gps测量技术论文

　　GPS测量利用导航卫星进行测时和测距，以构成全球定位系统。学习啦小编整理了gps测量技术论文，有兴趣的亲可以来阅读一下!

　　gps测量技术论文篇一

　　GPS测量原理探讨

　　摘要：本文主要介绍了GPS的组成，并概述了GPS的基本工作原理。

　　关键词：GPS;坐标系统;原理;误差

　　中图分类号：TU6 文献标识码：A

　　1 GPS简介

　　GPS是英文Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System的字头缩写词NAVSTAR/GPS的简称，它的含义是利用导航卫星进行测时和测距，以构成全球定位系统。它具有全球性、全能性(陆地、海洋、航空与航天)、全天候性优势的导航定位、定时、测速系统。

　　2 GPS的组成

　　1973年12月，美国国防部正式批准陆海军三军共同研制导航全球定位系统-全球定位系统(GPS)。1994年进入完全运行状态;整套GPS定位系统由三个部分组成的，即由GPS卫星组成的空中部分、由若干地面站组成的地面监控系统、以接收机为主体的用户设备。三者有各自独立的功能和作用，但又是有机地配合而缺一不可的整体系统。

　　2.1 空间卫星部分

　　GPS的空间部分由24颗GPS工作卫星所组成，这些GPS工作卫星共同组成了GPS卫星星座，其中21颗为用于导航的卫星，3颗为活动备用卫星。这24颗卫星分布在6个倾角为550，高度约为20200公里的高空轨道上绕地球运行。卫星的运行周期约为12恒星时。完整的工作卫星星座保证在全球各地可以随时观测到4-8颗高度角为150以上的卫星，若高度在50则可达到12颗卫星。每颗GPS工作卫星都发出用于导航定位的信号。GPS用户正是利用这些信号来进行工作。

　　2.2 地面监控部分

　　GPS的控制部分由分布在全球若干个跟踪站所组成的监控系统构成，根据其作用不同，这些跟踪站又被分为主控站、监控站和注入站。

　　2.2.1 主控站的作用：主控站拥有大型电子计算机，用作为主体的数据采集、计算、传输、诊断、编辑等工作。

　　2.2.2 监控站的作用：监控站的主要任务是对每颗卫星进行观测，并向主控站提供观测数据。每个监控站配有GPS接收机，对每颗卫星长年连续不断地进行观测，每6秒进行一次伪距测量和积分多普勒观测，采集气象要素等数据。监测站是一种无人值守的数据采集中心，受主控站的控制，定时将观测数据送往主控站。

　　2.2.3 注入站的作用：主控站将编辑的卫星电文传送到位于三大洋的三个注入站，定时将这些信息注入各个卫星，然后由GPS发送给广大用户。

　　2.3 用户接收部分

　　GPS用户部分由GPS接收机(移动站、基准站等)、数据处理软件及相应用户设备。

　　3 GPS信号

　　GPS导航定位系统属于无线电导航定位系统，用户只需通过接收设备接收卫星播的信号就能测定卫星信号传播时间延迟或相位的延迟，解算出接收机与GPS卫星间的距离(称为伪距)，确定接收机位置。

　　GPS卫星发射两种频率的载波信号――伪随机码，即频率为1575.42MHz的L1载波和频率为1227.60HMz的L2载波，它们的频率分别是基本频率10.23HMz的154倍和120倍，它们的波长分别为19.03cm和24.42cm。在L1和L2上又分别调制着多种信号，这些信号主要有：C/A码又被称为粗捕获码、P码又被称为精码、P码与W码进行模二相加生成保密的Y码。

　　4 GPS误差

　　利用GPS定位时，GPS卫星播发的信号受各种因素影响，使得测量结果产生误差，精度下降。影响GPS定位精度的因素可分为下列几个方面：

　　4.1 与GPS卫星有关的因素：SA政策、卫星星历误差、卫星星历、卫星钟差、地球自转的影响、发射天线相位中心偏差。

　　4.2与信号传播途径有关的误差：电离层延迟、对流层延迟、多路径效应。

　　4.3仪器本身的误差：接收机钟差、接收机天线相位中心偏差、接收机软件和硬件造成的误差。

　　4.4其他方面的影响：GPS控制部分人为或计算机造成的影响、数据处理软件的影响。

　　5坐标系统

　　5.1坐标系的分类

　　所谓坐标系指的是描述空间位置的表达形式，即采用什么方法来表示空间位置。在测量中，常用的坐标系有以下几种：空间直角坐标系、空间大地坐标系、平面直角坐标系。

　　5.2 GPS测量中常用的坐标系统：WGS-84坐标系、1954年北京坐标系、1980年西安大地坐标系。

　　6 GPS卫星定位基本原理

　　测量学中有测距交会确定点位的方法。与其相似，无线电导航定位系统、卫星激光测距定位系统，其定位原理也是利用测距交会的原理确定点位。

　　将无线点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，便可由3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交会出地面未知点(用户接收机)的位置。这便是GPS卫星定位的基本原理。

