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淺談衛(wèi)星定位系統(tǒng)在工程測量中的應用研究篇一
摘要：近年來，gps衛(wèi)星地位系統(tǒng)在許多部門得到了廣泛應用，提高了社會的生產(chǎn)效率和服務效率。其在消防工作中的應用也大大提高了消防工作效率，保證了人民生命財產(chǎn)和經(jīng)濟發(fā)展的安全性。
關鍵詞：gps衛(wèi)星定位系統(tǒng)，消防，監(jiān)控，指揮，定位
gps衛(wèi)星定位系統(tǒng)原本是美國軍方研制開發(fā)的一種空間衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，隨著技術的發(fā)展和普及，逐漸推廣到民用領域，極大地推動了國民經(jīng)濟領域眾多部門的技術發(fā)展和服務水平。作為先進的服務技術，gps衛(wèi)星定位系統(tǒng)也逐漸在消防工作中得到了廣泛的應用和發(fā)展，并在很大程度上為消防工作的開展提供了便利。
一、gps衛(wèi)星定位系統(tǒng)概述
gps衛(wèi)星定位系統(tǒng)是由空間部分、地面部分和用戶裝置三個主要部分組成，由現(xiàn)代高新技術支持的中距離圓型軌道衛(wèi)星導航系統(tǒng)。它由美國國防部研制和維護，近年來服務范圍由原來的軍方擴展至國民經(jīng)濟的多個領域，包括科研、測繪、通信、交通運輸?shù)?，甚至還走進人們的日常生活。其中的空間部分包括24顆gps衛(wèi)星，地面部分主要包括主控站、數(shù)據(jù)注入站和監(jiān)測站，用戶裝置主要指用戶端的接收機。作為現(xiàn)代的應用型高新技術，gps衛(wèi)星定位系統(tǒng)具有許多優(yōu)點，可以不受天氣干擾提供24小時無間斷的服務；全球的覆蓋率廣，已達到98%以上；功能多，使用范圍廣，涉及到軍事、經(jīng)濟、生活等多個領域并仍在不斷的擴展；方便快捷，能迅速實現(xiàn)通信和數(shù)據(jù)的傳輸；智能化水平高，應用難度小，對用戶的應用技術要求不高；精確度高，自克林頓政府取消對民用訊號的干擾后，精確度可以到達十米左右。
二、gps系統(tǒng)在消防工作中的應用分析
gps衛(wèi)星定位系統(tǒng)在消防工作中的應用，可以提高消防工作的監(jiān)控、數(shù)據(jù)錄入以及實時調動指揮，為消防部門對消防設施的及時監(jiān)控檢查，有效預防和處理消防事故，提高消防工作的效率，為建設科學合理的消防指揮系統(tǒng)提供了技術支持，同時還為消防工作的全面展開提供了便利條件。gps衛(wèi)星定位系統(tǒng)在消防系統(tǒng)中具有指揮功能、報警功能、信息采集傳輸功能以及車輛管理功能，具體來說其應用主要包括在指揮系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及車輛定位管理系統(tǒng)中的應用。
1、gps指揮系統(tǒng)
通過gps指揮系統(tǒng)，接警中心可以迅速定位準確的報警地點，并自動設計好消防預案、最佳的出警路線，同時提供實時的警力資料，還可以針對監(jiān)控系統(tǒng)查詢事發(fā)地點的消防設施等基本信息。gps系統(tǒng)還可以快速實現(xiàn)事故現(xiàn)場、指揮中心以及出警單位之間的信息溝通，指揮中心下達命令后，可以在消防車出救途中告知指揮員火災現(xiàn)場的基本情況，便于指揮員在到達現(xiàn)場后迅速開始撲救工作。同時還可以根據(jù)現(xiàn)場消防人員反饋的情況在指揮中心進行全面分析，從而制定有效的消防應對方案。gps衛(wèi)星定位指揮系統(tǒng)的投入使用，必將大大提升消防指揮調度的能力，提高消防工作的效率，減少火災中造成的生命財產(chǎn)和經(jīng)濟損失。
2、監(jiān)控系統(tǒng)
監(jiān)控中心通過無線傳輸技術和通信技術將從gps終端機獲取的數(shù)據(jù)信息收集整理儲存管理，掌握消防工作全面的基本情況。其中信息主要包括消防設備栓、以及當?shù)氐乃礌顩r和周邊環(huán)境情況。通過對這些信息的收集管理，建立起信息數(shù)據(jù)庫，為消防工作的全面展開提供依據(jù)。同時還會對消防車的實時狀態(tài)進行追蹤監(jiān)控，并反饋給監(jiān)控中心的信息顯示系統(tǒng)，通過電子地圖直觀顯示。通過監(jiān)控系統(tǒng)，消防工作可以及時全面的收集有用信息，建立全起面的信息管理系統(tǒng)和大規(guī)模的數(shù)據(jù)庫，從而為消防指揮提供必要的信息，以便在綜合分析的基礎上制定科學合理的消防工作方案。
3、車輛定位管理系統(tǒng)
消防車作為消防工作展開的主要載體，在消防工作中占有無可替代的地位，因此車輛定位管理系統(tǒng)是gps衛(wèi)星定位系統(tǒng)在消防工作應用中十分重要的部分。首先，該系統(tǒng)可以準確確定火災位置，并根據(jù)地圖判斷是否按照指揮中心指示的路線行進，對車輛展開靜態(tài)或者動態(tài)的定位，確保消防車盡快達到火災現(xiàn)場開展施救。其次，系統(tǒng)還能提供直接的相關信息，如車輛基本信息，聯(lián)系方式以及監(jiān)控中心熱線等，同時還會對車載設備狀態(tài)進行自動檢查，并及時匯報，在緊急情況上還能發(fā)出警告。第三，系統(tǒng)通過與指揮中心的聯(lián)系和數(shù)據(jù)庫的協(xié)調，可以獲取有關資料，并通過電子地圖綜合直觀掌握現(xiàn)場情況，以便指揮員作出準確的判斷，制定出合理的工作方案。同時還可以通過車載通訊設備將現(xiàn)場的信息迅速反饋給指揮中心，當車輛遇到緊急情況時還可以向指揮中心報警。信息的及時傳輸可以將相關的信息數(shù)據(jù)留存管理，為現(xiàn)場及以后的消防工作做好信息準備。
綜上所述，gps衛(wèi)星定位系統(tǒng)通過指揮系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及車輛定位管理系統(tǒng)提供及時、準確、客觀的信息，迅速的反映決策，讓工作人員作出準確全面的判斷，開展有效的預防和撲救工作，其應用大大提高了消防工作的效率。因此，在已經(jīng)取得的應用成績基礎上，應該更進一步推動gps衛(wèi)星定位系統(tǒng)在消防工作中的應用普及，讓消防部門更好地為我國經(jīng)濟的發(fā)展和人民生命財產(chǎn)的安全保駕護航。
參考文獻：
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淺談衛(wèi)星定位系統(tǒng)在工程測量中的應用研究篇二
衛(wèi)星多普勒定位系統(tǒng)
姓
名：張 永 奇 學
號：0826010 指導教師：劉 萬 林
副教授
目錄
第一章 緒論........................................................1 第二章 衛(wèi)星多普勒定位系統(tǒng)..........................................3
