GPS測量利用導航衛(wèi)星進行測時和測距，以構(gòu)成全球定位系統(tǒng)。學習啦小編整理了gps測量技術(shù)論文，有興趣的親可以來閱讀一下!

　　gps測量技術(shù)論文篇一

　　GPS測量原理探討

　　摘要：本文主要介紹了GPS的組成，并概述了GPS的基本工作原理。

　　關(guān)鍵詞：GPS;坐標系統(tǒng);原理;誤差

　　中圖分類號：TU6 文獻標識碼：A

　　1 GPS簡介

　　GPS是英文Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System的字頭縮寫詞NAVSTAR/GPS的簡稱，它的含義是利用導航衛(wèi)星進行測時和測距，以構(gòu)成全球定位系統(tǒng)。它具有全球性、全能性(陸地、海洋、航空與航天)、全天候性優(yōu)勢的導航定位、定時、測速系統(tǒng)。

　　2 GPS的組成

　　1973年12月，美國國防部正式批準陸海軍三軍共同研制導航全球定位系統(tǒng)-全球定位系統(tǒng)(GPS)。1994年進入完全運行狀態(tài);整套GPS定位系統(tǒng)由三個部分組成的，即由GPS衛(wèi)星組成的空中部分、由若干地面站組成的地面監(jiān)控系統(tǒng)、以接收機為主體的用戶設備。三者有各自獨立的功能和作用，但又是有機地配合而缺一不可的整體系統(tǒng)。

　　2.1 空間衛(wèi)星部分

　　GPS的空間部分由24顆GPS工作衛(wèi)星所組成，這些GPS工作衛(wèi)星共同組成了GPS衛(wèi)星星座，其中21顆為用于導航的衛(wèi)星，3顆為活動備用衛(wèi)星。這24顆衛(wèi)星分布在6個傾角為550，高度約為20200公里的高空軌道上繞地球運行。衛(wèi)星的運行周期約為12恒星時。完整的工作衛(wèi)星星座保證在全球各地可以隨時觀測到4-8顆高度角為150以上的衛(wèi)星，若高度在50則可達到12顆衛(wèi)星。每顆GPS工作衛(wèi)星都發(fā)出用于導航定位的信號。GPS用戶正是利用這些信號來進行工作。

　　2.2 地面監(jiān)控部分

　　GPS的控制部分由分布在全球若干個跟蹤站所組成的監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成，根據(jù)其作用不同，這些跟蹤站又被分為主控站、監(jiān)控站和注入站。

　　2.2.1 主控站的作用：主控站擁有大型電子計算機，用作為主體的數(shù)據(jù)采集、計算、傳輸、診斷、編輯等工作。

　　2.2.2 監(jiān)控站的作用：監(jiān)控站的主要任務是對每顆衛(wèi)星進行觀測，并向主控站提供觀測數(shù)據(jù)。每個監(jiān)控站配有GPS接收機，對每顆衛(wèi)星長年連續(xù)不斷地進行觀測，每6秒進行一次偽距測量和積分多普勒觀測，采集氣象要素等數(shù)據(jù)。監(jiān)測站是一種無人值守的數(shù)據(jù)采集中心，受主控站的控制，定時將觀測數(shù)據(jù)送往主控站。

　　2.2.3 注入站的作用：主控站將編輯的衛(wèi)星電文傳送到位于三大洋的三個注入站，定時將這些信息注入各個衛(wèi)星，然后由GPS發(fā)送給廣大用戶。

　　2.3 用戶接收部分

　　GPS用戶部分由GPS接收機(移動站、基準站等)、數(shù)據(jù)處理軟件及相應用戶設備。

　　3 GPS信號

　　GPS導航定位系統(tǒng)屬于無線電導航定位系統(tǒng)，用戶只需通過接收設備接收衛(wèi)星播的信號就能測定衛(wèi)星信號傳播時間延遲或相位的延遲，解算出接收機與GPS衛(wèi)星間的距離(稱為偽距)，確定接收機位置。

　　GPS衛(wèi)星發(fā)射兩種頻率的載波信號――偽隨機碼，即頻率為1575.42MHz的L1載波和頻率為1227.60HMz的L2載波，它們的頻率分別是基本頻率10.23HMz的154倍和120倍，它們的波長分別為19.03cm和24.42cm。在L1和L2上又分別調(diào)制著多種信號，這些信號主要有：C/A碼又被稱為粗捕獲碼、P碼又被稱為精碼、P碼與W碼進行模二相加生成保密的Y碼。

