GPS重点笔记专业资料.doc

第一章：绪论
1、子午卫星导航系统（NNSS：海军卫星导航系统）：
·美国研制；运用多普勒卫星定位技术进行测速、定位
·系统长处：经济迅速、精度均匀、能提供地心坐标、不受天气时间限制
·系统缺陷：① 观测时间长（一两天）
② 不能进行持续、实时定位
③ 精度较低，限制了其应用

2、GPS（全球定位系统）：
·NAVSTAR / GPS：Navigation Satellite Timing and Ranging / Globle Positioning System
·美国研制；“第二代卫星导航系统”；1978年第一颗GPS实验卫星发射
★系统构成：
① GPS卫星星座（空间某些）：
·设计星座：21工作卫星+3在轨备用卫星
·原子钟：2台铷钟和2台铯钟
·工作卫星编号：在导航定位测量中，普通采用PRN（伪随机噪声码）编号
·卫星类型：第一代：Block Ⅰ（实验卫星，11颗）
第二代：Block Ⅱ、Block ⅡA（工作卫星，28颗）
第三代：Block ⅡR、Block ⅡF（改进GPS系统，33颗）
② 地面监控系统（地面控制某些）：
·构成：一种主控站、三个注入站、五个监测站
·主控站任务：收集解决资料、纠正轨道偏离、监测地面监测系统工作
·注入站任务：将主控站发来导航电文注入到相应卫星存储器
·监测站任务：为主控站提供卫星观测数据
·作用：a. 提供GPS卫星所播发星历
b. 监测和控制GPS卫星上各种设备正常工作、卫星沿预定轨道运营
c. 保持各颗GPS卫星处在同一在时间原则——GPS时间系统
③ GPS信号接受机（顾客设备某些）：
·作用：捕获、接受、跟踪、变换、测量GPS信号
·构造：天线单元和接受单元
★特点：
a. 定位精度高； b. 观测时间短；
c. 测站间无需通视； d. 可提供三维坐标；
e. 操作简便； f. 全天候作业；
g. 功能多、应用广

3、GLONASS（全球导航卫星系统）
★苏联研制，晚于GPS 9年
·系统构成：空间卫星星座（铯原子钟）、地面控制、顾客设备
·系统长处：不带任何限制和收费，可供国防和民间使用
·系统缺陷：由于经费紧张，在轨卫星数较少，局限性以精准定位

4、伽利略（GALILEO）系统
·欧盟和欧洲空间局联合开发（实行筹划未实现）
·系统构成：27+3颗卫星（2氢钟和2铷钟）；欧洲两个控制中心
·系统特点：① 星座设计更加合理，可视卫星多，对导航定位精度影响更小
② 更多载波频率和测距信号
③ 向顾客提供完好性信息
④ 提供SAR（Search And Rescue）搜救服务
⑤ 提供与外部增值服务接口
⑥ 独立于GPS，但将于GPS / GLONASS系统兼容和互相操作

5、北斗导航定位系统：
·国内自行研制采用双星进行有源定位，可以全天候提供区域导航、定位、授时和通信等功能卫星定位系统
·系统构成：空间某些（2+1颗卫星）、地面中心站、顾客某些
·服务区域：东经70°~145°北纬5°~55°
·定位精度：平面 ±20m；高程 ±10m（精度较低且重要用于军事）
·系统长处：① 卫星数量少、投资小，能实现一定区域导航定位
② 具备短信通信功能，可满足国内陆海空运送导航定位规定
★系统缺陷：① 不能覆盖两级地区，赤道附近定位精度差
② 二维积极式测距（接受卫星信号，且发射应答信号），隐蔽性差
③ 顾客不能自己解决观测数据，需要依托地面空间站来计算

NNSS
GPS
GLONASS
GALILEO
卫星数
6
21+3
21+3
27+3
轨道数
6
6
3（等间隔椭圆）
3（圆轨道）
卫星周期
107min
11h58min
11h15min
14h21min
卫星高度 / Km
1100
0
19130
23616
轨道倾角

