GPS的应用前景与现代化进程

第一篇：GPS的应用前景与现代化进程

GPS的应用前景与现代化进程

1.应用前景

最初设计GPS的主要目的是用于导航、收集情报等军事目的。但后来的应用开发表明，GPS不仅可以达到上述目的，而且用GPS卫星信号能够进行厘米级甚至毫米级精度的静态相对定位、米级至亚米级精度的动态定位、亚米级至厘米级精度的速度侧量和纳秒级精度的时间测量。

用GPS信号可以进行海、陆、空的导航，导弹制导，大地测t和工程测量的精密定位，时间传递和速度侧t等。在测绘领域, GPS定位技术已用于建立高精度的大地测量控制网，测定地球动态参数;建立陆地及海洋大地测量基准，进行高精度海陆联侧及海洋测绘;监测地球板块运动状态和地壳形变;在工程测量方面，已成为建立城市与工程控制网的主要手段;在精密工程的变形监测方面，它也发挥着极其重要的作用;同时GPS定位技术也用于测定航空航天摄影瞬间相机的位置，可在无地面控制或仅有少量地面控制点的情况下进行航测快速成图，引发了地理信息系统及全球环境遥感监测的技术革命。

可以预测，随着GPS技术的进一步发展.GPS的应用将进人我们的日常生活，甚至会改变我们的生活方式。所有的运载工具，都将依赖于GPS，手表式的GPS接收机，将成为旅游者的忠实导游。GPS就像移动电话、计算机互联网一样对我们的生活产生影响一样，人们将逐渐离不开它。

2.现代化进程

为了保持GPS定位系统以及GPS产业的领先地位，1999年1月美国提出了GPS现代化的计划。GPS现代化计划的内涵是:①更好地保护美方利益和使用，发展军码和强化军码的保密性能，加强抗干扰能力;②阻扰敌对方的使用，施加干扰;③保持在有威胁地区以外的民用用户有更精确、更安全的使用。

PS现代化计划的进程如下。

(1)在GPS现代化第一阶段，发射12颗改进型的GPS BLOCK II R型卫星，它们具有一些新的功能。在L2上加载波C/A码;在L1和L2上播发NY)码的同时，在这两个频率上加载新的军码(M码);GPS BLOCK II R型的信号发射频率，不论在民用通道还是军用通道上都有很大提高。

(2)在GPS现代化第二阶段，发射6颗GPS BLOCK II F型卫星。GPS BLOCK IIF型卫星除了有GPS BLOCK II R型卫星的功能外，进一步提高发射M码的功率和增加发射L5频率载波。GPS II F型卫星的第一颗发射不迟于2005年。到2008年，在空中运行的GPS卫星中，至少有18颗BLOCK II F型卫星，以保证M码的全球搜盖。到2016年，GPS卫星系统应全部以IIF卫星运行，共计(24+3)颗。

(3)在GPS现代化计划的第三阶段，发射GPS BLOCK f型卫星，在2003年完成代号为GPS M的GPS完全现代化计划设计工作。2008年要发射GPS m的第一颗实验卫星。计划

用近20年的时间完成GPS |||计划，取代目前的GPS。

第二篇：GPS的应用前景

GPS的应用前景

最初设计GPS的主要目的是用于导航、收集情报等军事目的。但后来的应用开发表明，GPS不仅可以达到上述目的，而且用GPS卫星信号能够进行厘米级甚至毫米级精度的静态相对定位、米级至亚米级精度的动态定位、亚米级至厘米级精度的速度侧量和纳秒级精度的时间测量。

用GPS信号可以进行海、陆、空的导航，导弹制导，大地测t和工程测量的精密定位，时间传递和速度侧t等。在测绘领域, GPS定位技术已用于建立高精度的大地测量控制网，测定地球动态参数;建立陆地及海洋大地测量基准，进行高精度海陆联侧及海洋测绘;监测地球板块运动状态和地壳形变;在工程测量方面，已成为建立城市与工程控制网的主要手段;在精密工程的变形监测方面，它也发挥着极其重要的作用;同时GPS定位技术也用于测定航空航天摄影瞬间相机的位置，可在无地面控制或仅有少量地面控制点的情况下进行航测快速成图，引发了地理信息系统及全球环境遥感监测的技术革命。

