GPS测量原理及应用复习资料

GPS测量原理及应用武大第三版，复习资料 第一章绪论 1. GPS系统包括三大部分空间部分一一GPS卫星星座，地面控制部分一一地面监控系统， 用户设备部分一一GPS信号接收机。 2 .GPS卫星星座部分由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作（213） GPS星座。24颗在轨卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55。，各个轨道平面之间 相距60。。在地球表面上任何地点任何时刻，在高度角15。以上，平均可同时观测到6颗卫 星，最多可达9颗卫星。 3. GPS卫星的作用第一，用L波段的两个无线载波向广大用户连续不断地发送导航定位信 号。第二，在卫星飞越注入站上空时，接收由地面注入站用S波段发送到卫星的导航电文和 其他有关信息，并通过GPS信号电路，适时地发送给广大用户。第三，接收地面主控站通 过注入站发送到卫星的调度命令，适时地改正运行偏差或启用备用时钟等。 4. 地面监控系统1个主控站（美国科罗拉多）3个注入站（阿森松岛，迪哥加西亚岛，卡瓦 加兰）5个监控站（13夏威夷） 5. GPS信号接收机的任务是能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号， 并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS 信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出 测站的三维位置，甚至三维速度和时间。 6. GPS系统的特点定位精度高，观测时间短，测站间无需通视，可提供三维坐标，操作简 便，全天候作业，功能多，应用广。 7. GPS系统的应用前景①用于建立高精度的国家性大地测量控制网，测定全球性的地球动 态参数②用于建立陆地海洋大地测量基准，进行高精度的海岛陆地联测以及海洋测绘③用于 监测地球板块运动状态和地壳形变④用于工程测量，成为建立城市与工程控制网的主要手段 ⑤用于测定航空航天摄影瞬间的相机位置. 8. 我国的GPS定位技术的应用和发展情况在大地测量方面，利用GPS技术开展国际联测， 建立全球性大地控制网，提供高精度的地心坐标，测定和精化大地水准面；在工程测量方面， 应用GPS静态相对定位技术，布设精密工程控制网，用于城市和矿区油田地面沉降监测、 大坝变形监测、高层建筑变形监测、隧道贯通测量等精密工程；在航空摄影测量方面，我国 测绘工作者也应用GPS技术进行航测外业控制测量、航摄飞行导航、机载GPS航测等航测 成图的各个阶段；在地球动力学方面，GPS技术用于全球板块运动监测和区域板块运动监测； 此外，GPS技术还用于海洋测量、水下地形测绘、军事国防、智能交通、邮电通信、地矿、 煤矿、石油、建筑以及农业、气象、土地管理、环境监测、金融、公安等部门和行业。 第二章坐标系统和时间系统 1、天球指以地球质心为中心，半径r为任意长度的一个假想球体，为建立球面坐标系统, 必须确定球面上的一些参考点、线、面和圈。 天球坐标系 2、天球坐标系以天球及天球上的点线圈为基础所建立的坐标系。 3、天球坐标系的基准点春分点；天球坐标系的基准面天球赤道面。 4、天球坐标系的特点与地球自转无关，用于描述卫星的运行位置和状态。 5、分类二种瞬时真天球坐标系，瞬时平天球坐标系，协议天球坐标系； 6、分类二种关系协议天球坐标系一一岁差一一瞬时平天球坐标系一一章动一一瞬时真天球 坐标系。 地球坐标系 7、地球坐标系以地球及地球上的点线圈为基础所建立的坐标系 8、地球坐标系的基准面地球赤道面；地球坐标系的基准点地球赤道面和格林尼治时间 了午面的交点。 9、地球坐标系的特点随同地球自转，用于描述地面观测站的位置。 10、分类两种瞬时地球坐标系，协议地球坐标系。 11、分类两种关系协议地球坐标系一一极移一一瞬时地球坐标系。 站心坐标系 12、站心坐标系以测站及测站上的点线圈为基础建立的坐标系。 13、站心坐标系特点随同地球自转，用于描述地面观测站与卫星的关系、卫星在空中的分 布情况。 14、分类两种站心地平直角坐标系，站心极坐标系。 15、完全定义一个空间直角坐标系必须明确①坐标原点位置②三个坐标轴的指向③长度单 位. 16、参心坐标系和质心坐标系的定义参心是椭球的几何中心，质心是椭球的质量中心 17、岁差春分点除因地球自转轴方向改变引起的变化外还因黄道的缓慢变化而变化 18、章动地球瞬时自转轴在惯性空间不断改变方向的周期性运动。 19、我国目前常用的两个国家大地坐标系统①1954年北京坐标系（参心坐标系）②1980 年国家大地坐标系（参心坐标系，大地原点设在我国西部一陕西省泾阳县永乐镇） 20坐标转换方法七参数法（3个平移参数，3个旋转参数，1个尺度参数）；多项式拟合 法。 21、坐标转换协议地球坐标系一极移改正一瞬时极地球坐标系一旋转时角一真天球坐标系 岁差一平天球坐标系一章动一协议天球坐标系 22、长时间计时方法阳历（儒略历，格里历），阴历，阴阳历；儒略日，简化儒略日， GPS周（GPS系统中使用的连续计时法） 23、GPS卫星位置采用WGS-84大地坐标系。 24、GPS系统中卫星钟和接收机钟均采用稳定而连续的GPS时间系统。 第三章卫星运动基础及GPS卫星星历 1. 二体问题忽略所有的摄动力，仅考虑地球质心引力研究卫星相对于地球的运动，在天 体力学中，称之为二体问题。 2. 卫星的无摄运动（二体运动）只考虑地球质心引力作用的卫星运动。 卫星的受摄运动在考虑中心引力的同时，考虑摄动力的影响来研究地球的运动。 3. 中心引力质量集中于球心的质点所产生的引力。 4. 开普勒轨道六参数（轨道根数a, e, V, Q, i, 3） ① 长半径a ② 扁心率e （或短半径b） ③ 真近点角V （在轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距） ④ 升交点半径C （在赤道面上，升交点N与春分点v之间的地心夹角） ⑤ 轨道面倾角I（卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角） ⑥ 近地点角距3 （在轨道平面上近地点A与升交点N之间的地心角距） 5. 开普勒二定律 ① 轨道定律卫星运行的轨道是一个椭圆，该椭圆的一个焦点与地球质心重合。 ② 面积定律在相同时间内所扫过的面积相等。 ③ 周期定律运动周期的平方与轨道椭圆长半轴的立方之比是一个常数。 6. 卫星星历描述卫星运动轨道的信息。有了卫星星历就可以计算出任意时刻的卫星位置 及其速度。 7. GPS卫星星历的分类 ① 预报星历（广播星历）用户接收机接收卫星发射的含有轨道信息的导航电文，经过解码器 便可获得所需的预报星历。 优点实时缺点精度低 内容瞬间开普勒六参数等共17个参数。 通用数据格式伪随机编号，年，月，日，时，分，秒， ② 后处理星历是一些国家某些部门，根据各自建立的卫星跟踪站所获得的对GPS卫星的 精密观测资料，应用与确定广播星历相似的方法而计算的卫星星历。（包括精密星历、快速 星历、超快速星历） 优点轨道参数准确缺点不能做到实时