55°
64.8°
56°
卫星信号模式

CDMA
FAMA
CDMA
普通定位精度

广播星历 ±100m
广播星历 ±50m
广播星历 ±10m
精密定位精度

精密星历 ±10m
精密星历 ±16m
精密星历 ±1m
卫星射电频率L1
400
1575 19.03cm
1602~1616

卫星射电频率L2
150
1227 24.42cm
1246~1256

设计寿命 / 年

7.5
4.5
20

第二章：坐标系统
★1、地球运动有关名词：
·岁差：地轴相对于空间变化（周期260）
·章动：地轴方向相对于空间变化（周期18.6年，振幅约为9.21’’）
·极移：地轴相对于地球自身相对位置变化，极移只影响地球坐标系
·CIO：国际合同原点：地球自转轴瞬时位置平均位置
·寻常变化：地球自转速度变化
·EOP：地球定向参数：描述地球自转运动规律参数
·ERP：地球自转参数：描述地球自转速度变化参数和描述极移参数
·ITRS：国际地球参照系统
·IERS：国际地球自转服务

2、坐标系统：
★定义坐标系统要素：原点位置、尺度、坐标轴指向、曲面物理参数（用于曲面坐标）
·坐标系统应当是惯性系或相对惯性系
·基准和坐标系两方面要素构成了完整坐标参照系统
★坐标系统实际拟定：
（1）瞬时坐标系统：以历元t瞬时基准定义。 特点：变化大、不唯一
（2）平坐标系统：通过对瞬间坐标系统进行一定改正后某历元t瞬间基准定义
特点：有变化规律，不唯一
（3）合同坐标系统：商定某瞬间坐标系统。 特点：唯一

3、坐标系统之间转换：
★包括方面：基准和坐标系之间转换
·平面直角坐标系之间转换：4个参数
·大地坐标系之间转换：9个参数
★空间直角坐标系转换参数：3个平移参数、3个旋转参数、一种尺度变化参数
★空间直角坐标系转换参数求法：
① 运用公共点两套坐标值通过最小二乘法计算转换参数
② 运用基线向量求转换参数

★4、大地测量坐标系统：
（1）天球坐标系：相对于空间固定，用于研究天体和人造卫星定位与运动
（2）地球坐标系：相对于地球固定，用于研究地球上物体定位与运动，是以旋转椭球为参照体建立坐标系统，随同地球自转，点位坐标不会随处球自转而变化
（3）轨道坐标系：用于研究卫星在其运营轨道上运动

★5、天球坐标系有关名词：
·天球：以地球质心M为中心，半径r为任意长度一种假象球体
·天轴：地球自转轴延伸直线为天轴
·天极：天轴与天球交点为天极
·天球赤道面：通过地球质心M与天轴垂直平面
·天球赤道：天球赤道面与天球相交大圆
·天球子午面：包括天轴并通过地球上任一点平面
·天球子午圈：天球子午面与天球相交大圆
·黄道：地球公转轨道面与天球相交大圆，即太阳在天球上运动轨迹
·黄赤交角：黄道面与赤道面夹角，约23.5°
·黄极：通过天球中心且垂直于黄道面直线与天球交点
·春分点：当太阳在黄道上，从天球南半球向北半球运营时，黄道与天球赤道交点

6、惯用天球坐标系：
（1）时角赤道坐标系（赤纬、时角、地心向径）
（2）赤经赤道坐标系（赤纬、赤经、地心向径）
（3）天球地平坐标系（高度角、方位角、地心向径）
（4）空间直角坐标系：天轴为Z轴

★7、卫星测量中惯用坐标系：
（1）瞬时极天球坐标系：以瞬时北天极和瞬时春分点为基准建立天球坐标系
涉及：① 瞬时空间直角坐标系； ② 瞬时天球地平坐标系
③ 瞬时赤经赤道坐标系； ④ 瞬时时角赤道坐标系
（2）平天球坐标系：通过对瞬时天球坐标系 岁差旋转变换、章动旋转变换 来实现
（3）合同天球坐标系：将瞬时极天球坐标系和平天球坐标系坐标转换中观测历元t改为合同坐标系历元（1月15日0时0分0秒）

★8、惯用地球坐标系：
（1）地心空间直角坐标系（X、Y、Z）
（2）地心大地坐标系（B大地纬度、L大地经度、H大地高）
（3）站心地平坐标系（P1 – xyz：左手直角坐标系）或（P1- rAh：极坐标系）
（4）站心赤道直角坐标系：以测站点为原点，且与地心空间直角坐标系坐标值相平行

