全球定位系统-GPS Global Positioning System

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1 全球定位系统-GPS Global Positioning System

2 agenda GPS概念、 发展历程、系统的组成 GPS系统的特点 GPS定位原理 精确农业用GPS设备

3 什么是GPS？ 全球定位系统（Global Positioning System - GPS）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。它的全称为“导航卫星授时和测距全球定位系统”(Navigation Satellite Timing And Ranging /Global Positioning System)，简称为GPS。 　　

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8 GPS手表

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11 GPS应用于导航 主要是为船舶,汽车,飞机等运动物体进行定位导航。例如： 　　　　1.船舶远洋导航和进港引水 　　　　2.飞机航路引导和进场降落 　　　　3.汽车自主导航 　　　　4.地面车辆跟踪和城市智能交通管理 　　　　5.紧急救生 　　　　6.个人旅游及野外探险 　　　　7.个人通讯终端(与手机，PDA，电子地图等集成一体)

12 GPS应用于授时校频 1.电力，邮电，通讯等网络的时间同步 2.准确时间的授入 3.准确频率的授入

13 GPS应用于高精度测量 1.各种等级的大地测量，控制测量 2.道路和各种线路放样 3.水下地形测量
4.地壳形变测量，大坝和大型建筑物变形监测 5.GIS应用 6.工程机械（轮胎吊，推土机等）控制 7.精细农业

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15 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

16 定位精度高 GPS相对定位精度在50KM以内可达10-6， KM可达10-7，1000KM可达10-9。在 M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。

17 观测时间短 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。

18 测站间无须通视 GPS测量不要求测站之间互相通视，只需测站上空开阔即可，因此可节省大量的造标费用。由于无需点间通视，点位位置可根据需要，可稀可密，使选点工作甚为灵活，也可省去经典大地网中的传算点、过渡点的测量工作。

19 可提供三维坐标 经典大地测量将平面与高程采用不同方法分别施测。GPS可同时精确测定测站点的三维坐标。目前GPS水准可满足四等水准测量的精度。

20 操作简便 随着GPS接收机不断改进，自动化程度越来越高，有的已达“傻瓜化”的程度；接收机的体积越来越小，重量越来越轻，极大地减轻测量工作者的工作紧张程度和劳动强度。使野外工作变得轻松愉快。

21 全天候作业 目前GPS观测可在一天24小时内的任何时间进行,不受阴天黑夜、起雾刮风、下雨下雪等气候的影响。

22 功能多、应用广 GPS系统不仅可用于测量、导航，还可用于测速、测时。测速的精度可达0.1M/S，测时的精度可达几十毫微秒。其应用领域不断扩大。GPS系统的应用前景当初，设计GPS系统的主要目的是用于导航，收集情报等军事目的。但是，后来的应用开发表明，GPS系统不仅能够达到上述目的，而且用GPS卫星发来的导航定位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测量和毫微秒级精度的时间测量。因此，GPS系统展现了极其广阔的应用前景。

23 GPS定位系统的发展历史 无线电导航系统 卫星定位系统

24 无线电导航系统 罗兰--C：工作在100KHZ，由三个地面导航台组成，导航工作区域2000KM，一般精度200-300M。
Omega（奥米茄）：工作在十几千赫。由八个地面导航台组成，可覆盖全球。精度几英里。 多卜勒系统：利用多卜勒频移原理，通过测量其频移得到运动物参数（地速和偏流角），推算出飞行器位置，属自备式航位推算系统。误差随航程增加而累加。 缺点：覆盖的工作区域小；电波传播受大气影响；定位精度不高

25 卫星定位系统 最早的卫星定位系统是美国的子午仪系统（Transit），1958年研制，64年正式投入使用。
由于该系统卫星数目较小（5-6颗），运行高度较低（平均1000KM），从地面站观测到卫星的时间隔较长（平均1.5h），因而它无法提供连续的实时三维导航，而且精度较低。 为满足军事部门和民用部门对连续实时和三维导航的迫切要求。1973年美国国防部制定了GPS计划。 GPS起初是美国国防部为军事目的而建立起来的，旨在彻底解决海上、空中和陆地运输的导航和定位问题。它的全称为“导航卫星授时和测距全球定位系统”(Navigation Satellite Timing And Ranging /Global Positioning System)，简称为GPS。其含义是利用导航卫星进行测时和测距，构成全球定位系统。随着信息技术的发展, GPS已经成为定位和导航的一种崭新的手段，它在导航、测绘、地学、交通、农业现代化等领域得到了广泛的应用。 自古以来，人类就致力于定位和导航的研究工作。1957年10月，世界上第一颗人造地球卫星的发射成功，是人类致力于现代科学技术发展的结晶，它使空间科学技术的发展迅速地跨入了一个崭新的时代。四十多年来，人造地球卫星技术在通信、气象、资源勘察、导航、遥感、大地测量、地球动力学、天文学以及军事科学等众多学科领域，得到极其广泛的应用，从而推动了科学技术的迅猛发展。 人造地球卫星的出现，首先引起了各国军事部门的高度重视。1958年底，美国海军武器实验室就着手建立为美国军用舰艇导航服务的卫星系统，即“海军导航卫星系统”(Navy Navigation Satellite System—NNSS)。在该系统中，卫星的轨道都通过地极，故也称“子午(Transit)卫星系统”。1964年该系统建成，随即在美国军方启用；1967年美国政府批准该系统解密，并提供民用。由于该系统不受气候条件的影响，自动化程度较高，且具有良好的定位精度，所以它的出现立即引起了大地测量学者的极大关注。尤其在该系统提供民用之后，在大地测量方面进行了大量的应用研究和实践，并取得了许多令人瞩目的成就。它使经典的大地测量技术面临着一场重大的变革。 虽然美国“海军导航卫星系统”在导航技术的发展中具有划时代的意义，但是由于该系统卫星数目较少(5～6颗)、运行高度较低(平均约1000km)、从地面站观测到卫星的时间间隔较长(平均约1.5小时)，因而它无法提供连续地实时三维导航。加之获得一次导航所需的时间较长，所以难以充分满足军事方面，尤其是高动态目标(如飞机、导弹)导航的要求。而从大地测量学方面来看，由于它定位速度慢(一个测站一般平均观测l～2天)，精度也较低(单点定位精度3m～5m，相对定位精度约为lm)，所以该系统在大地测量学和地球动力学研究方面的应用受到了很大的限制。 为了满足军事部门和民用部门对连续实时和三维导航的迫切要求，1973年美国国防部便开始组织海陆空三军，共同研究建立新一代卫星导航系统的计划。在此之前，美国海军提出了名为“Timation”的计划，该计划采用12～18颗卫星组成全球定位网，卫星高度约10000km，轨道呈圆形，周期为8小时，并于1967年5月31日和1969年9月30日分别发射了Timation-1和Timation-2两颗试验卫星。与此同时，美国空军提出了名为“621—B”计划，它采用3～4个星群覆盖全球，每个星群由4～5颗卫星组成，中间一颗采用同步定点轨道，其余几颗用周期为24小时倾斜轨道。这两个计划的目标一致, 即建立全球定位系统。但两个计划的实施方案和内容不同，各有优缺点。考虑到两个计划的各自优缺点以及美国难于同时负担研制两套系统的庞大经费开支，1973年美国代理国防部长批准成立一个联合计划局，并在洛杉矶空军航天处内设立办事机构。该办事机构的组成人员包括美国陆军、海军、海军陆战队、国防制图局、交通部、北大西洋公约组织和澳大利亚的代表。自此正式开始了GPS的研究和论证工作。 在联合计划局的领导下，诞生了GPS方案。这个方案是由24颗卫星组成的实用系统。这些卫星分布在互成120º的3个轨道平面上，每个轨道平面平均分布8颗卫星。这样，对于地球上任何位置，均能同时观测到6—9颗卫星。预计粗码定位精度为100m左右，精码定位精度为10m左右。1978年，由于压缩国防预算，减少了对GPS计划的拨款，于是将实用系统的卫星数由24颗减为18颗，并调整了卫星配置。18颗卫星分布在互成60º的6个轨道面上，轨道面的卫星倾角为55º。每个轨道面上布设3颗卫星，彼此相距120º，从一个轨道面的卫星到下一个轨道面的卫星间错动40º．这样的卫星配置基本上保证了地球任何位置均能同时观测到4颗卫星。经过一段实验后发现，这样的卫星配置即使全部卫星正常工作，其平均可靠度仅为0.9969。如果卫星发生故障，将使可靠性大大降低。因此1990年初又对卫星配置进行了第三次修改，最终的GPS方案是由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成，卫星的轨道参数基本上与第二方案相同。只是为了减小卫星漂移，降低对所需轨道位置保持的要求，将卫星的高度提高了49km，即长半轴由26560km提高到26609km。这样，由每年调整一次卫星位置变为每7年调整一次。

