學(xué)習(xí)GNSS測量定位必備知識

1、第一部分 RTK八大基礎(chǔ)知識RTK作為現(xiàn)代化測量中的測繪儀器，已經(jīng)非常普及.RTK在測量中的優(yōu)越性也是不言而喻。為了能讓RTK的優(yōu)越性能在使用中充分的發(fā)揮出來，為了能讓RTK使用人員能靈活的應(yīng)用RTK，我認(rèn)為RTK使用人員必須了解以下的基本知識： 1.GPS的概念及組成 GPS(GlobalPositioning System)即全球定位系統(tǒng)，是由美國建立的一個衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)，用戶可以在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)全天候、連續(xù)、實時的三維導(dǎo)航定位和測速;另外，利用該系統(tǒng)，用戶還能夠進(jìn)行高精度的時間傳遞和高精度的精密定位。GPS計劃始于1973年，已于1994年進(jìn)入完全運(yùn)行狀

2、態(tài)(FOC2)。GPS的整個系統(tǒng)由空間部分、地面控制部分和用戶部分所組成： 空間部分GPS的空間部分是由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顆為可用于導(dǎo)航的衛(wèi)星，3顆為活動的備用衛(wèi)星。這24顆衛(wèi)星分布在6個傾角為55°的軌道上繞地球運(yùn)行。衛(wèi)星的運(yùn)行周期約為12恒星時。每顆GPS工作衛(wèi)星都發(fā)出用于導(dǎo)航定位的信號。GPS用戶正是利用這些信號來進(jìn)行工作的。 控制部分GPS的控制部分由分布在全球的由若干個跟蹤站所組成的監(jiān)控系統(tǒng)所構(gòu)成，根據(jù)其作用的不同，這些跟蹤站又被分為主控站、監(jiān)控站和注入站。主控站有一個，位于美國克羅拉多(Co

3、lorado)的法爾孔(Falcon)空軍基地，它的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對GPS的觀測數(shù)據(jù)，計算出衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)通過注入站注入到衛(wèi)星中去;同時，它還對衛(wèi)星進(jìn)行控制，向衛(wèi)星發(fā)布指令，當(dāng)工作衛(wèi)星出現(xiàn)故障時，調(diào)度備用衛(wèi)星，替代失效的工作衛(wèi)星工作;另外，主控站也具有監(jiān)控站的功能。監(jiān)控站有五個，除了主控站外，其它四個分別位于夏威夷(Hawaii)、阿松森群島(Ascencion)、迭哥伽西亞(Diego Garcia)、卡瓦加蘭(Kwajalein)，監(jiān)控站的作用是接收衛(wèi)星信號，監(jiān)測衛(wèi)星的工作狀態(tài);注入站有三個，它們分別位于阿松森群島(Ascencion)、迭哥伽西亞(Die

4、go Garcia)、卡瓦加蘭(Kwajalein)，注入站的作用是將主控站計算出的衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘的改正數(shù)等注入到衛(wèi)星中去。 用戶部分GPS的用戶部分由GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶設(shè)備如計算機(jī)氣象儀器等所組成。它的作用是接收GPS衛(wèi)星所發(fā)出的信號，利用這些信號進(jìn)行導(dǎo)航定位等工作。以上這三個部分共同組成了一個完整的GPS系統(tǒng)。 2.GPS發(fā)射的信號 GPS衛(wèi)星發(fā)射兩種頻率的載波信號，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10.23MHz的154倍和120倍，它們的波長分別為19.03cm和2

5、4.42cm。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C/A碼又被稱為粗捕獲碼，它被調(diào)制在L1載波上，是1MHz的偽隨機(jī)噪聲碼(PRN碼)，其碼長為1023位(周期為1ms)。由于每顆衛(wèi)星的C/A碼都不一樣，因此，我們經(jīng)常用它們的PRN號來區(qū)分它們。C/A碼是普通用戶用以測定測站到衛(wèi)星間的距離的一種主要的信號。 P碼P碼又被稱為精碼，它被調(diào)制在L1和L2載波上，是10MHz的偽隨機(jī)噪聲碼，其周期為七天。在實施AS時，P碼與W碼進(jìn)行模二相加生成保密的Y碼，此時，一般用戶無法利用P碼來進(jìn)行導(dǎo)航定位。 Y碼見P碼。 導(dǎo)航信息導(dǎo)航信息被調(diào)制

6、在L1載波上，其信號頻率為50Hz，包含有GPS衛(wèi)星的軌道參數(shù)、衛(wèi)星鐘改正數(shù)和其它一些系統(tǒng)參數(shù)。用戶一般需要利用此導(dǎo)航信息來計算某一時刻GPS衛(wèi)星在地球軌道上的位置，導(dǎo)航信息也被稱為廣播星歷。 3.GPS定位的原理 GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點的位置。如下圖所示，假設(shè)t時刻在地面待測點上安置GPS接收機(jī)，可以測定GPS信號到達(dá)接收機(jī)的時間t，再加上接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定以下四個方程式： 上述四個方程式中待測點坐標(biāo)x、 y、 z 和Vto為未知參數(shù)，其中di=cti (

7、i=1、2、3、4)。di (i=1、2、3、4) 分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4到接收機(jī)之間的距離。ti (i=1、2、3、4) 分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的信號到達(dá)接收機(jī)所經(jīng)歷的時間。c為GPS信號的傳播速度(即光速)。四個方程式中各個參數(shù)意義如下：x、y、z 為待測點坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)。xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4在t時刻的空間直角坐標(biāo)，可由衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得。Vt i (i=1、2、3、4) 分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供。Vto為接收機(jī)的鐘差。 由以上四個方程即可解算出待