2.1 發(fā)展簡史..........................................................................................................3
2.2 空間部分..........................................................................................................4 2.3 地面跟蹤網(wǎng)......................................................................................................6 2.4 用戶接收設備..................................................................................................7 第三章 衛(wèi)星多普勒測量原理.........................................10
3.1 多普勒效應....................................................................................................10 3.2 多普勒積分法................................................................................................11 3.3衛(wèi)星多普勒定位原理.....................................................................................11 3.4 衛(wèi)星多普勒導航計算模型............................................................................12 3.5 衛(wèi)星多普勒定位方法....................................................................................12 3.6 衛(wèi)星多普勒網(wǎng)的建立....................................................................................12 第四章 衛(wèi)星多普勒定位的數(shù)據(jù)采集與處理.............................14
4.1 衛(wèi)星的基本信息............................................................................................14 4.2導航衛(wèi)星預報.................................................................................................15 4.3 衛(wèi)星多普勒數(shù)據(jù)的預處理............................................................................15 第五章 衛(wèi)星多普勒觀測的誤差分析...................................17
5.1 概述................................................................................................................17 5.2 軌道誤差........................................................................................................18 5.3 折射誤差........................................................................................................20 5.4.接收誤差.........................................................................................................21 第六章 衛(wèi)星多普勒定位的應用.......................................22 第七章 衛(wèi)星多普勒定位技術的進一步發(fā)展.............................23 參考文獻..........................................................2
5衛(wèi)星多普勒定位系統(tǒng)
第一章 緒論
衛(wèi)星多普勒定位技術是現(xiàn)代大地測量采用得較為廣泛較有成效的新技術之一。近幾年來，在我國的生產(chǎn)、科研和教育部門，均引用了此項新技術，且有更為普及的趨勢。
自從1958年人造地球衛(wèi)星(以下簡稱衛(wèi)星)發(fā)射成功以后，經(jīng)典大地測量學與天文學、地球物理學相互滲透，產(chǎn)生了大地測量學的新分支—衛(wèi)星大地測量。自六十年代以來，衛(wèi)星大地測量獲得了突飛猛進的發(fā)展，并在空間技術和地球科學方面發(fā)揮著日益重要的作用。衛(wèi)星大地測量的實質，就是利用人造衛(wèi)星的觀測資料來實現(xiàn)大地測量的目的。因此，衛(wèi)星大地測量的任務可概括為如下幾點：
1.精確測定地球的大小和形狀、地球外部引力場、地極運動、大陸板塊間的相對位移和研究大地水準面的形狀。這不僅是大地測量學的主要任務，而且對其它科學技術也有重要意義；
2.精確測定地面點相對于地球質心的坐標(地心坐標)。這樣，就能夠把世界上不同地區(qū)的地面大地網(wǎng)精確地聯(lián)系起來，建立統(tǒng)—的世界大地測量坐標系，為研究地心坐標系運動提供可靠資料；
3.加強國家天文大地網(wǎng)，并提高其精度?，F(xiàn)有的大地測量成果具有幾何和物理的兩重性，即平面位置是在某個參考橢球面上，用幾何方法(三角或導線測量)推算測定，而高程則由某地的平均海水面，用物理方法(水準測量)傳遞測定。利用衛(wèi)星大地測量的方法可以對大面積的天文大地網(wǎng)進行加強或控制，以及不斷提高其精度；