26 GPS发展历程 GPS实施计划共分三个阶段：
第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。 第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到1988年，又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。 第三阶段为实用组网阶段。1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，表明GPS系统进入工程建设阶段。1993年底实用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。 下面是GPS的实施计划，它可以分为三个阶级： 第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星，研制了地面接收机及建立地面跟踪网，从硬件和软件上进行了试验，试验结果令人满意。 第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星。这一阶段称之为Block I。与此同时，研制了各种用途的接收机，主要是导航型接收机，同时测地型接收机也相继问世。试验表明，GPS的定位精度远远超过设计标准。利用粗码的定位精度几乎提高了一个数量级，已达到14m。 第三阶段为实用组网阶段。1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，宣告了GPS系统进入工程建设阶段。这种工作卫星称为 BlockⅡ和BlockⅡA卫星。这两组卫星的差别是：BlockⅡ卫星只能存储供14天用的导航电文(每天更新三次)；BlockⅡA卫星增强了军事应用功能，扩大了数据存储容量；BlockⅡA卫星还能存储供180天用的导航电文，确保在特殊情况下使用GPS卫星。实用型的GPS网,即（21+3）GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。图2-1示出GPS星座的卫星分布（修改过程） GPS卫星在空间的上述配置，保障了在地球上任何地点、任何时刻均至少可以同时观测到4颗卫星，加之卫星信号的传播和接收不受天气的影响，因此GPS是一种全球性、全天候的连续实时定位系统。不过也应指出，GPS卫星的上述分布，在个别地区仍可能在某一短时间内(例如数分钟)，只能观测到4颗图形结构较差的卫星，因此无法达到必要的定位精度。 空间部分的3颗备用卫星，可在必要时根据指令代替发生故障的卫星，这对于保障GPS空间部分正常而高效地工作是极其重要的。 迄今，GPS卫星已设计了三代，分别为BlockI、BlockⅡ和BlockⅢ(见表2-2)。第一代(Blockl)卫星，用于全球定位系统的实验，通常称为GPS实验卫星。这一代卫星共研制和发射了1l颗，卫星的设计寿命为5年，卫星分布在两个轨道面内，轨道倾角约为63º，现已停止工作。第二代(BlockⅡ，ⅡA)卫星用于组成如图2-5所示的GPS工作卫星星座，通常称为GPS作卫星。第二代卫星共研制了28颗，卫星的设计寿命为7.5年，从1989年初开始，至1994年上半年已发射完毕。第三代(BlockⅢ，Ⅲ)卫星90年代末期发射，以取代第二代卫星，改善全球定位系统。

27 初期应用--测绘 GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖
成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。

28 GPS系统的组成 Segments of GPS
空间部分(Space)：21颗工作卫星，3颗备用卫星。共多少个？ 地面支撑系统(Control)：1个主控站，3个注入站，5个监测站。共多少个？ 用户设备部分(User)：接收GPS卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。 空间部分(Space)：21颗工作卫星，3颗备用卫星。 地面支撑系统(Control)：1个主控站，3个注入站，5个监测站。共多少个？ 用户设备部分(User)：接收GPS卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。

29 G P S组成图示

30 空间部分

31 GPS卫星 圆柱形，直径约为1.5m，重约774kg(包括310kg燃料) 两块双叶太阳能板，自动对日定向，保证电力
4台高精度原子钟(2台铷钟和2台铯钟)，为定位提供高精度的时间标准 提供两个波段的无线广播信号： L1 = MHz L2 = MHz GPS卫星的主体呈圆柱形，直径约为1.5m，重约774kg(包括310kg燃料)，两侧设有两块双叶太阳能板，能自动对日定向，以保证卫星正常工作用电(见图2-6)。每颗卫星装有4台高精度原子钟(2台铷钟和2台铯钟)，这是卫星的核心设备。它将发射标准频率信号，为GPS定位提供高精度的时间标准。 L1 = MHzL2 = MHz Single frequency receivers track L1 ;Dual frequency receivers track L1 & L2 一般来说，在卫星大地测量学和大地重力学中，或者把人造地球卫星作为一个高空观 测目标，通过测定用户接收机与卫星之间的距离，或距离差来完成定位任务；或者把卫星作为一个传感器，通过观测卫星运行轨道的摄动，来研究地球重力场的影响和模型。不过，对于后一种应用，通常要求卫星轨道较低，而GPS卫星的轨道高度平均达20200km，对地球重力异常的反应灵敏度较低。所以它主要是作为具有精确位置信息的高空目标，被广泛地用于导航和测量。

