畢業(yè)設(shè)計(jì) gps控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究（含外文翻譯）

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　GPS定位在測(cè)量中有很大的應(yīng)用潛力。近年來(lái)，GPS 接收機(jī)的小型化、小功耗給其應(yīng)用于測(cè)量提供了有利的條件。在軟件方面，GPS 的基線解算、

2、平差也有了很大的發(fā)展，這些都促使GPS 在測(cè)量中得到了較為廣泛的應(yīng)用。而且隨著GPS 定位技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星數(shù)的增多更新,目前所用GPS接收機(jī)的實(shí)際相對(duì)定位精度及其穩(wěn)定性較高，許多廠家生產(chǎn)的GPS 接收機(jī)( 如leicaNGSS1200，Trimble 4700等) 可達(dá)到B 級(jí)以上的定位精度。因此，研究用GPS 布設(shè)短基線控制網(wǎng)的精度和縮短觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度的可行性， 有其重要意義。本論文所要研究的內(nèi)容就是在現(xiàn)有GPS條件下，通過(guò)布設(shè)短基線控

3、制網(wǎng)，對(duì)不同觀測(cè)方式及不同外界條件下GPS定位結(jié)果進(jìn)行分析，檢核GPS所能達(dá)到的精度，及對(duì)外界條件因素的依賴(lài)程度，總結(jié)影響精度的原因及解決方法，為實(shí)際的生產(chǎn)和研究提供參考依據(jù).</p><p>　　關(guān)鍵詞：GPS，基線解算，定位精度，相位中心</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　GPS positionin

4、g measurements have great potential. In recent years, GPS receivers of small size, small power consumption to applied to provide favorable conditions for measurement. In terms of software, GPS's baseline, the adjustm

5、ent has also been greatly developed, which prompted the measurement of GPS has been more widely used. And with GPS positioning technology, satellite increased the number of updates. Currently used in the actual GPS recei

6、ver positioning accuracy and stability of the rela</p><p>　　Key words: GPS, baseline, positioning accuracy, the phase center changes</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>

7、　　摘要1</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　1 GPS 簡(jiǎn)介1</p><p>　　1.1 GPS的定義1</p><p>　　1.2　GPS的系統(tǒng)組成1</p><p>　　1.3 GPS 測(cè)量的特點(diǎn)2</p><p>　　2 G

8、PS定位原理4</p><p>　　2.1　GPS的基本定位原理4</p><p>　　2.2　GPS定位的基本觀測(cè)量4</p><p>　　3　影響GPS 測(cè)量精度的誤差7</p><p>　　3.1 GPS衛(wèi)星自身誤差7</p><p>　　3.2 與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差8</p><

9、p>　　3.3 與接收機(jī)有關(guān)的誤差11</p><p><b>　　4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容13</b></p><p>　　4.1 研究?jī)?nèi)容13</p><p>　　4.2測(cè)區(qū)概述14</p><p><b>　　4.3 觀測(cè)15</b></p><p>　　5 實(shí)驗(yàn)

10、數(shù)據(jù)分析及結(jié)論17</p><p>　　5.1 TGO與南方數(shù)據(jù)處理軟件精度比較17</p><p>　　5.2 短基線測(cè)量定位精度研究18</p><p>　　5.3 確定GPS天線相位中心的偏差22</p><p>　　5.4 相同衛(wèi)星，不（相）同時(shí)段的定位精度比較28</p><p>　　5.5

11、高度截止角和采樣間隔變換引起的基線變化32</p><p>　　5.6 處理不良?xì)v元的重要性驗(yàn)證36</p><p><b>　　6　結(jié)束語(yǔ)39</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)41</b></p><p><b>　　致謝43</b></p>

12、<p><b>　　附錄44</b></p><p><b>　　1 GPS 簡(jiǎn)介</b></p><p>　　1.1 GPS的定義</p><p>　　1973年12月，美國(guó)國(guó)防部批準(zhǔn)陸海空三軍聯(lián)合研制一種新的軍用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)—NAVSTARGPS，其英文全稱(chēng)為Navigation by Satellit

13、e Timing And Ranging (NAVSTAR) Global Positioning System (GPS)，我們稱(chēng)之為GPS系統(tǒng)【1】。它是一種被動(dòng)式衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，能為世界上任何地方，包括空中、陸地、海洋用戶，全天候、全時(shí)間、連續(xù)地提供精確的三維位置、三維速度及時(shí)間信息，具有實(shí)時(shí)性的導(dǎo)航、定位和授時(shí)功能。</p><p>　　1.2　GPS的系統(tǒng)組成</p><p>

14、　　GPS系統(tǒng)由GPS衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控系統(tǒng)和GPS信號(hào)接收機(jī)三部分組成。GPS衛(wèi)星星座由24顆衛(wèi)星組成，這24顆衛(wèi)星平均高度約為20000km均勻分布在6個(gè)軌道平面上。衛(wèi)星軌道平面相對(duì)地球赤道平面的傾角約為55°，各軌道平面升交點(diǎn)的赤經(jīng)相差60°，在相鄰軌道上，衛(wèi)星的升交距角相差30°。每個(gè)軌道上的四顆衛(wèi)星相互間隔為90°，衛(wèi)星運(yùn)行周期11小時(shí)58分。這樣，保證了地面上任何時(shí)間、任何地點(diǎn)至少可同

15、時(shí)觀測(cè)到4顆衛(wèi)星，以便保證定位的精度和可靠性。GPS衛(wèi)星的作用是接收地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的衛(wèi)星星歷并把衛(wèi)星星歷播發(fā)給各種不同的用戶。</p><p>　　地面監(jiān)控系統(tǒng)由主控站、注入站和監(jiān)測(cè)站三部分組成.它們主要負(fù)責(zé)編算GPS衛(wèi)星星歷并將其發(fā)射到GPS衛(wèi)星上，監(jiān)測(cè)GPS衛(wèi)星的“健康”狀態(tài)，保持各顆衛(wèi)星處于同一GPS時(shí)間系統(tǒng)。</p><p>　　GPS信號(hào)接收機(jī)的主要任務(wù)是接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信

16、號(hào)，以獲取必要的導(dǎo)航定位信息，完成導(dǎo)航定位工作。當(dāng)GPS衛(wèi)星出現(xiàn)在用戶視界時(shí)，靜態(tài)定位一般設(shè)置高度角在10度或者15度以上，接收機(jī)捕獲到按該衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星，跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對(duì)所接收到的GPS信號(hào)，進(jìn)行變換、放大和處理并進(jìn)行記錄，而其它高度角低于設(shè)置高度角的衛(wèi)星信號(hào)不進(jìn)行記錄，從記錄的信息可計(jì)算出GPS信號(hào)從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時(shí)間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)射的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測(cè)站的三維坐標(biāo)位置以及三維速度和時(shí)間。

17、</p><p>　　GPS衛(wèi)星的核心是一個(gè)高質(zhì)量的震蕩器即GPS鐘，它產(chǎn)生兩個(gè)相關(guān)的波，即L頻段的頻率分別為1.5754 GHz和1.2276 GHz的Ll，L2波。GPS信息用相位調(diào)制技術(shù)加載在這兩個(gè)頻段上發(fā)射。為了保障美國(guó)的利益與安全，限制非經(jīng)美國(guó)特許的用戶利用GPS定位的精度，該系統(tǒng)除在設(shè)計(jì)階段采取了許多保密措施外，在系統(tǒng)運(yùn)行中還采取了其它一些措施，來(lái)限制用戶進(jìn)行GPS測(cè)量的精度。1998年美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)?/p>

18、提出了GPS現(xiàn)代化這一概念，GPS現(xiàn)代化包括軍事和民用兩部分。GPS現(xiàn)代化的民用部分包括3項(xiàng)措施:于2000年5月1日零點(diǎn)取消了SA。在L2頻道上增加第二民用碼即CA/碼，這樣有利于提高定位精度和進(jìn)行電離層改正;增加L5民用頻率，這有利于提高民用實(shí)時(shí)定位的精度和導(dǎo)航的安全性。GPS的現(xiàn)代化，使得GPS在測(cè)量中的應(yīng)用有了新的發(fā)展和挑戰(zhàn)。</p><p>　　1.3 GPS 測(cè)量的特點(diǎn)</p><

19、p>　?。?）測(cè)量精度高，在小于50km 的基線上，其相對(duì)定位精度可達(dá)l×l0，在大于l 000 km 的基線上可達(dá)l×l0；</p><p>　?。?）測(cè)站間無(wú)需通視，可根據(jù)實(shí)際需要確定點(diǎn)位，使得選點(diǎn)工作更加靈活方便；</p><p>　?。?）觀測(cè)時(shí)間短，靜態(tài)相對(duì)定位每站僅需20min 左右，動(dòng)態(tài)相對(duì)定位僅需幾秒鐘；</p><p>　