4.困難地區(qū)布設測圖拉制。根據(jù)目前美國海軍導航衛(wèi)星系統(tǒng)所達到的精度，很多國家已直接用衛(wèi)星多普定位法，在困難地區(qū)布測控制網(wǎng)。它可以提高工作效率，避免外業(yè)造標工作，降低作業(yè)成本；
5.海島聯(lián)測，包括海上定位等。衛(wèi)星大地測量可以對遠離大陸的島嶼，以及沿海的石油鉆臺進行大地聯(lián)測。這不但速度快，精度好，而且是常規(guī)大地測量無法進行聯(lián)測的唯一有效手段。
除此，衛(wèi)星大地測量，特別是衛(wèi)星多普勒測量在海上導航、石油助探、監(jiān)測冰川運動、地殼運功和軍事等方面有著廣泛的應用。
衛(wèi)星大地測量，就其觀測手段通?？煞譃楣鈱W攝影法、激光測距法相無線電技術法三種。光學攝影法，包括目視光學觀測，電影經(jīng)緯儀觀測。目視光學觀測能很快地獲得衛(wèi)星的近似位置，所以在人造地球衛(wèi)星觀測的最初階段使用得較廣泛。由于觀測精度較低(方向精度為5“～20”記時精度為0.01“)，所以被后來發(fā)展的光學電影法所替代。這種攝影法，是以恒星天空為背景，用大口徑光學望遠鏡對恒星進行攝影。通過底片上恒星與衛(wèi)星軌跡的量測，可以確定衛(wèi)星在空間相對于恒星的位置。第二章 衛(wèi)星多普勒定位系統(tǒng)
衛(wèi)星多普勒大地測量主要是利用美國海軍研制的導航衛(wèi)星系統(tǒng)。該系統(tǒng)最初稱為子午衛(wèi)星,以后改用海軍導航衛(wèi)星系統(tǒng)，最后又稱為導航衛(wèi)星(navsat)。
2.1 發(fā)展簡史
美國為了對裝有北極星導彈的潛艇的慣性導航系統(tǒng)進行有效的檢核，由美國海軍武器實驗室(nwl)(現(xiàn)改名為海面武器實驗寶nswl)，委托美國霍布金斯大學的應用物理實驗室(jhu-apl)研制衛(wèi)星導航系統(tǒng)。apl于1958年12月開始研制，1964年投入軍用，除為北極星潛艇導航外，還為其它軍艦和海洋考察船導航之用。1967年7月經(jīng)美國政府批準解密，可供商用。因此，開始用于各種遠洋船舶導航及海上定位。1964年以后，也開始研究利用該系統(tǒng)來解決大地測量的任務，隨著該系統(tǒng)的精度不斷提高，越來越廣泛地用來解決大地測量和地球動力學方面的一系列問題。由于該系統(tǒng)具有全天候、全自動、全球覆蓋和具有較高精度等特點，因而在世界上獲得日益廣泛的應用。
導航衛(wèi)星系統(tǒng)的設計思想，最初是由霍布金斯大學應用物理實驗室的幾名研究人員提出來的。在使用無線電跟蹤蘇聯(lián)第一顆人造地球衛(wèi)星時，維芬巴赫(george c．weiffe-nbach)和吉爾(william )發(fā)現(xiàn)可以利用多普勒頻移來測定衛(wèi)星的軌道。不久，當時任應用物理實驗室研究中心主席麥克盧爾(frank t．mccmlure)提出，利用預測的軌道使用多普勒測量的方法來測定地面接收站位置的設想。經(jīng)過一系列的論證和技術準備以后，在以下四個方面正式開展了研制工作：
(1)研制transit衛(wèi)星系列；
(2)建立地面跟蹤網(wǎng)，以提供預測的軌道參數(shù)；(3)研制地面接收設備；
(4)開展衛(wèi)星軌道理論，地球引力場和地球形狀的研究。
建立導航衛(wèi)星系統(tǒng)以后，根據(jù)美國本土四個跟蹤站36小時的觀測數(shù)據(jù)，再外推16小時的衛(wèi)星軌道參數(shù)。由注入站將此預測的衛(wèi)星軌道參數(shù)定期注入衛(wèi)星，衛(wèi)星將此軌道參數(shù)，經(jīng)相位調制后播發(fā)出去，通常稱它為廣播星歷。此外，還有分布在全球各地約19個觀測臺站組成的全球子午衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)(tranet)。這些臺站大多為各國的天文臺或衛(wèi)星觀站。按全球跟蹤網(wǎng)的觀測資抖，匯總并計算子午衛(wèi)星的精密星歷。起初由應用物理實驗室計算并提供，目前由美國國防部測圖局地形測量中心(dmatc)計算和提供。通常只計算二顆子午衛(wèi)星的精密星歷。該精密星歷只提供與美國政府有協(xié)議的天文臺、衛(wèi)星觀測站和有關單位。
為了提高廣播星歷的精度，導航衛(wèi)星系統(tǒng)于1974年1月顧及了極移改正，即歸算到cio平極。還于1975年12月起作了一些重大改進，首先將原來的地球引力場模型afl4.5改為wgs-72系統(tǒng)。然后在全球衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)共同平差基礎上，對美國本土四個跟蹤站的地心坐標進行了改進，以使它們與全球衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)有更好的內部符合。除此．還采用了一個改進的光壓模型，改善了日—月效應攝動的計算，以及消除了計算進動(章動)中出現(xiàn)的微小攝動。這一切都使子午衛(wèi)星軌道的外推誤差減小了，從而提高了廣播星歷的精度。
導航衛(wèi)星系統(tǒng)由美國海軍宇航組負責，共總部設在加利福尼亞州的穆古角。美國海軍天文臺參加時間校核。導航衛(wèi)星系統(tǒng)由空間部分-衛(wèi)星，地面跟蹤網(wǎng)和用戶接收設備組成。
2.2 空間部分
第一顆子午衛(wèi)星”transit-ia”于1959年9月17日，用雷神—艾布爾火箭發(fā)射，因為火箭的第三級未點燃，故未能進入軌道。雖然如此，它卻初步地解決了子午衛(wèi)星本身的一系列問題，為整個子午衛(wèi)星系統(tǒng)的研制成功奠定了基礎。第二顆子午衛(wèi)星”transit-1b”于1960年4月13日發(fā)射成功。整個衛(wèi)星呈圓球形，天線在每個半球表面呈螺旋狀，太陽能電池安置在圓球的中央，呈一環(huán)帶。為減少衛(wèi)星與運載火箭脫離后仍存在的高速旋轉，有一個附加重量的鋼索，在為星入軌后，將自動向外拋去。它象一條旋轉的臂，使慣性矩增加，以減少旋轉速度。衛(wèi)星穩(wěn)定后，它就隨其重量拋出。衛(wèi)星的姿態(tài)仍采用磁力控制，使衛(wèi)星與地磁場的方向一致。
transit-2a和transit-3a分別于1960年6月22日和11月30日發(fā)射。后者由于火箭故障未能進入預定軌道。
transit-3b于1961年2月21日發(fā)射。由于火箭故障形成扁率很大的橢圓軌道。衛(wèi)星經(jīng)過近地點時，受到大氣阻力造成的軌道遞降，于幾星期后燒毀。但卻第一次成功地進行了衛(wèi)星注入和存貯系統(tǒng)的試驗。
transit-4a于1961年6月29日發(fā)射成功。
transit-4b子1961年11月25日與另一顆特雷克衛(wèi)星同時發(fā)射。特雷克衛(wèi)星是用于試驗重力定向的，其目的是使以后的子午衛(wèi)星的天線指向地心。這次試驗雖不完全成功，但證實了采用重力定向的可能性和現(xiàn)實性。這種定向方法成功地為現(xiàn)在的子午衛(wèi)星所采用。