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33 GPS卫星星座的构成 全球3D分布 轨道高度：20,200公里 绕地一周： 11小时58分 卫星数：21+3颗/ 6轨道 轨道傾角：55°
坐标系統：WGS 84 全球定位系统的空间卫星星座，由24颗卫星组成，其中包括3颗备用卫星。卫星分布在6个轨道面内，每个轨道面上分布有4颗卫星。卫星轨道面相对地球赤道面的倾角约为55º，各轨道平面升交点的赤经相差60º。在相邻轨道上，卫星的升交距角相差30º。轨道平均高度约为20200km，卫星运行周期为11小时58分。因此，同一观测站上，每天出现的卫星分布图形相同，只是每天提前约4分钟。每颗卫星每天约有5个小时在地平线以上，同时位于地平线以上的卫星数目，随时间和地点而异，最少为4颗，最多可达11颗。 GPS卫星在空间的上述配置，保障了在地球上任何地点、任何时刻均至少可以同时观测到4颗卫星，加之卫星信号的传播和接收不受天气的影响，因此GPS是一种全球性、全天候的连续实时定位系统。不过也应指出，GPS卫星的上述分布，在个别地区仍可能在某一短时间内(例如数分钟)，只能观测到4颗图形结构较差的卫星，因此无法达到必要的定位精度。 空间部分的3颗备用卫星，可在必要时根据指令代替发生故障的卫星，这对于保障GPS空间部分正常而高效地工作是极其重要的。 迄今，GPS卫星已设计了三代，分别为BlockI、BlockⅡ和BlockⅢ(见表2-2)。第一代(Blockl)卫星，用于全球定位系统的实验，通常称为GPS实验卫星。这一代卫星共研制和发射了1l颗，卫星的设计寿命为5年，卫星分布在两个轨道面内，轨道倾角约为63º，现已停止工作。第二代(BlockⅡ，ⅡA)卫星用于组成如图2-5所示的GPS工作卫星星座，通常称为GPS作卫星。第二代卫星共研制了28颗，卫星的设计寿命为7.5年，从1989年初开始，至1994年上半年已发射完毕。第三代(BlockⅢ，Ⅲ)卫星90年代末期发射，以取代第二代卫星，改善全球定位系统。

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35 轨道倾角

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37 前苏联GLONASS系统 Global Navigation Satellite System-GLONASS
轨道高度： 19100公里 运行周期： 11小时15分 卫星数：21+3颗/ 3轨道 轨道傾角：64.8° 坐标系統：SGS 85 GLONASS--Global Navigation Satellite System(全球导航卫星系统)的字头缩写，是前苏联从80年代初开始建设的与美国GPS系统相类似的卫星定位系统，也由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成。现在由俄罗斯空间局管理。GLONASS系统的卫星星座由24颗卫星组成（包括3颗备用卫星），均匀分布在3个近圆形的轨道平面上，每个轨道面8颗卫星，轨道高度19100公里，运行周期11小时15分，轨道倾角64.8°。卫星信号采用了两种载波，其频率分别为1.6GHz和1.2GHz。截止到1994年9月8号，该系统已有13颗卫星进入运行轨道。目前其导航精度，平面位置约为100m,速度为15cm/s，时间为1ms。 GLONASS系统采用频分多址(FDMA)方式，根据载波频率来区分不同卫星（GPS是码分多址（CDMA），根据调制码来区分卫星）。每颗GLONASS卫星发播的两种载波的频率分别为L1=1, k(MHz)和L2=1, k(MHz)，其中k=1～24为每颗卫星的频率编号。俄罗斯对GLONASS系统采用了军民合用、不加密的开放政策。 GLONASS系统的主要用途是导航定位，当然与GPS系统一样，也可以广泛应用于各种等级和种类的测量应用、GIS应用和时频应用等。 GLONASS系统从理论上有24颗卫星，但由于卫星使用寿命和资金紧张等问题，实际上目前只有8颗。

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39 地面支撑系统

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41 地面监控部分 GPS的地面监控部分，目前主要由分布在全球的5个地面站所组成，其中包括卫星监测站、主控站和信息注入站

42 监测站MONITOR STATIONS HAWAII夏威夷 KWAJALEIN卡瓦加兰 ASCENSION ISLAND阿松森群岛
DIEGO GARCIA迭戈加西亚 COLORADO SPRINGS克罗拉多 HAWAII夏威夷 KWAJALEIN卡瓦加兰 ASCENSION ISLANDa阿松森群岛 DIEGO GARCIA迭戈加西亚 COLORADO SPRINGS克罗拉多

43 监测站功能 在主控站直接控制下的数据自动采集中心。 双频GPS接收机 高精度原子钟 计算机 环境数据传感器 数据处理机 接收机 Modem
在主控站直接控制下的数据自动采集中心。站内设有双频GPS接收机、高精度原子钟、计算机各一台和若干台环境数据传感器。接收机对GPS卫星进行连续观测，以采集数据和监测卫星的工作状况。原子钟提供时间标准，而环境传感器收集有关当地的气象数据。所有观测资料由计算机进行初步处理，并存储和传送到主控站，用以确定卫星的轨道。 原子钟 气象传感器

44 主控站MASTER CONTROL STATION
位置：科罗拉多(ColoradoSprings) 协调和管理地面监控站系统 推算编制星历、卫星钟差和大气层参数修正，传输数据到注入站 提供GPS的时间基准 调整卫星轨道，启用备用卫星 设在科罗拉多(ColoradoSprings)。主控站除协调和管理地面监控系统的 工作外，其主要任务是: ●根据本站和其它监测站的所有观测资料，推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大气 层的修正参数等，并把这些数据传送到注入站。 ●提供全球定位系统的时间基准。各监测站和GPS卫星的原于钟，均应与主控站的原子钟同步，或测出其间的钟差，并把这些钟差信息编入导航电文，送到注入站。 ●调整偏离轨道的卫星，使之沿预定的轨道运行。 ●启用备用卫星以代替失效的工作卫星。

45 注入站Upload Station 位置：迭哥加西亚(Diego Garcia)、阿松森岛(Ascencion)卡瓦加兰(Kwajalein) 主要设备：二台直径为3.6m的天线、一台C波段发射机和一台计算机。 主要任务：在主控站的控制下，将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其它控制指令等，注入到相应卫星的存储系统，并监测注入信息的正确性。 注入站现有3个，分别设在印度洋的迭哥加西亚(DiegoGarcia)；南大西洋的阿松森岛(Ascencion)和南太平洋的卡瓦加兰(Kwajalein)。注入站的主要设备，包括二台直径为3.6m的天线、一台C波段发射机和一台计算机。其主要任务是在主控站的控制下，将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其它控制指令等，注入到相应卫星的存储系统，并监测注入信息的正确性。 整个GPS的地面监控部分，除主控站外均无人值守。各站间用现代化的通信网络联系起来，在原子钟和计算机的驱动和精确控制下，各项工作实现了高度的自动化和标准化。

46 用户设备User Equipment 构成：GPS接收机硬件、数据处理软件、微处理机、终端设备 GPS接收硬件：主机、天线和电源
根据GPS用户的不同要求，所需的接收设备各异。随着GPS定位技术的迅速发展和应用领域的日益扩大，许多国家都在积极研制、开发适用于不同要求的GPS接收机及相应的数据处理软件。 用户设备，主要由GPS接收机硬件和数据处理软件，以及微处理机及其终端设备组成，而GPS接收肌的硬件，一般包括主机、天线和电源。 目前，国际上适于测量工作的GPS接收机，已有众多产品问世，且产品的更新很快。在我国，许多测量单位也拥有了一些不同型号的GPS接收机。

47 地面监控系统

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49 Monitor Station Master Control Station Upload Station
Correct orbit and clock frequency upload navigation message Observe ephemeris and clock Create new navigation message Compute errors Monitor Station Master Control Station Upload Station