20、?。?）儀器操作簡(jiǎn)便，觀測(cè)人員只需對(duì)中、整平、量取天線高及開(kāi)機(jī)后設(shè)定參數(shù)，接收機(jī)即可進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)和記錄。</p><p>　　2 GPS定位原理</p><p>　　2.1　GPS的基本定位原理</p><p>　　GPS的基本定位原理是：衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時(shí)間信息用戶接收到這些信息后經(jīng)過(guò)計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置三維方向以及運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間信息【3】。

21、</p><p>　　全球定位系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)GPS)是美國(guó)國(guó)防部為軍事目的建立的，旨在徹底解決海上、空中和陸地運(yùn)載工具的導(dǎo)航和定位問(wèn)題。從GPS的提出到1994年建成，經(jīng)歷了20年。到1994年，7顆GPS試驗(yàn)衛(wèi)星和分布在六根軌道上的24顆(3顆備用)工作衛(wèi)星已全部升空，目前所有工作衛(wèi)星均己正常工作，整個(gè)系統(tǒng)耗資300億美元。實(shí)踐證實(shí)，GPS對(duì)人類(lèi)活動(dòng)影響極大，應(yīng)用價(jià)值極高。它從根本上解決了人類(lèi)在地球上的導(dǎo)航和定位問(wèn)

22、題，可以滿足各種不同用戶的需要。特別是用于精密定位的測(cè)地型GPS接收機(jī)的出現(xiàn)，給大地測(cè)量帶來(lái)了革命性的變化。</p><p>　　2.2　GPS定位的基本觀測(cè)量</p><p>　　GPS定位系統(tǒng)由三部分組成，即由GPS衛(wèi)星組成的空間部分、由若干地面站組成的控制部分和以接收機(jī)為主體的廣大用戶部分。三者有各自獨(dú)立的功能和作用，但又是有機(jī)地配合而缺一不可的整體系統(tǒng)。GPS定位的基本觀測(cè)量有：碼

23、相位偽距觀測(cè)值、載波相位觀測(cè)值和積分多普勒觀測(cè)值【2】。下面簡(jiǎn)單介紹一下前二種觀測(cè)值。</p><p>　　2.2.1　碼相位偽距觀測(cè)值</p><p>　　碼相位偽距測(cè)量是GPS接收機(jī)通過(guò)測(cè)量衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)與接收機(jī)接收到此信號(hào)之間的時(shí)間差，來(lái)求得衛(wèi)星接收機(jī)間的距離【3】:</p><p><b>　?。?-1）</b></p>&

24、lt;p><b>　　式中:為光速。</b></p><p>　　由于衛(wèi)星鐘的誤差、接收機(jī)鐘的誤差以及無(wú)線電信號(hào)經(jīng)過(guò)電離層和對(duì)流層中的延遲等，實(shí)際測(cè)出的距離與衛(wèi)星到接收機(jī)真實(shí)距離R有誤差。因此，一般稱(chēng)為偽距。</p><p>　　2.2.2 載波相位觀測(cè)值</p><p>　　在碼相關(guān)型接收機(jī)中，當(dāng)GPS接收機(jī)鎖定衛(wèi)星載波相位，就可以得

25、到從衛(wèi)星傳到接收機(jī)經(jīng)過(guò)延時(shí)的載波信號(hào)。如果將載波信號(hào)與接收機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號(hào)比相就可得到載波相位觀測(cè)值。若接收機(jī)內(nèi)振蕩器頻率初相位與衛(wèi)星發(fā)射載波初相位完全相同，衛(wèi)星在0時(shí)刻發(fā)射信號(hào)，經(jīng)過(guò)后于時(shí)刻被接收機(jī)接收，接收機(jī)通道鎖定衛(wèi)星信號(hào)，對(duì)應(yīng)的相位差為，又設(shè)衛(wèi)星載波信號(hào)于歷元時(shí)刻的相位為，接收機(jī)基準(zhǔn)信號(hào)在時(shí)刻相位為，則有:</p><p><b>　?。?-2）</b></p>&l

26、t;p>　　通過(guò)鑒相器，衛(wèi)星到接收機(jī)間的相位差可分為個(gè)整周相位和不到一個(gè)整周相位之和，即:</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　衛(wèi)星到接收機(jī)距離為:</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　式中:為波長(zhǎng)。</b

27、></p><p>　　鑒相器只能測(cè)出不足一個(gè)整周相位值，測(cè)不出來(lái)。因此，在載波相位測(cè)量中出現(xiàn)了一個(gè)整周未知數(shù)(也稱(chēng)為整周模糊度)，需要通過(guò)其他途徑求定。另外，如果在跟蹤衛(wèi)星過(guò)程中，由于某種原因，如衛(wèi)星信號(hào)被障礙物擋住而暫時(shí)中斷，受無(wú)線電信號(hào)干擾造成信號(hào)失鎖等，這樣，計(jì)數(shù)器無(wú)法連續(xù)計(jì)數(shù)，因此，當(dāng)信號(hào)重新被跟蹤后，整周計(jì)數(shù)就不正確，但不到一個(gè)整周的相位觀測(cè)值仍然是正確的。這種現(xiàn)象稱(chēng)為周跳。周跳的出現(xiàn)和處理是載

28、波相位測(cè)量中的重要問(wèn)題。</p><p>　　由于載波頻率高、波長(zhǎng)短，因此，載波相位測(cè)量精度高。不過(guò)，利用載波相位觀測(cè)值進(jìn)行定位，要解決整周模糊度的解算和周跳修復(fù)問(wèn)題。</p><p>　　3　影響GPS 測(cè)量精度的誤差</p><p>　　3.1 GPS衛(wèi)星自身誤差</p><p>　　3.1.2 軌道誤差</p><

29、p>　　有關(guān)部門(mén)提供一定精度的衛(wèi)星軌道，以廣播星歷形式發(fā)播給用戶使用，從而已知觀測(cè)瞬間所觀測(cè)衛(wèi)星的位置，因而衛(wèi)星軌道誤差與星歷誤差是一個(gè)含義。衛(wèi)星星歷誤差又等效為偽距誤差。由于衛(wèi)星軌道受地球和日、月引力場(chǎng)、太陽(yáng)光壓、潮汐等攝動(dòng)力及大氣阻力的影響，而其中有的是隨機(jī)影響，而不能精密確定，使衛(wèi)星軌道產(chǎn)生誤差?？刂凭W(wǎng)的靜態(tài)GPS測(cè)量是利用載波相位測(cè)量，一般是由一個(gè)點(diǎn)設(shè)為已知點(diǎn)與一個(gè)待定點(diǎn)位同步觀測(cè)GPS衛(wèi)星，取得載波相位觀測(cè)值，從而得出待

30、定點(diǎn)位的坐標(biāo)或兩點(diǎn)間的坐標(biāo)值，稱(chēng)為基線測(cè)量。短基線測(cè)量可以消除SA影響。動(dòng)態(tài)測(cè)量解決SA影響的途徑是實(shí)時(shí)差分定位(稱(chēng)Real-time)，即在已知坐標(biāo)點(diǎn)上布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)，通過(guò)基準(zhǔn)站取得誤差校正值，通過(guò)數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)傳給導(dǎo)航定位的移動(dòng)站，從而消除SA影響及兩站的各種共同的誤差，提高了移動(dòng)站的導(dǎo)航定位精度。加濾波等處理的導(dǎo)航軟件以及組合導(dǎo)航系統(tǒng)，已使導(dǎo)航定位精度差分距離在100km左右時(shí)達(dá)到亞米級(jí)，差分距離遠(yuǎn)于1500km時(shí)達(dá)到米級(jí)。</p&

31、gt;<p>　　3.1.2 美國(guó)的SA技術(shù)與AS影響</p><p>　　SA技術(shù)是選擇可用性(Selective Availability)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是由兩種技術(shù)使用戶的定位精度降低，即（di-ther）技術(shù)和(epsilon)技術(shù)。技術(shù)是人為地施加周期為幾分鐘的呈隨機(jī)特征的高頻抖動(dòng)信號(hào)，使GPS衛(wèi)星頻率10.23MHz加以改變，最后導(dǎo)致定位產(chǎn)生干擾誤差，技術(shù)是降低衛(wèi)星星歷精度，呈無(wú)規(guī)則的隨機(jī)變