9、（1）瞬时极地球坐标系（以瞬时极为基准点）
·特点：由于极移影响，瞬时极地球坐标系随时间而变化，不便于描述地球上点位置
（2）合同地球坐标系 —— 平地球坐标系（以CIO为基准点）
（3）瞬时极天球坐标系（ct）与瞬时极地球坐标系（et）坐标转换：
（两者只是x轴指向不同，故只存在简朴旋转关系）

：相应格林尼治平子午面真春分点时角

★10、地球坐标系举例：
（1）54北京坐标系；
（2）80西安坐标系；
（3）国家坐标系
（4）WGS – 84坐标系；
（5）PZ – 90坐标系

第二章：时间系统
1、·时间定义要素：（1）原点；（2）时间尺度（时间单位）
·时间度量基准规定：周期运动、周期足够稳定、周期可复现和可观测
·在同一瞬间，两地同一类地方时之差等于两地经度差

★2、时间系统分类：
（1）世界时系统：以地球自转运动为基准建立时间系统
涉及：恒星时ST、太阳时（真太阳时、平太阳时、世界时）
（2）力学时系统：以地球公转运动为基准建立时间系统
涉及：地球力学时TDT、太阳系力学时TDB
（3）原子时系统：以物质内部原子运动为基本
（4）其她：UTC —— 协调世界时；GPRT —— GPS时间系统

3、恒星时：
★定义：以春分点为参照点，由春分点周日视运动所定义时间系统
★恒星日：春分点持续两次通过本地子午圈时间间隔为一恒星日
·起算时间：春分点通过本地上子午圈时刻
★特点：① 地方性：同一瞬间不同测站恒星时时不同，因此恒星时也成地方时
② 由于岁差、章动影响，春分点位置并不固定。对于同一历元时刻，有真天极和平天极，相应有真春分点和平春分点之分，因而，恒星时有真恒星时和平恒星时

4、真太阳时：
★定义：以真太阳为基本参照点，由其周日视运动拟定期间
★真太阳时：真太阳持续两次通过某地上子午圈（上中天）所经历时间
★特点：① 不均匀性：② 地方性
（太阳周年视运动不均匀性，是由地球绕太阳公转不均匀性引起。再者，由于黄赤交角存在，虽然太阳在黄道上均匀运动，其在赤道上投影也是不断变化）

5、平太阳时（MT）：
★平太阳：为弥补真太阳时不均匀缺陷而假象一种太阳
★平太阳特点：① 周年视运动周期与真太阳周年视运动周期相似
② 周年视运动在赤道而不是黄道上，且在赤道上时匀速
·平太阳日：以假象太阳为参照点，平太阳持续两次通过同一子午圈时间间隔
·1回归年 = 365.24平太阳日 = 366.24恒星日
·特点：① 以平子夜开始：MT = LAMT + 12（平子夜与平正午差12小时）；② 地方性

6、世界时UT：
★定义：以格林尼治平子夜为零时起算点平太阳时
·UT = GAMT + 12 （GAMT：格林尼治平太阳时角）
·UT0：未经任何改正世界时；
·UT1：通过极移改正世界时；
·UT2：进一步通过地球自转速度季节性改正后世界时
7、原子时AT：
·原子时秒：铯原子基态两个超精细能级间跃迁辐射振荡周持续时间
·起算原点：1958年1月1日0时0秒 （AT＝UT2－0.0039s ）
·国际原子时：IAT

8、协调世界时UTC：
·定义：采用原子时秒长，并用跳秒办法使之于世界时UT1相接近
·UTC = IAT – 1s × n （n：调节参数，即跳秒数）

9、GPS时间系统GPST
·定义：采用原子时秒长，但起算时间为1980年1月6日UTC0时
·表述形式：GPS周 + GPS周内秒（0 ~ 604800秒）
·GPST = IAT – 19s ； GPST =（UTC + 1s × n）- 19s

第三章：卫星运动及卫星星历
1、卫星所受作用力分类：（1）中心引力；（2）摄动力
研究卫星运动基本思想：一方面研究二体问题和卫星无摄运动，再研究摄动力影响

★2、卫星无摄运动：
·中心引力：地球质心引力，即地球对卫星引力
·二体问题：忽视所有摄动力，仅考虑中心引力作用，研究卫星相对地球运动
·无摄运动：二体问题下卫星运动，即只考虑地球质心引力作用卫星运动
★3、卫星受摄运动：
·摄动力：非球形对称地球引力场对卫星产生非中心引力（10-8量级）、日月引力、太阳辐射压力、地球潮汐作用力、大气阻力（均不超过10-5量级）
·瞬时轨道（摄动轨道）：卫星运动真实轨道，即卫星在各种摄动力影响下轨道
·瞬时轨道参数：卫星在地球质心引力和各种摄动力影响下轨道参数
·拉格朗日受摄运动方程：只合用于保守力
·牛顿受摄运动方程：不受摄动力性质影响