可以预测，随着GPS技术的进一步发展.GPS的应用将进人我们的日常生活，甚至会改变我们的生活方式。所有的运载工具，都将依赖于GPS，手表式的GPS接收机，将成为旅游者的忠实导游。GPS就像移动电话、计算机互联网一样对我们的生活产生影响一样，人们将逐渐离不开它。

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第三篇：纳米技术与世界现代化进程

纳米技术与世界现代化进程

物理系3班 王彪 1130600110 要了解纳米技术对世界现代化进程的影响，我们就得先了解一些关于纳米技术的知识：一，概念：

纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物，纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学等。二，理论基础：

纳米技术(nanotechnology），也称毫微技术，是研究结构尺寸在1纳米至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。

1981年扫描隧道显微镜发明后，诞生了一门以0.1到100纳米长度为研究分子世界，它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。因此，纳米技术其实就是一种用单个原子、分子射程物质的技术。

纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科学与技术主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等。这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。三，概念分类：

从迄今为止的研究来看，关于纳米技术分为三种概念：

第一种，是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技术还未取得重大进展。

第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即使发展下去，从理论上讲终将会达到限度，这是因为，如果把电路的线幅逐渐变小，将使构成电路的绝缘膜变得极薄，这样将破坏绝缘效果。此外，还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题，研究人员正在研究新型的纳米技术。

第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。DNA分子计算机、细胞生物计算机的开发，成为纳米生物技术的重要内容。四，发展历史：（1）灵感来源

纳米技术的灵感，来自于已故物理学家理查德·费曼1959年所作的一次题为《在底部还有很大空间》的演讲。这位当时在加州理工大学任教的教授向同事们提出了一个新的想法。从石器时代开始，人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术，都与一次性地削去或者融合数以亿计的原子以便把物质做成有用的形态有关。费曼质问道，为什么我们不可以从另外一个角度出发，从单个的分子甚至原子开始进行组装，以达到我们的要求？他说：“至少依我看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”（2）关键突破 1990年，IBM公司阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行了重排，纳米技术取得一项关键突破。他们使用一种称为扫描探针的设备慢慢地把35个原子移动到各自的位置，组成了IBM三个字母。这证明费曼是正确的，二个字母加起来还没有3个纳米长。不久，科学家不仅能够操纵单个的原子，而且还能够“喷涂原子”。使用分子束外延长生长技术，科学家们学会了制造极薄的特殊晶体薄膜的方法，每次只造出一层分子。现代制造计算机硬盘读写头使用的就是这项技术。著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德· 费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造产品，这是关于纳米技术最早的梦想。(3)技术编年史

70年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想，1974年，科学家谷口纪男（Norio Taniguchi）最早使用纳米技术一词描述精密机械加工；

1982年，科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜，为我们揭示一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积极促进作用；

1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生；

1991年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是钢的10倍，成为纳米技术研究的热点，诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料，也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等；

1993年，继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文、1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“IBM”之后，中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出“ 中国”二字，标志着中国开始在国际纳米科技领域占有一席之地；

1997年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，利用这种技术可望在2017年后研制成功速度和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机；

1999年，巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小的“秤”，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量；此后不久，德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤，打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录；

到1999年，纳米技术逐步走向市场，全年基于纳米产品的营业额达到500亿美元； 2001年，一些国家纷纷制定相关战略或者计划，投入巨资抢占纳米技术战略高地。日本设立纳米材料研究中心，把纳米技术列入新5年科技基本计划的研发重点；德国专门建立纳米技术研究网；美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心，美国政府部门将纳米科技基础研究方面的投资从1997年的1.16亿美元增加到2001年的4.97亿美元。中国也将纳米科技列为中国的“973计划”，其间涌出了像“安然纳米”等一系列以纳米科技为代表的高科技企业。了解了那米技术的一些基本知识，我们就可以说它对世界现代化进程的影响了。