50 新型GPS接收机GPS/GLONASS双系统

51 GPS绝对定位原理 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。

52 卫星不间断地发送自身的星历参数(位置)和时间信息
GPS(接收机用户) 接收到这些信息后(四颗以上的卫星)可以测量每颗卫星信号到接收机的时间延迟，经过计算求出接收机的三维位置（经度、纬度、高度） ，三维方向航向以及运动速度和时间信息。 GPS 的工作概念是基于卫星的距离修正。用户通过测量到太空各可视卫星的距离来计算他们的当前位置，卫星的左右相当于精确的已知参考点。每颗 GPS 卫星时刻发布其位置和时间数据信号，用户接收机可以测量每颗卫星信号到接收机的时间延迟，根据信号传输的速度就可以计算出接收机到不同卫星的距离。同时收集到至少四颗卫星的数据时就可以解算出三维坐标、速度和时间。 　　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C/A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。 　　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。 　　 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，如用于车船等概略导航定位的精度为30一100米的伪距单点定位，或用于城市车辆导航定位的米级精度的伪距差分定位，或用于测量放样等的厘米级 的相位差分定位（RTK），实时差分定位需要数据链将 两个或多个站的观测数据实时传输到一起计算。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，在进行控制网观测时，一般均采用这种方式由几台接收机同时观测，它能最太限度地发挥GPS的定位精度，专用于这种目的的接收机被称为大地型接收机，是接收机中性能最好的一类。目前，GPS已经能够达到地壳形变观测的精度要求，IGS的常年观测台站已经能构成毫米级的全球坐标框架。

53 Global Positioning System (GPS)
24 Satellites 20,200 km Altitude 11 h 58 min Anywhere (world) Free, 24 hours Your location is: 101o ’ E 3o ’ N Source: Trimble

54 GPS的坐標框架 ZWGS84 Geocenter YWGS84 XWGS84

55 绝对定位（单点定位） s2 s3 s1 s4 R2 R3 R1 R4 x0,y0,z0 绝对定位法
绝对定位：利用GPS确定用户接收机天线在WGS84中的绝对位置，它广泛地应用于导航和大地测量中的单点定位工作。绝对定位也叫单点定位，通常是指在协议地球坐标系中，直接确定观测站相对于坐标系原点(地球质心)绝对坐标的一种定位方法。 “绝对”一词主要是为了区别下面要讲的相对定位法。绝对定位与相对定位在观测方式、数据处理、定位精度以及应用范围等方面均有原则区别。 利用GPS进行定位的基本原理，是以GPS卫星和用户接收机天线之间距离(或距离差)的观测量为基础，并根据已知的卫星瞬时坐标，来确定用户接收机天线所对应的点位，即观测站的位置。 GPS绝对定位方法的实质，即是空间距离后方交会。为此，在1个观测站上，原则上有3个独立的距离观测量便够了，这时观测站应位于以3颗卫星为球心，相应距离为半径的球与地面交线的交点。 但是，由于GPS采用了单程测距原理，同时卫星钟与用户接收机钟难以保持严格同步，所以实际观测的测站至卫星之间的距离，均含有卫星钟和接收机钟同步差的影响(故习惯上称之为伪距)。关于卫星钟差我们可以应用导航电文中所给出的有关钟差参数加以修正，而接收机的钟差一般难以预先准确的确定，所以通常均把它作为一个未知参数，与观测站的坐标在数据处理中一并求解。因此，在1个观测站上为了实时求解4个未知参数(3个点位坐标分量和1个钟差系数)，便至少需要4个同步伪距观测值。也就是说，至少必须同时观测４颗卫星。 应用GPS进行绝对定位，根据用户接收机天线所处的状态，又可分为动态绝对定位和静态绝对定位。 当用户接收设备安置在运动的载体上而处于动态的情况下，确定载体瞬时绝对位置的定位方法，称为动态绝动定位。动态绝对定位，一般只能得到没有（或很少）多余观测量的实时解。这种定位方法被广泛地应用于飞机，船舶以及陆地车辆等运动物体的导航。另外，在航空物探和卫星遥感等领域也有着广泛的应用前景。 在接收机天线处于静止状态的情况下，用以确定观测站绝对坐标的方法称为静态绝对定位。这时由于可以连续地测定卫星至观测站的伪矩，所以可获得充分的多余观测量，以便在测后通过数据处理提高定位的精度。静态绝对定位主要用于大地测量，以精确测定观测站在协议地球坐标系中的绝对坐标。 目前，无论是动态绝对定位或静态绝对定位，所依据的观测量都是所测卫星至观测站的伪距，所以，相应的定位方法通常也称为伪距法。 因为根据观测方法的不同，伪距有测码伪距和测相伪距之分。所以，绝对定位又可分为测码伪距绝对定位和测相伪距绝对定位（这里从略）。 R4 x0,y0,z0

56 z y x Ri - + = ) ( 1、空间距离后方交会 空间距离方程 2 i X0、Y0 、Z0 —— 测点点位坐标
1、空间距离后方交会 空间距离方程 z y x Ri i - + = ) ( 2 X0、Y0 、Z0 —— 测点点位坐标 Xi、Yi、Zi ——卫星星历（坐标） Ri ——观测所得伪距 C*(t0-ti)

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60 卫星发送什么信息？ 卫星信息包括三种信号分量： 采用两个频率发送的载波（运载工具）：L1=1575.42MHz,L2=1227.6MHz
测距码分为粗码C/A码（民间用户）和精码（军方用户），都采用伪随机码；数据码的内容包括遥测码、转换码和三个数据块，数据块中含标志码、卫星时钟改正系数、卫星星历以及其他卫星的概略情况等。 其基本参数是：卫星颗数为21＋3，卫星轨道面个数为6，卫星高度为20200km，轨道倾角为55度，卫星运行周期为11小时58分（恒星时12小时），载波频率为1575GHz和1227GHz。卫星通过天顶时，卫星的可见时间为5小时，在地球面表上任何地点任何时刻，在高度角15度以上，平均可同时观测到6颗卫星，最多可达9颗卫星。 图1－2是GPS工作卫星的外部形态。GPS工作卫星的在轨重量是843.68公斤，其设计寿命为七年半。当卫星入轨后，星内机件靠太阳能电池和镉镍蓄电池供电。每个卫星有一个推力系统，以便使卫星轨道保持在适当位置。GPS卫星通过12根螺旋型天线组成的阵列天线发射张角大约为30度的电磁波束，覆盖卫星的可见地面。卫星姿态调整采用三轴稳定方式，由四个斜装惯性轮和喷气控制装置构成三轴稳定系统，致使螺旋天线阵列所辐射的波速对准卫星的可见地面 卫星发送什么信息？ 　　卫星信息包括三种信号分量：载波、测距码和数据码，其中载波采用两个频率发送：fL1= MHz,fL2=1227.6MHz;测距码分为粗码C/A码和精码，分别提供给民间用户和军方用户，都采用伪随机码；数据码的内容包括遥测码、转换码和三个数据块，数据块中含标志码、卫星时钟改正系数、卫星星历以及其他卫星的概略情况等。 　　GPS最初的目的是为美国军方提供服务，但随着它的发展，人们越来越意识到GPS的作用的重大及就用领域的广阔，除军事应用外，它已被应用于航天、航空、航海、测量、勘探等诸多领域，其应用形式亦多种多样。GPS发展到今天已成为一个产业。GPS的优异性能引起各行各业的兴趣，也正如专家预言的那样，GPS将改变许多行业的经营方式，它是继计算机革命之后的又一场革命。