子午衛(wèi)星的試驗階段至此基本結束。第—顆實用子午衛(wèi)星于1963年12月發(fā)射成功，并開始為北極星潛艇和其它潛艇導航。它是一個約30cm *46cm的六面體，并具有四個太剛能電池的網(wǎng)狀翼，重量約50.4kg.在衛(wèi)星進入軌道后，四個翼自動展開，翼上嵌裝著太陽能電池，以保證電源的供應。
第一批實用衛(wèi)星壽命較短，大約一年后就不能工作。主要原因是太陽能電池的熱量循環(huán)導致電路連接部分的破裂。這個問題解決后，衛(wèi)星的使用壽命使大大提高了。所有的試驗衛(wèi)星和第一批實用衛(wèi)星均由apl研制。它于1967年4月至9月發(fā)射了三顆子午衛(wèi)星，一直運行到現(xiàn)在。這種衛(wèi)星稱為oscar衛(wèi)星。以后的子午衛(wèi)星由美國無線電公司(bca)制造，于1968年后又發(fā)射了三顆，目前還有十三顆oscar衛(wèi)星存放在bca的倉庫里，留作備用。另有九個偵察兵火箭備用。
子午衛(wèi)星由火箭送入軌道后，仍在高速旋轉，此時四翼自動展開，使衛(wèi)星旋轉速度大幅度地減弱。然后利用四翼上的地磁阻尼棒來消除平衡過程中產(chǎn)生的擺動。約一天內可使衛(wèi)星消除旋轉，穩(wěn)定下來。最后，一根長30m的重力穩(wěn)定桿伸了出來，桿端有一個1.3kg重荷，使衛(wèi)星天線的端面在重力作用下平穩(wěn)地對著地心。重力梯度穩(wěn)定桿有點象鐘擺，當它的縱軸一旦偏離鉛垂線，衛(wèi)星就慢慢地來回擺動，而不是立即停下來。此時還要靠翼上的磁阻尼棒來吸收擺動的能量，使振幅逐漸降到10?以內。
衛(wèi)星內有一套復雜的電子系統(tǒng)。它包括：一套接收裝置，一個5mhz高穩(wěn)定度的振蕩器，兩個1.5w發(fā)射機一個相應調制的編碼裝置，—套含有35k的磁芯存貯系統(tǒng)，—個定向天線以及控制線路等。除存貯系統(tǒng)外，約行6200個電子元件，共46000個焊點。
衛(wèi)星振蕩器的頻率為5mhz，經(jīng)過倍頻、分頻后，通過定向天線，同時連續(xù)播發(fā)400 mhz和150mhz兩種穩(wěn)定的相干頻率。衛(wèi)星的接收裝置用來接收地面注入站發(fā)來的時間和軌道參數(shù)以及指令并將這些數(shù)據(jù)存入存貯器。根據(jù)預定的程序和指令，通過相位調制編碼裝置，調制在載波上播發(fā)出去。
在衛(wèi)星通過期間，頻率穩(wěn)定度為10-11。衛(wèi)星振蕩器經(jīng)分頻后，控制存貯照相調相編碼器，使衛(wèi)星軌道參數(shù)編碼后，按世界時(utc)偶分數(shù)調相到載波上發(fā)射出去。所以播發(fā)的信號不僅提供了穩(wěn)定的載波頻率和衛(wèi)星軌道參數(shù)，也提供了定時信號。衛(wèi)星的接收機從地面注入站周期性地獲得修正過的衛(wèi)星軌道參數(shù)和時間改正數(shù)，此改正數(shù)也存在存貯器中，并且每隔9.6?s進行一次調整。
一直到1977年有六顆子午衛(wèi)星在軌道上運行。其中30180號衛(wèi)星由于穩(wěn)定桿斷裂，定向不正確，1978年就停止了使用。1977年12月22日發(fā)射了一顆新型的子午衛(wèi)星，編號為30110，它在試驗階段被稱為了tips衛(wèi)星，現(xiàn)在稱為noya衛(wèi)星。nova衛(wèi)星發(fā)射的信號與oscar衛(wèi)星完全一樣但是接收到的信號電平要增加3-4db，并且在兩個頻道上天線將都是左手極化的。除此，noia衛(wèi)星還有一些重要的改進，主要是帶有干擾補償系統(tǒng)(discos)，用于消除大氣阻尼的影響；還有時間(頻率)控制的改進，以及星載可編程序計算機等。
nova衛(wèi)星除用于導航定位目的外，尚有其他軍事用途。目前準備生產(chǎn)三顆，全部將為五顆。據(jù)1979年1月第二次國際衛(wèi)星多普勒大地測量討論會上霍斯金斯代表美國海軍戰(zhàn)略系統(tǒng)設計局(sspo)報告稱，美國海軍將于1990年前維持四顆衛(wèi)星的導航系統(tǒng)，即包含兩顆oscar衛(wèi)星和兩顆nova衛(wèi)星，直到有新的導航衛(wèi)星系統(tǒng)替代為止。
由于衛(wèi)星軌道在空中的進動，使得每顆衛(wèi)星的軌道平面在赤經(jīng)方向上的分布出現(xiàn)了不均勻的現(xiàn)象。它使得相鄰兩顆衛(wèi)星通過某地的時間間隔很不均勻，有時可長達3-5h，有時則出現(xiàn)先后或同時有兩顆衛(wèi)星通過的現(xiàn)象。應該指出，子午衛(wèi)星系統(tǒng)作為導航系統(tǒng)的最主要缺點就是它的不連續(xù)性。
2.3 地面跟蹤網(wǎng)
為了維持子午衛(wèi)星的正常工作，海軍宇航組負責組織實施地面跟蹤網(wǎng)，它包括四個跟蹤站，一個控制與計算中心，以及兩個注入站。美國海軍天文臺只參加對時間進行校正工作。四個跟蹤站：位于加利福尼亞州的穆古角，緬因州的普羅斯佩克特港，明尼蘇達州的羅斯芒和夏威夷群島的哈西瓦。它們對每顆子午衛(wèi)星的兩個頻道信號進行跟蹤和多普勒測量，并將觀測的多普勒數(shù)據(jù)傳輸給計算中心?？刂婆c計算中心位于加利福尼亞州的跟蹤站一起。它將四個跟蹤站傳輸來的觀測數(shù)據(jù)，首先按衛(wèi)星分別匯集成組，然后近行軌道認算。根據(jù)36h內對衛(wèi)星的觀測資料，考慮到地球引力場的不規(guī)則、大氣阻尼、太陽輻射和日月引力等各種攝動因素，計算出每顆衛(wèi)星的精確軌道。然后用外推法計算未來16h的衛(wèi)星平均軌道，以及每兩分鐘或四分鐘對平均軌道的改正量。最后將外推的軌道參數(shù)傳輸給位于加利福尼亞州穆古角的注入站或位于明尼蘇達州的羅斯芒特的注入站。它們的作用是接收和整理由計算中心傳遞來的數(shù)據(jù)信息。并且將整理好的衛(wèi)星電文數(shù)據(jù)，用快速數(shù)傳的方法向衛(wèi)星注入。注入后要進行檢核，發(fā)現(xiàn)錯誤，立即進行重新注入，直到正確為止。約每12h對每顆衛(wèi)星進行一次注入。注入時把衛(wèi)星上原來存貯的數(shù)據(jù)沖掉，代之以新的軌道數(shù)據(jù)。
美國海軍天文臺負責提供標準的出界時(utc)，并對衛(wèi)星時標進行?；?，校準的誤差不大于50?s。
四個地面跟蹤站，二個注入站，一個計算中心以及海軍天文臺都由海軍宇航組通過控制中心進行協(xié)調和指揮。
除了上述的地面跟蹤網(wǎng)外，利用全球分布的天文臺或衛(wèi)星站，根據(jù)政府間的協(xié)作，參加子午衛(wèi)星的跟蹤。這樣就構成了15-20個臺站的全球子午衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)，稱為tranet。將該網(wǎng)中各臺站的觀測數(shù)據(jù)都匯集起來，對子午衛(wèi)星進行精確定軌。并且只對一或二顆衛(wèi)星編制了精密星歷表，事后提供給協(xié)作單位和有關部門進行精確定位計算之用。精密星歷提起初由海軍武器實驗室計算并提供。目前出美國國防部測圖局地形測量中心進行計算，并提供使用。