1，纳米技术对军事领域的影响：

现在，各军事大国相继制定了项目繁多的军用纳米技术开发应用计划，诸如利用纳米技术研制新型导航与制导系统、新概念太阳能光电转换器件，以加速武器装备小型化、信息化和一体化进程；研制性能独特的纳米隐身材料，促进隐身兵器的发展；开发专用集成微型仪器，制造尺寸缩小到最低限度的纳米卫星等等。

科学家们正在考虑其应用：给飞机包上一层微电机襟翼皮，它将传感湍流等情况，使飞机根据情况升降，飞得更平稳更安全；潜水艇在水下如有一层微震动皮，也可以起到作用。有朝一日微电机化的坦克结构在遭到敌人火力袭击时会“变硬”；MEMS装置镶在头盔、服装或武器里，将不仅可以监测和传输一个士兵的重要标记和位置，而且还能监测和传输附近敌人的任何活动。

其次，改善了武器装备的隐身性能。利用纳米微粒材料的尺寸远小于红外和雷达波波长及磁损耗的特点，可望制成电磁吸收率极高的隐身材料。使用纳米材料可制成易于制备的超薄轻质的隐身涂层，几十纳米厚的涂层就可达到现有隐身涂层几十微米厚的吸波效果，大幅度减轻了现有吸波材料的重量。

提高了武器的安全性。纳米武器实现了武器系统超微型化，使目前车载机载的电子战系统浓缩至可单兵携带，隐蔽性更好，安全性更高。

第四，进一步提高武器的信息化程度。纳米武器实现了武器系统高智能化，使武器装备控制系统信息获取速度大大加快，侦察监视精度大大提高。

第五，使武器的生产周期缩短，成本降低。纳米武器实现了武器系统集成化生产，使武器装备成本降低、可靠性提高，同时使武器装备研制、生产周期缩短 2，纳米技术的其他应用。

纳米技术目前已成功用于许多领域，包括医学、药学、化学及生物检测、制造业、光学等等。包括如下领域：

1、纳米技术在新材料中的应用

2、纳米技术在微电子、电力等领域中的应用

3、纳米技术在制造业中的应用

4、纳米技术在生物、医药学中的应用

5、纳米技术在化学、环境监测中的应用

6、纳米技术在能源、交通等领域的应用

7、纳米技术在农业中的应用

8、纳米技术在日常生活中的应用：在纺织和化纤制品中添纳米微粒，可以除味杀菌。化纤布挺括结实，但有烦人的静电现象，加入少量金属纳米微粒就可消除静电现象。

总之，纳米技术的发现对人类的现代化进程起到了很大的作用，相信随着纳米技术的不断成熟，它对我们的生活的影响会越大。参考文献；

杨志伊《纳米技术》

物理系3班 王彪 1130600110

第四篇：GPS原理与应用 选择题

1.在20世纪50年代我国建立的1954年北京坐标系是（C）坐标系。A、地心坐标系 B、球面坐标系 C、参心坐标系 D、天球坐标系

2.我国在1978年以后建立了1980年国家大地坐标系，采用的是1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会的推荐值，其长半径和扁率分别为（A）。A、a=6378140、α=1/298.257 B、a=6378245、α=1/298.3 C、a=6378145、α=1/298.357 D、a=6377245、α=1/298.0 3.我国西起东经72°，东至东经135°，共跨有（D）个时区，我国采用东8区的区时作为统一的标准时间。称作北京时间。A、2 B、3 C、4 D、5 4.双频接收机可以同时接收L1和 L2信号，利用双频技术可以消除或减弱（C）对观测量的影响，所以定位精度较高，基线长度不受限制，所以作业效率较高。