61 L1 1575.42 MHz L2 1227.6 MHz C/A-Code 1.023 Mcps, P-Code 10.23 Mcps
Data 50 bps L MHz

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65 GPS绝对定位的原理 i: 接收到的卫星颗数编号, i =1～4； Ri:卫星到接收点的距离； C:电波传播速度； Δt:时钟误差；
X0, Y0, Z0, Δt:未知量，分别为经度、纬度、高程和时间。 所以，接收到4颗以上卫星信号就可定位。

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67 动态绝对定位 当用户接收设备安置在运动的载体上而处于动态的情况下，确定载体瞬时绝对位置的定位方法，称为动态绝动定位。
被广泛地应用于飞机，船舶以及陆地车辆等运动物体的导航。另外，在航空物探和卫星遥感等领域也有着广泛的应用前景。 动态绝对定位的精度仅为10-30m。

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69 静态绝对定位 在接收机天线处于静止状态的情况下，用以确定观测站绝对坐标的方法称为静态绝对定位。
由于可以连续地测定卫星至观测站的伪距，所以可获得充分的多余观测量，以便在测后通过数据处理提高定位的精度。 静态绝对定位主要用于大地测量，以精确测定观测站在协议地球坐标系中的绝对坐标。 目前静态绝对定位的精度，约可达米级

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71 GPS相对定位原理 GPS相对定位原理 利用GPS进行绝对定位时，其定位精度将受到卫星轨道误差，钟同步误差及信号传播误差等诸多因素的影响，尽管其中一些系统性误差可以通过模型加以削弱，但其残差仍是不可忽略的。实践表明，目前静态绝对定位的精度，约可达米级，而动态绝对定位的精度仅为10～30m。这一精度远不能满足大地测量精密定位的要求。 GPS相对定位，是目前GPS测量中精度最高的一种定位方法，它广泛地应用于大地测量，精密工程测量和地球动力学的研究。根据用户接收机在测量过程中所处的状态不同，相对定位有静态和动态之分。

72 GPS相对定位示意图 s2 s3 s4 s1 相对定位的最基本情况是用两台接收机分别安置在基线的两端，并同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点在协议地球坐标系中的相对位置或基线向量(见图2-10)。这种方法一般可推广到多台接收机安置在若干条基线的端点，通过同步观测GPS卫星以确定多条基线向量的情况。因为在两个观测站或多个观测站同步观测相同卫星的情况下，卫星的轨道误差、卫星钟差，接收机钟差以及电离层和对流层的折射误差等对观测量的影响具有一定的相关性，所以利用这些观测量的不同组合进行相对定位，便可能有效地消除或减弱上述误差的影响，从而提高相对定位的精度。根据用户接收机在测量过程中所处的状态不同，相对定位有静态和动态之分。 （1）静态相对定位法 静态相对定位，即设置在基线端点的接收机是固定不动的，这样便可能通过连续观测，取得充分的多余观测数据，以改善定位的精度。 静态相对定位，一般均采用载波相位观测值(或测相伪距)为基本观测量。这一定位方法，是当前GPS定位中精度最高的一种方法，广泛地应用于工程测量、大地测量和地球动力学研究等项工作。实践表明，对中等长度的基线(100km～500km)，其相对定位精度可达10-6～10-7，甚至更好些。所以，在精度要求较高的测量工作中，均普遍采用这一方法。 在载波相位观测的数据处理中，为了可靠地确定载波相位的整周未知数，静态相对定 位，一般需要较长的观测时间(例如1.0～3.0小时)，因此如何缩短观测时间，以提高作业效率，便成为广大GPS用户普遍关心的问题。相对以下将介绍的快速静态相对定位法，上述定位方法，一般也称为经典静态相对定位法。 理论分析与实践经验表明，在载波相位观测中，如果整周未知数已经确定，那么相对定位的精度，将不会随观测时间的延长而明显提高。在较短的观测时间内，若忽略所测卫星分布图形变化的影响，则定位的精度，近似地与观测历元数的方根成反比(图2-11)。因此，缩短静态相对定位的观测时间，其关键在于快速而可靠地确定整周未知数。 T1 T2

73 静态相对定位 设置在基线端点的接收机是固定不动的，通过连续观测，取得充分的多余观测数据，以改善定位的精度。
当前GPS定位中精度最高的一种方法，对中等长度的基线(100km - 500km)，其相对定位精度可达 ，甚至更好。 需要较长的观测时间，例如 小时。 也称为经典静态相对定位法

74 快速相对定位法 T1 Ti 据此，1985年美国里蒙迪(Remondi，B．W．)发展了一种快速相对定位模式，其基本思想是：首先，利用起始基线向量确定初始整周未知数或称初始化之后，一台接收机在参考点(或基准站)上固定不动，并对所有可见的GPS卫星进行连续的观测，而另一台接收机在其周围的观测站流动，并在每一流动站上静止地进行观测，以确定流动站与基准站之间的相对位置。这一定位方法，在形式上与动态相对定位法相似，但是实际上其在每一流动观测站上，仍需静止地观测，只是停留的时间很短(例如数分钟)。所以，这种方法通常称之为准动态相对定位法。

75 准动态相对定位法的主要缺点 接收机在移动过程中，必须保持对观测卫星的连续跟踪 一旦发生失锁，便需重新进行上述初始化工作
为此，随后又发展了一种快速静态相对定位法。由于这一方法，可以快速地确定载波相位的整周未知数，所以当接收机在观测站之间移动时，无需保持对所测卫星的连续跟踪。其在每一流动观测站上，与基准站或固定参考点)的同步观测时间只需数分钟，定位精度与经典静态相对定位相当。由于这种方法速度快、精度高，所以受到GPS用户的广泛重视，它为GPS定位技术的应用，开辟了广阔的新领域。 大家知道，GPS相对定位，至少需要两台接收机同时工作。相对定位的结果，是基线的三维向量(坐标差)。在高精度静态相对定位中，在仅有两台接收机的情况下，一般应考虑将单独测定的基线向量联结成向量网(三角网或导线网)，以增强其几何强度，改善定位的精度。在有多台接收机的情况下(图2-13)，应采用网定位方式。由于这种方式包含有许多检核条件，网的几何强度好，可以检核和控制多种误差对观测量的影响，从而可能明显地提高定位精度。