　　4 GPS誤差

　　利用GPS定位時，GPS衛(wèi)星播發(fā)的信號受各種因素影響，使得測量結(jié)果產(chǎn)生誤差，精度下降。影響GPS定位精度的因素可分為下列幾個方面：

　　4.1 與GPS衛(wèi)星有關(guān)的因素：SA政策、衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星鐘差、地球自轉(zhuǎn)的影響、發(fā)射天線相位中心偏差。

　　4.2與信號傳播途徑有關(guān)的誤差：電離層延遲、對流層延遲、多路徑效應。

　　4.3儀器本身的誤差：接收機鐘差、接收機天線相位中心偏差、接收機軟件和硬件造成的誤差。

　　4.4其他方面的影響：GPS控制部分人為或計算機造成的影響、數(shù)據(jù)處理軟件的影響。

　　5坐標系統(tǒng)

　　5.1坐標系的分類

　　所謂坐標系指的是描述空間位置的表達形式，即采用什么方法來表示空間位置。在測量中，常用的坐標系有以下幾種：空間直角坐標系、空間大地坐標系、平面直角坐標系。

　　5.2 GPS測量中常用的坐標系統(tǒng)：WGS-84坐標系、1954年北京坐標系、1980年西安大地坐標系。

　　6 GPS衛(wèi)星定位基本原理

　　測量學中有測距交會確定點位的方法。與其相似，無線電導航定位系統(tǒng)、衛(wèi)星激光測距定位系統(tǒng)，其定位原理也是利用測距交會的原理確定點位。

　　將無線點信號發(fā)射臺從地面點搬到衛(wèi)星上，組成一個衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，應用無線電測距交會的原理，便可由3個以上地面已知點(控制點)交會出衛(wèi)星的位置，反之利用三個以上衛(wèi)星的已知空間位置又可交會出地面未知點(用戶接收機)的位置。這便是GPS衛(wèi)星定位的基本原理。

　　在GPS定位中，GPS衛(wèi)星是高速運動的衛(wèi)星，其坐標值隨時間在快速變化著。需要實時的GPS衛(wèi)星信號測量出測站至衛(wèi)星之間的距離，實時的衛(wèi)星的導航電文解算出衛(wèi)星的坐標值，并進行測站點的定位。依據(jù)測距的原理，其定位原理與方法主要有位距法定位，載波相位測量定位以及差分GPS定位等。對于待定點來說，根據(jù)其運動狀態(tài)可以將GPS定位分為靜態(tài)定位和動態(tài)定位。靜態(tài)定位指的對于固定不動的待定點，將GPS接收機安置于其上，觀測數(shù)分鐘乃至更長的時間，以確定該點的三維坐標，又叫絕對定位。若以兩臺GPS接收機分別置于兩個固定不變的待定點上，則通過一定時間的觀測，可以確定兩個待定點之間的相對位置，又叫相對定位。而動態(tài)定位則至少有一臺接收機處于運動狀態(tài)，測定的是各觀測時刻(觀測歷元)運動中的接收機的點位。

　　7差分原理

　　差分技術(shù)很早就被人們所應用。比如相對定位中，在一個測站上對兩個觀測目標進行觀測，將觀測值求差;過在兩個測站上對用一個目標進行觀測，將觀測值求差;或在一個測站上對一個目標進行兩次觀測求差。其目的是消除公共誤差，提高定位精度。利用求差后的觀測值解算兩觀測站之間的基線向量，這種差分技術(shù)已經(jīng)用于靜態(tài)相對定位。

　　GPS定位中，存在著三部分誤差：一是多臺接收機公有的誤差，如：衛(wèi)星時鐘差，星歷誤差;二是傳播延遲誤差，如：電離層誤差、對流層誤差;三是接收機固有的誤差，如：內(nèi)部噪省、通道延遲、多路徑效應。采用差分定位，可以完全消除第一部分誤差，可大部分消除第二部分誤差(視基準站至流動站的距離)。

　　8 GPS系統(tǒng)應用

　　8.1導航：GPS能以較好精度瞬時定出接收機所在位置的三維坐標，實現(xiàn)實時導航，因而GPS可用于海船、艦艇、飛機、導彈、出租車、交通車輛定位、110、120、119等。