8、測點的坐標(biāo)x、y、z 和接收機(jī)的鐘差Vto 。 目前GPS系統(tǒng)提供的定位精度是優(yōu)于10米，而為得到更高的定位精度，我們通常采用差分GPS技術(shù)：將一臺GPS接收機(jī)安置在基準(zhǔn)站上進(jìn)行觀測。根據(jù)基準(zhǔn)站已知精密坐標(biāo)，計算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離改正數(shù)，并由基準(zhǔn)站實時將這一數(shù)據(jù)發(fā)送出去。用戶接收機(jī)在進(jìn)行GPS觀測的同時，也接收到基準(zhǔn)站發(fā)出的改正數(shù)，并對其定位結(jié)果進(jìn)行改正，從而提高定位精度。差分GPS分為兩大類：偽距差分和載波相位差分。中國3S專業(yè)站 1. 偽距差分原理這是應(yīng)用最廣的一種差分。在基準(zhǔn)站上，觀測所有衛(wèi)星，根據(jù)基準(zhǔn)站已知坐標(biāo)和各衛(wèi)星的坐標(biāo)，求出每顆衛(wèi)星每一時刻到基準(zhǔn)站的真實距離

9、。再與測得的偽距比較，得出偽距改正數(shù)，將其傳輸至用戶接收機(jī)，提高定位精度。這種差分，能得到米級定位精度，如沿海廣泛使用的“信標(biāo)差分”。 2.載波相位差分原理載波相位差分技術(shù)又稱RTK(Real Time Kinematic)技術(shù)，是實時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法。即是將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)給用戶接收機(jī)，進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。載波相位差分可使定位精度達(dá)到厘米級。大量應(yīng)用于動態(tài)需要高精度位置的領(lǐng)域。 4.GPS定位的誤差源 我們在利用GPS進(jìn)行定位時，會受到各種各樣因素的影響。影響GPS定位精度的因素可分為以下四大類： 一、與GPS衛(wèi)星有關(guān)的因素1.

10、SA政策美國政府從其國家利益出發(fā)，通過降低廣播星歷精度(技術(shù))、在GPS基準(zhǔn)信號中加入高頻抖動(技術(shù))等方法，人為降低普通用戶利用GPS進(jìn)行導(dǎo)航定位時的精度。2.衛(wèi)星星歷誤差在進(jìn)行GPS定位時，計算在某時刻GPS衛(wèi)星位置所需的衛(wèi)星軌道參數(shù)是通過各種類型的星歷提供的，但不論采用哪種類型的星歷，所計算出的衛(wèi)星位置都會與其真實位置有所差異，這就是所謂的星歷誤差。3.衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差是GPS衛(wèi)星上所安裝的原子鐘的鐘面時與GPS標(biāo)準(zhǔn)時間之間的誤差。4.衛(wèi)星信號發(fā)射天線相位中心偏差衛(wèi)星信號發(fā)射天線相位中心偏差是GPS衛(wèi)星上信號發(fā)射天線的標(biāo)稱相位中心與其真實相位中心之間的差異。 二、與傳播途徑有關(guān)

11、的因素1.電離層延遲由于地球周圍的電離層對電磁波的折射效應(yīng)，使得GPS信號的傳播速度發(fā)生變化，這種變化稱為電離層延遲。電磁波所受電離層折射的影響與電磁波的頻率以及電磁波傳播途徑上電子總含量有關(guān)。2.對流層延遲由于地球周圍的對流層對電磁波的折射效應(yīng)，使得GPS信號的傳播速度發(fā)生變化，這種變化稱為對流層延遲。電磁波所受對流層折射的影響與電磁波傳播途徑上的溫度、濕度和氣壓有關(guān)。3.多路徑效應(yīng)由于接收機(jī)周圍環(huán)境的影響，使得接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星信號中還包含有各種反射和折射信號的影響，這就是所謂的多路徑效應(yīng)。 三、與接收機(jī)有關(guān)的因素1.接收機(jī)鐘差接收機(jī)鐘差是GPS接收機(jī)所使用的鐘的鐘面時與GPS

12、標(biāo)準(zhǔn)時之間的差異。2.接收機(jī)天線相位中心偏差接收機(jī)天線相位中心偏差是GPS接收機(jī)天線的標(biāo)稱相位中心與其真實的相位中心之間的差異。3.接收機(jī)軟件和硬件造成的誤差在進(jìn)行GPS定位時，定位結(jié)果還會受到諸如處理與控制軟件和硬件等的影響。 四、其它1.GPS控制部分人為或計算機(jī)造成的影響由于GPS控制部分的問題或用戶在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時引入的誤差等。2.數(shù)據(jù)處理軟件的影響數(shù)據(jù)處理軟件的算法不完善對定位結(jié)果的影響。 5.GPS測量中坐標(biāo)系統(tǒng)、坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換過程引用:摘要：GPS在測量領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，本文介紹將GPS所采集到的WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成工程所需的坐標(biāo)的過程。關(guān)鍵詞：GPS 坐

13、標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換 一、概述GPS及其應(yīng)用 GPS即全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System)是美國從本世紀(jì)70年始研制，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。作為新一代的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)經(jīng)過二十多年的發(fā)展，已成為在航空、航天、軍事、交通運(yùn)輸、資源勘探、通信氣象等所有的領(lǐng)域中一種被廣泛采用的系統(tǒng)。我國測繪部門使用GPS也近十年了，它最初主要用于高精度大地測量和控制測量，建立各種類型和等級的測量控制網(wǎng)，現(xiàn)在它除了繼續(xù)在這些領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用外還在測量領(lǐng)域的其它方面得到充分的應(yīng)用，如用于各種類型的工程測量、變形觀測、航空攝影

