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GPS定位系统在工程控制测量中的应用毕业设计论文.doc87页
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太原理工大学阳泉学院
毕业设计说明书
GPS定位系统在工程控制测量中的应用
太原理工大学阳泉学院
毕业设计评阅书
题目:GPS定位系统在工程控制测量中的应用
测绘工程专业姓名 樊晓锋
设计时间:2009 年3月16日~日
太原理工大学阳泉学院
毕业设计答辩记录卡 资源开发 系
姓名 樊晓锋
问 题 摘 要 评 议 情 况
记录员: (签名)
指导教师评定成绩 答辩组评定成绩 综合成绩
注:评定成绩为100分制,指导教师为30%,答辩组为70%。
专业答辩组组长:
GPS即全球定位系统是美国从上世纪70年代开始研制,历时20年,耗资200亿美元的美国第二代卫星导航系统,当前,GPS技术已广泛应用于大地测量、资源勘查、地壳运动、地籍测量等领域,特别是在测量领域。本文介绍了GPS的特点、发展及应用、GPS的组成及工作原理,外业测量、工作流程、GPS基线解算的基本原理等。
第二部分主要讲述了视距测量的原理,然后根据视距测量的原理编写了用视距测量中的三种视距计算方法:倾斜视距、三角高差、水平视距。
关键词: GPS;控制测量;视距测量;
GPS is global positioning system from the United States in the 1970s started to develop, which lasted 20 years, the cost of 20 billion U.S. dollars in the second generation of satellite navigation systems, the current, GPS technology has been widely used in geodesy, resource exploration, crustal movement, Cadastral, and other fields, particularly in the areas of measurement. In this paper, the
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《GPS原理及其应用》习题集a答案60-2
试述C/A码和Ｐ码的特点；C/A码的码元宽度较大，测距误差2.9米（码宽2；P码的码元宽度较小，测距误差0.29米（码宽29；试述伪随机噪声码测距原理；什么是导航电文？；包含有关卫星的星历、卫星工作状态、时间系统、卫星；试述导航电文的组成格式；导航电文也是二进制码，依规定格式组成，按帧向外播；简述导航电文数据块II的主要内容；第二数据块是由第二子帧与第三子帧
试述C/A码和Ｐ码的特点。C/A码的码元宽度较大，测距误差2.9米（码宽293.1米），测量精度低，属于标准定位服务。（民用）P码的码元宽度较小，测距误差0.29米（码宽29 . 3米），测量精度高，属于军用定位服务。 试述伪随机噪声码测距原理。 预先复制一份伪随机噪声码，再与接收机接收的伪随机噪声吗进行比对，记录开始比对时间，当达到自相关系数最高时记录时间，这时间差就是信号的传播时间。这个时间乘以光速就是距离。什么是导航电文？包含有关卫星的星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正和由C/A码捕获P码等导航信息的数据码（D码） 作用：向用户播发卫星星历、卫星钟参数、卫星状态信息及其它信息试述导航电文的组成格式。导航电文也是二进制码，依规定格式组成，按帧向外播送。播送速度为50b/s，所以播送1帧电文的时间需要30秒，每帧电文含有5子帧，而每子帧分别含有10字码，每字码占30bit, 其持续播送的时间为6s，为了记载多大25颗卫星的星历，子帧4、5各含25页。子帧1、2、3与子帧4、5的每一页均构成1个主帧，在每一主帧的帧与帧之间，子帧1、2、3的内容每小时更新1次，而子帧4、5的内容仅在给卫星注入新的导航数据后才更新。简述导航电文数据块II的主要内容。第二数据块是由第二子帧与第三子帧构成，表示GPS卫星的星历。它的内容有3类参数来描述GPS卫星的运行及其轨道。第一类：开普勒六参数。第二类：轨道摄动九参数。 