2.4 用戶接收設備
用戶接收設備是用來跟蹤，接收子午衛(wèi)星信息，并將觀測數(shù)據(jù)記錄在穿孔紙帶或盒式磁帶上。按用途接收機設備可分為導航型和大地型兩大類。他們的主要區(qū)別是，導航型要求定位精度較低，但必須對每次衛(wèi)星通過進行實時的計算，以及連接其他導航設備進行航位推算。而大地型則要求定位精度盡可能高，又要便于野外攜帶，并且要求觀測數(shù)據(jù)記錄完整，便于事后采用各種平差方法進行處理等。
(1)導航型接收設備
通?？煞譃閱晤l和雙頻兩種。美國美樂華公司與1968年生產(chǎn)第一臺單頻接收設備mx-702ca,它包括天線(含前置放大器)，接收機，計算機和打印設備。隨著電子技術的不斷飛發(fā)展，以后配用微處理機。與1975年生產(chǎn)了第一臺配有微處理機的mx-902b,于1976年生產(chǎn)了mx-1102，這類接收機的特點是，采用了微處理機技術，使接收機計算機和顯示器做出一個整體。加拿大馬可尼(cmc)公司生產(chǎn)的單頻接收設備cma-750.它包括天線(含前置放大器)，接收機，小型計算機，顯示器和打印機。法國電氣設備與信號設備公司(csee)和電信有限公司(sat)生產(chǎn)的單頻接收機為sylosat-c型。它包括天線，前置放大器，接收的電子裝置和顯示器傳輸裝置，日本太陽交易株式會社生產(chǎn)的單頻接收機為fsn-11a型。日本無線電有限公司生產(chǎn)的單頻接收機為jle-3100型。
雙頻導航接收機設備與單頻導航型的區(qū)別在于接收衛(wèi)星兩個頻道的信號，可進行電離層折射改正，以提高導航定位的精度。除軍用外，雙頻導航接收機多用于遠洋商輪，海洋考察船，沿海石油勘探等。
(2)大地型接收設備
大地型接收設備皆為雙頻接收機。第一代大地型接收機是美國mx公司于1965年為軍用而生產(chǎn)的，型號為an/prr,又稱大地接收機。mx公司于1975年生產(chǎn)了第二代大地接收機，型號是mx-702a-3d,又稱geo-ⅱ.這類接收機主要分為野外部分和內業(yè)處理部分。野外部分包括接收機，天線和紙帶穿孔機。內業(yè)計算部分包括hp-2100小型計算機，電傳打印機，以及光電輸入機。隨著微處理機技術的飛速發(fā)展，1976年后出現(xiàn)了第三代大地型接收機。其中有mx公司生產(chǎn)的mx-1502大地接收機。美國jmr公司和英國decca公司生產(chǎn)的jmr-1和jmr-1mp大地型接收機。還有加拿大馬可尼公司最近研制的cma-751大地型接收機。第三代大地型接收機采用微處理機技術，不但使重量減輕，自動化程度也有提高，而且還可以進行實時的二維和三維定位計算。他們的實時定位精度相當與第二代大地型接收機的內業(yè)處理精度。為了進行精確的定位計算，第三代大地型接收機還可以配備專用的計算中心，進行事后處理。通常在這種專用的計算中心上，配有單點定位程序和多點聯(lián)測定位程序，他們可以提高定位的相對精度。用戶接收設備的定位精度，不但取決于接收設備的精確度，還取決于衛(wèi)星定軌精度和處理方法。第三章 衛(wèi)星多普勒測量原理
3.1 多普勒效應
1842年，奧地利物理學家約翰克里斯琴·多普勒(1803-1853)通過實驗找出，火車經(jīng)過時，其汽笛聲調發(fā)生變化的原因，實驗是用一個運動的鈴作為聲源，用一個固定的音叉作為參考頻率來比較接收的聲頻。如果鈴的頻率為fs，聲音傳播速度為c，而且在實驗區(qū)域內聲音是沿直線傳瓶則鈴的固定額串可用速度c和波長?s表示，即
fs?c?s
(3.1)
當鈴靜止不動時，則在任何方向都可測定其頻率fs。但是當鈴以速度vs運動時，則聲音傳播速度就會發(fā)生較大變化，在鈴的運動方向上為c?vs而在相反方向上為c?vs，只有在垂直于速度vs的方向上，才是原來的速度c。如果速度vs的?方向與鈴至觀測站p的方向間夾角為p，則聲音傳播速度的一般表達式為：cp?c?vscos?p
(3.2)由于鈴相對于固定觀測站p的運動，引起了鈴聲傳播速度的變化，因而在測站p測定鈴的頻率也有所改變，有上式可得在測站p測定鈴聲的頻率f為f?cp?c?vscos?p?s?svscos?p?c?s?vscos?p?s?fs??f
(3.3)?f?式中?s?fscvscos?p
(3.4)信號源運動引起的相對于信號頻率fs的頻移稱為多普勒頻移，也成為多普勒效應。(3.3)和(3.4)式是頻率與速度的關系式。如果我們要利用多普勒效應進行跟蹤，就必須求得vs，而vs的求的是以已知的?f,?p，?s為前提的，由此可知，多普勒測量基本也就是速度測量。
在多普勒的實驗之后，還發(fā)現(xiàn)多普勒效應在無線電波和光波等連續(xù)輻射波的傳播中同樣存在著。當衛(wèi)星上用固定頻率fs發(fā)射連續(xù)的無線電波，因為衛(wèi)星作繞地運動，它和地面接收站間有一個相對速度，所以地面站接收到的衛(wèi)星信號，就有頻率的變化，即變化的接收頻率f。這種頻率變化的現(xiàn)象，就稱為多普勒效應。
3.2 多普勒積分法
為了精確地測量多普勒頻率?f通常在地面接收機內增加一個固定的頻率，即本振fk。將接收到的頻率與本振比較，即混頻，得出差拍頻率，最后用積分的方法導出多普勒頻率或者直接進行定位計算。
衛(wèi)星沿其運行軌道，在相等時間段內的位置。衛(wèi)星在這些時刻ti，即在位置si時播發(fā)的信號，地面測站
m則要在ti??ti時才能收到。由衛(wèi)星信號的傳播延遲可知，在相鄰兩時刻衛(wèi)星信號之間，地面接收站累計下本振和接收機頻率間差頻的差拍周期數(shù)ni,它通常稱為多普勒計數(shù)。衛(wèi)星觀測量是多普勒計數(shù)n，常數(shù)量是波長?k和積分間隔?,未知數(shù)是頻偏fks和距離差si?1?si，而距離差又是測站坐標和衛(wèi)星坐標的函數(shù)。由于要求的未知數(shù)不同，采用的時標和測量多普勒計數(shù)的方法不同，估算的誤差模型不同，以及數(shù)據(jù)處理方法的不同，就構成了各種不同的定位方法。所以接收機實測到得多普勒計數(shù)，必須先進行電離層折射改正和對流層折射改正。
3.3衛(wèi)星多普勒定位原理
多普勒積分法給出了地面點到衛(wèi)星兩個位置的距離差，也就是說當衛(wèi)星位置為已知時，地面點就位于以兩個衛(wèi)星位置為焦點的一個旋轉曲面上，該雙曲面與地球面相交得出一個曲線h12.如果在衛(wèi)星位置之間再進行多普勒積分測量，就可以得出第二個距離差公式，以及相應的曲線h23，此時，地面點m應位于h12,h23兩個相交點中的一個交點上。如此再有第三條曲線h34就可以確定地面點m位置。由此可見，多普勒定位的方法，就是一系列雙曲面的定位方法。他們的交點就是相應于時間t1,t2,??的衛(wèi)星位置s1,s2,??。觀測量就是多普勒計數(shù)或其相應的衛(wèi)地距離差。
3.4 衛(wèi)星多普勒導航計算模型
衛(wèi)星多普勒定位計算的模型很多。但是二維定位計算模型是個基本的模型。所以這里首先敘述導航定位的計算模型。它的特點是：