4、开普勒定律：
★开普勒运动：卫星在地球引力场中无摄运动，称开普勒运动
·开普勒第一定律：卫星运营轨道是一种椭圆，且椭圆一种焦点与地球质心O重叠
·开普勒第二定律：卫星向径在相似时间内扫过面积相等
·开普勒第三定律：卫星周期平方，与轨道椭圆长半径立方之比为常量
·开普勒轨道方程： n：卫星平均角速度； E：偏近点角
t：任意时刻； τ：卫星过近地点时刻； T：卫星运动周期
★5、开普勒轨道参数：
（1）a ：轨道长半径
（2）e ：轨道椭圆扁心率
·（这两个参数拟定开普勒椭圆形状和大小）
（3）Ω：升交点赤经：地球赤道面上升交点与春分点之间地心夹角
（4）i ：轨道面倾角：卫星轨道平面与地球赤道面之间夹角
·（这两个参数唯一地拟定了卫星轨道平面与地球体之间相对定位）
（5）ω：近地点角距：在轨道平面上，升交点与近地点之间地心夹角
·（该参数表达开普勒椭圆在轨道平面上定向）
（6）V：卫星真近点角：在轨道平面上卫星与近地点之间地心角距
·（该参数为时间参数，拟定卫星在轨道上瞬时位置）

6、卫星星历：
·定义：描述卫星运动轨道信息一组数据，即是一组相应某一刻轨道参数及其变率
·参照星历：相应参照历元卫星开普勒轨道参数
★预报星历（广播星历）：
·长处：可通过导航电文实时地得到卫星预报星历
·缺陷：精度较低，轨道误差约30m，GPS相对定位重要误差来源
★后解决星历（精密卫星星历）
·长处：精度高； ·缺陷：不能实时
第四章：导航电文和卫星信号
1、导航电文：
★定义：包具关于卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、卫星工作状态信息以及由C/A码捕获P码等导航信息数据码（D码），是顾客用来定位和导航数据基本
·格式：① 二进制编码文献，按规定格式构成数据帧，按帧向外播发。
② 基本单位是主帧；一种主帧涉及5个子帧；每个子帧具有10个字码
③ 每个字码有30bit，即一种主帧具有1500bit ；传播速率为50bit / s ，即一种子帧播送时间为6s，一种主帧传播时间为30s
④ 第4、5子帧（存储所有GPS卫星历书数据）各有25页；子帧1、2、3（存储该卫星广播星历和卫星钟修正参数，每小时更新一次）和子帧4、5每一页，均构成一种主帧
·内容：（1）遥测码（TLW）：位于各子帧开头字码
（2）转换码（HOW）：位于每个子帧第二个字码，重要功能是向顾客提供用于捕获P码Z计数
（3）第一数据块：位于第一子帧第3 ~ 10字码。
内容：① 时延差改正Tgd ② 时钟数据龄期AODC、
③ 星期序号WN ④ 卫星时钟改正
（4）第二数据块：位于第2和第3子帧第3 ~ 10字码，是导航电文核心某些
内容：GPS卫星星历： ① 6个开普勒轨道参数、
② 9个轨道摄动参数； ③ 2个时间参数
（5）第三数据块：位于第4和第5个子帧，内容涉及所有GPS卫星历书数据。

2、·Z计数：就是一种时间计数，它以从每星期起始时刻开始播发D码（导航电文）子帧数为单位，给出了下一种子帧开始瞬间GPS时间
·GPS历书：是指GPS卫星概略星历、卫星钟概略改正数及卫星工作状态信息等
★码（码序列）：表达不同信息二进制数及其组合
★码元：在二进制中，一位二进制数叫做一种码元或一比特
★编码：将各种信息，如声音、图像、文字等通过量化，并按照某种预定规则，表达为二进制数组合形式，这一过程称为编码
★数码率：在二进制数字化信息传播中，每秒钟传播比特数。单位bit / s