76 动态相对定位 一台接收机安设在基准站上固定不动 另一台接收机安设在运动的载体上 两台接收机同步观测相同的卫星
动态相对定位，是用一台接收机安设在基准站上固定不动，另一台接收机安设在运动 的载体上，两台接收机同步观测相同的卫星，以确定运动点相对基准站的实时位置。动态相对定位，根据其采用的观测量不同，通常可分为以测码伪距为观测量的动态相对定位和以测相伪距为观测量的动态相对定位。 测码伪距动态相对定位法，目前进行实时定位的精度可达米级。以相对定位原理为基 础的实时差分GPS，由于可以有效地减弱卫星轨道误差、钟差、大气折射误差以及SA政策的影响，其定位精度，远较测码伪距动态绝对定位的精度为高，所以这一方法获得了迅速发展，并在运动目标的导航、监测和管理方面得到了普遍地应用。另外，在地球物理勘探、航空与海洋重力测量，以及海洋采矿等领域也有着广泛的应用。 测相伪距动态相对定位法，是以预先初始化或动态解算载波相位整周未知数为基础的一种高精度动态相对定位法。目前在较小的范围内(例如<20km)，获得了成功的应用，其定位精度可达1～2厘米。 动态相对定位中，根据数据处理的方式不同，通常可分为实时处理和测后处理。数据的实时处理，要求在观测过程中实时地获得定位的结果，无需存储观测数据。但在流动站与基准站之间，必需实时地传输观测数据或观测量的修正数据。这种处理方式，对于运动目标的导航、监测和管理具有重要意义。 数据的测后处理，要求在观测工作结束后，通过数据处理而获得定位的结果。这种处理数据的方法，可能对观测数据进行详细的分析，易于发现粗差，也不需要实时地传输数据。但需要存储观测数据。观测数据的测后处理方式，主要应用于基线较长，不需实时获得定位结果的测量工作，如航空摄影测量和地球物理勘探等。 因为建立和维持一个数据实时传输系统(主要包括无线电信号的发射与接收设备)，不仅在技术上较为复杂，花费也较大。所以，一般除非必须实时获得定位结果外，均应采用观测数据的测后处理方式。

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78 差分GPS定位原理

79 DGPS的起因 由于GPS存在100米的误差，在相当多的应用中此误差难以接受，所以人们越来越重视差分GPS的研究。
差分GPS可以消除卫星钟差、星历误差、电离层和对流层延迟误差等，特别可以消除SA引起的误差，另外可以消除部分传播误差，使得定位精度大幅提高。

80 DGPS原理 将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测。
根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去。 用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。 根据差分GPS基准站发送的信息方式，差分GPS可分为四类 ： 1、位置差分，基站覆盖范围100KM。 2、伪距差分，基站覆盖范围200KM，修正后精度可达1-5米。 3、相位平滑伪距差分，基站覆盖范围200KM。 4、相位差分，一般用于测量型GPS应用，能达到厘米级精度。 以上介绍的四种差分方法，其工作方式都是由差分基站发送改正数，用户站接收后对测量结果进行修正，以获得精确的定位结果，此种方式统称为前差分。工程应用中还有一种差分手段民后差分（逆向差分），即移动点将位置发送到基站，基站再来修正误差，得到较精确的移动点位置。两者相比较，后差分比前差分少了一套下行传输系统，但无线信道中要传输更多的信息，而不是简单的经纬度，会降低系统的容量。

81 DGPS分类 根据差分GPS基准站发送的信息方式，差分GPS可分为四类 ： 1、位置差分，基站覆盖范围100KM。
2、伪距差分，基站覆盖范围200KM，修正后精度可达1-5米。 3、相位平滑伪距差分，基站覆盖范围200KM。 4、相位差分，一般用于测量型GPS应用，能达到厘米级精度。

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83 位置差分原理 误差 :ΔX=X﹡-Xo ΔY=Y﹡-Yo ΔZ=Z﹡-Zo 式中，X﹡，Y﹡，Z﹡为GPS实测的坐标
Xo ，Yo，Zo为采用其他方法求得的基准站精确坐标。 ΔX，ΔY，ΔZ为坐标改正数。 基准站利用数据链将此改正数发送出去，由用户站接收，并且对其解算的用户站坐标进行改正： XU=X﹡+ΔX YU=YU﹡+ΔY ZU=ZU﹡+ΔZ 位置差分原理 这是一种最简单的差分方法，任何一种GPS接收机均可改装和组成这种差分系统。 安装在基准站I的GPS接收机观测4颗卫星后便可进行三维定位，解算出基准站的坐标。由于存在着轨道误差、时钟误差、SA影响、大气影响、多径效应以及其他误差，解算出坐标与基准站的已知坐标是不一样的，存在误差。即 ΔX=X﹡-Xo ΔY=Y﹡-Yo ΔZ=Z﹡-Zo 式中，X﹡，Y﹡，Z﹡为GPS实测的坐标，Xo ，Yo，Zo为采用其他方法求得的基准站精确坐标。ΔX，ΔY，ΔZ为坐标改正数。基准站利用数据链将此改正数发送出去，由用户站接收，并且对其解算的用户站坐标进行改正： XU=XU﹡+ΔX YU=YU﹡+ΔY ZU=ZU﹡+ΔZ 如考虑到用户站的位置改正值瞬间变化，则 XU=XU﹡+ΔX+ YU=YU﹡+ΔY+ ZU=ZU﹡+ΔZ+ 式中 为校正的有效时刻。 最后得到的改正的用户坐标已消去了基准站与用户站的共同误差，例如卫星轨道误差、SA影响、大气影响等，提高了定位精度，以上先决条件是基准站和用户站观测同一组星的情况下。 这种差分方式的优点是计算简单。只需要在解算的坐标中加改正数即可。能适用于一切GPS接收机，包括最简单的接收机。缺点是必须严格保持基准站与用户台观测同一组卫星。如果有8颗可观测卫星，将组成70个组合，基准站和流动台观测环境也不能保证完全相同，因此无法保证两站观测同一组卫星。

84 用户站位置改正值瞬间变化 t0为校正的有效时刻。

85 位置差分方式的优缺点 优点：计算简单 。 缺点：必须严格保持基准站与用户台观测同一组卫星。
只需要在解算的坐标中加改正数即可。能适用于一切GPS接收机，包括最简单的接收机。 缺点：必须严格保持基准站与用户台观测同一组卫星。 如果有8颗可观测卫星，将组成70个组合，基准站和流动台观测环境也不能保证完全相同，因此无法保证两站观测同一组卫星。

86 伪距差分---应用最广的一种差分 在基准站上，观测所有卫星，根据基准站已知坐标和各卫星的坐标，求出每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离。再与测得的伪距比较，得出伪距改正数，将其传输至用户接收机，提高定位精度。 这种差分能得到米级定位精度，如沿海广泛使用的“信标差分” 1． 2．载波相位差分原理 载波相位差分技术又称RTK（Real Time Kinematic）技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。即是将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。 载波相位差分可使定位精度达到厘米级。大量应用于动态需要高精度位置的领域。

87 伪距差分原理 基准站的GPS接收机测量出全部卫星的伪距口和收集全部卫星的星历文件。利用已采集的轨道根数计算出各个卫星的地心坐标[X，Y，Z]i ,同时，可采用各种方法精确求出基准站的地心坐标[X Y Z]。这样，利用每一时刻计算的卫星地心坐标和基准站的已知地心坐标反求出每一时刻到基准站的真距Ri

88 基准站的GPS接收机测量伪距包括各种误差，与真距不同。这样可以求出伪距的改正数：
同时可求出伪距改正数的变化率 ： 基准站将 和 传送给用户台，用户台测量出伪距 再加上以上的改正数，便求得经过改正的伪距：

89 利用改正后的伪距，只要观测4颗卫星就可以按下式计算用户站的坐标。

90 伪距差分的优缺点 计算的伪距改正数是直接在WGS-84坐标系上进行的，不用先变换为地坐标，因此能达到很高的精度。
这种改正数能提供伪距改正数的变化率，这使得在未得到改正数的空隙内，继续进行精密定位。 基准站能提供所有卫星的改正数，而用户可允许接收任意4颗卫星进行改正，不必担心两者完全相同。因此，用户可采用具有差分功能的简易接收机即可。 与位置差分相似，伪距差分能将两站公共误差抵消，但随着用户到基准站距离的增加又出现了系统误差，这种误差用任何差分法都是不能消除的。