(1)定位精度較低，計算模型較簡單，收斂性較好；
(2)進行二維定位，即解算的未知量為三個；天線(船位)的緯度、經(jīng)度和頻偏；
(3)天線(船位)是運動的。
3.5 衛(wèi)星多普勒定位方法
衛(wèi)星多普勒定體有三種方法：(1)單點定位法；(2)聯(lián)測定位法；(3)短弧法。(1)單點定位法是一種簡單和廣泛用于作業(yè)的方法。它是在衛(wèi)星星歷無誤差的假定條件下，按單點獨立解算法求定測站位置。當取得精密星歷和只有一臺儀器時，以采用此法為宜。當只有廣播星歷時，此法受星歷誤差影響較大，如果適當延長觀測時間，增加衛(wèi)星觀測的通過次數(shù)，則可有限度地削弱其誤差影響。
(2)聯(lián)測定位法是在不同測站上同步跟蹤同一衛(wèi)星通過，以測定兩站間的相對位置。由于星歷誤差和折射誤差在同步跟蹤同一衛(wèi)星通過的兩站間是相關的，故在只能使用廣播星歷和有兩臺以上儀器時，采用此法能得到較高的精度。(3)短弧法是在不同測站上共同跟蹤同一衛(wèi)星通過，以測定兩站間的相對位置。所謂共同跟蹤同一衛(wèi)星通過，就是在大約30min(約為子午衛(wèi)星周期l06min的28％)內，可以有先有后地接收同—衛(wèi)星的多普勒頻移，即在約占28％的一段較短軌道弧上觀測同一衛(wèi)星。當然，短弧法的本質在于它不把廣播星歷認為無誤差，而是在數(shù)據(jù)處理中求出每次衛(wèi)星通過的軌道根數(shù)改正數(shù)。
近幾年來，這三種方法已取得較多的實測成果，可供使用、分析和參考。更為廣泛深入的試驗尚在進行之中。
3.6 衛(wèi)星多普勒網(wǎng)的建立
采用衛(wèi)星多普勒定位法建立國家和國際大地網(wǎng)已成為主要方法之一，它具有全球性、全天候、速度快、精度高、投資少、重量輕等優(yōu)點，并能迅速提供地心坐標和相對坐標。采用衛(wèi)星多普勒定位法有可能把所有大地網(wǎng)與地心坐標系統(tǒng)以1-2m的精度聯(lián)系起來。而且，在衛(wèi)星多普勒測站上已經(jīng)應用其它測量技術，把局部測量數(shù)據(jù)確定在以cio極和bih零子午線的多普勒坐標系統(tǒng)和地心坐標系統(tǒng)上。此外，在多普勒站上的甚長基線于涉測量(vlbi)、激光測月(llr)、衛(wèi)星激光測距(slr)等，可使長度精度至1：5000 000以上。當然，衛(wèi)星多普勒定位也用于加強大地網(wǎng)，以提高地面測量數(shù)據(jù)的精度。
衛(wèi)星多普勒網(wǎng)的觀測與計算方案，取決于接收機的質量和數(shù)量，要求的測站間隔，是優(yōu)先使精度達到最高水平，還是只達到一個既定精度，從而使測量費用和作業(yè)時間減到最少，以及絕對與相對定位精度的各自優(yōu)先性。第四章 衛(wèi)星多普勒定位的數(shù)據(jù)采集與處理
4.1 衛(wèi)星的基本信息
地面注入站傳送給衛(wèi)星的軌道數(shù)據(jù)，是存放在衛(wèi)星存貯系統(tǒng)內的，然后按照控制程序用相位調制在衛(wèi)星工作頻率上播發(fā)出去。這種方法不影響精確的多普勒測量。衛(wèi)星發(fā)射三種信息：
(1)供多普勒測量用的兩種相干的穩(wěn)定頻率，即399．968mhz＝400mhz-32khz和149．988mhz＝150mhz-12khz，標稱400mhz和150mhz；
(2)衛(wèi)星的軌道參數(shù)；
(3)每兩分鐘的時標。衛(wèi)星軌道參數(shù)和時標常統(tǒng)稱為時軌參數(shù)。衛(wèi)星將時軌參數(shù)用相位調制的方法調制在工作頻率上，并采用編碼形式。
子午衛(wèi)星每兩分鐘播發(fā)一幀含有157個字的電文。電文最末一個字僅由19比特組成，其余156字均由39個比特組成。因此兩分鐘電文共包含156*39+19＝6103比特。每個比特的周期為120/6103＝19．662ms，標稱20ms。
衛(wèi)星電文的格式，衛(wèi)星存貯系統(tǒng)內的軌道參數(shù)，根據(jù)預定的程序，每隔2分鐘，被檢測一次，同時播發(fā)一幀電文。這幀電文由每字含39比特的156字和含19比特的終止字組成。因此一幀電文共含6103個比特，在120 s內發(fā)出，每個比特的長度為19.662ms。衛(wèi)星電文中除第l，2和3字用作識別、同步和結出時標外，其余154個字分為a，b，c三組。a組用于導航定位，b，c組仍用于軍事目的。衛(wèi)星電文譯碼，衛(wèi)星電文a組中每個字都含有39個比特。它們的編碼情況如下：前三個比特不用，后面36個比特每4個比特表示一個十進制數(shù)字。故每個字含有9個十進制數(shù)字。應該指出，子午衛(wèi)星播發(fā)的軌道參數(shù)采用二進制余三代碼(xs3bcd)。通常的子午衛(wèi)星接收機中裝有譯碼器，將二進制余三代碼轉換成普通二進制碼或美國信息交換標準碼(ascⅱ)。這種碼常用于電傳打字機和大部分電子計算機。
固定參數(shù)的譯碼，衛(wèi)星電文a組中的固定參數(shù)表示衛(wèi)星的平均軌道，它在兩次注入時間(12-16h)內保持不變。所以在該時間段內每兩分鐘電文都是重復播發(fā)的。
可變參數(shù)的譯碼衛(wèi)星每兩分鐘播發(fā)一幀電文，其中8個字是衛(wèi)星軌道的可變參數(shù)。它們表示衛(wèi)星運動的實際軌道，也是對平均軌道(固定參數(shù))的修正。每一個可變參數(shù)字也由9位十進制數(shù)字組成。
4.2導航衛(wèi)星預報
在衛(wèi)星多普勒大地測量工作中，為安排觀測，刪除不符合條件的衛(wèi)星通過，需要進行導航衛(wèi)星頂報計算。此項計算工作，可以結合所使用儀器的特點和功能，編制成專用程序，它一般由儀器制造商提供，如mx-1502接收機等，也可以使用通用計算機，按自編程序，編制成工作星歷，如cma-722b接收機。由于導航衛(wèi)星的軌道周期較穩(wěn)，并且播發(fā)廣播星歷，提供衛(wèi)星的時軌參數(shù)。所以預報計算是根據(jù)廣播星歷來進行，通常使用三個月內的廣播星歷，以保證預報的時刻誤差不大于一分鐘。預報計算的方法很多，常用的有試探法。試探法就是根據(jù)某時段接收到的廣播星歷，計算出需要觀測日期開始時刻的衛(wèi)星坐標，再將此衛(wèi)星坐標與測站概略坐標計算出此時刻的衛(wèi)星高度角，判別它是否在地平面上。然后用增加時間的辦法試探被預報的衛(wèi)星是否再次出現(xiàn)地平面上。如此試探下去，直到需要觀測日期的結束時刻為止。如果確定衛(wèi)星出現(xiàn)在地平面上時，則再用增加時間的方法計算此次衛(wèi)星通過時的過頂時刻
(最大高度角時刻)和下落時刻，以及通過的方向和方位。這種試探法雖然費時，但比較簡單并可借用導航程序的某些子程序。這里敘述的衛(wèi)星預報計算方法，是以高度角條件和升赤經(jīng)條件作為初選，對某一顆被預報的衛(wèi)星來說，只要簡單的運算就可確定該圈衛(wèi)星是否能被某測站觀測到。然后可以用試探法或者采用多項式擬合求根值和極值的方法，來確定該次衛(wèi)星通過時上升,下落以及過頂?shù)臅r刻，還要確定衛(wèi)星通過的方向和方位。