A、对流层折射 B、多路径误差 C、电离层折射 D、相对论效应 5.GPS卫星信号取无线电波中L波段的两种不同频率的电磁波作为载波，在载波L2上调制有（A）。

A、P码和数据码 B、C/A码、P码和数据码C、C/A和数据码 D、C/A码、P码 6.在定位工作中，可能由于卫星信号被暂时阻挡，或受到外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累积计数，这种现象叫（A）。A、整周跳变 B、相对论效应 C、地球潮汐 D、负荷潮

7.我国自行建立第一代卫星导航定位系统 “北斗导航系统”是全天候、全天时提供卫星导航信息的区域导航系统，它由（B）组成了完整的卫星导航定位系统。

A、两颗工作卫星 B、两颗工作卫星和一颗备份星 C、三颗工作卫星 D、三颗工作卫星和一颗备份星 8.卫星钟采用的是GPS 时，它是由主控站按照美国海军天文台（USNO）的（D）进行调整的。在1980年1月6日零时对准，不随闰秒增加。

A、世界时（UT0）B、世界时（UT1）C、世界时（UT2）D、协调世界时（UTC）9.在进行GPS—RTK实时动态定位时，需要计算在开阔地带流动站工作的最远距离，已知TRIMMRKⅡ（UHF）数据链无线电发射机天线的高度为9m，流动站天线的高度为2m，则流动站工作的最远距离为（A）。

A、18.72m B、16.72m C、18.61m D、16.61m 10.基准站GPS接收机与TRIMMRKⅡ（UHF）数据链无线电发射机之间的数据传输波特率为（D）。

A、4800 B、9600 C、19200 D、38400 1.（）年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功，标志着人类进入了空间技术的新时代。

1961 1957

1972

1947 2.美国海军导航卫星系统是美国第一代卫星导航系统，由于该系统卫星轨道都通过地球极点，故也称（）卫星系统。

子GPSGLONASS

NAVSAT 1

3.GPS系统的空间部分由21颗工作卫星及3颗备用卫星组成，它们均匀分布在（）个相对与赤道的倾角为55°的近似圆形轨道上。36

4..GPS工作卫星的主体呈圆柱形，整体在轨重量为843.68㎏，它的设计寿命为（）年，事实上均能超过该设计寿命而正常工作。

10157.59 5..GPS定位是一种被动定位，必须建立高稳定的频率标准。因此每颗卫星上都必须安装高精确度的时钟。当有1×10-9s的时间误差时，将引起（）㎝的距离误差。