91 扩展伪距差分(广域差分) 为了在一个广阔的地区内提供高精度的差分GPS服务，将一个差分基准站与一个或多个主站组网。
主差分站接收来自各监测站的差分GPS改正信号，然后将其组合，以形成在扩展区域内的有效差分GPS改正电文。通过卫星通信线路或无线电数据链把扩展GPS改正信号传送给用户。这就形成了扩展的差分GPS。它不仅加大了差分GPS的有效工作范围，而且保证了在该区域的定位精度。

92 载波相位差分原理 载波相位差分技术又称RTK（Real Time Kinematic）技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。
将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。 载波相位差分可使定位精度达到厘米级。大量应用于动态需要高精度位置的领域。

93 与伪距差分原理相同，由基准站通过数据链实时将其载波观测量及站坐标信息一同传送给用户站。
用户站接收GPS卫星的载波相位与来自基准站的载波相位，并组成相位差分观测值进行实时处理，能实时给出厘米级的定位结果。

94 实现载波相位差分GPS的方法分为两类： 修正法：与伪距差分相同，基准站将载波相位修正量发送给用户站，以改正其载波相位，然后求解坐标。----为准RTK技术 差分法：将基准站采集 的载波相位发送给用户台进行求差解算坐标。----为真正的RTK技术。

95 误差

96 GPS 测量的误差源 卫 星 钟 差——某时刻原子钟与GPS时之差 星 历 误 差——卫 星 轨 道 误 差
星 历 误 差——卫 星 轨 道 误 差 接收机钟差——某时刻石英钟与GPS时之差 操 作 误 差——对 中 、 整 平、量 天 线高 电离层、对流层延迟——群 折射路径延长 多 路 径 效 应 影 响——多 路 反 射 波

97 误差的分类 影响观测量精度的主要误差来源： 根据误差的性质分类： 与GPS卫星有关的误差 与信号传播有关的误差 与接收设备有关的误差
系统误差 偶然误差

98 系统误差 系统性的误差： 卫星的轨道误差 卫星钟差 接收机钟差 大气折射的误差

99 减弱和修正系统误差影响措施 引入相应的未知参数，在数据处理中联同其它未知参数一并解算 建立系统误差模型，对观测量加以修正
将不同观测站，对相同卫星的同步观测值求差，以减弱或消除系统误差的影响 简单地忽略某些系统误差的影响

100 偶然误差 偶然误差：主要包括信号的多路径效应引起的误差和观测误差等。

101 与卫星有关的误差 卫星钟差 尽管GPS卫星均设有高精度的原子钟，但它们与理想的GPS时之间，仍存在着难以避免的偏差或漂移。这种偏差的总量约在1ms以内，由此引起的等效距离误差约可达300km。 轨道偏差 卫星在运行中要受到多种摄动力的复杂影响，通过地面监测站，又难以充分可靠地测定这些作用力，并掌握它们的作用规律，电文中的卫星轨道信息的相应位置误差约为20m-40m 卫星的位置是时间的函数，所以GPS的观测量，均以精密测时为依据。 与卫星位置相应的时间信息，是通过卫星信号的编码信息传送给用户的。 在GPS定位中要求卫星钟与接收机钟保持严格同步，但实际上尽管GPS卫星均设有高精度的原子钟(铷钟和铯钟)，但它们与理想的GPS时之间，仍存在着难以避免的偏差或漂移。这种偏差的总量约在1ms以内，由此引起的等效距离误差，约可达300km。 1ms*300000km/s = 300km

102 卫星信号的传播误差 电离层折射的影响 GPS 卫星信号和其它电磁波信号一样，当其通过电离层时，将受到这一介质弥散特性的影响，使信号的传播路径发生变化。 解决方法： 利用双频观测/利用电离层模型加以修正 /利用同步观测值求差

103 对流层折射的影响 处理方法： 定位精度要求不高时，可以简单地忽略。 采用对流层模型加以改正。
引入描述对流层影响的附加待估参数，在数据处理中一并求解。 观测量求差。

104 多路径效应影响 通常也叫多路径误差，即接收机天线，除直接收到卫星发射的信号外，尚可能收到经天线周围地物一次或多次反射的卫星信号。两种信号叠加，将会引起测量参考点(相位中心)位置的变化，从而使观测量产生误差。而且这种误差随天线周围反射面的性质而异，难以控制。

105 减弱多路径效应影响的措施 安置接收机天线的环境，应避开较强的反射面，如水面，平坦光滑的地面和平整的建筑物表面等；
选择造型适宜且屏蔽良好的天线，例如，采用扼流圈天线等； 适当延长观测时间，削弱多路径效应的周期性影响； 改善GPS接收机的电路设计，以减弱多路径效应的影响。

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107

108 Signal Blocked Signal Blocked
Source: Trimble

109 GPS设备

110 Trimble产品 AgGPS132 AgGPS122 AgGPS Parallel Swathing Option
AgGPS Field Pack AgGPS Flightbar System

111 Trimble AgGPS 114 Submeter-accurate L-band DGPS and WAAS DGPS smart antenna 亚米级精度的L波段卫星差分和WAAS差分集成接收机 The AgGPS® 114 DGPS smart antenna combines high-performance GPS and L-band satellite differential in one package. Plus it's compatible with the Wide Area Augmentation System (WAAS) service. It's compact and light weight, making it ideal for crop scouting and data collection. Add the AgGPS 70 Remote Display & Logger (RDL), to record your vehicle path. The RDL also provides an alternative way to configure and interface the AgGPS 114 to yield monitors and variable rate controllers. For accurate field guidance without foam markers, the AgGPS 114 supports the AgGPS Parallel Swathing Option. And for variable rate control, soil sampling, field mapping, and automated record-keeping, add the AgGPS 170 Field Computer. combined GPS/DGPS and L-band satellite differential receiver and antenna in a single, rugged compact housing worldwide operation with both Omnistar and Landstar subscriptions control from either the AgGPS 70 Remote Display & Logger, AgGPS 170 Field Computer, or included Windows 95/98-based AgRemote software submeter accurate, real-time DGPS operation WAAS compatible

112 Trimble AgGPS 214 厘米级精度的双频RTK精确农业导航产品

113 Trimble AgGPS 124 集成显示器、键盘的高性能精准农业GPS接收机

114 Trimble AgGPS 132 --信标差分、卫星差分双差分通道集成GPS接收机
Trimble AgGPS 132差分GPS接收机采用了The Choice 技术。该技术将一个GPS接收机，一个信标差分接收机和一个卫星差分接收机集成在一个外壳里.这些接收机通过一根电缆共用一个组合天线。这一配置极大的提高了差分GPS改正的精度、可靠性和可用性。 GPS receiver with integrated dual-channel differential beacon receiver and satellite differential receiver The AgGPS® 132 is a high-performance GPS receiver that uses either free public or subscription-based differential correction services to calculate sub-meter positions in real-time. Farmers use the AgGPS 132 to tag soil type, insect infestation, or crop yield information with precise, sub-meter location data. Mapping this data highlights problem areas and helps farmers target their use of agricultural products—saving money and increasing productivity. The AgGPS 132 includes Trimble's The Choice™ technology that allows you to choose between satellite-based private subscription differential correction services and the government's differential correction radio-beacon network.  Wide Area Augmentation System (WAAS) corrections can also be used. integrated 12-channel receiver/dual-channel MF differential beacon receiver/satellite differential receiver built-in virtual reference station (VRS) ensures satellite differential correction uniformity easy-to-use interface to yield monitors, variable rate planters, and spray application controllers RTCM SC-104 and NMEA-0183 differential correction input integrates with the AgGPS Parallel Swathing Option, AgGPS 70 Remote Display & Logger,  and AgGPS 170 Field Computer

