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摘 要

随着GPS技术的不断更新与发展，GPS测量运用于人们生活中的各个方面。由于受地形的影响，GPS测量越来越需要短边的测量技术，所以研究GPS短边测量的精度分析十分必要。本文用静态GPS测量的技术，再通过全站仪对GPS的检验研究分析GPS短边测量的精度要求，计算了大地方位角，并计算了方位角和方位边的精度。本文通过实验数据，计算其误差，再根据GPS测量技术的特点，选择合理的计算方法和观测的地点和时间，得到合理的结果。在实验数据检验时，首先需要检验坐标的闭合差，还需要检验重复边的方位和同步环的方位。

关键词：GPS短边测量技术、GPS静态测量、大地方位角、精度分析

ABSTRACT

With the development of GPS technology, GPS measurement applied to in all aspects of people's life. Due to the influence of the terrain, GPS measurement need the short edges of GPS measurement technology, so GPS short edge measurement technology is necessary. This paper use static GPS measurement technology, and then use total station inspection research analysis of the GPS. GPS short measuring accuracy requirement, to calculate the azimuth Angle, and the accuracy of calculating the azimuth Angle and azimuth. In-depth understanding of the features of GPS short edge azimuth and the azimuth measurement of the short side of the main error, according to these characteristics, and the choice of reasonable observation location and observation time and reasonable processing methods, can obtain ideal results. After strict inspection, the indicators pay particular attention to the synchronized loop check and repeat the frontier defense nuclear check should be made for the bearing not check coordinates of closure.

Keywords: GPS short edge measurement technology,GPS static survey,Azimuth Angle,Precision analysis

目 录

第一章 绪 论 1

1.1 GPS的基本原理 1

1.2 GPS的组成部分 1

1.3 GPS的特点 2

1.4 GPS的发展前景 2

1.5 GPS短边测量的研究现状 2

1.6 研究短边测量的目的和意义 3

第二章 实 验 4

2.1 静态测量的原理 4

2.2 测量前的准备 4

2.2.1 环境的确定 4

2.2.2 选点的要求 4

2.2.3 埋石的要求 5

2.3 实验仪器 5

2.4 仪器的检验 5

2.4.1 棱镜常数的测定 5

2.4.2 视准轴垂直于横轴的检验 6

2.4.3 竖盘指标差的检验 6

2.5 GPS的测量 6

2.6 GPS与全站仪的比较 7

第三章 精度分析 8

3.1 通常的做法 8

3.2 GPS测量的计算与检核 8

3.2.1 内部检核 9

3.3 基线处理结果检验 10

3.3.1基线质量控制 10

3.3.2点位精度 11

3.3.3闭合环重复基线检验 11

3.4 GPS短边方位测量精度 13

3.4.1 大地方位角 13

3.4.2点位中误差 15

3.4.3 GPS方位测量的综合中误差 15

3.5分析与结论 15

结语 18

参考文献 19

致谢 21

绪 论

1.1 GPS的基本原理

全球定位系统(GPS)是一种基于卫星的全球定位系统技术。GPS技术的基本原理是运用空间后方交会的技术，把卫星移动的位置视作已知点，以此来确定未知点的位置。简单说就是它通过一些已知的位置(卫星)和测量接收机和卫星之间的距离,就可以确定接收机的位置。

1.2 GPS的组成部分

GPS的设计、建造、操作和维护是由美国国防部掌管的。第一个GPS卫星在1978年发射，GPS在90年代中期全面投入使用。GPS由24颗人造卫星组成，6个轨道面，每个轨道面上有四颗卫星。各个轨道面升交点的赤经相差60°。卫星轨道面与赤道面的倾斜约为55°。每一个GPS卫星的近圆轨道的半轴为26578公里，运行周期为12h。每颗卫星携带四台原子钟，尺寸大约为一辆车那么大，重量约为1000kg。GPS卫星有五个卫星监控站。所有的电台都配备精确的铯钟和接收器来确定广播星历表。卫星使用这些更新的信号发送到GPS接收器上。

GPS系统主要由空间部分、地面控制系统、用户设备部分三个部分组成。每个GPS卫星传输数据在三个频率：L1 (1575.42 MHz), L2(1227.60 MHz) 和L5(1176.45 MHz)。GPS作为一个测距系统，从陆地和海洋上的已知的卫星空间位置到未知的位置，当然航空航天也同样如此。GPS卫星的轨道的获取是通过广播或可用国际大地测量服务(IGS)得到的。所有的GPS接收器有一个年鉴编程进入他们的电脑，告诉它们每个卫星在什么时刻。年鉴是一个数据文件,其中包含轨道信息和所有卫星的时钟修正数。它促进卫星工具快速的传播到卫星接收器中。GPS接收器通过接受来自卫星的信号，通过发现，解译，加工来创造代码数据，相位和多普勒可观察量。这数据可以实时的保存下载。接收机内部软件通常是用来处理真实的时间数据的单点定位方法，并且输出信息给用户。由于接收机软件的局限性,精确的定位和导航通常由外部或更强大的计算机软件来完成。