1003080

6..GPS定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离（）交会的方法，确定待定点的空间位置。

后方前方侧方

方向线

7..当地球自转360°时，卫星绕地球运行两圈，环绕地球运行一圈的时间为11小时58分。卫星在天空中的可见时间约为（）。

7小时8小时

5小时

6小时

8.在卫星大地测量中常用的坐标系是（）。

地心坐标系参心坐标系

9.现在，我国使用的大地坐标系除1954年北京坐标系外还使用（）坐标系。

WGS-841980年国家大地

10.我国大地坐标系的原点设在（）。

山东省青岛市

陕西省泾阳县

11..我国采用（）区的区时作为统一的标准时间，称为北京时间。

东8东9 12..计量原子时的时钟称为原子钟，常用的有铯原子钟、铷原子钟和氢原子钟三种，国际上是以（）原子钟为基准的。

铯铷

13.协调世界时的秒长采用（）的秒长，时刻采用世界时的时刻。所以严格地讲，这不是一种时间系统，而是一种使用方法。

历书时原子时

14..卫星钟采用的是 GPS时，它是由主控站按照美国海军天文台（USNO）的协调世界时（UTC）进行调整的。在（）年1月6日零时对准，不随闰秒增加。

19801985 15..1884年在美国华盛顿召开的国际会议决定采用一种分区统一时刻，把全球按经度划分为（）个时区，每个时区的经度差为15。

24 16..当GPS定位确定了测站点的大地高H后，可按h=H-N求出该点的正高h，式中N为该点的WGS-84大地水准面（）。

差距偏差

17.GPS工作卫星的地面监测部分由一个主控站,（）个注入站和五个监测站组成。

三 四

18..GPS卫星定位是以（）定位原理进行工作的，GPS卫星最根本的作用就是向用户发送用户所需要的信号和电文。

主动 被动

19.在对卫星所有作用力中,（）的引力是最重要的。若将引力视为1，则其它

-5作用力均小于10。

地球重力场 日月引力

20..确定卫星运动的椭圆轨道至少需要两个参数，一个是轨道椭圆的长半径、一个是（）。

扁率 偏心率

21..GPS定位是依据GPS卫星的（）位置为起算基准的。

已知瞬时 已知轨迹

22..开普勒第二定率表明,卫星的地心向径在相同的时间内所扫过的（）相同。

弧长 面积

23..GPS的导航电文主要包括卫星星历、时钟改正、电离层延时改正、工作状态和C/A码信息。所以导航电文又称为数据码，即（）。

P码 D码

24.在GPS单点定位中，至少需要同时观测（）颗卫星。5 25..静态相对定位采用的定位方法是（）。

伪距法 载波相位测量法

26..利用GPS进行定位有多种方式，如果就用户（）所处的状态而言，定位方式分为静态定位和动态定位。

接收机天线 接收机

27..单点定位就是独立确定待定点在坐标系统中的绝对位置，其定位结果属于（）坐标系统。

地方坐标系 WGS-84 28.（）法定位是利用全球定位系统进行低精度测量及导航的最基本方法。它的优点是速度快、无多值性问题，利用增加观测时间可以提高定位精度，足以满足部分用户的需要。

伪距 载波相位

29.在进行GPS 测量时，观测量中存在着系统误差和偶然误差。其中（）影响尤其显著。

偶然误差 系统误差

30..在定位工作中，可能由于卫星信号被暂时阻挡，或受到外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累积计数，这种现象叫（）。

整周跳变 信号漂移

31.差分的数据类型有伪距差分、坐标差分和相位差分三类。其中RTK技术采用（）。

伪距差分 相位差分

32.GPS卫星星座配置有（D）颗在轨卫星。

A 21 B.12 C.18 D.24 33.UTC是指（C）。

A.协议天球坐标系 B.协议地球坐标系 C.协调世界时 D.国际原子时 34.SA政策是指（D）。

A.紧密定位服务 B.标准定位服务 C.选择可用性 D.反电子欺骗

35.GPS定位中，信号传播过程中引起的误差主要包括大气折射的影响和（A）影响。

A.多路径效应 B.对流层折射 C.电离层折射 D.卫星中差 36.双差观测方程可以消除（D）。

A.整周未知数 B.多路径效应 C.轨道误差 D.接收机钟差 37.C/A码的周期是（A）。

A.1ms B.7天 C.38星期 D.1ns 38.在GPS测量中，观测值都是以接收机的（B）位置为准的，所以天线的相位中心应该与其几何中心保持一致。

A、几何中心 B、相位中心 C、点位中心 D、高斯投影平面中心 39.GPS定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知数据，采用（A）的方法，确定待定点的空间位置。