3、GPS卫星信号：
★三种信号分量：载波、测距码、数据码
★载波：L1载波：C / A码、P码（或Y码）、数据码
L2载波：P码（或Y码）、数据码

★4、·C / A码（粗码）特点：
（1）码长很短，易于捕获；
（2）码元宽度较大，测距精度较低，故称为粗码
·P（y）码（精码）特点：
（1）P码码长很长，不易捕获，普通是先捕获C/A码，再通过Z技术捕获P码
（2）码元宽度仅为C/A码十分之一，测距精度高，故称精测码
（3）P码为军用
5、伪随机噪声码（PRN）：
★定义：是一组具备良好自有关特性、且按照某种拟定编码规则产生具备一定周期、容易复制、取值0和1二进制码序列
★产生原理：产生于最长线性反馈移位寄存器
★m序列：由最长线性反馈移位寄存器产生码序列
★m序列特性：
（1）均衡性：“1”和“0”数目基本相等
（2）游程分布：相似码元连在一起称为一种游程
（3）移位相加特性
（4）自有关函数：
（5）伪噪声特性

6、GPS接受机：
★定义：可以接受、跟踪、变换和测量GPS卫星导航定位信号无线电接受设备
·构成：（1）天线单元、
（2）主机单元：变频器及中频放大器、信号通道、存储器、微解决器、显示屏
（3）电源
★分类：（1）按接受机用途：导航型接受机、测地型接受机、授时型接受机
（2）按接受信号频率：单频接受机、双频接受机
（3）按信号通道类型：多通道接受机、序贯通道接受机、多路复用通道接受机
（4）按工作原理：码有关型、平方型、混合型、集成接受机、软件接受机
（5）按能否从信号中提取导航电文：有码接受机、无码接受机
（6）按测定测距码类型：C/A码接受机、P码接受机

7、GPS接受机信号通道：
★概念：GPS卫星信号经由天线进入接受机“途径”
★作用：分离接受到不同卫星信号，实现对各卫星信号跟踪、解决和量测，获得定位所需要数据和信息
·类型：（1）依照跟踪卫星信号方式：
① 序贯通道； ② 多路复用通道； ③ 多通道
（2）依照通道工作原理
① 码有关型通道； ② 平方型通道； ③ 码相位型通道

8、·GPS / GLONASS集成接受机：用一台接受机同步接受和测量GPS及GLONASS两种卫星信号，从而使世界上任意位置陆、海、空顾客，可以精准地测定其三维位置、三维速度和时间，甚至三维姿态参数，并保证它们达到稳定可靠高精度
·GPS / GLONASS长处：无“间隙时段”、全球持续精准导航
·GPS软件接受机：GPS软件接受机是软件无线电技术在GPS中应用
·软件无线电：是指用可编程微解决器代替模仿或数字器件实现信号解决大某些功能

★GPS卫星位置计算（P 48）

第五章：GPS定位基本原理
1、GPS基本观测量：
（1）码相位观测量：测码伪距
★码相位观测：测量GPS卫星发射测距码信号C / A码或P（Y）码达到顾客接受机天线传播时间，也成为时间延迟测量
·传播时间涉及方面：
① 卫星钟差：卫星钟时间和原则GPS时间之间存在差值
② 接受机钟差：接受机钟时间和原则GPS时之间时间偏差
③ 电离层延迟引起距离偏差
④ 对流层延迟引起距离偏差
⑤ 相对论效应、多途径效应、地球固体潮影响、伪距测量噪声等
（2）载波相位观测量：测相位伪距
★测相位伪距：GPS接受机所接受卫星载波信号与接受机本振参照信号相位差
·长处：测量精度比码相位测量精度高
·缺陷：整周模糊度问题、周跳问题
·载波重建：进行载波相位测量此前，一方面要进行解调工作，设法将调制在载波上测距码和卫星电文去掉，重新获取载波，这一工作称重建载波
·重建载波办法：码有关法、平办法

2、整周未知数拟定：
（1）伪距法：在进行载波相位测量同步又进行了伪距测量，将伪距观测值减去载波相位实际观测值后即可得到整周未知数
（2）典型办法：将整周未知数当做平差中待定参数
① 短基线定位时采用整数解、② 长基线定位时采用实数解
（3）多普勒法（三差法）
（4）迅速拟定整周未知数法