1.3 GPS的特点

GPS作为20世纪的一项前沿新技术，具有很多优点，比如定位速度快、高精度、经费低、操作便捷、全天候。由于GPS有24颗卫星，20200km的轨道高度，这使得在地球上任何一点都可以连续同步观测至少四颗卫星，这就是全天候连续导航的特点。GPS可以提供给用户的测量信息是很多的，可以通过伪码测定伪距，也可以测定载波相位和载波多普勒频移。GPS能够连续不断的提供三维坐标、速度、时间，所以它能够高精度的三维定位。GPS还具有良好的抗干扰性和保密性，它采用了伪噪声码技术。它在许多的领域内都被广泛的运用，本文主要提的是它在工程测量方面的运用。GPS测量相对于导线测量和三角测量，它可以提供较高精度的三维坐标，可以很便捷的测量那些不能使用全站仪测量的地区。随着GPS技术的发展，GPS的定位时间越来越短，一般静态GPS相对测量需要半个小时左右。而动态GPS，如RTK一般只需要把仪器放在待测位置后，几分钟升值几秒钟就能测得高精度的数据。所以用GPS测量变得十分便捷，快速，有效。当然GPS测量也有它的不足之处，GPS测量的误差受着诸多方面的影响，我们需要去了解其影响其精度的原因和程度，避免造成巨大的误差。GPS的定位法有静态和动态两种，其中静态相对定位在各个领域都有广泛运用。使用GPS测量当然也有误差，比如电离层的延迟、卫星钟差和对流层的延迟，但是如果使用GPS相对静态测量可以大幅度的削弱这些误差。

1.4 GPS的发展前景

GPS已经广泛应用于多个领域，如空中、海洋、陆地、导航、地球低轨道(LEO)卫星轨道计算、静态和运动定位、变形监控等。GPS已成为日常生活、工业、研究和教育的必要之需。由于卫星定位技术在导航方面展现了巨大的优越性，并且过去的子午系统对于潜艇和舰船的导航方面存在巨大的缺陷，这就促使了GPS的产生。GPS技术作为一项高新技术，它不仅能给民众提供所需的位置信息，还能给国家社会提供重要的军事和地理信息，其运用的广泛，已经成为一项时代的标志技术，成为国家发展的重要依靠。

1.5 GPS短边测量的研究现状

一直以来，短边GPS方位角的测量精度评定是一个难题。一般来说，传统方法是将天文方位转换为大地方位角。所以如果没有进行天文测量的方位是无法进行短边测量的精度评定的。作业前一般采用接收机的标称精度计算GPS方位边的边长，将其标称精度的固定误差都分配在影响方位的横向上。由于标称精度衡量的误差是基线长度的误差，方位角的误差与基准点到方位点的横向上的误差有关系。如何从三个向量中准确地分离出横向上的误差，从而估算出每条方位边的实际精度，对于外业中的方位测量具有实际意义。对于GPS的测量成果，很多技术人员简单的就用全站仪进行比测检验GPS的精度，全站仪所测得是平距和斜距，而GPS在静态和动态结算得到是投影变换后的坐标，这两者是由差距的。并不能完全检验出GPS的精度，后面将讨论这个问题。

1.6 研究短边测量的目的和意义

随着GPS定位技术的普及，其定位技术已被大部分人认可，所以了解研究GPS短边测量的误差，并且对其进行精度分析变得十分重要。之前提到GPS受诸多方面影响，比如在有些地形中GPS基线的边长分布是不均匀的，这导致了在具体操作GPS中容易出现短边的可能，所以往往短边的方位测量影响了其整个测量精度。再比如变形监测，目前GPS定位技术运用于短距离的变形监测的例子还比较少。事实上，如果能够将高精度的GPS定位技术应用于矿区的变形监测、大坝变形监测、建筑物的沉降监测、资源开发区和海滨城市的地面沉降监测去，就可以为GPS开拓一个全新的领域。

第二章 实 验

2.1 静态测量的原理

GPS的静态定位是让接收机在指定的位置不动，有绝对定位和相对定位两种方式。但是这两种方式所依据的都是由卫星到观测站间的伪距，静态定位又根据观测量的不同，分为测码伪距静态定位和测相伪距静态定位。其中，目前精度最高的一种方式是基于载波相位测量的静态相对定位。

2.2 测量前的准备

2.2.1 环境的确定

首先，需要确定GPS测量的环境。影响GPS测量的因素是各个方面的，在利用GPS进行测量工作时，若点位附近有较强的电磁干扰或者有巨大的障碍物挡住，将会造成多路径效应对其产生影响。所以当存在这种情况时，我们就需要利用GPS卫星的可见性预报进行观测。还有GPS的安置不能特别靠近树木或者水源，这也会影响到GPS卫星信号的接收。一般来说，若是要放在树下，要注意GPS和树的仰角要小余15°。

2.2.2 选点的要求

在实际的观测地点，绘制出点位周围的环视图，然后根据实际测定点位附近的物体的分布及高度的情况来进行观测点位卫星可见情况预报。还需要注意的是，我们需要通过同步观测环中各点的公共可见卫星的情况以此来确定最好的观测时间。而且，必须要根据点位周围物体实际的分布情况来进行卫星可见性预报，而不能盲目的按照统一的高度截止角15°来进行预报，否则在实际观测中，难免会产生较大的误差。周围的交通方面也要保持良好的畅通性。GPS的选点相对于全站仪来说还是比较自由的，全站仪选点需要保持连续两点间的通视，不然无法测量，而GPS就没有这种影响，只要保证能够接受到卫星信号即可，这也是GPS测量的优势之一。

2.2.3 埋石的要求

在进行点位标石的埋设时，由于其稳固性可能会影响到GPS方位测量的精度，所以尽量择梯形状的标石，当然在埋设完毕后还应当把土踏实，并且适当浇一些水，这能够让标石沉降稳定，然后我们再去进行测量。这样做可以避免标石下沉倾斜而造成的GPS短边方位测量的误差。

2.3 实验仪器

（1）三支脚架，一个刚尺，一个棱镜；

（2）两台中海达静态GPS，一台苏光全站仪；

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