32、化，使得衛(wèi)星的真實(shí)位置增加了人為的誤差。</p><p>　　AS技術(shù)(Anti-Spoofing)叫反電子欺騙技術(shù)，其目的是為了在和平時(shí)期保護(hù)其P碼，不讓非授權(quán)用戶使用；戰(zhàn)時(shí)防止敵方對(duì)精密導(dǎo)航定位作用的P碼進(jìn)行電子干擾。AS技術(shù)使得用C/A碼工作的用戶無(wú)法再和P碼相位測(cè)量聯(lián)合解算進(jìn)行雙頻電離層精密測(cè)距修正，實(shí)際降低了用戶定位精度【1】。</p><p>　　3.1.3 確定GPS衛(wèi)星軌道

33、是減少星歷誤差和消除技術(shù)影響的根本方法</p><p>　　利用區(qū)域性GPS跟蹤網(wǎng)可以確定GPS衛(wèi)星軌道。跟蹤站地心坐標(biāo)的誤差對(duì)衛(wèi)星軌道的影響是10倍或更大。因此，要提供優(yōu)于2m精度的衛(wèi)星軌道要求跟蹤站地心坐標(biāo)的精度優(yōu)于0.1m。據(jù)介紹，采用強(qiáng)約束全球站松弛軌道的加權(quán)約束基準(zhǔn)方法，可以得出優(yōu)于5cm的相對(duì)坐標(biāo)值，基本上可以滿足我國(guó)現(xiàn)階段區(qū)域性定軌的需要。</p><p>　　3.2 與信號(hào)

34、傳播有關(guān)的誤差</p><p>　　3.2.1 太陽(yáng)光壓對(duì)GPS衛(wèi)星產(chǎn)生攝動(dòng)加速度</p><p>　　太陽(yáng)光壓對(duì)衛(wèi)星產(chǎn)生攝動(dòng)影響衛(wèi)星的軌道，它是精密定軌的最主要誤差源。太陽(yáng)光壓對(duì)衛(wèi)星產(chǎn)生的攝動(dòng)加速度受太陽(yáng)與地球間距離的變化而引起太陽(yáng)輻射壓力的變化，也與太陽(yáng)光強(qiáng)度、衛(wèi)星受到的照射面程和照射面積與太陽(yáng)的幾何關(guān)系及照射面的反射和吸收特性有關(guān)，由于衛(wèi)星表面材料的老化、衛(wèi)星姿態(tài)控制的誤差等也使太陽(yáng)

35、光壓發(fā)生變化。已有的太陽(yáng)光壓改正模型有：標(biāo)準(zhǔn)光壓模型、多項(xiàng)式光壓模型和ROCK4光壓攝動(dòng)模型，這幾種光壓模型精度基本上相當(dāng)，可以滿足1m定軌的要求。最近有人提出，用附加隨機(jī)過(guò)程參數(shù)的方法或者對(duì)較長(zhǎng)的軌道用一階三角多項(xiàng)式逼近非模型化的長(zhǎng)期項(xiàng)影響，可得到更理想的結(jié)果，甚至可以滿足0.1～0.2m精度的定軌要求。</p><p>　　3.2.2 電離層的信號(hào)傳播延遲</p><p>　　電離層引

36、起碼信號(hào)傳播延遲，它與沿衛(wèi)星和用戶接收機(jī)視線方向上的電子密度有關(guān)，在垂直方向上延遲值在夜間平均可達(dá)3m左右，白天可達(dá)15m，在低仰角情況下分別可達(dá)9m和45m，在反常時(shí)期這個(gè)值還會(huì)加大。為了削弱電離層延遲所引起的定位精度損失，在長(zhǎng)基準(zhǔn)測(cè)量中用雙頻接收機(jī)采集GPS數(shù)據(jù)，對(duì)觀測(cè)成果進(jìn)行實(shí)時(shí)電離層延遲改正，可以獲得很好的效果。對(duì)于單頻接收機(jī)的用戶，雖然可以用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行改正，但其殘差仍然很大。也可以用提高衛(wèi)星高度截止角減少其影響。在赤道和地極

37、附近存在著嚴(yán)重的電離層赤道擾動(dòng)和地極擾動(dòng)。因而，利用雙頻GPS接收機(jī)觀測(cè)，只適用于沒(méi)有電離層擾動(dòng)的中緯度地區(qū)來(lái)進(jìn)行電離層改正。赤道擾動(dòng)。最壞的電離層影響是在赤道附近。強(qiáng)烈影響大概在±10°以內(nèi)的區(qū)域，此影響可延續(xù)至赤道兩邊的±30°。擾動(dòng)一般在日落到午夜發(fā)生，延續(xù)到第二天黎明。它是由電離層中電子含量小規(guī)模無(wú)規(guī)律引起的，它有幾米到幾千米的波長(zhǎng)，這些無(wú)規(guī)律的電子密度能夠產(chǎn)生衍射和反射效應(yīng)，接收的信號(hào)能

38、使相位和振幅變異，它能妨礙GPS衛(wèi)星信號(hào)跟蹤，引起周跳。甚至基線在10km以內(nèi)時(shí)，強(qiáng)烈的電子水平分布梯度能使模糊度解算不能進(jìn)行。地極擾動(dòng)。它沒(méi)有赤道附近</p><p>　　3.2.3 對(duì)流層的信號(hào)傳播延遲</p><p>　　對(duì)流層延遲是電磁波信號(hào)通過(guò)對(duì)流層時(shí)其傳播速度不同于真空中光速所引起的。分干大氣分量和濕大氣分量。在低仰角時(shí)它可以達(dá)到20m。其中干大氣分量約占80%～90%，可以用

39、一定的模型GPS測(cè)量誤差源分析及精度控制雷娟勘察設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)大部分改正掉。濕大氣分量數(shù)值雖不大，但它隨緯度和高度的變化呈現(xiàn)出很大的變化，而且隨時(shí)間變化得非?？?。由于空氣中的水汽和干氣相當(dāng)難以預(yù)測(cè)，所以測(cè)量中往往測(cè)量的是干、濕分量混合體，故難以得到它的準(zhǔn)確值。到目前為止已開(kāi)發(fā)出來(lái)了許多計(jì)算濕對(duì)流層延遲的實(shí)用模型，但對(duì)流層延遲仍為主要誤差源。對(duì)流層延遲與電離層延遲一樣，主要影響天頂方向，由于它們的相關(guān)性，在短基線測(cè)量中會(huì)很好的消除，在長(zhǎng)基線測(cè)量

40、中采取雙頻接收機(jī)也能很好的減少其影響。對(duì)于對(duì)流層延遲，多用隨機(jī)過(guò)程模擬和濾波方法進(jìn)行參數(shù)估算及函數(shù)逼近方法模擬改正。好的數(shù)學(xué)模型改正，可以使基線天頂方向提高到水平方向(平面坐標(biāo))接近的水平。</p><p>　　3.2.4 多路徑誤差</p><p>　　多路徑誤差是指GPS信號(hào)射至其他的物體上又反射到GPS接收天線上，對(duì)GPS信號(hào)直接射至GPS接收天線上的直接波的干擾。多路徑誤差的大小，

41、取決于反射波的強(qiáng)弱和用戶天線抗衡反射波的能力。用戶天線附設(shè)仰徑板，當(dāng)仰徑板半徑為40cm，天線高于1m～2m，可抑制多路徑影響。據(jù)大量資料的分析統(tǒng)計(jì)，多路徑誤差有以下危害：</p><p>　?。?）當(dāng)邊長(zhǎng)小于 10km 時(shí)，主要誤差源是天線的對(duì)中誤差和多路徑誤差；</p><p>　?。?）多路徑誤差對(duì)點(diǎn)位坐標(biāo)的影響，在一般環(huán)境下可達(dá)5～9cm，在高反射環(huán)境下可達(dá)15cm;</p&

42、gt;<p>　?。?）在高反射環(huán)境(城鎮(zhèn)、水體旁、沙灘、飛機(jī)、艦船等)下，碼信號(hào)受多徑誤差的影響，可導(dǎo)致接收機(jī)的相位失鎖；</p><p>　　實(shí)踐證明，觀測(cè)值中的很多周跳都是由于多路徑誤差引起的。接收機(jī)天線附近的水平面、垂直面和斜面都會(huì)使GPS信號(hào)產(chǎn)生鏡反射。天線附近的地形地物，例如道路、樹(shù)木、建筑物、池塘、水溝、沙灘、山谷、山坡等都能構(gòu)成鏡反射。因此，選擇GPS點(diǎn)位時(shí)應(yīng)特別注意避開(kāi)這些地形地物

43、，采取提高天線高度和其他防止多路徑誤差的措施。</p><p>　　3.3 與接收機(jī)有關(guān)的誤差</p><p>　　3.3.1 接收機(jī)中誤差</p><p>　　GPS接收機(jī)一般采用高精度的石英鐘，其穩(wěn)定度約為10。若接收機(jī)鐘與衛(wèi)星鐘間的同步差為1µs，則由此引起的等效距離誤差約為300m。</p><p>　　減弱接收機(jī)鐘差的方法

44、：</p><p>　?。?）把每個(gè)觀測(cè)時(shí)刻的接收機(jī)鐘差當(dāng)作一個(gè)獨(dú)立的未知數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中與觀測(cè)站的位置參數(shù)一并求解。</p><p>　?。?）認(rèn)為各觀測(cè)時(shí)刻的接收機(jī)鐘差間是相關(guān)的，像衛(wèi)星鐘那樣，將接收機(jī)鐘差表示為時(shí)間多項(xiàng)式，并在觀測(cè)量的平差計(jì)算中求解多項(xiàng)式的系數(shù)。這種方法可以大大減少未知數(shù)，該方法成功與否的關(guān)鍵在于鐘誤差模型的有效程度。</p><p>　?。?

