教你更好的学习GPS原理及应用这门课程

教你更好的学习GPS原理及应用这门课程随着中国北斗事业的不断发展，国家北斗行业的人才缺失，国家正大力培养北斗卫星导航相关的人才，现各大高校已经开设了相关课程，最基础最入门的一个课程——《GPS原理及应用》

一、GPS原理

GPS卫星定位基本原理:卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息。实际上是将卫星作为动态空间已知点，利用距离交会的原理确定接收机的三维位置。

GPS定位的各种常用的观测量:

1) L1载波相位观测值

2) L2载波相位观测值

3) 调制在L1上的C/A-code伪距

4) 调制在L2上的P-code伪距

5) Dopple观测值

GPS定位的分类：

1) 按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。

单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。

相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。

2) 按接收机的运动状态，可分为动态定位、静态定位。

在定位观测时，若接收机相对于地球表面运动，则称为动态定位；

在定位观测时，若接收机相对于地球表面静止，则称为静态定位。

二、GPS应用

1、GPS在控制测量中的应用

GPS定位技术以其精度高、速度快、费用省、操作简便等优良特性被广泛应用于控制测量中。时至今日，可以说GPS定位技术已完全取代了常规测角、测距手段建立控制网。我们一般将应用GPS卫星定位技术建立的控制网叫GPS网。归纳起来大致可以将GPS网分为两大类：一类是全球或全国性的高精度GPS网，这类GPS网中相邻点的距离在数千公里至上万公里，其中主要任务是作为全球高精度坐标框架或全国高精度坐标框架，为全球性地球动力学和空间科学方面的科学研究工作服务，或用以研究地区性的板块运动或地壳形变规律等问题。另一类是区域性的GPS网，包括城市或矿区GPS网，GPS工程网等，这这类网中的相邻点间的距离为几公里至几十公里，其主要任务是直接为国民经济建设服务。

1）全球或全国性的高精度GPS网；

2）区域性GPS控制网。

所谓区域GPS网是指国家C、D、E级GPS网或专为工程项目布测的工程GPS网。这类网的的特点是控制区域有限（或一个市或一个地区），边长短（一般从几百米到20km），观测时间短（从快速静态定位的几分钟至一两个小时）。由于GPS定位的高精度、快速度、省费用等优点，建立区域控制网的手段我国已基本被GPS技术所取代。就其作用而言分为建立新的地面控制网；检核和改善已有地面网；对已有的地面网进行加密；拟合区域水准面。

2、GPS在精密工程测量及变形监测中的应用

精密工程测量和变形监测，是以毫米级乃至亚毫米级精密为目的的工程测量工作。随着GPS系统的不断完善，软件性能不断改进，目前GPS已可用于精密工程测量和工程变形监测。

1）GPS用于建立精密工程控制网的可行性；

目前我国精密工程控制网，一般都用ME5000测距仪和T3精密光学经纬仪来施测。

2）GPS用于工程变形监测的可行性；

工程变形监测通常要达到毫米级或亚毫米级的精度，而监测的边长一般为300～

1000m。在这样短的边长上，GPS能否达到上述精度呢？

3）隔河岩水库大坝外观变形GPS自动化监测系统

隔河岩水库位于省长阳县境，是清江中游的一个水利水电工程——隔河岩水电站。

隔河岩水电站的大坝为三圆心变截面重力拱坝，坝长653m，坝高151m。隔河岩大

坝外观变形GPS自动化监测系统于1998年3月投入运行，系统由数据采集、数据

传输、数据处理三大部分组成。

4）GPS在机场轴线定位中的应用

近年来，GPS还普遍用于电子加速器的工程施工控制测量，大桥施工控制网建立，

海上勘探平台沉降监测，大桥墩动态实时形变监测，高层建筑实时变形监测等。

3、GPS在线路勘测及隧道贯通测量中的应用

线路勘测、管线测量及隧道贯通测量是铁路、交通、输电、通讯等工程建设中重要的工作。以往大多采用传统的控制测量、工程测量方法进行控制网建立及施测，由于该类测量控制网大多以狭长形式布设，并且很多工程穿越山林，周围已知控制点很少，使得传统测量方法在网形式布设、误差控制等多方面带来很大问题。同时传统方法作业时间也比较长，直接

影响了工程建设的正常进展。自从将GPS技术引入该领域以来，使其测量效率及测量精度得到可喜的提高，本节将以——线GPS控制网、岭某隧道贯通GPS网及地铁精密导线GPS 复测为例，介绍GPS技术在线路勘测及隧道贯通等测量中的应用。

1）线路GPS控制网的建立

传统的线路测量一般采用导线法，在初测阶段沿设计线路布设初测导线。该导线既是各专业开展勘测的控制基础，也是进行地形测量的首级控制，所以要求相邻导线点通视。在该线路测量中应用GPS技术的形式是沿设计线路建立狭带状控制网。目前主要有两种情况，一种是应用GPS定位技术替代导线测量；一种是应用GPS定位技术加密国家控制点或建立首级控制网。在实际生产中较多的用了后者。

2）长隧道GPS施工控制网

隧道施工控制网是为隧道施工提供方向控制和高程控制的，一般由洞口点群和两洞口之间联系网组成。

4、GPS在地形、地籍及房地产测量中的应用

地形测图是为城市、矿区以及为各种工程提供不同比例尺的地形图，以满足城镇规划和各种经济建设的需要。地籍及房地产测量是精确测定土地权属界址点的位置，同时测绘供土地和房产管理部门使用的大比例尺的地籍平面图和房产图，并量算土地和房屋面积。

用常规的测图方法（如用经纬仪、测距仪等）通常是先布设控制网点，这种控制网一般是在国家高等级控制网点的基础上加密次级控制网点。最后依据加密的控制点和图根控制点，测定地物点和地形点在图上的位置并按照一定的规律和符号绘制成平面图。