GPS定位模式分析

1、GPS定位模式分析摘要：GPS定位以其不受距离限制和外业实施方便等 特点，已在诸多领域得到了广泛的应用。但随着GPS导航与定位技术的迅猛发展，有必要对GPS定位模式分析，发挥其更大的潜力和作用。关键词：概念；定位；分析1. 引言GPS（全球定位系统）是以卫星为基础的无线电导航定 位系统，广泛运用在交通、运输、测绘、通信、军事、石油 勘探、农林渔业、时间比对、大气研究、气象预报、地质灾 害的监测和预报等部门和领域中有广泛的应用前景。GPS系统的出现使测绘地理信息行业产生了一场深刻的变革，促进 了测绘地理信息行业的整体进步。GPS系统的用户是非常隐蔽的，它是一种单程系统，用 户只接收而不必发射信号

2、，因此用户的数量也是不受限制的。 虽然GPS系统一开始是为军事目的而建立的，但很快在民用方面得到了极大的发展， 各类GPS接收机和处理软件纷纷涌 现出来。目前在中国市场上出现的接收机主要有TRIMBLE、徕卡、拓普康、南方、中海达、华测等。能对两个频率进行 观测的接收机称为双频接收机，只能对一个频率进行观测的 接收机成为单频接收机，他们在精度和价格上均有较大区别。国际GPS大地测量和地球动力学服务 IGS自1992年起， 已在全球建立了多个数据存储及处理中心和百余个常年观 测的台站，我国也设立了上海余山、武汉、西安、拉萨、台 湾等多个常年观测台站，这些台站的观测数据每天通过 INTERNET网

3、传向美国的数据存储中心，IGS还几乎实时地综 合各数据处理中心的结果， 并参与国际地球自转服务 IERS的 全球坐标参考系维护及地球自转参数的发布。使用者也可免 费从INTERNET网上取得观测数据及精密星历等产品。2. GPS定位组成和工作原理GPS定位技术是利用高空中的 GPS卫星，向地面发射 L 波段的载频无线电测距信号，有地面上用户接收机实时的连 续接收信号， 并计算出接收机天线所在的实际位置， 所以 GPS 定位系统由三个方面组成为空间部分GPS卫星星座、地面控制部分地面监控系统和用户设备部分GPS信号接收机，这三方面都各自有工作的独立功能和作用，对于整个运行系统来 说，他们都是不可

4、缺少的。GPS定位工作原理，当 GPS卫星在用户视界升起时，接 收机能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星， 并能够跟踪这些卫星的运行；对所接收到的GPS星号，具有变化、放大和处理的功能，以便测量出GPS信号从卫星到接收天线的传播时间，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。GPS信号接收机不仅需要功能较强的机内接收软件，而且需要一个 多功能的GPS数据测后处理软件系统。接收设备加数据处理 系统，才是完整的 GPS信号用户设备。3. GPS定位模式3.1GPS定位的基本概念静态定位：在定位过程中，GPS接收机的天线位置时固定的且处于静止状态。其

5、特点是观测时间长，重复观测多； 定位可靠性强、精度高。主要用于等级控制测量和精密监测 工作中。如监测地球板块运动、地壳形变、地震等，在大的 测绘项目中进行大地控制测量。动态定位：在定位过程中，GPS接收机的天线处于运动状态。其特点是能实时的测得运动载体的位置， 多余观测少、 定位精度低。目前广泛用于飞机、船舶、车辆等载体的导航 中。绝对定位 （单点定位）：使以地球的质量中心为参照点，用一台GPS接收机观测（至少 3颗卫星），独立确定观测点 在WGS-84 （世界）坐标系中的绝对位置（经纬度和高度）。其特点是组织实施简单，但定位精度低。相对定位：以地面某固定点为参考点，利用两台以上的GPS接收机