第三类：时间二参数1、从星期日子夜0点开始度量的星历参考时刻；2、星历表的数据龄期。什么是预报星历？什么是广播星历？所谓预报星历就是卫星GPS将含有轨道信息的导航电文发送给用户接收机，然后经过解码获得的卫星星历。所以也叫广播星历。预报星历通常包括相对某一参考历元的开普勒轨道参数以及必要的轨道的摄动改正参数。后处理星历，是一些国家的某些部门根据各自建立的跟踪站所获得的精密观测资料，应用与确定预报星历相似的方法计算的卫星星历。 试通过图表说明GPS卫星是怎样构成的？ 包括载波（Carrier）、测距码（Code） 和卫星（导航）电文（Message） 载波：L1，L2测距码：C/A码（目前只被调制在L1上） P(Y)码（被分别调制在L1和L2上） 数据码：卫星（导航）电文试写出调制后的GPS信号的表达式。SL1i(t)=ApPi(t)Di(t)cos(ω1t+φ1i)+AcGi(t)sin(ω1t+φ1i) SL2i(t)=BpPi(t)cos(ω2t+φ2i)其中Ap，Ac，Bp分别为19cm载波L1和24cm的载波L2的振幅;Pi(t),Di(t),Gi(t)分别为第i颗GPS卫星的P码，C/A码和D码；ω1，ω2分别是L1和L2的角频率，φ1i，φ2i，分别是第i颗GPS卫星的L1载波和L2载波的出项。 绘图说明载波与测距码信号调制的原理。 试述GPS接受机的硬件和软件GPS接收机的硬件，一般包括主机、天线和电源，是用户设备的核心部分，主要功能是接受GPS卫星信号。GPS软件部分也是构成现代GPS测量系统的重要组成部分之一，它包括内软件和外软件两部分。内软件是指控制接收机信号通道，按时序对卫星信号进行量测以及内务或固化在中央处理器中的自动操作软件。外软件主要是指观测数据后处理的软件。GPS接收机的分类。根据GPS用户的不同要求，按用途分，一般可分为导航型、测量型、和授时型。 按接收机的载波频率分类：单频接收机，双频接收机。按接收机通道类型分类：多通道接收机，序贯通道接收机，多路多用通道接收机。 绝对定位：是以地球质心为参考点，确定接收机天线在WGS―84坐标系中的绝对位置。 相对定位：在地球协议坐标系中，确定观测站与地面某一参考点之间的相对位置。静态定位：是指将接收机安置在固定不动的特定点上观测数分钟或更长时间以 确定该点的三维坐标。动态定位：是指至少有1台接收机处于运动状态，确定各观测时刻运动中的接收机的绝对位置。静态绝对定位：当接收机天线处于静止状态确定观测站绝对坐标的方法。静态相对定位：用2台接收机分别安置在基线的两个端点，其位置静止不动，同步观测相同的4颗以上GPS卫星，确定基线2个端点在协议地球坐标系中的相对位置。整周未知数： 由于载波信号是一种周期性的正弦信号，而相对测量只能测定其不足1周的小数部分，因而存在整周不确定问题，这个未知数就是整周未知数。 整周跳变（周跳）：
当信号重新被跟踪后，整周计数就不正确，但是不到一个整周的相对观测值仍是正确的。这种现象为周跳。GPS动态定位：是利用GPS信号测定相对于地球运动用户的状态参数，这些参数包括三维坐标，运动参数和时间7参数。导航：是测定运动载体的状态参数，并导引运动载体准确的运动到预定的后续位置。参考站：参考站是由GPS接收机与天线构成，他们以稳定的方式设置在一个电力稳定的安全地方，接收机不间断运行，记录原始数据，也许还要连续输出原始数据流，提供给RTK的接收机，如果需要参考站接受机还与计算机连接，经过处理后的数据发送给GPS用户使用。差分动态定位：是使用两台接收机分别置于两个测站上，其中一个测站是已知的基准点，称为基准接收机；另一台安设于运动载体上，称为动态接收机。两台接收机同时测量来自相同GPS卫星的导航定位信号。基准接收机所测得的三维位置与该点已知值进行比较，可以获得GPS定位数据的改正值，据此来改正动态接收机所测得的实时位置。此时多项误差得到抵消，可以得到更为精确的动态用户位置。RTK：是GPS实时载波相位差分的简称。这是一种将GPS与数传技术相结合，实时解算进行数据处理，在1～2秒的时间里得到高精度位置信息的技术LADGPS（局部区域差分系统）：在局部区域中应用差分GPS技术，应该在区域中布局一个差分GPS网，该网由于若干个差分GPS基准站组成，通常还包含一个或多个监控站，。位于该局部区域的用户根据多个基准站所提供的改正信息，经差分后改正求得自己的该证数。 WADGPS（广域差分GPS系统）：WADGPS是针对单基准差分和区域差分GPS所存在的问题，将观测误差按误差的不同来源划分成星历误差，卫星钟差及大气折射误差进行改正，以提高差分的精度和可靠性。WAAS：利用地球同步卫星，采用L1频段转发差分GPS修改信号，同时发射调制在L1频段上的C/A码伪距的思想，称之为广域增强GPS系统。 观测量的组成及精度原始观测量：1、测码伪距观测值：C/A码，码元宽293m，精度2.9m
