生产。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