起始數(shù)據(jù)中導航衛(wèi)星每兩分鐘播發(fā)一幀電文，它包含可變參數(shù)8個字和固定參數(shù)17個字兩部分。表示瞬時衛(wèi)星軌道的可變參數(shù)，每兩分鐘改變一次。而表示衛(wèi)星平均軌道的固定參數(shù)，在兩次注入期約12小時內是不變的。導航衛(wèi)星的預報僅利用固定參數(shù)中前12個字作為起始數(shù)據(jù)輸入。
子午衛(wèi)星的預報計算首先要根據(jù)起始數(shù)據(jù)進行初選。初選的目的就是確定在某測站上衛(wèi)星可見段的開始時刻，即確定衛(wèi)星由測站地平面上升的時刻。為此，首先提出高度角條件。
4.3 衛(wèi)星多普勒數(shù)據(jù)的預處理
預處理就是對衛(wèi)星多普勒數(shù)據(jù)進行解碼、計算和檢驗，共主要內容有：衛(wèi)星多普勒數(shù)據(jù)記錄格式，多普勒計數(shù)的歸算，衛(wèi)星軌道的擬合，衛(wèi)星坐標的計算，測站點地心坐標近似值的計算，衛(wèi)地距離和衛(wèi)星高度角以及對流層折射改正的計算，本機時標與衛(wèi)星時標的換算等。在計算過程中應進行各種數(shù)據(jù)檢驗，并擬定各種檢驗標準，凡符合標準的數(shù)據(jù)予以保留，不符合標準的數(shù)據(jù)一般均剔除。
數(shù)據(jù)預處理的程序，因計算機型號和記錄設備不同而異。對接收機所提供的觀測數(shù)據(jù)進行預處理的程序稱為多數(shù)判決，它一般由設備制造商提供，該程序用于數(shù)據(jù)簡單檢驗并使數(shù)據(jù)壓縮。在這所述的預處理是經(jīng)過多數(shù)判決后的預處理。衛(wèi)星多普勒數(shù)據(jù)記錄格式，因接收機和記錄設備不同而異。第五章 衛(wèi)星多普勒觀測的誤差分析
5.1 概述
子午衛(wèi)星導航系統(tǒng)的坐標是以地球質心為原點(它與地心相差約為1m，即?x?0.5m，?y?-1.3m，?z?0.7m)，短軸與地球自轉軸相重合的空間三維直角坐標系，簡稱地心坐標系，同時也采用”1972年世界大地測量坐標系”(wgs-72)的地球模型，該系統(tǒng)是利用了近代的衛(wèi)星、天文大地和重力資料，在wgs—66基礎上改進的，其主要地球參數(shù)為
a?6378135(?5)mb?a(1?f)?6356750.52mf?1/298.26(?0.6?103?72)
gm?398600.5km/s(?0.4)以上確定地球模型、坐標系以及地球位函數(shù)的球諧系數(shù)，統(tǒng)稱為定場。
子午衛(wèi)星導航系統(tǒng)是由近似圓形極軌道的六顆衛(wèi)星組成(其中有一顆衛(wèi)星已不能正常工作)，平均高度為1100km，角速度為3.4?/min，地平以上可觀測的持續(xù)時間為18分鐘，衛(wèi)星視區(qū)范圍的直徑為6700km，如顧及衛(wèi)星運行周期和地球自轉周期，每圈視帶向西移動約26?，相當于平均距離為2500km，同一顆衛(wèi)星兩次經(jīng)過的視帶重疊范圍可達60％，在中緯度地區(qū)大約每60分鐘可接收到任一顆子午衛(wèi)星在赤道上大約每120分鐘可接收到任一顆子午衛(wèi)星，因此，子午衛(wèi)星視帶基本上覆蓋全球。
子午衛(wèi)星提供了精確的時標和軌道信息。在每顆衛(wèi)星里，備有一臺5mhz高穩(wěn)定度的標準振蕩器(穩(wěn)定為3?1011/天)，經(jīng)過倍頻器(x80，x30)，發(fā)射出399.68mhz和149.988mhz的兩個相干載頻。標準振蕩器的輸出信號經(jīng)分頻器后，用來控制存儲器系統(tǒng)，調相到150 mhz和400 mhz信號上讀出和編碼。由于導航電文被控制在每個偶分鐘的開始和結束的瞬間發(fā)出，所以電文不僅提供固定的標頻和導航電文，還提供定時信號。在導航電文中，包括了已解密的a組軌道參數(shù)，即平滑處理的開普勒密切橢圓的固定參數(shù)及對此所作修正的可變參數(shù)，統(tǒng)稱為廣播星歷。在可使用的五顆衛(wèi)星中，衛(wèi)星序號為nnss 30190和30140兩顆衛(wèi)星，編算了精密星歷。利用多普勒接收機可以確定軌道參數(shù)，簡稱定軌。
根據(jù)導航電文(或精密星歷)，可以得到以時間為函數(shù)的衛(wèi)星位置。為了測定測站坐標，可以利用各種類型接收機來測量多普勒頻移，從而求得測站與衛(wèi)星間距離差。定站計算是根據(jù)衛(wèi)星軌道參數(shù)和近似的測站坐標計算出距離差，利用各種數(shù)學模型，將計算值最佳地擬合到多普勒觀測值上,即可定出測站坐標改正值，這種方法簡稱定站。
定場、定軌、定站三者是密切相關的，互為因果的。在衛(wèi)星大地測量和天體測量中已知衛(wèi)星位置(或恒星坐標)，可以測定測站坐標，或者已知測站位置，可以測定衛(wèi)星軌道參數(shù)(或恒星星表等)，其數(shù)據(jù)處理互為逆運算。
目前在國際上進行衛(wèi)星多普勒定位，一般采用兩類方法，即 1.軌道參數(shù)不參加平差，如：(1)單點定位法，(2)聯(lián)測定位法。2.軌道參數(shù)參加平差,如(1)短弧法，(2)半短弧法。
不論采用那種方法，都必須研究衛(wèi)星多普勒觀測的誤差因素。根據(jù)有關文獻指出，衛(wèi)星多普勒觀測的誤差源可分為三類，即軌道誤差，折射誤差和接收誤差。本章將討論上述誤差的成因，誤差的量級，以及削弱或測定誤差的方法，并為擬定衛(wèi)星多普勒觀測網(wǎng)的實施方案提供理論依據(jù)。
5.2 軌道誤差
子午衛(wèi)星的軌道誤差主要取決于衛(wèi)星攝動方程的模型，折射影響的清除程度，衛(wèi)星跟蹤站的坐標精度，衛(wèi)星裝置和地面接收機的工作性能起算數(shù)據(jù)的精度及其計算軌道的程序等。1974年1月27日廣播星歷由于消除極移誤差(約10 m)而得到改進，1976年12月12日起采用wgs-72地球模型作為衛(wèi)星星歷的計算基礎，使軌道誤差大為減小。目前，就單點定位解算成果而言，假如使用精密星歷解算，在多次衛(wèi)星通過后，可望達到?0.5m，而使用廣播星歷解算的精度并不包括多普勒定位系統(tǒng)本身與外部各種標準的差異。放在估算衛(wèi)星多普勒定位成果的外精度時,必須根據(jù)由衛(wèi)星多普勒定位系統(tǒng)求得的坐標、距離、方位角等與其它系統(tǒng)，其它方法所求得的坐標、距離、方位角等進行比較后才能做出估計。而在這些比較和估計中，子午衛(wèi)星的星歷誤差通常被視為是衛(wèi)星多普勒系統(tǒng)與外部坐標有差異的主要原因之一。因此，我們首先將精密星歷與廣播星歷及其相互關系概述如下。多普勒定位成果與外部各種標準的比較研究已進行了很長一段時間。這些外部標準包括特級導線、甚長基線干涉測量、月球激光測距、衛(wèi)星激光測距和深空間網(wǎng)。這些互相比較的結果可歸納為：