14、測量、海洋測量和地理信息系統(tǒng)中地理數(shù)據(jù)的采集等。GPS以測量精度高;操作簡便，儀器體積小，便于攜帶;全天候操作;觀測點之間無須通視;測量結(jié)果統(tǒng)一在WGS84坐標(biāo)下，信息自動接收、存儲，減少繁瑣的中間處理環(huán)節(jié)、高效益等顯著特點，贏得廣大測繪工作者的信賴。 二、GPS測量常用的坐標(biāo)系統(tǒng) 1.WGS-84坐標(biāo)系WGS-84坐標(biāo)系是目前GPS所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)，GPS所發(fā)布的星歷參數(shù)就是基于此坐標(biāo)系統(tǒng)的。 WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)的全稱是World Geodical System-84(世界大地坐標(biāo)系-84)，它是一個地心地固坐標(biāo)系統(tǒng)。WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)由美國國防部制圖局建立，于198

15、7年取代了當(dāng)時GPS所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)WGS-72坐標(biāo)系統(tǒng)而成為GPS的所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)。WGS-84坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點位于地球的質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極方向，X軸指向BIH1984.0的啟始子午面和赤道的交點，Y軸與X軸和Z軸構(gòu)成右手系。采用橢球參數(shù)為： a = 6378137m f =1/298.257223563 2.1954年北京坐標(biāo)系1954年北京坐標(biāo)系是我國目前廣泛采用的大地測量坐標(biāo)系，是一種參心坐標(biāo)系統(tǒng)。該坐標(biāo)系源自于原蘇聯(lián)采用過的1942年普爾科夫坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系采用的參考橢球是克拉索夫斯基橢球，該橢球的參數(shù)為：a = 6378245m f =1/

16、298.3.我國地形圖上的平面坐標(biāo)位置都是以這個數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)推算的。 3.地方坐標(biāo)系(任意獨立坐標(biāo)系)在我們測量過程中時常會遇到的如一些某城市坐標(biāo)系、某城建坐標(biāo)系、某港口坐標(biāo)系等，或我們自己為了測量方便而臨時建立的獨立坐標(biāo)系。 三、坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換 在工程應(yīng)用中使用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)是WGS-84坐標(biāo)系數(shù)據(jù)，而目前我們測量成果普遍使用的是以1954年北京坐標(biāo)系或是地方(任意)獨立坐標(biāo)系為基礎(chǔ)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。因此必須將WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到BJ-54坐標(biāo)系或地方(任意)獨立坐標(biāo)系。 目前一般采用布爾莎公式(七參數(shù)法)完成WGS-84坐標(biāo)系到北京54坐標(biāo)

17、系的轉(zhuǎn)換，得到北京54坐標(biāo)數(shù)據(jù)。XBJ54=XWGS84+KXWGS84+x+YWGS84Z"/"-ZWGS84Y"/"YBJ54=YWGS84+KYWGS84+Y-XWGS84Z"/"+ZWGS84X"/"ZBJ54=ZWGS84+KZWGS84+Z+XWGS84Y"/"-ZWGS84X"/" 四、坐標(biāo)系的變換 同一坐標(biāo)系統(tǒng)下坐標(biāo)有多種不同的表現(xiàn)形式，一種形式實際上就是一種坐標(biāo)系。如空間直角坐標(biāo)系(X，Y，Z)、大地坐標(biāo)系(B，L)、平面直角坐標(biāo)(x，y

18、)等。通過坐標(biāo)統(tǒng)的轉(zhuǎn)換我們得到了BJ54坐標(biāo)系統(tǒng)下的空間直角坐標(biāo)，我們還須在BJ54坐標(biāo)系統(tǒng)下再進(jìn)行各種坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，直至得到工程所需的坐標(biāo)。1.將空間直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成大地坐標(biāo)系，得到大地坐標(biāo)(B，L)：L=arctan(Y/X)B=arctan(Z+Ne2sinB)/(X2+Y2)0.5H=(X2+Y2)0.5sinB-N用上式采用迭代法求出大地坐標(biāo)(B，L)2.將大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成高斯坐標(biāo)系，得到高斯坐標(biāo)(x，y)按高斯投影的方法求得高斯坐標(biāo)，x=F1(B，L)，y=F2(B，L)3.將高斯坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成任意獨立坐標(biāo)系，得到獨立坐標(biāo)(x'，y')在小范圍內(nèi)測量，我們可以將地面當(dāng)

19、作平面，用簡單的旋轉(zhuǎn)、平移便可將高斯坐標(biāo)換成工程中所采用坐標(biāo)系的坐標(biāo)(x'，y')，x'=xcos+ysiny'=ycos-xsin 五、小結(jié) 由于GPS測量的種種優(yōu)點，GPS 定位技術(shù)現(xiàn)已基本上取代了常規(guī)測量手段成為了主要的技術(shù)手段，市面上出現(xiàn)了許多轉(zhuǎn)換軟件和不同型號的GPS數(shù)據(jù)處理配套軟件(包含了怎樣將GPS測量中所得到的WGS-84轉(zhuǎn)換成工程中所須坐標(biāo)的功能)，萬變不離其宗，只要我們明白了WGS-84轉(zhuǎn)換到獨立坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換過程，便可很容易的使用該軟件了，甚至可以自己編寫程序，將WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成獨立坐標(biāo)系坐標(biāo) 6.GPS高