45、）通過(guò)在衛(wèi)星間求一次差來(lái)消除接收機(jī)的鐘差。</p><p>　　3.3.2 接收機(jī)的位置誤差</p><p>　　接收機(jī)天線相位中心相對(duì)于測(cè)站標(biāo)石中心位置的誤差，叫做接收機(jī)位置誤差。 這里包括天線的只憑和對(duì)中誤差，量取天線高誤差。如將天線高度為1.6m 時(shí)置平誤差為0.1°時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生對(duì)中誤差3mm。因此在精密定位時(shí)，必須仔細(xì)操作，以盡量減少這種誤差的影響。在變形監(jiān)測(cè)中，應(yīng)用有

46、強(qiáng)制對(duì)中裝置的觀測(cè)墩。</p><p>　　3.3.3 天線相位中心位置的偏差</p><p>　　在GPS測(cè)量中，觀測(cè)值都是以接收機(jī)天線的相位中心位置為準(zhǔn)的，而天線的相位中心與其幾何中心，在理論上應(yīng)保持一致?？墒菍?shí)際上天線的相位中心隨著信號(hào)輸入的強(qiáng)度和方向不同而有所變化，即觀測(cè)時(shí)相位中心的瞬時(shí)位置（一般稱(chēng)相位中心）與理論上的相位中心將有所不同，這種差別叫天線相位中心的位置偏差。這種偏差的

47、影響，可達(dá)數(shù)毫米至數(shù)厘米。而如何減少相位中心的偏移是天線設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問(wèn)題。</p><p>　　在實(shí)際工作中，如果使用同一類(lèi)型的天線，在相距不遠(yuǎn)的兩個(gè)或多個(gè)觀、測(cè)站上同步觀測(cè)了同一組衛(wèi)星，，那么便可以通過(guò)觀測(cè)值的求差來(lái)消弱相位中心偏移的影響。不過(guò)，這時(shí)各觀測(cè)站的天線應(yīng)按天線附有的方向進(jìn)行定向，使之根據(jù)羅盤(pán)指向磁北極。通常定向偏差應(yīng)保持在3°以內(nèi)。</p><p><b&

48、gt;　　4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容</b></p><p><b>　　4.1 研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　　我國(guó)1992 年頒布的《全球定位系統(tǒng)(GPS) 測(cè)量規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)范》)，對(duì)GPS 相對(duì)定位的精度、相鄰點(diǎn)的距離及觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度的規(guī)定如表4-1 所列。其中AB 兩級(jí)一般是國(guó)家控制網(wǎng)， C、D、E 級(jí)是局部控制網(wǎng)【5】。</p>&l

49、t;p>　　表 5-1 GPS測(cè)量有關(guān)技術(shù)規(guī)定 </p><p>　　按表4-1 的規(guī)定， 用GPS 進(jìn)行控制測(cè)量，相鄰點(diǎn)的距離最短在1km 以上(E 級(jí))；觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度最短在60min 以上(D、E 級(jí))。然而，一些小范圍的測(cè)量控制網(wǎng)，如變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)、工程建筑物施工控制網(wǎng)等，可能其一部分或所有相鄰點(diǎn)的距離在1km 以內(nèi)。 </p>&

50、lt;p>　　另外，隨著GPS 定位技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星數(shù)的增多更新。目前所用GPS接收機(jī)的實(shí)際相對(duì)定位精度及其穩(wěn)定性較高， 許多廠家生產(chǎn)的GPS 接收機(jī)( 如NGS9600，leicaNGSS1200，Trimble 4700等) 可達(dá)到B 級(jí)以上的定位精度。因此， 探討用GPS 布設(shè)短基線控制網(wǎng)的精度和縮短觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度的可行性，有其重要意義。在研究這一問(wèn)題的同時(shí)，還對(duì)NGS9600GPS天線相位中心偏差進(jìn)行測(cè)定，對(duì)不同時(shí)間、不同時(shí)

51、段的觀測(cè)精度進(jìn)行分析研究，將南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件與天寶TGO數(shù)據(jù)處理軟件精度進(jìn)行比較等，對(duì)如何提高作業(yè)效率，提高作業(yè)質(zhì)量提供參考意見(jiàn)。</p><p><b>　　4.2測(cè)區(qū)概述</b></p><p>　　測(cè)區(qū)為山東科技大學(xué)泰安校區(qū)從西門(mén)到東門(mén)繞環(huán)山公路的一個(gè)閉合環(huán)。本人于2010年5月用標(biāo)稱(chēng)精度為± (5mm + 1ppm ) 的NGS9600GPS

52、接收機(jī)， 采用4 臺(tái)接收機(jī)在位于學(xué)校周?chē)? 個(gè)控制點(diǎn)上進(jìn)行了觀測(cè)試驗(yàn)(見(jiàn)圖1)。又用Leica dna03 電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行二等水準(zhǔn)觀測(cè)。</p><p>　　圖4-1 埋點(diǎn)布設(shè)圖</p><p><b>　　4.2.1 選點(diǎn)</b></p><p>　?。?）點(diǎn)位應(yīng)設(shè)在易于安裝接收設(shè)備、視野開(kāi)闊的較高點(diǎn)之上。</p><

53、;p>　?。?）點(diǎn)位應(yīng)遠(yuǎn)離大功率無(wú)線電發(fā)射源（如電視臺(tái)、微波站等），其距離不小于200m;遠(yuǎn)離高壓輸電線和微波無(wú)線電信號(hào)傳送通道，其距離不得小于50m。以避免電磁場(chǎng)對(duì)GPS信號(hào)的干擾。</p><p>　?。?）點(diǎn)位附近不應(yīng)有大面積水域或不應(yīng)有強(qiáng)烈干擾衛(wèi)星信號(hào)接受的物體，以避免多路徑效應(yīng)的影響。</p><p>　?。?）點(diǎn)位應(yīng)選在交通方便，有利于其他觀測(cè)手段擴(kuò)展與聯(lián)測(cè)的地方。<

54、;/p><p>　?。?）當(dāng)理用舊點(diǎn)時(shí)，應(yīng)對(duì)舊點(diǎn)的穩(wěn)定性、完好性，以及點(diǎn)位是否安全 、可用性進(jìn)行檢查，符合要求方可利用。</p><p>　?。?）選擇兩個(gè)可以通視的點(diǎn)，便于對(duì)其進(jìn)行距離監(jiān)測(cè)，便于與GPS基線長(zhǎng)度比較。</p><p>　　因?yàn)槁访姹容^結(jié)實(shí)，可直接在路面嵌入鋼釘。鋼釘要稍高出路面2~3MM以便于水準(zhǔn)觀測(cè)。</p><p><

55、b>　　4.3 觀測(cè)</b></p><p>　　4.3.1 觀測(cè)前設(shè)置</p><p>　　觀測(cè)前對(duì)GPS接收機(jī)進(jìn)行編號(hào)1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)，保證各個(gè)點(diǎn)每次觀測(cè)都以相同儀器條件1號(hào)機(jī)器觀測(cè)1號(hào)點(diǎn)，2號(hào)機(jī)觀測(cè)2號(hào)點(diǎn)，3號(hào)機(jī)器觀測(cè)3號(hào)點(diǎn)，4號(hào)機(jī)觀測(cè)4號(hào)點(diǎn)。并設(shè)置高度截止角15°，采樣間隔1s，采樣次數(shù)3。</p><p>　　4.3.2

