GPS原理及应用
第一章
1.1什么是ＧＰＳ
全球定位系统（GPS ）是一个空基全天侯导航系统，它由美国国防部开发，用以满足军方在地面或近地空间内获取在一个通用参照系中的位置、速度和时间信息的要求。
1.2GPS 组成
空间星座部分、地面控制部分、用户接收部分
1.3GPS 特点
观测站之间不需要通视、提供三维坐标、定位精度高、操作简便、观测时间短、全天候24小时作业
1.4什么是定位
确定点在某一坐标系中的位置
1.5原始的定位方法
利用天体进行定向：日、月、特别的星体、自然现象：植物的生长态势（如苔藓）、采用人造的器械：司南，指南针
1.6常规（地面）定位方法的局限性
观测点之间需要保证通视、需要事先布设大量的地面控制点/地面站、无法同时精确确定点的三维坐标、观测受气候、环境条件限制、受系统误差影响大，如地球旁折光、难以确定地心坐标
1.7GPS 的发展概况
1957年10月4日第一颗人造卫星Sputnik I 发射成功。1958年12月开始设计NNSS –TRANSIT ，即子午卫星系统。1964年1月该系统正式运行。1967年7月系统解密以供民用。1973年12月，美国国防部批准研制GPS 。1992年，IGS 成立。2000年5月1日，美国总统克林顿宣布，GPS 停止实施SA 。
1.8其它卫星导航系统
GLONASS （俄）Galileo 伽利略计划（欧）北斗导航系统（中）
1.9GPS 的应用
国防军事、搜索救援、气象观测、卫星定轨、交通、测量、遥感、电力
2.0北斗导航系统与GPS 的区别
三球交会原理、快速定位、简短通信、精密授时
第二章
1.0天球
以地球质心为中心、半径为任意长大的一个球体
1.1天轴（天极）
地球自转轴的延伸直线，天轴与天球的交点
1.2黄道
地球公转轨道面与天球相交的大圆
1.3岁差
地球在日月引力和其他天体引力对地球隆起部分的作用下，地球自转轴方向不再保持不变，使春分点在黄道上产生缓慢的西移现象，天文学中称为岁差。
1.4章动
在日月引力的作用下，瞬时北天极产生旋转，形成椭圆轨迹，其长半径约9.2’’周期约为19.6年的现象
1.5协议天球坐标系（CIS ）
特定时刻的真天球坐标特定时刻的平天球坐标J2000.0的平天球坐标（协议天球坐标）
1.6极移
由于地球内部和外部的种种动力学因素，使得地球体对于自转轴产生相对运动，因而引起了地极的移动，这种现象称为极移。
1.7WGS-84坐标系
原点在地球质心，Z 轴指向BIH1984.0定义的协定地球极（CTP ）方向，X 轴指向BIH1984.0的零度子午面和CTP 赤道的交点，Y 轴和Z 、X 轴构成右手坐标系。它是一个地固坐标系。
1.8时间系统分类
世界时、力学时、原子时、GPS 时
1.9常用坐标系关系
协议天球坐标（岁差、章动旋转）真天球坐标系（旋转真春分点时角）真地球坐标系（极移旋转）协议地球坐标
2.0恒星时
以春分点为参考点，春分点的周日视运动所确定的时间
2.1世界时
以平子夜为零时算起的格林尼治平太阳时
第三章
1.1作用在卫星上的外力
地球引力、日、月及其它天体的引力、大气阻力、太阳光压、其它作用力（如：地磁、地球潮汐摄动等）
1.2摄动力
除地球引力外，其它作用在卫星上的力
1.3受摄运动
考虑摄动力作用下的卫星运动
1.4轨道摄动
卫星的真实轨道与正常轨道之间的差异，称为轨道摄动。
1.5开普勒行星运动三定律
椭圆，质心焦点重合；向径面积相等；周期平方比长半径立方为常数
1.6轨道根数（描述卫星椭圆轨道的形状、大小及其在空间的指向，及确定任一时刻卫星在轨道上的位置的一组参数）
升交点赤经Ω、轨道倾角i 、长半径a 、偏心率e 、近地点角距ω、卫星的真近点角（P13）
第四章
1.1GPS 的系统组成
空间星座部分、地面控制部分和用户部分
1.2GPS 的24颗卫星21颗正式的工作卫星3颗活动的备用卫星
1.3主控站（1个）、监测站（17个）和注入站（3个）
1.4接收机分类
导航型、测地型、授时型；单频双频
1.5接收机组成
前置放大器、接收天线信号通道、存储器、微处理器、输入输出设备、电源
1.6信号的组成
载波（L1和L2）、导航电文、测距码（C/A码和P(Y)码）
1.7GPS 卫星的导航电文分为预报星历和精密星历
1.8SA –人为降低普通用户的测量精度
1.9AS –反电子欺骗P 码加密，P+W->Y