P码，码元宽29 . 3m，精度0. 29m
2、测相伪距观测值：L1载波，波长19cm，精度0. 19cmL2载波，波长24cm，精度0. 24cm说明完整的载波相位观测值都有哪些部分？ 1、卫星发射的载波信号相位。 2、接收机所复制的载波相位
3、信号发送时刻的GPS时
4、信号接收时的GPS时试写出伪距测量的表达式（顾及大气折射影响），并说明各项符号的意义？GPS采用单程测距原理，要准确地测定站星之间的距离，必须使卫星钟与用户接收机钟保持严格同步，同时考虑大气层对卫星信号的影响。但是，实践中由于卫星钟、接收机钟的误差以及无线电信号经过电离层和对流层中的延 误差，导致实际测出的伪距??与卫星到接收机的几何距离?有一定差值。二者之间存在的关系可用下式表示：?i?j?t???ij?t??c?ti?t??c?tj?t???ji,Ig?t???ji,T?t?（3-3）式中：?i?j?t?――观测历元t的测码伪距；?ij?t?――观测历元t的站星几何距离，???t?c?cti?GPS??tj?GPS?； ?ti?t?――观测历元t的接收机（Ti）钟时间相对于GPS标准时的钟差，ti?ti?GPS???ti；?tj?t?――观测历元t的卫星（Sj）钟时间相对于GPS标准时的钟差，??tj?tj?GPS???tj；?i,I?t?――观测历元t的电离层延迟；g
?ji,T?t?――观测历元t的对流层延迟。设在某测站上的单点定位，静态观测了一个小时，若历元间隔为15秒，问可组成多少伪距观测方程？列出其中一个？按每15s采集一组野外观测数据计算，一台接收机连续观测1h将有120组数据，可以组成120个观测方程，其中一个方程组为：j??2??1???2??2??2??3??2???4??X?X???Y?Y???Z?Z??c?t222222?X?X???Y?Y???Z?Z??c?t323232?X?X???Y?Y???Z?Z??c?t?X?X4?2??Y?Y4?2??Z?Z4?2?c?t121212 试写出TDOP，PDOP，GDOP，VDOP，ＨＯＤＰ的定义？ＴＤＯＰ是时钟精度因子，钟差的确定精度直接关系到定位的精度。ＰＤＯＰ是三维几何精度因子，单点定位的精度取决于观测量的精度与几何精度因子。 ＧＤＯＰ：几何精度因子，卫星的空间位置对精度的影响。ＨＯＤＰ：平面位置精度因子，定位点在平面位置对精度的影响。 ＶＤＯＰ：高程精度因子，定位点在垂位置对精度的影响。简单论述卫星空间几何分布对三维定位精度的影响？在相同的观测精度下，几何精度因子越小，定位精度越高，反之则越低。卫星高度角不能过低（削弱大气折射），尽量使卫星与测站构成的6面体体积最大。如何由载波相位观测方程转化为测码伪距观测方程？ 可以将上式表示为载波相位实际观测量?ij?t?的形式：?ij?t??fj?1j??1j??i?t???f?1???i?t???ti?t??i?t??1??c?c??c?
（3-30）f?f?tj?t??Nij?t0????ij,I?t???ij,T?t???pc???，则可由上式得到测相伪距观测方程：式（3-30）即为载波相位的观测方程。 考虑到关系式??f?ij?t???c?1???ij?t???ti?t???ij?t???ij?t??1???c?tj?t???Nij?t0???ij,I式中含有??1c????1c???t???ij,T?t?p（3-31）1j?i?t?的项对伪距的影响为米级。在相对定位中，如果基线较短（20km以内）?，c则有关的项可以忽略，则（3-30）和（3-31）式可简化为：?ij?t??fjf?i?t??f?ti?t???tj?t??Nij?t0????ij,I?t???ij,T?t??
（3-32）?pcc???????ij?t???ij?t??c?ti?t???tj?t???Nij?t0???ij,I???t???ij,T?t?
（3-33）p包含各类专业文献、各类资格考试、高等教育、专业论文、行业资料、幼儿教育、小学教育、《GPS原理及其应用》习题集a答案60等内容。　
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