GPS静态数据处理说明书1

1、第一章GPS测量概述1.1 GPS系统简介图1-1 GPS星座图.1.1 GPS系统的由来全球卫星定位系统(Global Position SystemGPS)是美国国防部主要为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的需要而建立的。该系统从本世纪70年代初开始设计、研制，历经约20年，于1993年6月建成，并投入使用。GPS系统由三部分构成，分别为空间星座部分、地面监控部分、用户设备部分，空间星座和地 面监控部分由美国国防部控制，用户使用GPS接收机接收卫星信号进行高精度的精密定位以及高精度的时间传递。目前，二十多颗GPS卫星已覆盖了全球，每颗卫星均在不间断地向地球播发调制在两

2、个频段上的卫星信号。在地球上任何一点，均可连续地同步观 测至少4颗GPS卫星，从而保障了全球、全天候的连续地三维定位。图1-1为GPS卫星分布图，图1-2为GPS用于导航的示意图。GPS乍为新一代的卫星导航与定位系统，不仅具有全球性、全天候、连续的精密导航与三维定位能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性。因此，发展全球定位系统(GPS)已成为美国导航技术现代化的最重要标志，并且被视为本世纪美国继阿波罗登月计划和 航天飞机计划之后的又一重大科技成就。1.1.2 GPS的组成GPS系统由空间部分、地面控制部分和用户部分所组成。GPS勺空间部分是由24颗GPS工作卫星所组成的。这些 GPSL作卫星共同

3、组成了 GPS卫星星座。其中21颗为可用于导 航的卫星，3颗为活动的备用卫星， 这24颗卫星分布在6个倾角为55的轨道上绕地球 运行二卫星的运行周期约为12恒星时，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的。GPS的控制部分由分布在全球的由若干个跟踪站所组成的监控系统。根据其作用的 不同这些跟踪站又被分为主控站、监控站和注入站。主控站有一个位于美国克罗拉多 Colorado的法尔孔Falcon空军基地。它的作用是根据各监控站根据GPS的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去； 同时它还对卫星进行控制，向卫星

4、发布指令，当工作卫星出现故障时调度备用卫星替代 失效的工作卫星工作；另外主控站也具有监控站的功能。监控站有五个除了主控站外其 它四个分别位于夏威夷 (Hawaii)、阿松森群岛(Ascencion)、迭哥伽西亚(Diego Garcia)、 卡瓦加兰(Kwajalein)。监控站的作用是接收卫星信号、监测卫星的工作状 态。注入站有三个。它们分别位于阿松森群岛、迭哥伽西亚、卡瓦加兰。注入站的作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去。目前可用的卫星通常有 28颗之多GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪 器等所组成。它的作用是接收 GPS

5、卫星所发出的信号，利用这些信号进行导航定位等工 作。以上这三个部分共同组成了一个完整的GPS系统。1.1.3 GPS在测量上的应用全球卫星定位系统的迅速发展，引起了各国军事部门和广大民用部门的普遍关注。 GPS定位技术的高度自动化及其所达到的高精度和具有的潜力，也引起了广大测量工作 者的极大兴趣。特别是近二十年来，GPS定位技术在应用基础的研究、新应用领域的开拓、软件和硬件的开发等方面都取得了迅速发展。目前，这一定位技术已普遍应用在大 地测量、工程测量、工程和地壳变形测量、地籍测量、航空摄影和海洋测绘、运载工具 导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等诸多测量领域。 可以

6、认为，GPS定位技术已经使经典的测量技术经历了一场意义深远的变革，从而进入 一个崭新的时代。由于对测量而言，导航方式的定位精度太低，因此，主要利用相对定位的方式进行 测量，即同时使用两台以上的GPS接收机进行测量。由于同时工作的相邻的两台GPS接收机的信号具有共同的误差特性，在差分解算的过程中，这些公共误差将被抵消，最后 可得到具有较高精度的两台接收机之间的相对坐标。通常一台接收机固定不动，作为已 知站，另一台作为未知站，以固定的方式(静态)或流动的方式(动态)放置。如图1-3所示，固定站和流动站同时观测相同的卫星，固定站将观测到的数据通过数据链(DATALINK)传送到流动站，流动站将该数据

7、与本身观测到的数据进行差分解算，从而得到流动站与固定站之间的相对位置，这种相对位置具有较高的精度。2在测量上，这种差分形式具体可分为三类，第一种为实时差分(Real Time Differenee)，即在运动中利用伪距进行实时差分解算，精度可达米级；第二种为静态测量，即静态地采集载波相位观测值，然后再对这种观测值进行后处理，其精度可达数毫 米，是目前精度最高的一种定位方式；第三种为实时动态(Real Time Kinematie)，即在运动中利用载波相位进行实时差分解算，精度可达厘米级。GPS定位方式有单、双频之分；有伪距、载波相位之分；有有、无P码之分；有静态、动态之分;有单点定位与差分定位

8、之分等等。图1-3 GPS接收机差分工作相对于经典测量技术来说，这一新技术的主要特点如下：观测站之间无需通视既要保持良好的通视条件，又要保障控制网的良好结构，这一直是经典测量技术在实践方面的困难问题之一。GPS测量不要求测站之间相互通视，因而不再需要建造觇标。这一优点既可大大减少测量工作的经费和时间，同时也使点位 的选择变得甚为灵活。定位精度高现已完成的大量 GPS测量表明，目前在小于50公里的基线上，其相对精度可达12ppm基线越长，其相对精度越高。提供三维坐标 GPS测量，在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。GPS测量这一特点，不仅为研究大地水准面的形状和确定地面

