实用GPS测量数据处理教程.doc

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实用GPS测量数据处理教程
武汉测绘科技大学 地球科学与测量工程学院
实用GPS测量数据处理教程
目录
概述
全球定位系统（Global Positioning System-GPS）这一当代高新技术的产物，经过二十多年的发展，其应用范围和应用前景已远远超出了设计者当初的设想。目前，在航空、航天、军事、交通、运输、资源勘探、通信、气象等几乎所有的领域中，它都被作为一项非常重要的技术手段和方法，用于导航、定时、定位和测定大气物理参数等。
测量是较早采用GPS技术的领域。最初，它主要用于建立各种类型和等级的测量控制网；目前，它除了仍大量地用于这些方面外，在测量领域的其它方面也逐渐地得到了充分的应用，如用于各种类型的施工放样、测图、变形观测、航空摄影测量、海测和地理信息系统中地理数据的采集等。尤其是在各种类型的测量控制网的建立这一方面，GPS定位技术已基本上取代了常规测量手段，成为了主要的技术手段。现在，在我国采用GPS技术布设了新的国家大地测量控制网，很多城市也都采用GPS技术建立了城市控制网。
为了使大家能充分了解和掌握利用GPS定位技术建立控制网的基本原理和方法，本书将围绕着利用GPS定位技术布设控制网的全过程，介绍在布网过程中所设及到的大量理论与技术问题，内容将涉及从技术设计、外业观测、基线解算、直到网平差和提交成果进行验收等各个环节，主要将着重介绍以下内容：
* GPS定位原理概述
在这一部分里，将简要介绍GPS系统和GPS定位的基本原理。如果读者对此已有较全面的了解，可以跳过此部分。
* 坐标系、基准和坐标系统
介绍在采用GPS布设控制网时常用的坐标系统及各坐标系统间的转换关系。
* GPS静态定位在测量中的应用
介绍GPS静态定位在测量中的主要应用方式及作业步骤。
* 技术设计
介绍在布设GPS网时，进行技术设计的作用、原则和内容。
* 布网方法
介绍GPS网的类型和布网方法。
* GPS基线解算
介绍基线解算的原理、步骤、精化处理方法和质量控制方法。
* GPS基线向量网平差
介绍GPS网平差的类型、原理、步骤和质量控制方法。
* GPS高程
介绍采用GPS进行测定高程的方法。
* 技术总结
介绍布设GPS网时，技术总结的作用和内容。
本书的目的是使读者能够了解GPS数据处理的基本原理和过程，掌握布设GPS网及数据处理的方法，因此全书侧重于方法的介绍，对于理论问题未做太多叙述，对于这些问题，读者可阅读其它有关书籍。
第一章 GPS定位原理概述
第1节 GPS的组成
GPS（Global Positioning System）即全球定位系统，是由美国建立的一个先进的卫星导航定位系统，利用该系统，可以在全球范围内实现不间断、实时的三维导航定位；另外，利用该系统还能够进行高精度的时间传递和高精度的精密定位。
GPS始建于19??年，由空间部分、地面控制部分和用户部分所组成：
* 空间部分
GPS的空间部分是由24颗GPS工作卫星所组成，这些GPS工作卫星共同组成了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。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。
* 控制部分
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所构成，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对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（Ascencion）、迭哥伽西亚（Diego Garcia）、卡瓦加兰（Kwajalein），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。
* 用户部分
GPS的用户部分由GPS接收机、数据处