56、觀測(cè)時(shí)注意事項(xiàng)</p><p>　?。?）在正常點(diǎn)位，天線安置在三腳架上，并安置在標(biāo)志中心的上方直接對(duì)中，天線基座上的圓水準(zhǔn)氣泡必須整平。架不宜過(guò)低，一般應(yīng)距地面一米以上。</p><p>　?。?）在天線的上表面，位于電池盒上方的測(cè)點(diǎn)上有一個(gè)小三角形，它是定向標(biāo)志，用它來(lái)對(duì)準(zhǔn)參考北向。所有的接收機(jī)在測(cè)量時(shí)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)相同方向。</p><p>　?。?）天線架設(shè)好后，在

57、圓盤(pán)天線間隔120°的三個(gè)方向分別量取天線高，三次測(cè)量結(jié)果之差不應(yīng)超過(guò)3mm，取其三次結(jié)果的平均值計(jì)入測(cè)量手薄中，天線高記錄取值0.001m。</p><p>　?。?）打開(kāi)接收機(jī)完成設(shè)置，搜尋衛(wèi)星，接收機(jī)將開(kāi)始數(shù)據(jù)采集。打開(kāi)主機(jī)電源后，初始界面有三種采集工作方式選擇(三種采集方式不同之處實(shí)訓(xùn)一中的有關(guān)介紹)，你需選擇其中任何一種工作方式來(lái)采集數(shù)據(jù)，若不進(jìn)行選擇，則延時(shí)10 秒后自動(dòng)進(jìn)入默認(rèn)采集方式“智

58、能模式”。觀測(cè)過(guò)程中要隨時(shí)查看儀器內(nèi)存或硬盤(pán)容量。</p><p>　　（5）結(jié)束采集，再次量取天線高，方法同步驟（4）。</p><p>　?。?）每日觀測(cè)結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至計(jì)算機(jī)硬、軟盤(pán)上，確保觀測(cè)數(shù)據(jù)不丟失【6】。</p><p>　　4.3.3 具體觀測(cè)</p><p>　　觀測(cè)時(shí)采用4 臺(tái)接收機(jī)， 構(gòu)成6 個(gè)同步環(huán)，共觀測(cè)4

59、天，第一次（4月29日）連續(xù)觀測(cè)八小時(shí)采樣間隔15秒，嚴(yán)格對(duì)中整平所有的GPS機(jī)屏幕統(tǒng)一朝北；第二次（5月4日）觀測(cè)六個(gè)小時(shí)，采樣間隔1秒，嚴(yán)格對(duì)中整平，所有的GPS機(jī)屏幕統(tǒng)一朝北；第三次（5月6日）連續(xù)觀測(cè)四個(gè)時(shí)段，每一時(shí)段60min，基座不動(dòng)僅動(dòng)GPS天線，嚴(yán)格對(duì)中整平，第一時(shí)段屏幕統(tǒng)一朝北，第二時(shí)段屏幕統(tǒng)一朝東，第三時(shí)段屏幕統(tǒng)一朝南，第三時(shí)段屏幕統(tǒng)一朝西；第四次（5月19日）僅對(duì)能相互通視的C3－C4基線進(jìn)行觀測(cè)，在C3點(diǎn)安置3號(hào)

60、機(jī)，屏幕朝北，連續(xù)觀測(cè)六個(gè)時(shí)段。在C4點(diǎn)安置4號(hào)機(jī)，嚴(yán)格對(duì)中整平連續(xù)觀測(cè)四個(gè)時(shí)段，每一時(shí)段60分鐘，第一時(shí)段屏幕朝東，第二時(shí)段屏幕朝南，第三時(shí)段屏幕朝西，第三時(shí)段屏幕統(tǒng)一朝北。卸下4號(hào)機(jī)天線，基座不動(dòng)，依次換上1號(hào)機(jī)和2號(hào)機(jī)的天線部分，各觀測(cè)一個(gè)時(shí)段，每時(shí)段60分鐘，保證與3號(hào)機(jī)同步。</p><p>　　5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及結(jié)論</p><p>　　4臺(tái)GPS接收機(jī)進(jìn)行同步環(huán)觀測(cè)，同步環(huán)

61、閉合差從理論上講等于零，但由于計(jì)算環(huán)中各基線向量時(shí)所采用的觀測(cè)資料實(shí)際上并不嚴(yán)格相同，數(shù)據(jù)處理軟件不夠完善以及計(jì)算過(guò)程中舍入誤差等原因，同步環(huán)閉合差實(shí)際上并不為零【2】。也就是說(shuō)同時(shí)對(duì)四個(gè)點(diǎn)的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到的基線向量已經(jīng)做了改動(dòng)，所以在研究現(xiàn)有這四臺(tái)GPS的定位精度時(shí)應(yīng)該選擇其中兩個(gè)點(diǎn)的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即對(duì)獨(dú)立的基線向量進(jìn)行處理。GPS精度比較的方法常見(jiàn)坐標(biāo)比較法和基線比對(duì)法。</p><p>　　5.1

62、 TGO與南方數(shù)據(jù)處理軟件精度比較</p><p>　　在南方數(shù)據(jù)處理軟件中導(dǎo)入觀測(cè)數(shù)據(jù)后不進(jìn)行解算，直接Rinex輸出，再用TGO數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)所得Rinex數(shù)據(jù)處理，Rinex數(shù)據(jù)分為觀測(cè)值文件（用于存放GPS觀測(cè)值）、導(dǎo)航電文文件（用于存放GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文）【2】。在觀測(cè)值文件中可以準(zhǔn)確地截取觀測(cè)時(shí)間段，下面對(duì)5月4號(hào)的觀測(cè)數(shù)據(jù)9~10時(shí)和10~11時(shí)的TGO數(shù)據(jù)處理完的基線長(zhǎng)度與南方數(shù)據(jù)處理軟件處理后的

63、基線長(zhǎng)度進(jìn)行比較，見(jiàn)表（5-1）</p><p>　　TGO與南方數(shù)據(jù)處理比較 表5-1</p><p>　　圖5-1 TGO與南方數(shù)據(jù)處理后差值（單位mm）</p><p>　　數(shù)據(jù)最大相差2mm，最小相差-1mm。說(shuō)明TGO軟件和南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件處理的結(jié)果基本相同。9:00~10:00這一時(shí)段與10:00~11:00時(shí)段的基線數(shù)據(jù)相差最大為

64、6mm，最小-2mm。產(chǎn)生的誤差相對(duì)較大，原因分析：</p><p>　?。?）對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的不良?xì)v元處理不相同，有些較小的不良?xì)v元沒(méi)處理掉，導(dǎo)致變動(dòng)較大；</p><p>　?。?）觀測(cè)時(shí)段的不同，所采集的衛(wèi)星位置也有所變動(dòng)，接收到不同衛(wèi)星的信號(hào)而引起地面定位精度的變化。</p><p>　?。?）外界環(huán)境（氣溫、太陽(yáng)光強(qiáng)度等）的變化導(dǎo)致兩個(gè)觀測(cè)時(shí)段的定位結(jié)果略有不

65、同。 </p><p>　　5.2 短基線測(cè)量定位精度研究</p><p>　　隨著GPS 相對(duì)定位精度及其穩(wěn)定性的提高，現(xiàn)行GPS測(cè)量規(guī)范對(duì)各等級(jí)GPS控制測(cè)量規(guī)定的相鄰點(diǎn)的最短距離和最短觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度已不盡合理。</p><p>　　表5-2 基線數(shù)據(jù)隨觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)變化表</p><p>　　20分鐘得到基線數(shù)據(jù)與以后較

66、長(zhǎng)時(shí)間的基線數(shù)據(jù)相差5mm。這說(shuō)明20分鐘的靜態(tài)觀測(cè)可以滿足要求，進(jìn)行相鄰點(diǎn)距離小于1km 的短基線平面控制測(cè)量，可以達(dá)到三等三角網(wǎng)的精度，點(diǎn)位精度可優(yōu)于1cm。</p><p>　　該GPS 試驗(yàn)網(wǎng)的相鄰點(diǎn)距離均在1km 以內(nèi)，點(diǎn)間距變化范圍為0. 26～ 0. 64km ，平均點(diǎn)間距為0. 38km。上述GPS 試驗(yàn)網(wǎng)用標(biāo)稱(chēng)精度為±(1mm + 1ppm ) 的SOKKIA SET510全站儀測(cè)定了

67、C3—C4邊長(zhǎng)。往返各測(cè)10次，取平均值264.1197。下面利用該網(wǎng)的GPS 和傳統(tǒng)大地測(cè)量數(shù)據(jù)， 分析其GPS 測(cè)量成果的精度。</p><p>　　表5-3 全站儀觀測(cè)數(shù)據(jù)</p><p>　　下面對(duì)GPS 網(wǎng)的精度進(jìn)行分析：</p><p>　　從表5-3 看出， GPS 測(cè)量的橢球距離與光電測(cè)距儀測(cè)得的邊長(zhǎng)之間的最大互差只為