　　8.2授時。

　　8.3高精度、高效率的地面測量。

　　8.4氣象研究。

　　結(jié)束語

　　GPS全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System)在公路工程測量中不受環(huán)境和距離限制，非常適合于地形條件困難地區(qū)、局部重點工程地區(qū)等的應用，大大提高工作及成果質(zhì)量。在最近的兩年得到了迅速推廣，這主要依賴于GPS系統(tǒng)可以向全球任何用戶全天候地連續(xù)提供高精度的三維坐標、三維速度和時間信息等技術(shù)參數(shù)。

　　gps測量技術(shù)論文篇二

　　GPS測量的誤差分析

　　【摘要】GPS具有測量時間短、精度高、全球、全天候等諸多優(yōu)點，在社會各個領域都得到了廣泛的應用。但是由于各種各樣的因素，導致GPS系統(tǒng)在測量過程中有一定程度上的不穩(wěn)定，從而導致了各種誤差。本文分析了GPS定位系統(tǒng)的組成部分，對其誤差來源做出了分析，并對相應的精度控制技術(shù)進行了簡單介紹。

　　【關(guān)鍵字】GPS測量 測量誤差 精度控制技術(shù)

　　中圖分類號：O433文獻標識碼： A

　　全球定位系統(tǒng)(GPS)因為測量時間短、測量精度高、觀測站之間無需通視，可提供三維坐標，測量過程具有全球性、全天候性、連續(xù)性和實時性等優(yōu)點，在全球范圍內(nèi)的各個領域都得到了廣泛的運用。任何先進技術(shù)都不可避免的有些不盡人意或者有待改善的不足，GPS也不例外，具體表現(xiàn)在實際測量過程中有一定程度上的不穩(wěn)定，經(jīng)常由于一種或者幾種因素導致測量結(jié)果出現(xiàn)誤差。為了改進GPS的上述缺點，本文對GPS測量中的誤差以及誤差精度控制技術(shù)進行分析。

　　一、GPS定位系統(tǒng)的組成部分

　　GPS定位系統(tǒng)是基于全球24顆定位人造衛(wèi)星，向全球各個地方全天候地提供三維位置、三維速度信息的一種無線電導航定位系統(tǒng)。它由空間衛(wèi)星群、地面控制系統(tǒng)以及用戶裝置部分組成，民用的定位精度可達10米內(nèi)。

　　1.空間衛(wèi)星群

　　GPS的空間衛(wèi)星群由24顆衛(wèi)星(21顆工作衛(wèi)星;3顆備用衛(wèi)星)組成，衛(wèi)星分布在六個距地表20200 km的特定軌道上，每個軌道上有4顆衛(wèi)星，各軌道面之間的交角60°，軌道傾角55°，衛(wèi)星軌道運行的周期11 h 58 min，衛(wèi)星的分部保證了在全球任何地點、時間、地平線能夠至少接收到4顆衛(wèi)星的信號。

　　2.地面控制系統(tǒng)

　　地面控制系統(tǒng)由由3個注入站、1個主控站、5個監(jiān)測站所組成的。注入站把主控站計算出的信息全部注進到衛(wèi)星里;主控站通過觀測GPS衛(wèi)星的運行數(shù)據(jù)，對衛(wèi)星鐘進行及時的參數(shù)修正，計算衛(wèi)星星歷，然后再將計算結(jié)果利用注入站傳送到衛(wèi)星當中;監(jiān)控站則是接收衛(wèi)星所發(fā)出的信號，對衛(wèi)星工作情況進行監(jiān)測。

　　3. 用戶裝置部分

　　GPS用戶部分即GPS信號接收機，由天線單元和接收單元兩部分組成。其作用就是收取衛(wèi)星所發(fā)出的信號，然后通過這些接收到的信號計算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時間等信息。隨著科技的不斷發(fā)展，GPS的用戶部分逐漸小型化，便于野外觀測使用。

　　二、GPS的測量誤差與精度控制技術(shù)

　　誤差按性質(zhì)可分為系統(tǒng)誤差與偶然誤差兩類。這兩類誤差中，系統(tǒng)誤差對測量結(jié)果的影響要遠比偶然誤差大的多，系統(tǒng)誤差是 GPS 測量的主要誤差來源，而且系統(tǒng)誤差存在一定的規(guī)律性，所以可以采用一定的方法和措施來消除此項誤差。從 GPS 測量誤差的來源可分：衛(wèi)星部分、信號傳播部分、信號接收部分和其他影響部分四個部分。