3、整周跳变修复：
★整周跳变：在跟踪卫星过程中，由于某种因素，计数器无法持续计数，当信号重新被跟踪后，整周计数就不对的，但是局限性一周相位观测值仍是对的。这种现象称为周跳
·整周跳变修复办法：
① 屏幕扫描法、 ② 用高次差发现周跳、
③ 用多项式拟合法探测周跳、 ④ 双频观测值修复、
⑤ 在卫星间求差法、 ⑥ 依照平差后残差发现和修复整周跳变

★4、GPS卫星定位办法：
（1）根据定位所采用观测值类型：
① 伪距法定位、② 载波相位测量定位、③ 差分GPS定位
（2）依照接受机运动状态：
① 静态定位、② 动态定位
（3）按照参照点不同位置：
① 绝对定位、② 相对定位：
5、伪距法定位：
★伪距：依照GPS接受机码相位测量或载波相位测量，所拟定卫星至测站接受机观测距离。由于卫星钟、接受机钟误差以及卫星信号通过电离层和对流层中延迟影响，实际测出距离与卫星到接受机几何距离之间，不可避免地会存在一定差值，因此称其为“伪距”。
·伪距法定位：由GPS接受机在某一时刻测出得到四颗以上GPS卫星伪距以及已知卫星位置，采用距离交会办法求定接受机天线所在点三维坐标

★6、绝对定位和相对定位：
·绝对定位（单点定位）：运用GPS卫星和顾客接受机之间距离观测值直接拟定顾客接受机天线在WGS-84坐标系中相对于坐标原点——地球质心绝对位置
·相对定位：用至少两台GPS接受机，同步观测相似GPS卫星，拟定两台接受机天线之间相对位置（坐标差），定位精度较高

7、GPS静态绝对定位：
·概念：接受机天线处在静止状态下，拟定观测站坐标办法称为静态绝对定位法
·长处：只需一台GPS接受机即可实现独立定位，以便野外作业；数据解决也较简朴
·缺陷：精度较低
·分类：① 测码伪距静态绝对定位、② 测相位伪距静态绝对定位
★绝对定位精度评价：
（1）平面位置精度因子HDOP及其平面位置精度
（2）高程精度因子VDOP及其高程精度
（3）空间位置精度因子PDOP及其三维定位精度
（4）接受机钟差精度因子TDOP及其钟差精度
（5）几何精度因子GDOP及其三维位置和时间误差综合影响中误差

8、GPS静态相对定位：
·概念：采用两台GPS接受机分别安顿在基线两端，同步观测相似GPS卫星，拟定基线端点相对位置或基线向量（坐标差）。在相对定位中需要给出各种观测站中至少一种坐标值作为基准，来推算其她各站点坐标值
·长处：定位精度高
·缺陷：设备投入大，数据解决复杂
★观测值线性组合：在接受机间求差、在卫星间求差、在观测历元之间求差

10、差分GPS定位：
·基本原理：在地面选取一种或几种坐标精准已知点作为基准站（差分站），并设立GPS接受机持续跟踪视场中所有可见卫星；别的接受机（流动站）分别设立在需要测定其位置载体或站点上，与基准站GPS接受机进行同步观测，以实时拟定流动站接受机瞬时位置
·分类：（1）依照基准站不同：
① 单基准站差分、② 各种基准站局部区域差分、③ 广域差分
（2）依照基准站发送改正信息类型和内容不同：
① 位置差分、② 伪距差分、③ 相对平滑伪距差分、④ 载波相位差分

9、静态相对定位惯用差分运算：
（1）一次差分：将原始观测值直接相减，
·单差观测值：一次差分所得成果作为虚拟观测值，叫做载波相位一次差或单差
·惯用一次差分：
① 在接受机间求一次差分（站间单差）：可以消除与卫星关于误差项影响
② 在卫星间求一次差分（星间单差）：可以消除与接受机关于误差项影响
③ 在观测历元间求一次差分（历元间单差）：可以消除整周模糊度参数
（2）·二次差分：对载波相位观测值一次差分观测值继续求差
·二差观测值：二次差分所得成果被当做虚拟观测值，称为二次差分观测值
·惯用二次差分：
① 星站二次差分或站星二次差分：可以消除与卫星、接受机关于误差项影响
② 星际历元双差
③ 站际历元双差
（3）·三次差分：对二次差分观测值继续求差
·三差观测值：三次差分所得成果被当做虚拟观测值，称为三次差分观测值