68、10mm，GPS 邊長(zhǎng)與光電邊長(zhǎng)很接近，且不存在明顯的系統(tǒng)誤差的影響(正、負(fù)互差的個(gè)數(shù)及其數(shù)值的大小接近)。因?yàn)楣怆姕y(cè)距儀所測(cè)量的邊長(zhǎng)精確可靠， 故可認(rèn)為該GPS 試驗(yàn)網(wǎng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)處理結(jié)果是可靠的。 </p><p>　　從以上分析可見(jiàn)：在較好的觀測(cè)條件下(可視衛(wèi)星數(shù)在6 顆以上， PDOP 值≤8) ， 用標(biāo)稱(chēng)精度為± (5mm + 1ppm ) 的GPS 接收機(jī)， 以2個(gè)觀測(cè)時(shí)段、每個(gè)時(shí)段用

69、快速靜態(tài)定位觀測(cè)20min，進(jìn)行相鄰點(diǎn)距離小于1km的短基線平面控制測(cè)量， 可以達(dá)到三等三角網(wǎng)的精度，點(diǎn)位精度可優(yōu)于1cm。按表1 中的精度指標(biāo)和相鄰點(diǎn)的距離，可計(jì)算出《規(guī)范》對(duì)各等級(jí)GPS 測(cè)量的邊長(zhǎng)相對(duì)精度的要求【5】(見(jiàn)表5-4)。</p><p>　　表5-4 各級(jí) GPS 測(cè)量基本技術(shù)要求規(guī)范 </p><p>　　表5-5

70、 各等級(jí)GPS 測(cè)量的邊長(zhǎng)相對(duì)精度【5】</p><p>　　按表5-4 中的精度指標(biāo)和相鄰點(diǎn)的距離,可計(jì)算出《規(guī)范》對(duì)各等級(jí)GPS 測(cè)量的邊長(zhǎng)相對(duì)精度的要求(見(jiàn)表5-5)。從表5-5 知，C 級(jí)網(wǎng)與國(guó)家一、二等三角網(wǎng)的精度相當(dāng)；D、E 兩級(jí)網(wǎng)分別與國(guó)家三、四等三角網(wǎng)的精度相當(dāng)。</p><p><b>　　綜上所述</b></p><p>

71、　?。?）當(dāng)用標(biāo)稱(chēng)精度為±(5mm + 1ppm ) 的GPS 接收機(jī)，用2 個(gè)觀測(cè)時(shí)段進(jìn)行D、E 兩級(jí)控制測(cè)量時(shí)，《規(guī)范》應(yīng)允許相鄰點(diǎn)的距離小于1km (依據(jù)本次試驗(yàn)結(jié)果， 最短距離不小于0. 5km為宜)， 一個(gè)時(shí)段可以用快速靜態(tài)定位觀測(cè) 20 min。這樣， 既可滿足精度要求，又可更好地發(fā)揮GPS 定位的優(yōu)越性，節(jié)省觀測(cè)時(shí)間和成本。</p><p>　?。?）用精度指標(biāo)為± ( 5mm

72、+1ppm ) 的GPS 接收機(jī)進(jìn)行相鄰點(diǎn)距離小于1km 的平面控制測(cè)量， 由于基線很短， 比例誤差的影響是很小的， 定位誤差的主要來(lái)源是與接收設(shè)備有關(guān)的常量誤差， 其中接收機(jī)天線相對(duì)于測(cè)站中心的安置誤差是一項(xiàng)重要的誤差來(lái)源。所以， 本次試驗(yàn)中注意將天線嚴(yán)格置平和對(duì)中，并在各觀測(cè)時(shí)段的前后分別精確量取天線高2 次，取其均值， 盡可能地減小接收機(jī)天線相對(duì)于測(cè)站中心的安置誤差。</p><p>　　5.3 確定GP

73、S天線相位中心的偏差</p><p>　　GPS天線相位中心偏差可分為水平偏差和垂直偏差兩部分。就一般天線而言，其相位中心在垂直方向上的偏差遠(yuǎn)大于在水平方向上的偏差（水平偏差僅幾個(gè)毫米，垂直偏差可達(dá)160mm）。</p><p>　　5.3.1 水平偏差</p><p>　　目前，GPS接收機(jī)天線相位中心誤差的檢測(cè)方法有兩種。一種是用室內(nèi)微波天線測(cè)量設(shè)備測(cè)定，即通過(guò)

74、精密可控微波信號(hào)源測(cè)量天線接收信號(hào)的強(qiáng)度分布來(lái)確定天線電氣中心，從而測(cè)定天線相位中心偏差。此種方法測(cè)定精度較高，但設(shè)備復(fù)雜昂貴，測(cè)量費(fèi)用高，且一般測(cè)繪部門(mén)無(wú)此設(shè)備。另一種方法是在野外利用接收到的GPS衛(wèi)星發(fā)播的信號(hào)，通過(guò)測(cè)定兩天線間的基線向量來(lái)測(cè)定天線相位中心的偏差，即基線測(cè)量相對(duì)測(cè)定法，也稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)天線法。</p><p>　　對(duì)能相互通視的C3－C4基線進(jìn)行觀測(cè)，在C3點(diǎn)安置3號(hào)機(jī)，屏幕朝北，連續(xù)觀測(cè)六個(gè)時(shí)段。

75、在C4點(diǎn)安置4號(hào)機(jī)，嚴(yán)格對(duì)中整平連續(xù)觀測(cè)四個(gè)時(shí)段，每一時(shí)段60分鐘，第一時(shí)段屏幕朝東，第二時(shí)段屏幕朝南，第三時(shí)段屏幕朝西，第三時(shí)段屏幕統(tǒng)一朝北。卸下4號(hào)機(jī)天線，基座不動(dòng)，一次換上1號(hào)機(jī)和2號(hào)機(jī)的天線部分，各觀測(cè)一個(gè)時(shí)段，每時(shí)段60分鐘，保證與3號(hào)機(jī)同步。</p><p>　　表5-6 天線不同朝向觀測(cè)數(shù)據(jù)</p><p>　　圖 5-2 天線相位中心變化示意

76、圖</p><p>　　假設(shè)C3點(diǎn)坐標(biāo)是（0，0）則C4點(diǎn)坐標(biāo)：屏幕朝東(213.222，-1.177) 屏幕朝南(213.23，-1.182) 屏幕朝西(213.226，-1.182) 屏幕朝北(213.224，-1.175)取四次觀測(cè)的中數(shù)，平面坐標(biāo)對(duì)應(yīng)數(shù)值為（213.226，-1.179），把它當(dāng)做儀器的相位中心位置，則在屏幕朝北的情況下，4號(hào)機(jī)天線中心的實(shí)際位置為（X+0.002，Y-0.004），1號(hào)機(jī)

77、天線中心的實(shí)際位置為（X-0.007，Y+0.002），2號(hào)機(jī)天線中心的實(shí)際位置為（X，Y+0.001），1號(hào)機(jī)其中(X， Y)為天線屏幕朝北時(shí)的天線幾何中心位置。一號(hào)機(jī)天線中心的實(shí)際位置偏差略大，原因可能來(lái)自外部條件影響，但沒(méi)有超出其出廠標(biāo)定的精度，可以用于高精度的定位測(cè)量。</p><p>　　5.3.2 垂直偏差的確定</p><p>　　GPS接收機(jī)天線相位中心在垂直方向上的偏差

78、遠(yuǎn)大于在水平方向上的偏差，且隨著天線型號(hào)不同而不同。目前，有的GPS接收機(jī)已標(biāo)稱(chēng)其GPS接收機(jī)天線相位中心偏差為0（即0相位中心偏差），但由于種種原因，實(shí)際觀測(cè)時(shí)天線相位中心偏差不為0。經(jīng)檢測(cè)和研究表明，GPS接收機(jī)天線相位中心在垂直方向上的偏差與GPS接收機(jī)廠家標(biāo)稱(chēng)值差，最大可達(dá)厘米級(jí)，這對(duì)于高精度的GPS變形監(jiān)測(cè)是不能忽視的。因此，在進(jìn)行高程方向精度要求較高的GPS測(cè)量時(shí)，應(yīng)檢測(cè)GPS接收機(jī)天下相位中心在垂直方向上的偏差，并加以改正