　　2.1 衛(wèi)星部分

　　衛(wèi)星部分誤差主要有衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘誤差及相對論效應，衛(wèi)星部分誤差對距離測量的影響約為 1.5~15 米。衛(wèi)星星歷誤差是衛(wèi)星在空間的位置與實際位置之差，衛(wèi)星星歷的數(shù)據(jù)來源有廣播星歷和實測星歷，廣播星歷由于 SA 政策，廣大用戶很難從系統(tǒng)的改善中獲得應有的精度，而實測星歷對導航和動態(tài)定位無任何意義，對靜態(tài)定位有重要意義。衛(wèi)星鐘的鐘差包括由鐘差、頻偏、頻漂、鐘的隨機誤差，在 GPS 測量中，無論是碼相位觀測或載波相位觀測，都要求衛(wèi)星鐘和接收機鐘保持嚴格同步。

　　由于GPS 衛(wèi)星軌道的預測工作主要是通過 GPS 跟蹤網(wǎng)來實施的。其中對數(shù)據(jù)影響最大的是坐標誤差，較為嚴重的情況下，坐標誤差是其他誤差十倍之多。因此要特別注重跟蹤站地心坐標的精度，要求要優(yōu)于 0.1m，當對基站松弛軌道進行加權(quán)時，要求其坐標值要優(yōu)于 5m。只要能夠?qū)⒏櫥具M行數(shù)據(jù)分析，就能夠?qū)④壍栏鶖?shù)誤差修改而成為正值。通過以上手段，精密星歷就能夠傳送給客戶。

　　2.2 信號傳播部分

　　信號傳播部分的誤差有電離層折射誤差、多路徑效應誤差以及對流層折射誤差，這些誤差對距離測量的影響為 1.5~15 米，電離層折射誤差是由于 GPS 信號在通過電離層時，信號的路徑發(fā)生彎曲、傳播速度發(fā)生變化。多路徑效應是指測站周圍的反射物反射衛(wèi)星信號進入接收機天線，這時多個衛(wèi)星信號產(chǎn)生干涉，而使觀測值偏離真值。GPS 信號在通過對流層時，信號的路徑發(fā)生彎曲，對流層折射的誤差與信的高度角有關(guān)，當在地面方向(即高度角為 10 度)，影響可達到 20 米。

　　GPS信號傳播過程造成的誤差可以從兩個方面進行控制。第一，通過使用模型對 GPS 信號進行更正， 即通過對氣象資料的分析研究而建立相應的模型， 對流層折射所發(fā)生的誤差進行預測，從而通過數(shù)據(jù)處理進行更正。第二，通過同步觀測的方法來求差，從而消除流層對 GPS 信號傳播的影響。

　　2.3 信號接收和其他誤差部分

　　與接收機有關(guān)的誤差主要有接收機鐘誤差、接收機位置誤差、天線相位中心位置誤差及幾何圖形強度誤差等，這一些誤差對距離測量的影響為 1.5~5 米，其他誤差主要為地球自轉(zhuǎn)的影響和地球潮汐改正，對距離測量的影響為 1 米。實際與接收機相關(guān)的誤差主要還是噪聲誤差(天線噪聲、傳輸線噪聲、接收機內(nèi)部噪聲)，如果接收機鐘與衛(wèi)星鐘的同步差為 1μs，由此引起的距離誤差約為 300m，而接收機的位置誤差是天線相位中心與測站標石中心的誤差。

　　就目前而言，對于信號接收和其他誤差部分，通常采用ROCK4 模型、標準模型、多項式模型等模型進行校正與預測，這幾種模型之間并無過大優(yōu)劣比較，預測精度的差距都不大，一般都能達到 1m 定規(guī)。為了能夠獲得更小的誤差數(shù)值，筆者認為可以將這幾種模型混合使用，從而得到更為精確的誤差值，甚至精度將會控制在 0.1m 以內(nèi)。

　　三、結(jié)束語

　　為了降低GPS的測量誤差，需要對誤差的產(chǎn)生原因進行深入分析，并且針對分析結(jié)果指定相應的解決措施;制定具體規(guī)范的操作規(guī)章制度，觀測過程嚴格章程執(zhí)行，這樣才能保證測量結(jié)果的精確性。

　　參考文獻

　　[1] 胡輝,陳艷.GPS接收機的定位誤差分析[J].河南師范大學學報(自然科學版),2010,38(6):68-71.

　　[2] 張葆,姚俊峰,高利民等.機載GPS測量定位技術(shù)研究[J].光學精密工程,2009,17(1):172-178. [3] 趙立坤.淺談GPS廣播星歷誤差及其對定位結(jié)果的影響[J].城市建筑,2012,(17):233.

　　[4] 王克曉,李鳳友,劉煥玲等.手持GPS定位精度與誤差的研究[J].全球定位系統(tǒng),2011,36(6):83-86,91.