A、空间距离后方交会 B、空间距离前方交会 C、空间角度交会 D、空间直角坐标交会

40.根据GPS定位原理，至少需要接收到（B）颗卫星的信号才能定位。

A、5 B、4 C、3 D、2 41.在以下定位方式中，精度较高的是（C）。

A、绝对定位 B、相对定位 C、载波相位实时差分 D、伪距实时差分 42.GPS技术给测绘界带来了一场革命，下列说法不正确的是（A）

A利用GPS技术，测量精度可以达到毫米级的程度

B、与传统的手工测量手段相比，GPS技术有着测量精度高的优点 C、GPS技术操作简便，仪器体积小，便于携带

D、当前，GPS技术已广泛应用于大地测量、资源勘查、地壳运动观测等领域 43.与传统的手工测量手段相比，GPS技术具有的特点是（C）

A测量精度高，操作复杂 B、仪器体积大，不便于携带

C、全天候操作，信息自动接收、存储 D、中间处理环节较多且复杂 44.GPS测量中，在测区中部选择一个基准站安置一台接收设备连续跟踪所有可见卫星，另一台接收机依次到各点流动设站，每点观测数分钟。该作业模式是（B）

A、经典静态定位模式 B、快速静态定位 C、准动态定位 D、动态定位 45.GPS卫星信号的基准频率是多少？（B）

A 1.023MHz B 10.23 MHz C 102.3 MHz D 1023 MHz 5

46.周跳产生的原因（）

A建筑物或树木等障碍物的遮挡 B、电离层电子活动剧烈 C、多路径效应的影响 D、卫星信噪比(SNR)太高 47.以下哪个因素不会削弱GPS定位的精度（D）

A晴天为了不让太阳直射接收机，将测站点置于树荫下进行观测 B.测站设在大型蓄水的水库旁边 C.在SA期间进行GPS导航定位 D.夜晚进行GPS观测

48.地球在绕太阳运行时，地球自转轴的方向在天球上缓慢地移动，春分点在黄道上随之缓慢移动，这种现象称为（A）。

A、岁差 B、黄赤交角 C、黄极 D、黄道 49.GPS目前所采用的坐标系统，是（）。B A WGS-72系 B)WGS-84系 C)西安80系 D)北京54系

50.广域差分主要是为了削弱这些误差源，它们分别是大气延时误差、卫星钟误差（）。A A 星历误差 B)接收机误差 C)电离层误差 D)系统误差

1.GPS卫星之所以要发射两个频率的信号，其主要目的是为了 B。A、消除对流层延迟 B、消除电离层延迟 C、消除多路径误差 D、增加观测值个数

2.组成宽巷观测值（wide lane）的主要目的是为了 C。

A、消除电离层延迟 B、提高定位精度 C、便于确定整周模糊度 D、检核

3.未经美国政府特许的用户不能用 D来测定从卫星至接收机间的距离。A、C/A码 B、Ll 载波相位观测值 C、载波相位观测值 D、Y码

4.利用广播星历进行单点定位时，所求得的站坐标属于 C。

A、1954北京坐标系 B、1980年西安坐标系 C、WGS-84 D、ITRF

5.在一般的GPS 短基线测量中，应尽量采用 C。

A、单差解 B、三差解 C、双差固定解 D、双差浮点解

第五篇：GPS测量与应用报告

GPS知识理解

GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，而其中文简称为“球位系”。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。

8项主要功能

1．跟踪定位

2．轨迹回放

3．报警（报告）

4．里程统计

5．短信通知功能

6．车辆远程控制

7．油耗检测

8．车辆调

1.空间部分

GPS的空间部分是由24颗卫星组成(21颗工作卫星；3颗备用卫星），它位于距地表20200km的上空,均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗),轨道倾角为55°。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星,并能在卫星中预存导航信息，GPS的卫星因为大气摩擦等问题；随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。

2.地面控制系统

地面控制系统由监测站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)、地面天线(Ground Antenna)所组成,主控制站位于美国科罗拉多州春田市(Colorado Spring)。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息,并计算卫星星历、相对距离,大气校正等数据。

3.用户设备部分

用户设备部分即GPS 信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS 数据的后处理软件包构成完整的GPS 用户设备。GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。目前各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。其次则为使用者接收器,现有单频与双频两种,但由于价格因素,一般使用者所购买的多为单频接收器。