第七章：GPS误差
1、误差来源：
卫星某些
卫星星历误差、卫星钟误差、相对论效应
1.5 ~ 15 m
信号传播
电离层折射、对流层折射、多途径效应
1.5 ~ 15 m
信号接受
钟误差、位置误差、天线相位中心变化
1.5 ~ 5 m
其她方面
地球潮汐、负荷潮
1.0 m

2、与卫星关于误差：
（1）卫星星历误差：
★概念：由卫星星历所给出卫星在空间位置与实际位置之差
·精度：广播星历可达20 ~ 40m；后解决星历可达5cm
·削减办法：① 建立自己卫星跟踪网独立定轨
② 轨道松弛法（轨道改进法）：半圆弧法、短弧法
③ 同步观测值求差法
（2）卫星钟差：
★概念：卫星钟时间和原则GPS时之间时间偏差，涉及由钟差、频偏、频漂等产生误差，也包括钟随机误差
·精度：各类偏差总量均在1ms以内，由此等效距离误差可达300km
·削减办法：① 可用二阶多项式进行改正
② 在接受机间求差
③ 采用精密卫星钟
（3）相对论效应：
★概念：由于卫星钟和接受机钟所处状态（运动速度和重力位）不同而引起卫星钟和接受机钟之间产生相对钟误差现象
·削弱办法：预先设定卫星钟频率

3、与接受机关于误差：
（1）接受机钟差：
★概念：接受机钟时间和原则GPS时之间时间偏差
·削弱办法：①把观测时刻接受机钟差当做独立未知数，在数据解决中一并求得
② 以为各观测时刻接受机钟差间是有关，将接受机钟差表达为时间多项式，然后在平差计算中以多项式系数为参数进行解算
③ 通过在卫星间求一次差办法来消除接受机钟差（等效于①）。
（2）接受机位置误差：
★概念：接受机天线相位中心相对测站标石位置误差，涉及天线置平和对中误差、量取天线高误差
·削减方式：采用由强制对中装置观测墩
（3）天线相位中心位置偏差：
·概念：观测时相位中心瞬时位置与理论上相位中心位置之间差别
·削弱方式：① 改进天线设计
② 运用同步观测值求差

4、与信号传播关于误差
（1）电离层折射误差
★电离层：地球上空距地面高度在50 ~ 1000km之间大气层
★特点：① 电离层属于弥散性介质，电磁波在这种介质中传播时，速度与频率关于
② 测码伪距电离层折射改正和测相位伪距电离层折射改正大小相似，符号相反。（码相位滞后，载波相位超前）
·削弱办法：① 运用双频或多频观测技术
② 运用电离层改正模型加以修正
③ 运用同步观测值求差
（2）对流层折射误差
★对流层：从地面向上高度为40km如下大气底层
★特点：① 对流层属于非弥散性介质，电磁波在其中传播与频率无关
② 电磁波传播折射率略不不大于1，随高度增长而减小，至顶部趋近于1
③ 折射影像与卫星高度关于，天顶方向达2米，地面方向10°达20米
·削减办法：① 采用对流层模型加以改正，其气象参数在测站直接测定；
② 引入描述对流层折射影响附加待估参数，在数据解决中一并求得
③ 运用同步观测量求差
④ 运用水汽辐射计直接测定信号传播影响
★对流层模型：霍夫菲尔德公式、萨斯塔莫宁公式、勃兰特公式
★干分量：由大气中干燥气体引起大气折射，占对流层折射90 %
★湿分量：由水汽引起大气折射，占对流层折射10 %，湿分量时限制对流层折射改正精度重要因素
（3）多途径误差：
★多途径误差：在GPS测量中，测站周边反射物所反射卫星信号（反射波）进入接受机天线，并和直接来自卫星信号（直接波）产生干涉，从而使观测值偏离真值
★多途径效应：由于多途径信号传播所引起干涉时延效应
·削弱办法：① 选取适当站址：选取反射性较差地物、避免盆地地形
② 选取造型适当、屏蔽良好天线
③ 延长观测时间，削弱多途径效应周期性影响

5、★固体潮：在日月引力作用下，固体地球产生周期性弹性形变（地球并非刚体）
★负荷潮：在日月引力作用下，地球上负荷所发生周期性变动，使地球产生周期性形变，称负荷潮汐，例如海潮