79、。</p><p>　　在野外檢測(cè)兩個(gè)GPS天線相位中心在垂直方向上偏差之差的方法——“高差比較法，其基本原理如下：</p><p>　　在相距幾米附有強(qiáng)制對(duì)中裝置的觀測(cè)點(diǎn)C3和C4上，各安裝一臺(tái)GPS接收機(jī)，設(shè)C3和C4的大地高分別為和，天線高分別為和，和為在C3和C4進(jìn)行GPS觀測(cè)后求出的大地高觀測(cè)值，設(shè)安置在C3和C4點(diǎn)上GPS天線相位中心在垂直分量上偏差為和。則有：</p&g

80、t;<p>　　=-=（--）-（--） （5-1）</p><p>　　可得出兩臺(tái)GPS天線相位中心垂直之差</p><p>　　=-=(-)--(-)=- （5-2）</p><p>　　式（5-2）中，為測(cè)站A和B之間的GPS 觀測(cè)的大地高之高差，可由精密水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)得，若GPS天線相位中心高無(wú)偏差，則-應(yīng)為零。所以，當(dāng)已知其中

81、一個(gè)天線相位中心在垂直方向上的偏差（例如，由微波天線測(cè)量設(shè)備測(cè)定）便可以測(cè)定另一天線相位中心在垂直方向上的偏差。若兩GPS天線相位中心偏差都未正確測(cè)定，則可測(cè)定一對(duì)GPS天線相位中心在垂直方向上偏差之差。這個(gè)就是我們?cè)谶M(jìn)行GPS相對(duì)定位時(shí)，求定兩點(diǎn)之間高差所需要的GPS天線相位中心在垂直方向上的改正。</p><p>　　對(duì)閉合環(huán)進(jìn)行二等水準(zhǔn)觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)采用leica DNA03 電子水準(zhǔn)儀，限差【5】要求如下表

82、：</p><p>　　表5-7 二等水準(zhǔn)觀測(cè)限差</p><p>　　閉合環(huán)線中四點(diǎn)的高程：</p><p>　　表5-8 高程表</p><p>　　4月29日的觀測(cè)數(shù)據(jù)以15秒為一個(gè)采樣間隔，C3與C4的高差與二等水準(zhǔn)測(cè)得高差最大相差=29mm，5月4日的觀測(cè)數(shù)據(jù)以1秒為

83、一個(gè)采樣間隔，數(shù)據(jù)量比較大，高差與二等水準(zhǔn)的高差最大相差=3mm。實(shí)測(cè)表明：</p><p>　?。?）采用同型號(hào)GPS接收機(jī)及天線進(jìn)行測(cè)量時(shí)，值不是固定的，隨時(shí)間變化，最大可達(dá)。</p><p>　?。?）觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度在6h以上，可有效地減弱其影響，若取24h解算的平均值時(shí)，兩個(gè)GPS天線相位中心在垂直方向上偏差之差值接近于零；</p><p>　?。?）當(dāng)采用不

84、同型號(hào)GPS接收機(jī)及天線混合進(jìn)行測(cè)量時(shí)，也隨時(shí)間變化，但存在系統(tǒng)性偏差，觀測(cè)時(shí)段再長(zhǎng)也消除不了其影響，必須加以改正。</p><p>　　GPS天線相位中心在垂直方向上偏差的大小，主要與GPS天線設(shè)計(jì)、制造工藝及材料有關(guān)，也與觀測(cè)環(huán)境、時(shí)間、季節(jié)及氣象條件等多種因素有關(guān)，這些都有待進(jìn)一步深入研究。</p><p>　　5.3.3 高程隨觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度變化</p><p&

85、gt;　　對(duì)5月4日的觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)截取不同觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度，獲得GPS大地高。將不同時(shí)段所測(cè)得的各觀測(cè)點(diǎn)的高程統(tǒng)計(jì)如表（5-9）所示，假設(shè)C1點(diǎn)高程為零。</p><p>　　表5-9 高程隨時(shí)間變化情況</p><p>　　將各時(shí)段測(cè)得的GPS高程與二等水準(zhǔn)測(cè)得高程相比較，得到高程差值變化表如下：</p><p>　　圖5-3 高程差隨

86、時(shí)間變化情況</p><p>　　由圖（5-3）可以清楚地看出GPS的高程觀測(cè)精度隨觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度的減小而逐漸降低。采用六個(gè)小時(shí)以上觀測(cè)時(shí)段測(cè)得的高程差值較小，可以滿足四等水準(zhǔn)測(cè)量要求。</p><p>　　5.4 相同衛(wèi)星，不（相）同時(shí)段的定位精度比較</p><p>　　在南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件中，打開(kāi)0504觀測(cè)數(shù)據(jù)文件→數(shù)據(jù)編輯（禁止無(wú)用的衛(wèi)星周跳，選擇較長(zhǎng)

87、時(shí)間的衛(wèi)星歷元）。例如，選擇四顆衛(wèi)星9、18、26、27，時(shí)段選擇11:00~12:00進(jìn)行基線解算：</p><p><b>　　第一步：</b></p><p>　　圖5-4 單擊觀測(cè)數(shù)據(jù)后</p><p><b>　　第二步：</b></p><p>　　圖5-5 雙擊測(cè)站數(shù)據(jù)后</p

88、><p><b>　　第三步：</b></p><p>　　圖5-6 雙擊基線后</p><p><b>　　數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)： </b></p><p>　　表5-10 對(duì)接收到的衛(wèi)星歷元處理后的基線情況</p><p>　　表5-11 共用四顆衛(wèi)星9、18、26、

89、27 基線解算情況</p><p>　　表5-12 共用五顆衛(wèi)星9、18、26、27、21基線情況 </p><p>　?。?）將5月4號(hào)的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，每一小時(shí)為一個(gè)時(shí)段，將各個(gè)時(shí)段的衛(wèi)星信號(hào)中的周跳處理后所得基線解算情況如表（5-10）所示。</p><p>　?。?）從上午9時(shí)到下午14時(shí)，有共用衛(wèi)星四顆：9、18、26、27、，采用同樣的方法，分

90、別選取這四顆衛(wèi)星不同時(shí)段的采集歷元，然后進(jìn)行基線解算，結(jié)算結(jié)果如表（5-11）所示。發(fā)現(xiàn)方差比小于3，無(wú)法進(jìn)行正常解算，誤差較大；</p><p>　?。?）從上午9時(shí)到下午13時(shí)，有共用衛(wèi)星五顆：9、18、26、27、21，分別選取這五顆衛(wèi)星不同時(shí)段的采集歷元，然后進(jìn)行基線解算，結(jié)算結(jié)果如表（5-12）所示。</p><p><b>　　結(jié)論：</b></p&

91、gt;<p>　?。?）雖然理論上講GPS觀測(cè)至少需要四顆衛(wèi)星，但是此時(shí)的GPS機(jī)卻無(wú)法準(zhǔn)確定位，由方差比等于0.99可以看出。只有達(dá)到五顆以上可視衛(wèi)星時(shí)才可以解出當(dāng)前GPS機(jī)的點(diǎn)位。</p><p>　?。?）對(duì)于9:00~13:00共用五顆衛(wèi)星9、18、26、27、21。結(jié)算結(jié)果與去除周跳后的所有觀測(cè)衛(wèi)星歷元相比較，△X差值最小-2mm，最大3mm?！鱕差值最小-8mm，最大2mm?！鱖差值最小

92、-7mm，最大-4mm。S差值最小-4mm，最大0mm?？梢哉f(shuō)明五顆衛(wèi)星的定位結(jié)果基本滿足要求，但為了獲得更高精度的定位精度，采集來(lái)自較多的衛(wèi)星信號(hào)可以滿足這一點(diǎn)。</p><p>　　表5-13 相同時(shí)段不同衛(wèi)星的比較</p><p>　　將4月29日9:00~10:00和5月4日9:00~10:00的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，△X1-△X2=0.003m， △Y1-△Y=-0.