20、程測量 一、高程系統(tǒng) 1、高程系統(tǒng) (1)大地高(Hg)(2)正常高/正高(Hr/hg) 2、大地高系統(tǒng)大地高系統(tǒng)是以參考橢球面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。某點的大地高是該點到通過該點的參考橢球的法線與參考橢球面的交點間的距離。大地高也稱為橢球高，大地高一般用符號H表示。大地高是一個純幾何量，不具有物理意義，同一個點，在不同的基準(zhǔn)下，具有不同的大地高。 3、正高系統(tǒng)正高系統(tǒng)是以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。某點的正高是該點到通過該點的鉛垂線與大地水準(zhǔn)面的交點之間的距離，正高用符號hg表示。 4、正常高系統(tǒng)正常高系統(tǒng)是以似大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)的高程

21、系統(tǒng)。某點的正常高是該點到通過該點的鉛垂線與似大地水準(zhǔn)面的交點之間的距離，正常高用Hr表示。 5、高程系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系Hr=H-rHg=H-hg 二、GPS測高方法 1、等值線圖法從高程異常圖或大地水準(zhǔn)面差距圖分別查出各點的高程異常或大地水準(zhǔn)面差距，然后分別采用下面兩式可計算出正常高和正高。在采用等值線圖法確定點的正常高和正高時要注意以下幾個問題：(1)注意等值線圖所適用的坐標(biāo)系統(tǒng)，在求解正常高或正高時，要采用相應(yīng)坐標(biāo)系統(tǒng)的大地高數(shù)據(jù)。(2)采用等值線圖法確定正常高或正高，其結(jié)果的精度在很大程度上取決于等值線圖的精度。 2、大地水準(zhǔn)面模型法地球模型法本

22、質(zhì)上是一種數(shù)字化的等值線圖，目前國際上較常采用的地球模型有OSU91A等。不過可惜的是這些模型均不適合于我國。 3、擬合法(1)基本原理所謂高程擬合法就是利用在范圍不大的區(qū)域中，高程異常具有一定的幾何相關(guān)性這一原理，采用數(shù)學(xué)方法，求解正高、正常高或高程異常(2)注意事項適用范圍上面介紹的高程擬合的方法，是一種純幾何的方法，因此，一般僅適用于高程異常變化較為平緩的地區(qū)(如平原地區(qū))，其擬合的準(zhǔn)確度可達(dá)到一個分米以內(nèi)。對于高程異常變化劇烈的地區(qū)(如山區(qū))，這種方法的準(zhǔn)確度有限，這主要是因為在這些地區(qū)，高程異常的已知點很難將高程異常的特征表示出來。 選擇合適的高程異常已知點所謂高程異常的已

23、知點的高程異常值一般是通過水準(zhǔn)測量測定正常高、通過GPS測量測定大地高后獲得的。在實際工作中，一般采用在水準(zhǔn)點上布設(shè)GPS點或?qū)PS點進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測的方法來實現(xiàn)，為了獲得好的擬合結(jié)果要求采用數(shù)量盡量多的已知點，它們應(yīng)均勻分布，并且最好能夠?qū)⒄麄€GPS網(wǎng)包圍起來。高程異常已知點的數(shù)量若要用零次多項式進(jìn)行高程擬合時，要確定1個參數(shù)，因此，需要1個以上的已知點;若要采用一次多項式進(jìn)行高程擬合，要確定3個參數(shù)，需要3個以上的已知點;若要采用二次多項式進(jìn)行高程擬合，要確定6個參數(shù)，則需要6個以上的已知點。分區(qū)擬合法若擬合區(qū)域較大，可采用分區(qū)擬合的方法，即將整個GPS網(wǎng)劃分為若干區(qū)域，利用位于各個區(qū)域中的

24、已知點分別擬合出該區(qū)域中的各點的高程異常值，從而確定出它們的正常高。下圖是一個分區(qū)擬合的示意圖，擬合分兩個區(qū)域進(jìn)行，以虛線為界，位于虛線上的已知點兩個區(qū)域都采用。 7.RTK的工作原理和精度分析 經(jīng)常有一些客戶會打電話給我詢問一些有關(guān)RTK的精度問題,根據(jù)我的總結(jié),這些客戶對RTK的原理掌握不夠深刻,對一些能反映RTK精度的指標(biāo)也理解不透.在此我對RTK的原理及精度簡要的闡述一下,希望能拋磚引玉,對大家有所幫助.RTK是實時動態(tài)測量，其工作原理可分為兩部分闡述。 一、實時載波相位差分我們知道，在利用GPS進(jìn)行定位時，會受到各種各樣因素的影響(見上節(jié)中的GPS誤差源

25、),為了消除這些誤差源,必須使用兩臺以上的GPS接收機(jī)同步工作.GPS靜態(tài)測量的方法是各個接收機(jī)獨立觀測，然后用后處理軟件進(jìn)行差分解算。那么對于RTK測量來說，仍然是差分解算，只不過是實時的差分計算。也就是說，兩臺接收機(jī)(一臺基準(zhǔn)站，一臺流動站)都在觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)，同時，基準(zhǔn)站通過其發(fā)射電臺把所接收的載波相位信號(或載波相位差分改正信號)發(fā)射出去;那么，流動站在接收衛(wèi)星信號的同時也通過其接收電臺接收基準(zhǔn)站的電臺信號;在這兩信號的基礎(chǔ)上，流動站上的固化軟件就可以實現(xiàn)差分計算，從而精確地定出基準(zhǔn)站與流動站的空間相對位置關(guān)系。在這一過程中，由于觀測條件、信號源等的影響會有誤差，即為儀器標(biāo)定誤差,一般為