第八章：GPS测量设计与实行
★1、GPS测量阶段：
（1）技术方案设计、（2）外业实行、（3）内业数据解决

★2、·观测时段：测站开始接受卫星信号到观测停止（涉及信号中断），持续工作时间
·同步观测：两台或两台以上接受机同步对一组卫星进行观测
·独立观测环：独立观测基线向量构成闭合环
·同步观测环：三台或三台以上接受机同步观测获得基线向量所构成闭合环
·异步观测环：在构成多边形环路所有基线向量中，只要有非同步观测基线向量，则该多边形环路叫做异步观测环
·独立基线：N台GPS接受机构成同步观测环，独立基线数为N-1
·非独立基线：除独立基线外其她基线
·同步环闭合差：指同步闭合环中各GPS边坐标差之和（理论上为0）
·异步图形：由GPS网中独立边构成一定几何图形

3、GPS网设计：
·GPS网基准设计：明确GPS定位成果所采用坐标系统和起算数据（明确采用基准）
·GPS网基准：（1）方位基准、（2）尺度基准、（3）位置基准
·GPS网基本图形：（1）三角形网、（2）环形网、（3）附合路线
·GPS网布网形式：
（1）跟踪站式； （2）会战式（A、B级网观测惯用方式）
（3）单基准站式（星形网）； （4）多基准站式（枢纽点式）
（5）同步图形扩展式
·同步图形链接方式：
（1）点连式：相邻同步图形之间仅有一种公共点链接
（2）边连式：相邻同步图形之间由一条公共基线链接
（3）网连式：相邻同步图形之间有两个以上公共点相链接
（4）边点混连式：把点连式与边连式有机地结合起来，进行GPS网布设
（5）三角锁（或多边形）连接：点连式或边连式构成持续发展三角锁连接图形
（6）导线网环形链接（环形网）

4、外业观测筹划：
·拟定观测筹划重要根据是：
（1）GPS网规模大小； （2）点位精度规定
（3）GPS卫星星座几何图形强度（PDOP）； （4）参加作业接受机数量
（5）交通、通信及后勤保障（食宿、供电等）
·观测筹划重要内容
（1）编制GPS卫星可见性预报图
（2）选取卫星几何图形强度（绝对定位或相对定位，PDOP值不应不不大于6）
（3）选取最佳观测时段（卫星多于4颗且分布均匀，PDOP值不大于6时段）
（4）观测区域设计与划分
（5）编排作业调度表
（6）GPS测量外业观测告知单
5、外业实行环节：
选点 → 标志埋设 → 观测（天线安顿 → 开机观测 → 观测记录）

6、GPS测量作业模式：
（1）典型静态相对定位
（2）迅速静态定位
（3）准动态定位
（4）来回式重复设站
（5）动态定位
（6）RTK作业模式

7、RTK作业模式：
（1）迅速静态RTK测量：
·合用：都市、矿山等区域性控制测量、工程测量和地籍测量
·特点：顾客站接受机在流动过程中，可以不必保持对GPS卫星持续跟踪
（2）准动态RTK测量：
·合用：地籍测量、碎布测量、路线测量和工程放样
·特点：规定接受机在观测过程中，保持对所测卫星持续跟踪，一旦发生失锁，需重新进行初始化设立
（3）动态RTK测量
·合用：航空照相测量、航道定位、运动目的精密导航
·特点：保持对所测卫星持续跟踪

第九章：GPS数据解决
1、GPS测量数据解决基本流程：
★数据采集 → 数据传播 → 预解决 → 基线解算 → GPS网平差

2、数据预解决
·4个数据文献：
① 载波相位和伪距观测值文献
② 星历参数文献
③ 电离层参数和UTC参数文献
④ 测站信息文献
·预解决任务：
① 对原始数据进行平滑滤波检查，剔除粗差
② 统一数据文献格式并将各类数据文献加工成原则化文献
（GPS卫星轨道原则化、卫星钟差原则化、观测值文献原则化）
③ 找出整周跳变点并修复观测值
④ 对观测值进行各种模型改正

3、基线向量解算环节：
（1）建立双差观测值模型
（2）构成法方程并解算
（3）精度评估：① 单位权中误差估值、② 平差值估值
（4）成果分析

4、基线向量结算成果分析：
（1）观测