　　在GPS定位中，GPS卫星是高速运动的卫星，其坐标值随时间在快速变化着。需要实时的GPS卫星信号测量出测站至卫星之间的距离，实时的卫星的导航电文解算出卫星的坐标值，并进行测站点的定位。依据测距的原理，其定位原理与方法主要有位距法定位，载波相位测量定位以及差分GPS定位等。对于待定点来说，根据其运动状态可以将GPS定位分为静态定位和动态定位。静态定位指的对于固定不动的待定点，将GPS接收机安置于其上，观测数分钟乃至更长的时间，以确定该点的三维坐标，又叫绝对定位。若以两台GPS接收机分别置于两个固定不变的待定点上，则通过一定时间的观测，可以确定两个待定点之间的相对位置，又叫相对定位。而动态定位则至少有一台接收机处于运动状态，测定的是各观测时刻(观测历元)运动中的接收机的点位。

　　7差分原理

　　差分技术很早就被人们所应用。比如相对定位中，在一个测站上对两个观测目标进行观测，将观测值求差;过在两个测站上对用一个目标进行观测，将观测值求差;或在一个测站上对一个目标进行两次观测求差。其目的是消除公共误差，提高定位精度。利用求差后的观测值解算两观测站之间的基线向量，这种差分技术已经用于静态相对定位。

　　GPS定位中，存在着三部分误差：一是多台接收机公有的误差，如：卫星时钟差，星历误差;二是传播延迟误差，如：电离层误差、对流层误差;三是接收机固有的误差，如：内部噪省、通道延迟、多路径效应。采用差分定位，可以完全消除第一部分误差，可大部分消除第二部分误差(视基准站至流动站的距离)。

　　8 GPS系统应用

　　8.1导航：GPS能以较好精度瞬时定出接收机所在位置的三维坐标，实现实时导航，因而GPS可用于海船、舰艇、飞机、导弹、出租车、交通车辆定位、110、120、119等。

　　8.2授时。

　　8.3高精度、高效率的地面测量。

　　8.4气象研究。

　　结束语

　　GPS全球定位系统(Global Positioning System)在公路工程测量中不受环境和距离限制，非常适合于地形条件困难地区、局部重点工程地区等的应用，大大提高工作及成果质量。在最近的两年得到了迅速推广，这主要依赖于GPS系统可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。

　　gps测量技术论文篇二

　　GPS测量的误差分析

　　【摘要】GPS具有测量时间短、精度高、全球、全天候等诸多优点，在社会各个领域都得到了广泛的应用。但是由于各种各样的因素，导致GPS系统在测量过程中有一定程度上的不稳定，从而导致了各种误差。本文分析了GPS定位系统的组成部分，对其误差来源做出了分析，并对相应的精度控制技术进行了简单介绍。

　　【关键字】GPS测量 测量误差 精度控制技术

　　中图分类号：O433文献标识码： A

　　全球定位系统(GPS)因为测量时间短、测量精度高、观测站之间无需通视，可提供三维坐标，测量过程具有全球性、全天候性、连续性和实时性等优点，在全球范围内的各个领域都得到了广泛的运用。任何先进技术都不可避免的有些不尽人意或者有待改善的不足，GPS也不例外，具体表现在实际测量过程中有一定程度上的不稳定，经常由于一种或者几种因素导致测量结果出现误差。为了改进GPS的上述缺点，本文对GPS测量中的误差以及误差精度控制技术进行分析。

　　一、GPS定位系统的组成部分

　　GPS定位系统是基于全球24颗定位人造卫星，向全球各个地方全天候地提供三维位置、三维速度信息的一种无线电导航定位系统。它由空间卫星群、地面控制系统以及用户装置部分组成，民用的定位精度可达10米内。

　　1.空间卫星群

　　GPS的空间卫星群由24颗卫星(21颗工作卫星;3颗备用卫星)组成，卫星分布在六个距地表20200 km的特定轨道上，每个轨道上有4颗卫星，各轨道面之间的交角60°，轨道倾角55°，卫星轨道运行的周期11 h 58 min，卫星的分部保证了在全球任何地点、时间、地平线能够至少接收到4颗卫星的信号。

　　2.地面控制系统

　　地面控制系统由由3个注入站、1个主控站、5个监测站所组成的。注入站把主控站计算出的信息全部注进到卫星里;主控站通过观测GPS卫星的运行数据，对卫星钟进行及时的参数修正，计算卫星星历，然后再将计算结果利用注入站传送到卫星当中;监控站则是接收卫星所发出的信号，对卫星工作情况进行监测。