26、平面1cm+1ppm，高程2cm+1ppm. 二、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換空間相對位置關(guān)系不是我們要的最終值,因此還有一步工作就是把空間相對位置關(guān)系納入我們需要的坐標(biāo)系中。GPS直接反映的是WGS-84坐標(biāo),而我們平時用的則是北京54坐標(biāo)系或西安80坐標(biāo)系,所以要通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換把GPS的觀測成果變成我們需要的坐標(biāo)。這個工作有多種模型可以實現(xiàn)，我們的軟件采用的是平面與高程分開轉(zhuǎn)換，平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換采用先將GPS測得成果投影成平面坐標(biāo)，再用已知控制點計算二維相似變換的四參數(shù)，高程則采用平面擬合或二次曲面擬合模型，利用已知水準(zhǔn)點計算出該測區(qū)的待測點的高程異常，從而求出他們的高程。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換也會帶來誤差，該項誤差主

27、要取決于已知點的精度和已知點的分布情況。從上可以看出，RTK的測量精度包括兩個部分，其一是GPS的測量誤差，其二是坐標(biāo)轉(zhuǎn)換帶來的誤差。對于南方RTK設(shè)備來說，這兩項誤差都能夠反映，GPS的測量誤差在實時測量時可以從手簿上的工程之星中看得到(HRMS 和 VRMS).對于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差來說，又可能有兩個誤差源，一是投影帶來的誤差，二是已知點誤差的傳遞。當(dāng)用三個以上的平面已知點進(jìn)行校正時，計算轉(zhuǎn)換四參數(shù)的同時會給出轉(zhuǎn)換參數(shù)的中誤差(北方向分量和東方向分量,必須通過控制點坐標(biāo)庫進(jìn)行校正才能得到)。值得注意的是，如果此時發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換參數(shù)中誤差比較大(比如，大于5cm),而在采集點時實時顯示的測量誤差在標(biāo)稱精

28、度范圍之內(nèi)，則可以判定是已知點的問題(有可能找錯點或輸錯點)，有可能已知點的精度不夠，也有可能已知點的分布不均勻。當(dāng)平面已知點只有兩個時，則只能滿足計算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換四參數(shù)的必要條件，無多余條件，也就不能給出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度評定,此時，可以從查看四參數(shù)中的尺度比來檢驗坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度，該值理想值為1，如果發(fā)現(xiàn)偏離1較多(比如：|-1|1/40000，超出了工程精度)，則在保證GPS測量精度滿足要求的情況下，可判定已知點有問題。總結(jié)得到：為了保證RTK的高精度,最好有三個以上平面坐標(biāo)已知點進(jìn)行校正，而且點精度要均等，并要均勻分布于測區(qū)周圍,要利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中誤差對轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度進(jìn)行評定.如果利用兩點校正,一

29、定要注意尺度比是否接近于1。 8.RTK測量注意事項 一. 參考站要求參考站的點位選擇必須嚴(yán)格。因為參考站接收機(jī)每次衛(wèi)星信號失鎖將會影響網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有流動站的正常工作。1.周圍應(yīng)視野開闊，截止高度角應(yīng)超過15度,周圍無信號反射物(大面積水域、大型建筑物等)，以減少多路徑干擾。并要盡量避開交通要道、過往行人的干擾。2.參考站應(yīng)盡量設(shè)置于相對制高點上，以方便播發(fā)差分改正信號。3.參考站要遠(yuǎn)離微波塔、通信塔等大型電磁發(fā)射源200米外，要遠(yuǎn)離高壓輸電線路、通訊線路50米外。4.RTK作業(yè)期間，參考站不允許移動或關(guān)機(jī)又重新啟動，若重啟動后必須重新校正。5.參考站連結(jié)必須正確，注意虛電池的

30、正負(fù)極(紅正黑負(fù)).6.參考站主機(jī)開機(jī)后，需等到差分信號正常發(fā)射方可離開參考站，S82表現(xiàn)為DL指示燈每5秒鐘快閃2次.S86表現(xiàn)為RX指示燈每5秒鐘快閃2次. 二.流動站要求1.在RTK作業(yè)前，應(yīng)首先檢查儀器內(nèi)存容量能否滿足工作需要，并備足電源。2.在打開工程之星之后，首先要確保手簿與主機(jī)藍(lán)牙連通。3.為了保證RTK的高精度,最好有三個以上平面坐標(biāo)已知點進(jìn)行校正，而且點精度要均等，并要均勻分布于測區(qū)周圍,要利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中誤差對轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度進(jìn)行評定.如果利用兩點校正,一定要注意尺度比是否接近于1.4.由于流動站一般采用缺省2m流動桿作業(yè)，當(dāng)高度不同時，應(yīng)修正此值。5. 在信號受影響

31、的點位，為提高效率，可將儀器移到開闊處或升高天線，待數(shù)據(jù)鏈鎖定達(dá)到固定后，再小心無傾斜地移回待定點或放低天線，一般可以初始化成功。（轉(zhuǎn)自南方測繪濟(jì)南分公司博客）第二部分 靜態(tài)GPS控制測量使用技術(shù)方法1控制點的布設(shè)為了達(dá)到GPS測量高精度、高效益的目的，減少不必要的耗費(fèi)，在測量中遵循這樣的原則：在保證質(zhì)量的前提下,盡可能地提高效率、降低成本。所以對GPS測量各階段的工作，都要精心設(shè)計，精心組織和實施。建議用戶在測量實施前，對整個GPS測量工作進(jìn)行合理的總體設(shè)計。總體設(shè)計，是指對GPS網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，主要是：確定精度指標(biāo)，網(wǎng)的圖形設(shè)計，網(wǎng)中基線邊長度的確定及 網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計。在設(shè)計中用戶可以參照有