93、001，△Z1-△Z2=-0.002，S1-S2=0.002，數(shù)值相差不大。將5月4日10:00~11:00和5月4日10:00~11:00的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，△X1-△X2=0m， △Y1-△Y=-0.001，△Z1-△Z2=-0.001，S1-S2=0，數(shù)值相差亦不大，但仍在標(biāo)稱(chēng)精度之內(nèi)。說(shuō)明在相同時(shí)間段，由于衛(wèi)星位置大致相同，氣候條件大致相同，儀器條件也相同的情況下，此時(shí)的定位誤差主要來(lái)兩次對(duì)中整平誤差。</p>&

94、lt;p>　　5.5 高度截止角和采樣間隔變換引起的基線變化</p><p>　　在南方數(shù)據(jù)處理軟件中，當(dāng)基線無(wú)法獲得解時(shí)，即此時(shí)的基線顏色是灰色，需要通過(guò)改變高度截止角，采樣間隔，如此對(duì)所獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行基線解算，現(xiàn)將結(jié)算的極限情況陳列如下：</p><p>　　表5-14 5月4日的數(shù)據(jù)處理結(jié)果</p><p>　　表5-15

95、 4月29日數(shù)據(jù)處理結(jié)果</p><p><b>　　所得結(jié)論：</b></p><p>　?。?）采樣間隔為1秒時(shí)，3號(hào)機(jī)和4號(hào)機(jī)同步33分鐘，采樣間隔為2秒時(shí)，3號(hào)機(jī)和4號(hào)機(jī)同步66min，采樣間隔為5秒時(shí)，3號(hào)機(jī)和4號(hào)機(jī)同步166分鐘，采樣間隔為10秒時(shí)，3號(hào)機(jī)和4號(hào)機(jī)同步331分鐘。大于10秒的時(shí)間間隔后，同步都為331分鐘，說(shuō)明采樣間隔在沒(méi)必要的情

96、況下可以設(shè)為10秒及以上，因?yàn)檫@樣可以節(jié)約GPS內(nèi)存，而且在GPS機(jī)整日長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)時(shí)可節(jié)省電量。</p><p>　?。?）在相同的采樣間隔中，截止角為15°和20°的基線解算情況較為合理理想，所以在沒(méi)有特殊觀測(cè)情況下，對(duì)基線的解算處理應(yīng)該將截止角設(shè)定在15°和20°之間。</p><p>　?。?）在相同的高度截止角。采樣間隔為15，20，25秒時(shí)

97、基線情況較為合理理想，所以在基線處理時(shí)對(duì)采樣間隔的選擇以15秒，20秒和25秒為首選。</p><p>　　5.6 處理不良?xì)v元的重要性驗(yàn)證</p><p>　　在基線處理時(shí)，將不良?xì)v元（毛刺）的處理是在進(jìn)行基線結(jié)算前必須進(jìn)行的一步，下面采用實(shí)驗(yàn)但對(duì)處理錯(cuò)誤歷元的重要性進(jìn)行檢驗(yàn)證明。</p><p>　　表5-16 未處理歷元的基線解算隨歷元間隔變化情況

98、 </p><p>　　表5-17 處理錯(cuò)誤歷元的基線解算隨歷元間隔變化情況 </p><p>　　說(shuō)明是否處不良誤歷元對(duì)GPS定位精度的影響不大，但是處理不良?xì)v元后，在截止角不變的條件下，隨著歷元間隔的變化，基線情況變化均勻，可以說(shuō)微乎其微。而不處理不良?xì)v元的表（5-16）在歷元間隔為35秒的時(shí)候出現(xiàn)變動(dòng)較大，所以基線解算過(guò)程中做好對(duì)不良?xì)v元進(jìn)行處理，消除其影響。</

99、p><p><b>　　6　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　根據(jù)試驗(yàn)分析結(jié)果，在參照GPS 測(cè)量規(guī)范中的有關(guān)技術(shù)規(guī)定下可得出如下結(jié)論和看法，供GPS 用戶制定短基線平面控制測(cè)量方案時(shí)參考。</p><p>　　(1) 用標(biāo)稱(chēng)精度為± (5mm + 1ppm ) 的GPS 接收機(jī)，以2 個(gè)觀測(cè)時(shí)段、每個(gè)時(shí)段用快速靜態(tài)定位觀測(cè)20min，

100、進(jìn)行相鄰點(diǎn)距離小于1km 的短基線平面控制測(cè)量，在較好的觀測(cè)條件下，可以達(dá)到三等三角網(wǎng)的精度，點(diǎn)位精度可優(yōu)于1cm。</p><p>　?。?）在區(qū)域面積不大，地形部復(fù)雜的地區(qū)可以采用GPS高程測(cè)量，同時(shí)還要求GPS觀測(cè)已知點(diǎn)要有足夠的精度，合理布置網(wǎng)型。高程控制時(shí)需要觀測(cè)六個(gè)小時(shí)以上，可達(dá)到四等水準(zhǔn)觀測(cè)要求。</p><p>　?。?) 對(duì)于GPS控制網(wǎng)基線測(cè)量，基線長(zhǎng)度較短的情況下，G

101、PS的軌道誤差，太陽(yáng)光壓影響及美國(guó)SA技術(shù)基本對(duì)測(cè)量精度不發(fā)生影響。在作業(yè)過(guò)程中，在GPS接收機(jī)滿足作業(yè)精度要求的情況下，測(cè)量的主要誤差源是多路徑誤差、周跳和點(diǎn)位的對(duì)中誤差。</p><p>　?。?） 觀測(cè)前最好根據(jù)星歷預(yù)報(bào)選擇最佳觀測(cè)時(shí)段。下午14時(shí)以后至15時(shí)定位精度低。所以高精度GPS觀測(cè)最好避開(kāi)這個(gè)時(shí)間段，在其余時(shí)間觀測(cè)不僅能提高效率，而且質(zhì)量也有保障。</p><p>　?。?

102、）現(xiàn)有的NGS9600沒(méi)有標(biāo)明天線方向，所以在進(jìn)行定位觀測(cè)時(shí)讓屏幕方向朝向相同是有必要的。尤其是在獨(dú)立環(huán)觀測(cè)中，隔日觀測(cè)時(shí)最好仍然在同樣的點(diǎn)上使用同樣的儀器，有天線方向的GPS機(jī)最好讓天線方向統(tǒng)一朝北。</p><p>　?。?）采樣間隔在沒(méi)必要的情況下可以設(shè)為10秒及以上，因?yàn)檫@樣可以節(jié)約GPS內(nèi)存，而且在GPS機(jī)整日長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)時(shí)可節(jié)省電量。</p><p>　?。?）不可以將基線向量長(zhǎng)

103、度誤解為兩點(diǎn)間平距，研究發(fā)現(xiàn)，在TGO數(shù)據(jù)處理軟件中，兩點(diǎn)間的橢球距離才是我們用光電測(cè)距儀所測(cè)得的平距。</p><p>　　補(bǔ)充說(shuō)明：因?yàn)闀r(shí)間有限，測(cè)得的數(shù)據(jù)具有主觀性，因此不排除個(gè)別環(huán)境原因影響下（如陰天、夜晚等）造成的GPS測(cè)量精度有所改變。所以以上結(jié)論僅供參考。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]徐

104、紹銓?zhuān)瑥埲A海，楊志強(qiáng)，王澤民.GPS測(cè)量原理與應(yīng)用[M].武漢大學(xué)出版社，1998.</p><p>　　[2] 李征航,黃勁松.GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理[M].武漢大學(xué)出版社,2005.</p><p>　　[3] 黃丁發(fā),熊永良,等.GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)與方法[M].科學(xué)出版社,2009. </p><p>　　[4]胡明城.全球定位系統(tǒng)(GPS)的最新進(jìn)展(下)

105、[J].測(cè)繪科學(xué)，2001，(01):38-43.</p><p>　　[5] 《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》GB /T18314 - 2001.</p><p>　　[6]孫堅(jiān).GPS測(cè)量中存在的問(wèn)題及目前的幾種解決途徑[J].北京測(cè)繪，1997，(03)：23-26.</p><p>　　[7]謝海峰，唐海波.GPS高程測(cè)量的探討[J].廣東科技，2009，

106、（04）: 189-191.</p><p>　　[8]胡伍生，李美娟.GPS水準(zhǔn)精密高程測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，(05):659-662.</p><p>　　[9]許其鳳.GPS 衛(wèi)星導(dǎo)航與精密定位[M].北京：解放軍出版社,1994.</p><p>　　[10]劉根友.高精度GPS定位及地殼形變分析若干問(wèn)題的研究[

107、D]. 中國(guó)科學(xué)院，2004.</p><p>　　[11]蘭孝奇.GPS精密變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理方法及其應(yīng)用研究[D].河海大學(xué)，2006.</p><p>　　[12]WANG，J.，TSUJII，T.，RIZOS，C.，DAI，L.，&MOORE，M. Integrating GPS and signals for position and attitude determinat

108、ion: Theoretical analysis and experiment results. 13th Meeting of the Satellite Division of the U.S Inst. of Navigation，Salt Lake City，Utah，19一22 September,2000,2252一2262.</p><p>　　[13]Mark Hunter Murray. Gl

109、obal positioning system measurement of crustal deformation in central California Doctoral dissertation，1991</p><p>　　[14]ANDREAS W，F(xiàn)RITZ K B An extended weight model for GPS phase observations[J]．Earth Pla