　　3. 用户装置部分

　　GPS用户部分即GPS信号接收机，由天线单元和接收单元两部分组成。其作用就是收取卫星所发出的信号，然后通过这些接收到的信号计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。随着科技的不断发展，GPS的用户部分逐渐小型化，便于野外观测使用。

　　二、GPS的测量误差与精度控制技术

　　误差按性质可分为系统误差与偶然误差两类。这两类误差中，系统误差对测量结果的影响要远比偶然误差大的多，系统误差是 GPS 测量的主要误差来源，而且系统误差存在一定的规律性，所以可以采用一定的方法和措施来消除此项误差。从 GPS 测量误差的来源可分：卫星部分、信号传播部分、信号接收部分和其他影响部分四个部分。

　　2.1 卫星部分

　　卫星部分误差主要有卫星星历误差、卫星钟误差及相对论效应，卫星部分误差对距离测量的影响约为 1.5~15 米。卫星星历误差是卫星在空间的位置与实际位置之差，卫星星历的数据来源有广播星历和实测星历，广播星历由于 SA 政策，广大用户很难从系统的改善中获得应有的精度，而实测星历对导航和动态定位无任何意义，对静态定位有重要意义。卫星钟的钟差包括由钟差、频偏、频漂、钟的随机误差，在 GPS 测量中，无论是码相位观测或载波相位观测，都要求卫星钟和接收机钟保持严格同步。

　　由于GPS 卫星轨道的预测工作主要是通过 GPS 跟踪网来实施的。其中对数据影响最大的是坐标误差，较为严重的情况下，坐标误差是其他误差十倍之多。因此要特别注重跟踪站地心坐标的精度，要求要优于 0.1m，当对基站松弛轨道进行加权时，要求其坐标值要优于 5m。只要能够将跟踪基站进行数据分析，就能够将轨道根数误差修改而成为正值。通过以上手段，精密星历就能够传送给客户。

　　2.2 信号传播部分

　　信号传播部分的误差有电离层折射误差、多路径效应误差以及对流层折射误差，这些误差对距离测量的影响为 1.5~15 米，电离层折射误差是由于 GPS 信号在通过电离层时，信号的路径发生弯曲、传播速度发生变化。多路径效应是指测站周围的反射物反射卫星信号进入接收机天线，这时多个卫星信号产生干涉，而使观测值偏离真值。GPS 信号在通过对流层时，信号的路径发生弯曲，对流层折射的误差与信的高度角有关，当在地面方向(即高度角为 10 度)，影响可达到 20 米。

　　GPS信号传播过程造成的误差可以从两个方面进行控制。第一，通过使用模型对 GPS 信号进行更正， 即通过对气象资料的分析研究而建立相应的模型， 对流层折射所发生的误差进行预测，从而通过数据处理进行更正。第二，通过同步观测的方法来求差，从而消除流层对 GPS 信号传播的影响。

　　2.3 信号接收和其他误差部分

　　与接收机有关的误差主要有接收机钟误差、接收机位置误差、天线相位中心位置误差及几何图形强度误差等，这一些误差对距离测量的影响为 1.5~5 米，其他误差主要为地球自转的影响和地球潮汐改正，对距离测量的影响为 1 米。实际与接收机相关的误差主要还是噪声误差(天线噪声、传输线噪声、接收机内部噪声)，如果接收机钟与卫星钟的同步差为 1μs，由此引起的距离误差约为 300m，而接收机的位置误差是天线相位中心与测站标石中心的误差。

　　就目前而言，对于信号接收和其他误差部分，通常采用ROCK4 模型、标准模型、多项式模型等模型进行校正与预测，这几种模型之间并无过大优劣比较，预测精度的差距都不大，一般都能达到 1m 定规。为了能够获得更小的误差数值，笔者认为可以将这几种模型混合使用，从而得到更为精确的误差值，甚至精度将会控制在 0.1m 以内。

　　三、结束语

　　为了降低GPS的测量误差，需要对误差的产生原因进行深入分析，并且针对分析结果指定相应的解决措施;制定具体规范的操作规章制度，观测过程严格章程执行，这样才能保证测量结果的精确性。

　　参考文献

　　[1] 胡辉,陈艳.GPS接收机的定位误差分析[J].河南师范大学学报(自然科学版),2010,38(6):68-71.

　　[2] 张葆,姚俊峰,高利民等.机载GPS测量定位技术研究[J].光学精密工程,2009,17(1):172-178. [3] 赵立坤.浅谈GPS广播星历误差及其对定位结果的影响[J].城市建筑,2012,(17):233.

　　[4] 王克晓,李凤友,刘焕玲等.手持GPS定位精度与误差的研究[J].全球定位系统,2011,36(6):83-86,91.