9、点的高程开 辟了新途径，同时也为其在航空物探、航空摄影测量及精密导航中的应用，提供了重要 的高程数据。操作简便 GPS测量的自动化程度很高， 在观测中，测量员的主要任务通常是开关仪 器、量取仪器高和监测仪器的工作状态而已。同时，GPS卫星定位仪的重量越来越轻、功耗越来越小。全天候作业 GPS观测工作可以在任何地点，任何时间连续地进行，一般也不受天气 状况的影响。目前的 GPS卫星定位仪都具有防水装置。测量时间短随着快速静态、实时动态定位技术的出现，对于地形测量、放样测量等测量而言，测量一个点的时间缩短到以秒为单位。正因为上述优点，使 GPS接收机成为当今最主要的测量仪器之一。例如，常规的控 制

10、测量已几乎全部采用 GPS进行；GPS用于水上测量更使工作效率提高了数十倍；实时 动态的出现，更使 GPS用于地形、放样等等常规测量成为可能。正因为GPS1量所具有的先进性、优越性和跨学科的特点才使GPS定位技术成为当今测量的前沿学科，与地理信息系统(GIS)、遥感(RS)并称为3S。1.2国产GPS接收机的发展早在八十年代，我国的一些科研机构就开始进行GPS在测量方面的研究，并取得了很大的成绩，但遗憾的是，GPS测量的关键设备 GPS接收机却一直依赖进口。而最近五年来，我国的GPS接收机研制取得了长足的进展，不管是单频静态、实时动态、还是双 频GPS接收机的性能、质量都可以与进口GPS接收机

11、一争高下，而在产品的价格上，更具有绝对的优势。如今的国内测量型GPS接收机市场可是说是国产与进口GPS接收机平分天下，在单频静态方面，更是基本取代了进口产品。作为国内的专业测量型 GPS接收机制造公司，经过多年的的发展，中海达测绘仪器 公司生产的GPS接收机在产品的系列化、质量、可靠性、性能等方面达到了一个新的高 度。1.3关于HDS2003数据处理软件包131 HDS2003数据处理软件包简介作为GPS测量的核心软件之一，GPS数据处理软件的性能对整个 GPS测量系统的性 能影响极大。中海达GPS数据处理软件由卫星预报、野外动静态采集、数据传输、项目管理、静 态基线处理、动态路线处理、闭合差

12、搜索、网平差、成果输出、坐标系管理及坐标转换 等模块组成，如下图所示。本软件不但可以处理中海达测绘仪器有限公司生产的GPS接收机的数据，而且还可以处理其它公司 GPS接收机的数据；不但可以进行静态数据处理、而且还可以进行动态 数据处理。更重要的是，随着 GPS数据处理技术发展得比较成熟，数据后处理软件的功能是否 强大、对用户是否友好已经变得至关重要。本软件以项目的方式管理GPS观测数据及处理的成果，在处理的过程中实现了可视化操作，使用户所见即所得。132如何使用软件GPS接收机采集、记录的是 GPS接收机天线至卫星伪距、载波相位和卫星星历等数据。如果采集间隔为 15秒，每15秒记录一组观测值，

13、一台接收机连续观测1小时将有180组观测值。每组观测值中通常有4颗以上卫星的观测数据。如要以原始的观测值出发得到最终的测量定位成果，其数据处理过程大致分为GPS测量数据的基线向量解算、GPS网平差或与地面网联合平差等几个阶段。数据处理的基本流程如图1-5所示：卫数数星量据预米传报集输项 目 于管 理图1-5数据处理的基本流程数据传输部分即将外业采集的数据传输至计算机内，这部分软件的使用方法将在第 十五章中作详细介绍。图中虚线框内即通常所说的数据处理过程，其中的基线解算将在第十章“静态基线处理”中详细的介绍；GPS网平差将在第十一章“网平差”这一章中作详细介绍；动态路线解算将在第十二章“动态路线

14、处理”这一章中作详细介绍；成果导出由包括静态成 果导出、动态数据处理成果导出以及观测站点的导出等几部分组成。而第十四章则专门 介绍了 “编辑与计算”功能模块的使用。HDS2003数据处理软件包 主要在 Windows 2000下利用Visual C+开发而成，它可 以在 Windows 9x 和 Windows NT 以及 Windows 2000 下运行，在 Windows NT 和 Windows2000下运行时，可以处理的点、线数仅受制于所使用计算机的内存，而在 Windows 9x下运行时，由于受到系统的制约，对静态控制测量而言，通常最多只能处理 200多个点的控制网。1.4如何使用本

15、手册本手册共分十六章，第一章为概述，简单地描述了 GPS系统及HDS2003数据处理软 件包数据处理软件的情况。第二章讲述了GPS测量的基本概念。第三章和第四章重点介绍了静态测量以及动态后差分测量的基本原理；第五章则详述GPS接收机的野外观测；第六章至第十六章则详尽地介绍了如何使用HDS2003 GPS数据处理软件。包括软件的安装、数据处理的入门、程序的界面、项目的管理以及静态基线处理、网平差、动态后差 分数据处理、编辑与计算、成果导出等内容。最后一章，则介绍了软件使用中常见的问 题。除上述内容外，本手册还提供了附录，供用户参考。如果您是第一次使用本软件， 且不熟悉GPS测量，建议您详细阅读本手册， 从中，您不但可以了解到软件的主要功能， 而且，您还可以了解到 GPS测量的必要知识。本手册