32、關(guān)規(guī)范靈活地處理，下面將結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有的一些資料對GPS測量的總體設(shè)計簡單地介紹一下。1、確定精度標(biāo)準(zhǔn)在GPS網(wǎng)總體設(shè)計中，精度指標(biāo)是比較重要的參數(shù)，它的數(shù)值將直接影響GPS網(wǎng)的布設(shè)方案、觀測數(shù)據(jù)的處理以及作業(yè)的時間和經(jīng)費(fèi)。在實際設(shè)計工作中，用戶可根據(jù)所作控制的實際需要和可能，合理地制定。既不能制定過低而影響網(wǎng)的精度，也不必要盲目追求過高的精度造成不必要的支出。2、選點選點即觀測站位置的選擇。在GPS測量中并不要求觀測站之間相互通視，網(wǎng)的圖形選擇也比較靈活，因此選點比經(jīng)典控制測量簡便得多。但為了保證觀測工作的順利進(jìn)行和可靠地保持測量結(jié)果，用戶注意使觀測站位置具有以下的條件： 確保GPS

33、接收機(jī)上方的天空開闊GPS測量主要利用接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星信號，而且接收機(jī)上空越開闊，則觀測到的衛(wèi)星數(shù)目越多。一般應(yīng)該保證接收機(jī)所在平面15°以上的范圍內(nèi)沒有建筑物或者大樹的遮擋。圖5-1 高度截止角 周圍沒有反射面，如大面積的水域，或?qū)﹄姶挪ǚ瓷洌ɑ蛭眨?qiáng)烈的物體（如玻璃墻，樹木等），不致引起多路徑效應(yīng)。 遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁場的干擾。GPS接收機(jī)接收衛(wèi)星廣播的微波信號，微波信號都會受到電磁場的影響而產(chǎn)生噪聲，降低信噪比，影響觀測成果。所以GPS控制點最好離開高壓線、微波站或者產(chǎn)生強(qiáng)電磁干擾的場所。鄰近不應(yīng)有強(qiáng)電磁輻射源，如無線電臺、電視發(fā)射天線、高壓輸電線等，以免干擾

34、GPS衛(wèi)星信號。通常，在測站周圍約 200m 的范圍內(nèi)不能有大功率無線電發(fā)射源（如電視臺、電臺、微波站等）；在 50m 內(nèi)不能有高壓輸電線和微波無線電信號傳遞通道。 觀測站最好選在交通便利的地方以利于其它測量手段聯(lián)測和擴(kuò)展； 地面基礎(chǔ)穩(wěn)固，易于點的保存。注意：用戶如果在樹木、覘標(biāo)等對電磁波傳播影響較大的物體下設(shè)觀測站，當(dāng)接收機(jī)工作時，接收的衛(wèi)星信號將產(chǎn)生畸變，這樣即使采集時各項指標(biāo)，如觀測衛(wèi)星數(shù)、DOP值等都較好，但觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量很差。建議用戶可根據(jù)需要在GPS點大約 300 米附近建立與其通視的方位點，以便在必要時采用常規(guī)經(jīng)典的測量方

35、法進(jìn)行聯(lián)測。在點位選好后，在對點位進(jìn)行編號時必須注意點位編號的合理性，在野外采集時輸入的觀測站名由四個任意輸入的字符組成，為了在測后處理時方便及準(zhǔn)確，必須不使點號重復(fù)。建議用戶在編號時盡量采用阿拉伯?dāng)?shù)字按順序編號。3、基線長度GPS接收機(jī)對收到的衛(wèi)星信號量測可達(dá)毫米級的精度。但是，由于衛(wèi)星信號在大氣傳播時不可避免地受到大氣層中電離層及對流層的擾動，導(dǎo)致觀測精度的降低。因此在使用GPS接收機(jī)測量時，通常采用差分的形式，用兩臺接收機(jī)來對一條基線進(jìn)行同步觀測。在同步觀測同一組衛(wèi)星時，大氣層對觀測的影響大部分都被抵消了。基線越短，抵消的程度越顯著，因為這時衛(wèi)星信號通過大氣層到達(dá)兩臺接收機(jī)的路徑幾乎相同

36、。同時，當(dāng)基線越長時，起算點的精度對基線的精度的影響也越大。起算點的精度常常影響基線的正常求解。因此，建議用戶在設(shè)計基線邊時，應(yīng)兼顧基線邊的長度。通常，對于單頻接收機(jī)而言，基線邊應(yīng)以20公里范圍以內(nèi)為宜?；€邊過長，一方面觀測時間勢必增加，另一方面由于距離增大而導(dǎo)致電離層的影響有所增強(qiáng)。4、提高GPS網(wǎng)可靠性的方法可以通過下面的一些方法提高GPS網(wǎng)的可靠性：1、增加獨立基線數(shù)在布設(shè)GPS 網(wǎng)時，適當(dāng)增加觀測時段數(shù)，對于提高GPS 網(wǎng)的可靠性非常有效。因為隨著觀測時段數(shù)的增加，所測得的獨立基線數(shù)就會增加，而獨立基線數(shù)的增加對網(wǎng)的可靠性的提高是非常有效的。2、保證一定的重復(fù)設(shè)站次數(shù)保證一定的重復(fù)設(shè)