第五章
1.0静态定位
定位过程中，接收机的位置是固定的，处于静止状态。
1.1动态定位
定位过程中，接收机天线处于运动状态
1.2绝对定位
又称单点定位，独立确定待定点在坐标系中的绝对位置。GPS 系统采用WGS-84系统，因而单点定位的结果也属该坐标系统。一台接收机即可独立定位，精度较差。
1.3相对定位
确定同步跟踪相同的GPS 信号的若干台接收机之间的相对位置的方法。定位精度较高。但外业组织实施较为困难，数据处理更为烦琐。
1.4差分定位
一个测站对两个目标的观测量、两个测站对一个目标的两次观测量之间进行求差。其目的在于消除公共项，包括公共误差和公共参数。
1.5简述伪距测量与实际定位原理
将观测时刻接收机的改正数确定为一个未知数。这样在任何一个观测瞬间，用户至少需要同时观测4颗卫星，以便解算4个未知数
1.6伪距特点
无模糊度（多值性）问题、定位速度快，实时定位、可提高测距精度、对信号的强度要求不高，易于捕获、微弱的卫星信号、采用的是CDMA （码分多址）技术、便于对系统进行控制和管理
1.7载波相位测量的原理
1.8周跳
计数器无法连续计数，当信号被重新跟踪后，整周计数中将丢失某一量而变得不正确。不足一整周部分由于是一个瞬时观测值，因而仍是正确的这种现象
1.9周跳产生原因
信号被遮挡、仪器故障、信号被干扰、接收机在高速动态的环境下进行观测
2.0整周未知数（整周模糊度）的确定
取整法、模糊函数法、多普勒法（三差法）、走走停停法（Stop and Go ）、参数法（搜索法）
2.1差分GPS
利用设置在坐标已知的点（基准站）上测定GPS 测量定位误差，用以提高在一定范围内其它GPS 接收机（流动站）测量定位精度的方法。
2.2差分GPS 的基本原理
利用基准站测定具有空间相关性的误差或其对测量定位结果的影响，供流动站改正其观测值或定位结果。
2.3单基准站局域差分
优点：结构、模型简单
缺点：差分范围小，精度随距基准站距离的增加而下降，可靠性低
2.4多基准站局域差分
优点：差分精度高、可靠性高，差分范围增大
缺点：差分范围仍然有限，模型不完善
第六章
1.1误差的分类
与卫星有关、传播途径有关、接收设备有关
1.2减小误差方法
建立误差改正模型、求差法、参数法、回避法
1.3相对论效应对卫星钟的影响
在广义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变快
1.4对流层折射的大小取决于外界条件（气温、气压、温度等）。
1.5影响电子密度和总电子含量的因素
与高度、地方时、太阳活动、季节、位置有关或（时间、太阳黑子数、地点和信号频率）
1.6多路径误差
在GPS 测量中，被测站附近的物体所反射的卫星信号（反射波）被接收机天线所接收，与直接来自卫星的信号（直接波）产生干涉，从而使观测值偏离真值
1.7应对多路径误差的方法
观测上：选择合适的测站，避开易发生多路径的环境，如建构筑物、山坡、成片水域等。硬件上：采用抗多路径误差的仪器设备
数据处理上：加权、参数法、滤波法、信号分析法
第七章
1.1控制测量
在测区内，按测量任务所要求的精度，测定一系列控制点的平面位置和高程，建立起测量控制网，作为各种测量的基础
1.2同步观测
两台或两台以上的GPS 接收机同时对同一组卫星信号进行观测。
1.3同步观测环
三台或者三台以上接收机同步观测所获得的基线向量构成的闭合环。
1.4异步观测环（独立观测环）
在构成多边形的环路基线向量中，只要存在非同步观测基线向量，则该多边形环路就叫异步观测环
1.5各类GPS 网的用途
A 级网一般为区域或国家框架网、区域动力学网
B 级网为国家大地控制网或地方框架网
C 级网为地方控制网和工程控制网
D 级网为工程控制网
E 级网为测图网
1.6同步图形的连接方式
点连式、边连式、网连式、混连式
1.7GPS 基线向量网的布网形式
跟踪站式、会战式、多基准站式、同步图形扩展式、单基准站式
1.8选点原则
测站上空应尽可能的开阔，在10°~15°高度角以上不能有成片的障碍物。
测站周围约200m 的范围内不能有强电磁波干扰源。
测站应远离对电磁波信号反射强烈的地形、地物，如高层建筑、成片水域等。
测站应选在交通便利，上点方便的地方。
测站应选择在易于保存的地方。
第八章
1.1正高系统
正高系统是以大地水准面为基准面的高程系统。