115 The Trimble® AgGPS® 252 receiver
The Trimble® AgGPS® 252 receiver is the next generation of innovative high performance GPS receivers The AgGPS 252 enables revolutionary GPS technology by providing the first WAAS/EGNOS, OmniSTAR VBS, OmniSTAR HP, and RTK GPS receiver in a rugged, all-in-one, smart antenna design. The result is a system that provides a true investment that will grow with any agricultural operation.The AgGPS 252 receiver is for agricultural users requiring any level of positional performance. It provides a high performance 12-channel GPS engine, with state of the art ionosphere and troposphere models that reduce positional error in any environment. The L1/L2 smart antenna design allows flexibility so you can choose any differential source without making costly hardware upgrades. Operate in Real Time Kinematic (RTK) mode and positions are computed using robust processing techniques tailored to provide highly accurate solutions. Real Time DGPS mode uses WAAS/EGNOS or an OmniSTAR VBS or HP subscription service. Utilization of sub-meter and decimeter solutions enables continued operation without a local base station providing service to a wide area without productivity loss, and improving efficiency. With multiple accuracy options available, the AgGPS 252 suits a variety of application needs—providing the ultimate autosteering system when used with the AgGPS Autopilot system. Consistency, pass after pass, eliminates the need for costly and deliberate conventional row crop preparation techniques. And use of the AgGPS 252 can help even the best operators perform critical applications such as listing, bedding, and planting throughout the day and night. The advanced low-profile design increases system robustness and security from field obstructions. Easy to install, the AgGPS 252 connects to a wide range of precision agriculture equipment, including Trimble's AgGPS Autopilot system, Trimble's lightbar guidance products, yield monitors, portable field computers, or any device that requires industry-standard NMEA 0183 or TSIP data messages. High performance GPS, WAAS/EGNOS, OmniSTAR VBS, OmniSTAR HP, and RTK receiver All-in-one low profile smart antenna design Capable of multiple accuracy levels to fit your operation's needs: sub-meter, decimeter, and centimeter level real-time positioning operation Accuracy upgrade without the need for hardware enhancement or replacement Enables repeatable year-to-year row crop operation Flexibility to utilize WAAS, EGNOS, or OmniSTAR VBS or HP solutions when out of range of an RTK base station Very portable unit–designed for easy transfer from one vehicle to another Updates via web ensure continued product enhancement

116 Trimble AgGPS 132 FlightBar
--农业航空应用选件

117 Trimble AgGPS 170 --功能强大的Trimble Ag GPS专用野外数据采集系统
Rugged field computer compatible with all Trimble AgGPS receivers, lightbar guidance systems, and AgGPS Autopilot autosteer system. The AgGPS® 170 Field Computer running AgGPS® FieldManager software is a top-of-the-line field information management solution that adds the power of record-keeping, field mapping, variable rate management, and soil sampling to Trimble AgGPS receivers and enhances the precision guidance of the AgGPS® lightbar guidance systems, and AgGPS Autopilot. Added to the AgGPS Parallel Swathing Option, the AgGPS® EZ-Guide™ system, or the AgGPS Autopilot system, the AgGPS 170 Field Computer facilitates any agricultural operation by the custom applicator, agribusiness operator, or farmer including spreading, spraying, planting and even precision cultivation and seedbed preparation. The rugged design of the AgGPS 170 Field Computer ensures reliable operation even under extreme environmental conditions. Soil sampling, variable rate application, and planting are also possible with the AgGPS 170 Field Computer. During applications and planting, farmers can easily map features such as weed spots, plant variety areas, or hazards. The system also provides sophisticated automated record keeping--- ideal to automate customer billing, communications with environmental authorities, and GIS data analysis. Combine the system with the AgGPS 214 high accuracy Real-time Kinematic (RTK) receiver to record centimeter-level elevations for field topographic mapping.   5.5 inch color display readable in direct sunlight or at night rugged design for extreme temperatures and humidity field and on-the-go point, line, and area feature mapping variable rate management and as-applied logging soil sampling application coverage logging data integrity protection: if power is lost, all data is saved by a backup battery compatible with AgGPS Autopilot add the modular AgGPS 170 Field Computer to your AgGPS EZ-Guide or Parallel Swathing Option system compatible with all of Trimble's AgGPS receivers all data stored on CompactFlash data cards in ESRI Shapefile format  software for aerial-based operations included

118 Trimble AgGPS 160 --便携式野外数据采集器

119 Trimble AgGPS 70 Remote Display & Logger
--坚固、经济的野外遥控数据采集器

120 Trimble AgGPS MultiPlane 软件
--农业GIS成图与处理软件系统

121 Trimble AgGPS TrimFlight
--精确的农业航空导航

122 Trimble AgGPS EZ-Map 数据采集软件 --专业精准农业野外数据采集软

123 Trimble AgGPS AutoPilot
--精确自动导航、自动驾驶辅助系统 Steering assistant for precise, automated tractor guidance The AgGPS® Autopilot is a steering assistant that connects to your tractor's hydraulic power steering system and automatically steers the tractor for perfectly straight rows. Simply engage the AgGPS Autopilot and oversee its operation—operators can drive straight rows all day, ensure minimum overlaps and have more time for infield applications such as listing, planting, and cultivating. Because it is completely automated, the AgGPS Autopilot can work hour after hour, with the same consistent, high accuracy performance. At the heart of the system is the AgGPS navigation controller complete with safety monitoring features. The system includes a lightbar for visual guidance, an in-cab terminal for field operation, and a choice of precise GPS receivers, offering Real-time Kinematic (RTK) or Differential GPS (DGPS) receiver to meet the needs of your budget.The AgGPS 170 Field Computer running AgGPS FieldManager software can be added to the AgGPS Autopilot RTK or DGPS Light-bar Only (LBO) systems. The AgGPS 170 Field Computer Autopilot Option is a top-of-the-line automated steering product that combines the graphical display, mapping, application coverage logging, and record keeping features of the AgGPS 170 Field Computer with the precision steering of the AgGPS Autopilot. automated steering assistant for consistently straight rows set up very straight and permanent wheel tracks for subsequent field work extend hours of operation without conventional markers reduce skill set required for critical row-crop driving reduce overlap, saving time and input costs reduce driver fatigue and driver errors, helping to complete jobs faster robust safety feature set and user friendly operation

124 AgGPS EZ-Guide --专业的农业平行收割、播种选项

125 AgGPS Parallel Swathing Option and AgGPS Parallel Swathing Option Plus
--平行收割选件

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128 Thanks!