6、，同时观测一组卫星，确定各观测点在WGS-84坐标系中的相对位置或基线向量。其特点是定位精度高，但 外业组织实施和内业计算复杂（需要大量的基线处理和选择 独立基线）。3.2GP5定位组合模式 静态绝对定位，它的实施方法有伪距法定位和载波相立 测量法定位；首先伪距法定位的直接观测值是卫星接收几（星站）的伪距（a）,在这个伪距中加上卫星钟差 （-CV-1）、 接收机钟差（-CVtb）、电离层误差（8 p iom）和对流层误 差（8 p trop ）这四个改正数，就获得星站间的实际距离 a）, 为解算出这四个改正数，一台接收机任一时刻必须收到四颗 卫星（唯一解） ，接收卫星数大于四颗时（由多余观叫）

7、 ，平 差计算出改正数的最或是值。载波相位测量定位的直接观测 值是相位（整数周加小数部分） ，某一瞬间的载波相位测量 值是指瞬间接收机所产生的基准信号的相位（btb）-$ （tb）可计算出瞬间的星战距离 p 。即，p =入乂 $（rb） 一（ ta） 。入一波长。现今，载波相位测量距离的精度可达mm2mm 。静态相对定位，用两台GPS接收机安放在基线的两端点 静止不动，同时观测相同的 4 颗以上的卫星，来确定基线两 端的位置，这种定位模式称为静态相对定位。实际工作中， 至少用 3 台以上的接收机，同时测定 N（N-1 ）/2 条基线（ N 是接收机台数） 。如 2 台同时观测仅得 1 条基线，

8、 3 台同时观 则能得 3 条基线（三角形边），4 台同时观测能得 6 条基线（四 边形边和对角线） 。这是目前首级控制测量的主要方法。动态绝对定位（单点动态定位） ，是用安设在一个运动载体上的GPS接收机，自主的测得该运动载体的实时位置，人而描绘出该运动载体的运行轨迹。如今的车载导航系充， 打开、设定目的地并开始导航后，就可看到行车所在地虱上 的位置。动态相对定位，首先实时差分动态定位：是用安设在一个运动载体上的 GPS接收机和安设在基准点上的另一台GPS接收机，之间通过无线电数据传输，联合测得该运动载本的实时位置，从而描绘出该运动载体的运行轨迹。GPSRTKt位技术广泛应用于工程测量和数字

9、测量图中，所测的三维实时 坐标精度可达厘米级。现今大比例尺（1：500、1 1000、1：2000）数字测图的图根控制测量采用，1：10000 航则的像片控制测量也采用。3.3 GPS RTKt位测量的工作方式 a.在基准站安置 GPS接 收机，进行基准站设置；b. 进行流动站设置：c. 在至少3个公共点上，求 GPS坐标与适用坐标之间的转换参数（点校正） ；式中：X、丫、z当地坐标系中的实际 （适用）坐标，X、y、z-RTK测出的坐标， *z坐标平移参数 a B 丫一坐 标旋转参数，m-缩放参数，中间3X 7的矩正是转换系数阵。用 2 个平高、 1 个高程公共点，代入上式（列出 7 个方程）

10、， 解出 7 个转换参数（唯一解） ；用 3 个平高公共点带入，可 列出 9 个方程，平差解出 7 个参数的最或是值。获得 7 个转 换参数（平移、旋转、缩放）后，将RTK每测出1个点的坐标xyz，带人上式求出该点的适用坐标 xyz。这是原理，实际 是将新参数重新置入 RTK中即可（RTK直接显示适用坐标）。d. 实测流动点坐标，将其与检测点的已知坐标进行对比， 相差应在允许范围内；e. 流动站继续进行未知点的测量工作。现今，利用各地区建立的GNSS连续运行参考站（惯称 CORS基准站）数据， 在一个CORM附近50公里的范围内，任意位置支好 RTK接 收机进行接收，用手机的蓝牙通讯和CORM相连，实现数据连接后几秒钟就可获得的该 RTK位置的准确坐标和高程。 即，利用CORM数据进行图根控制测量或普通工程控制网 的建立方便极了。4. 结束语目前GPS系统的应用已经十分广泛，我们可以运用GPS信号进行海、空和陆地的导航，