GPS术语

1.GPS Generalized Processor Sharing 通用处理器共享

2.GPS Global Positioning System 全球定位卫星/系统

3.[GPSS]General Purpose Systems Simulator通用系统模拟器

4.[DGPS]Differential GPS差分GPS,差分全球定位系统

5.GPS General Phonetic Symbols 捷易读注音符

GPS原理

GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时

钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可知。

可见GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。

GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；以及GPS系统信息，如卫星状况等。

GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。

GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频 移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位 精度也只能采用相位观测值。

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，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。

在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时（大气有明显差别），应选用双频接收机。GPS定位原理参考资料：

GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。如图所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收

机，可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式)

全球定位系统的主要特点：

(1)全球、全天候工作。

①定位精度高。单机定位精度优于10m，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。②功能多，应用广。

GPS系统的特点：高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。

1、定位精度高

应用实践已经证明，GPS相对定位精度在50KM以内可达10-6，100-500KM可达10-7m，1000KM可达10-9m。在300-1500M工程精密定位中，1小时以上观测的解其平面其平面位置误差小于1mm，与ME-5000电磁波测距仪测定得边长比较，其边长较差最大为0.5mm,校差中误差为0.3mm。

2、观测时间短

随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，目前，20KM以内相对静态定位，仅需15-20分钟；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15KM以内时，流动站观测时间只需1-2分钟，然后可随时定位，每站观测只需几秒钟。

GPS种类

GPS卫星接收机种类很多，根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型；根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。

按接收机的用途分类

1.导航型接收机

此类型接收机主要用于运动载体的导航，它可以实时给出载体的位置和速度。这类接收机一般采用C/A码伪距测量，单点实时定位精度较低，一般为±10m，有SA影响时为±100m。这类接收机价格便宜，应用广泛。根据应用领域的不同，此类接收机还可以进一步分为：车载型——用于车辆导航定位；

航海型——用于船舶导航定位；

航空型——用于飞机导航定位。由于飞机运行速度快，因此，在航空上用的接收机要求能适应高速运动。

星载型——用于卫星的导航定位。由于卫星的速度高达7km/s以上，因此对接收机的要求更高。

2.测地型接收机

测地型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量。这类仪器主要采用载波相位观测值进行相对定位，定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。

3.授时型接收机

这类接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时，常用于天文台及无线电通讯中时间同步。

按接收机的载波频率分类

单频接收机

单频接收机只能接收L1载波信号，测定载波相位观测值进行定位。由于不能有效消除电离层延迟影响，单频接收机只适用于短基线（<15km）的精密定位。

双频接收机

双频接收机可以同时接收L1，L2载波信号。利用双频对电离层延迟的不一样，可以消除电离层对电磁波信号的延迟的影响，因此双频接收机可用于长达几千公里的精密定位。按接收机通道数分类

GPS接收机能同时接收多颗GPS卫星的信号，为了分离接收到的不同卫星的信号，以实现对卫星信号的跟踪、处理和量测，具有这样功能的器件称为天线信号通道。根据接收机所具有的通道种类可分为：

多通道接收机

序贯通道接收机

多路多用通道接收机

按接收机工作原理分类

码相关型接收机

码相关型接收机是利用码相关技术得到伪距观测值。

平方型接收机

平方型接收机是利用载波信号的平方技术去掉调制信号,来恢复完整的载波信号，通过相位计测定接收机内产生的载波信号与接收到的载波信号之间的相位差，测定伪距观测值。混合型接收机

这种仪器是综合上述两种接收机的优点，既可以得到码相位伪距，也可以得到载波相位观测值。

干涉型接收机

这种接收机是将GPS卫星作为射电源，采用干涉测量方法，测定两个测站间距离。经过20余年的实践证明，GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。

参考文献：

池云祥 GPS原理与应用 山东山东省地图出版社1999

徐邵铨GPS测量原理与应用武汉 武汉测绘科技大学出版社1998

共广运 GPS测地研究与应用文集 北京北京测绘出版社 1992.12

张守信 GPS微星测量定位理论与应用 长沙 国防科技出版社 1996