37、站次數(shù)，可確保GPS 網(wǎng)的可靠性。一方面，通過在同一測站上的多次觀測，可有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)站、對中、整平、量測天線高等人為錯誤；另一方面，重復(fù)設(shè)站次數(shù)的增加，也意味著觀測期數(shù)的增加。不過需要注意的是，當(dāng)同一臺接收機(jī)在同一測站上連續(xù)進(jìn)行多個時段的觀測時，各個時段間必須重新安置儀器，以更好地消除各種人為操作誤差和錯誤。3、保證每個測站至少與三條以上的獨立基線相連。保證每個測站至少與三條以上的獨立基線相連，這樣可以使得測站具有較高的可靠性，在布設(shè)GPS 網(wǎng)時，各個點的可靠性與點位無直接關(guān)系，而與該點上所連接的基線數(shù)有關(guān)，點上所連接的基線數(shù)越多點的可靠性則越高。4、在布網(wǎng)時要使網(wǎng)中所有最小異步環(huán)的邊數(shù)不大于

38、6 條在布設(shè)GPS 網(wǎng)時，檢查GPS 觀測值基線向量質(zhì)量的最佳方法是異步環(huán)閉合差。而隨著組成異步環(huán)的基線向量數(shù)的增加，其檢驗質(zhì)量的能力將逐漸下降，因此，要控制最小異步環(huán)的邊數(shù)。所謂最小異步閉合環(huán)，即構(gòu)成閉合環(huán)的基線邊是異步的，且邊數(shù)又是最少的。5、提高GPS網(wǎng)精度的方法 可以通過下列方法提高GPS網(wǎng)的精度：為保證GPS 網(wǎng)中各相鄰點具有較高的相對精度，對網(wǎng)中距離較近的點一定要進(jìn)行同步觀測，以獲得它們間的直接觀測基線；為提高整個GPS 網(wǎng)的精度，可以在全面網(wǎng)之上布設(shè)框架網(wǎng)，以框架網(wǎng)作為整個GPS 網(wǎng)的骨架；在布網(wǎng)時要使網(wǎng)中所有最小異步環(huán)的邊數(shù)不大于6 條；若要采用高程擬合的方法測定網(wǎng)中各點的正常

39、高/正高，則需在布網(wǎng)時選定一定數(shù)量的水準(zhǔn)點。水準(zhǔn)點的數(shù)量應(yīng)盡可能的多，且應(yīng)在網(wǎng)中均勻分布，還要保證有部分點分布在網(wǎng)中的四周，將整個網(wǎng)包含在其中；為提高GPS 網(wǎng)的尺度精度，可采用增設(shè)長時間、多時段的基線向量。6、布設(shè)GPS 網(wǎng)時起算點的選取與分布若要求所布設(shè)的GPS 網(wǎng)的成果與舊成果吻合最好，則起算點數(shù)量越多越好。若不要求所布設(shè)的GPS 網(wǎng)的成果完全與舊成果吻合，則一般可選35 個起算點，這樣既可以保證新老坐標(biāo)成果的一致性，也可以保持GPS 網(wǎng)的原有精度。為保證整網(wǎng)的點位精度均勻，起算點一般應(yīng)均勻地分布在GPS 網(wǎng)的周圍。要避免所有的起算點分布在網(wǎng)中一側(cè)的情況或連成一線的情況。2 G

40、PS基線解算1 基線解算的步驟基線解算的過程，實際上主要是一個利用最小二乘法進(jìn)行平差的過程。平差所采用的觀測值主要是雙差觀測值。在基線解算時，平差要分五個階段進(jìn)行。第一階段，根據(jù)三差觀測值，求得基線向量的初值。第二階段，根據(jù)初值及雙差觀測值進(jìn)行周跳修復(fù)。第三階段進(jìn)行雙差浮點解算，解算出整周未知數(shù)參數(shù)和基線向量的實數(shù)解。第四階段將整周未知數(shù)固定成整數(shù)，即整周模糊度固定。在第五階段，將確定了的整周未知數(shù)作為已知值，僅將待定的測站坐標(biāo)作為未知參數(shù)，再次進(jìn)行平差解算，解求出基線向量的最終解-整數(shù)解。2 重復(fù)基線的檢查同一基線邊觀測了多個時段得到的多個基線邊稱為重復(fù)基線邊。對于不同觀測時段的基

41、線邊的互差，其差值應(yīng)小于相應(yīng)級別規(guī)定精度的倍。而其中任一時段的結(jié)果與各時段平均值之差不能超過相應(yīng)級別的規(guī)定精度。我們在進(jìn)行基線處理時經(jīng)常會遇到重復(fù)基線檢查不合格的情況。而造成這種情況的主要有以下幾種情況：1、在架設(shè)儀器時由于對中整平的誤差造成（該種情況一般對短基線影響很大），處理該種情況時需要在出外業(yè)前對基座進(jìn)行檢查并且進(jìn)行外業(yè)觀測架設(shè)儀器時嚴(yán)格對中整平。2、由于點號及儀器高輸錯、或外業(yè)記錄時出錯造成（這種情況最為普遍，并且由于該種情況還會造成異步環(huán)搜索時異步環(huán)不閉合），一般來說在軟件上比較好檢查出出錯的觀測點，例如我們可以在軟件上查看觀測數(shù)據(jù)通過觀測數(shù)據(jù)的初始經(jīng)緯度來判定點號是否出錯。在搜索

42、異步環(huán)時往往超限數(shù)據(jù)非常大。對于這種情況的處理一定要嚴(yán)格外業(yè)觀測手簿的記錄。3 閉合環(huán)搜索在GPS測量中，為了檢驗GPS野外實測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，往往需要計算GPS網(wǎng)中同步環(huán)或異步環(huán)閉合差。為了使精度評估更準(zhǔn)確，往往需要刪除一些重復(fù)基線，通常的軟件都要求手工輸入，若網(wǎng)較復(fù)雜，則工作量就非常龐大，而且錯誤、遺漏也就難以避免。實際上，在軟件中，可以結(jié)合圖論的有關(guān)知識，采用深度優(yōu)先搜索的方法搜索整個GPS網(wǎng)中的最小獨立閉合環(huán)、最小獨立異步閉合環(huán)、最小獨立同步閉合環(huán)以及手工選定環(huán)路和重復(fù)基線。所謂最小獨立閉合環(huán)，具有以下幾方面的含義：l 閉合環(huán)必須是最小的，即邊數(shù)是最少的；l 

43、閉合環(huán)必須是獨立的。4 GPS基線向量網(wǎng)平差在一般情況下，多個同步觀測站之間的觀測數(shù)據(jù)，經(jīng)基線向量解算后，用戶所獲得的結(jié)果一般是觀測站之間的基線向量及其方差與協(xié)方差。再者，在某一區(qū)域的測量工作中，用戶可能投入的接收機(jī)數(shù)總是有限的，所以，當(dāng)布設(shè)的GPS網(wǎng)點數(shù)較多時，則需在不同的時段，按照預(yù)先的作業(yè)計劃，多次進(jìn)行觀測。而GPS解算不可避免地會帶來誤差、粗差以及不合格解。在這種情況下，為了提高定位結(jié)果的可靠性，通常需將不同時段觀測的基線向量連接成網(wǎng)，并通過觀測量的整體平差，以提高定位結(jié)果的精度。這樣構(gòu)成的GPS網(wǎng)，將含有許多閉合條件，整體平差的目的，在于清除這些閉合條件的不符值，并建立網(wǎng)的基準(zhǔn)。另外

44、，不管是靜態(tài)解算還是動態(tài)解算，都是在WGS-84坐標(biāo)系下進(jìn)行的，而已有的經(jīng)典地面控制網(wǎng)規(guī)模大，資料豐富；或者，用戶只進(jìn)行小范圍的測量，需要的僅僅是局部平面坐標(biāo)；加之，GPS單點定位的坐標(biāo)精度較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高精度測量的要求。而且，通常用戶需要的是國家坐標(biāo)系下的大地坐標(biāo)（或投影坐標(biāo)）或地方坐標(biāo)系下的投影坐標(biāo)，高程坐標(biāo)也不再是大地高（橢球高），而是水準(zhǔn)高（正高）。有時還需要通過高精度GPS網(wǎng)與經(jīng)典地面網(wǎng)的聯(lián)合處理，加強(qiáng)和改善經(jīng)典地面網(wǎng)，以滿足用戶的需要。這樣就需要將WGS-84之間的坐標(biāo)增量轉(zhuǎn)換到大地坐標(biāo)中去，從而得到用戶所需要的坐標(biāo)。由于坐標(biāo)系之間的系統(tǒng)參數(shù)不一樣以及水準(zhǔn)異常等原因，這種轉(zhuǎn)換理

45、所當(dāng)然地會帶來誤差。根據(jù)平差所進(jìn)行的坐標(biāo)空間，可將GPS 網(wǎng)平差分為三維平差和二維平差。根據(jù)平差時所采用的觀測值和起算數(shù)據(jù)的數(shù)量和類型，可將平差分為無約束平差約束平差和聯(lián)合平差等。所謂三維平差是指平差在空間三維坐標(biāo)系中進(jìn)行。觀測值為三維空間中的觀測值，解算出的結(jié)果為點的三維空間坐標(biāo)。GPS 網(wǎng)的三維平差，一般在三維空間直角坐標(biāo)系或三維空間大地坐標(biāo)系下進(jìn)行。所謂二維平差，是指平差在二維平面坐標(biāo)系下進(jìn)行，觀測值為二維觀測值，解算出的結(jié)果為點的二維平面坐標(biāo)。所謂無約束平差，指的是在平差時不引入會造成GPS 網(wǎng)產(chǎn)生由非觀測量所引起的變形的外部起算數(shù)據(jù)。常見的GPS 網(wǎng)的無約束平差，一般是在平差時沒有起

46、算數(shù)據(jù)或沒有多余的起算數(shù)據(jù)。所謂約束平差，指的是平差時所采用的觀測值完全是GPS 基線向量，而且，在平差時引入了使得GPS 網(wǎng)產(chǎn)生由非觀測量所引起的變形的外部起算數(shù)據(jù)。GPS 網(wǎng)的聯(lián)合平差，指的是平差時所采用的觀測值除了GPS 觀測值以外，還采用了地面常規(guī)觀測值，這些地面常規(guī)觀測值包括邊長、方向、角度等觀測值等。3 常遇問題的解決辦法1如何處理不合格基線通過設(shè)置衛(wèi)星高度角、采樣間隔、有效歷元等參數(shù)可以對基線進(jìn)行優(yōu)化。1 衛(wèi)星高度截止角衛(wèi)星高度角的截取對于數(shù)據(jù)觀測和基線處理都非常重要，觀測較低仰角的衛(wèi)星有時會因為衛(wèi)星信號強(qiáng)度太弱、信噪比較低而導(dǎo)致信號失鎖，或者信號在傳輸路徑上受到較大的大氣折射影響而導(dǎo)致整周模糊度搜索的失敗。但選擇較大的衛(wèi)星高度角可能出現(xiàn)觀測衛(wèi)星數(shù)的不足或衛(wèi)星圖形強(qiáng)度欠佳，因此同樣不能解算出最佳基線。一般情況下處理基線中高度截止角默認(rèn)設(shè)置為20度。如果同步觀測衛(wèi)星數(shù)太少或者同步觀測時間不足，對于短基線來說，可以適當(dāng)降低高度角后重新試算，這樣可能會獲得滿足要求的基線結(jié)果