(1)精密星歷坐標系統(tǒng)的原點；(2)精密星歷坐標系統(tǒng)的經(jīng)度零點；(3)精密星歷坐標的z軸指向；(4)精密星歷姿標系統(tǒng)的尺度.應用廣播星歷進行衛(wèi)星多普勒定位，顯然有很多優(yōu)點。在某些情況下，廣播星歷可以說比精密星歷更為重要。例如：(a)在絕對定位精度要求不高的情況下；
(b)必須要求實時定位，如導航的條件下；(c)在那些沒有精密星歷的國家。所以，了解廣播星歷及共與精密星歷的差別是很有必要的。
(1)預報誤差；
(2)時間改正誤差；(3)極移引起的誤差；(4)程序常數(shù)；(5)限蹤站坐標；
(6)南北不平衡的影響.關于單點定位廣播星歷解算中削弱偶然誤差的問題，可以概括以下三點：
(1)由于大氣阻力攝動所引起的衛(wèi)星切向誤差，致使廣播星歷(預報星歷)定位解算的內精度決不可能象精密星歷(事后測定的星歷)那么好。然而，對于一個含有足夠衛(wèi)星通過次數(shù)的對稱通過組，在它的單點定位絡果中，切向誤差對測站經(jīng)度的影響可以減弱，對測站緯度影響可以基本消除。
(2)對稱通過組準確的解釋是：南行衛(wèi)星和北行衛(wèi)星的通過次數(shù)必須相等，通過的時間應力求對稱。在滿足這個要求前提下，也要盡可能使得衛(wèi)星在測站的東向和西向通過次數(shù)大致相等，這一要求對改善定位結果中經(jīng)度的精度有重要意義。
(3)對稱通過組還應要求各個不同多普勒衛(wèi)星的通過次數(shù)在該通過組中不要相差太懸殊。對新發(fā)射的nova衛(wèi)星(衛(wèi)星號在440以后)的定位結果結較大的權。
在采取以上措施以后，廣播星歷單點定位解算成果中的偶然誤差可望減小得多。
由于計算廣播星歷所采用的坐標系統(tǒng)、重力場模型和程序設計與精密星歷的相應數(shù)值比較，存在著一些系統(tǒng)性的差別。因此。在衛(wèi)星多普勒單點定位中應用廣播星歷解算時，所解得的測站空間直角坐標與精密星歷的解算結果比較，也存在著系統(tǒng)誤差。此外，在衛(wèi)星多普勒單點定位中，既使應用精密星歷解算，其定位結果與真正的地心坐標也還有一些系統(tǒng)誤差。但是，這些都可以用坐標轉換的方法來消除。
(1)單點定位中，廣播星歷解算和精密星歷解算之間系統(tǒng)誤差的削弱途徑(2)將精密星歷或偽精密星歷解算結果轉換到地心坐標系
5.3 折射誤差
子午衛(wèi)星的射頻信號在空間介質里傳播，必然經(jīng)過電離層和對流層而產(chǎn)生折射。根據(jù)國際無線電咨詢委員會規(guī)定：衛(wèi)星通信頻率的最佳范圍是1000至10000mhz，這個范圍的電波可看作自由空間傳播。子午衛(wèi)星發(fā)射的雙頻在穿過各層大氣時，受各層不同介質所擴射，這種折射效應反映為電磁波穿過各目時傳播邊度的變化以及射線傳播路徑偏離幾何直線路徑，因而嚴錄地影響到多普勒計數(shù)的失真。
魏芬巴奇和霍普菲爾德提出了衛(wèi)星發(fā)射兩個相干頻率可以得到電離層折射的一階改正值，并推導了對流層大氣垂直剖面的最佳模型，利用地面氣象數(shù)據(jù)和衛(wèi)星仰角就可推算對流層折射改正。威爾曼和庫巴等也先后提出對流層折射改正模型。
太陽輻射包括短波能量，足以在地球高層大氣中引起顯著的光致電離現(xiàn)象，這樣所形成的電離區(qū)稱為電離層。在所討論的折射誤差中，影響最為嚴重的是電離層(特別是f層，離地面距離250km)折射。當衛(wèi)星發(fā)射雙頻信號穿過電離層時。由于它與自由電子和離子的互相作用，電磁波的波長被拉長，這種現(xiàn)象表現(xiàn)出信號相速大于光速這一色散介質的特征。可以證明，波長的伸長與發(fā)射頻率的平方成反比(限于一次近似)。由于衛(wèi)星運動改變了穿過電離層的路徑長度和波長伸長的變化率，使地面站所接收的多普勒頻移中包含了電離層折射影響。
非電離層由平流層和對流層組成，離地面高度為60km以下，大氣折射的80％是由于對流層折射引起。對流層折射系數(shù)大于1，它是大氣狀態(tài)和衛(wèi)星仰角的函數(shù)，而與衛(wèi)星發(fā)射的頻率無關。當衛(wèi)星發(fā)射的信號穿過對流層時，電磁波的傳播速度減慢從而壓縮信號的波長影響到總的多普勒頻移。這種折射影響不像電離層折射改正那樣，可以利用接收雙頻信號檢測出來，而只能根據(jù)地面氣象數(shù)據(jù)(氣壓、干溫、濕溫等)和衛(wèi)星仰角，按照大氣垂直剖面的最佳模型，求得折射改正理論值，或者在觀測工作中，避免或舍去衛(wèi)星低仰角通過的多普勒數(shù)據(jù)，因為衛(wèi)星處于地平附近即仰角為零，其折射最大；在測站天頂附近即仰角為90，則折射誤差最小。因此，在觀測綱要中應規(guī)定,衛(wèi)星通過的仰角應大子10??.?由于對流折射改正是地面大氣狀態(tài)和衛(wèi)星仰角的函數(shù)，在低仰角?0～10?經(jīng)過折射改正后，數(shù)據(jù)不呈隨機變化，而是系統(tǒng)地分布于水平線的一側，這表明折射改正對低仰角而論剩余影響甚大，因此在觀測綱要中，不能使用10以下的多普勒計數(shù)。另外，上述各模型都是建立在正常高空大氣狀態(tài)的基礎上，當反常氣候如冷、熱氣象鋒面在觀測期間經(jīng)過測站上空時，將嚴重干擾多普勒觀測結果，為此必須向氣象部門索取當天氣象資料，以便在分析數(shù)據(jù)時，剔除這部分成果，保證觀測成果的可靠性。
?5.4.接收誤差
接收誤差涉及接收機本身，本機振蕩器以及天線等全部影響。斯坦塞爾從多普勒接收機的設計參數(shù)出發(fā)，研究了木機振蕩器的穩(wěn)定性、接收機延時、多普勒計數(shù)精度、時間恢復的抖動以及本機的分辨力等，并推估了這些參數(shù)對測量精度的影響。研究接收誤差的目的是為了在計算程序中引入待定系數(shù),建立合理的誤差模型，并在觀測綱要中，采取必要措施以便削弱這類誤差的影響。我們進行合適的時標的選擇,以及增加震蕩器的穩(wěn)定性,減小接收機的噪聲源,以及注意,天線相位中心的問題,等等都可以減小接收機的誤差的影響.第六章 衛(wèi)星多普勒定位的應用
從1967年子午衛(wèi)星系統(tǒng)部分電文解密供民用后，起初僅用于遠洋船舶的導航和某些海上目標的定位。后來，美國首先試驗用來進行大地測量。1972年，他們公布了多普勒網(wǎng)的定位成果。由于這種測量具有全球性、全天候、速度快、精度高、裝備簡單、作業(yè)方便等優(yōu)點，特別是在交通不便的地區(qū)更有特殊作用，因此很快被世界各國包括我國廣泛運用于大地測量、地球物理探測、地質和石油勘探等領域。民用多普勒接收機的銷售量大幅度上升，1982年(45555臺)比1974年(860臺)增長了53倍。我國從70年代初期就開始了對這類儀器裝各和理論的研究，不久就引進國外技術進行實際作業(yè)。在1978年春，我國測繪工作者對西沙群島進行了多普勒定位測量，將西沙群島的主坐標聯(lián)入北京坐標系。從1978年開始，我國建立了全國陸地海洋衛(wèi)星定位網(wǎng)，對我國廣大地域進行了大規(guī)模的作業(yè)，進行了整體平差，使我國的衛(wèi)星多普勒定位技術飛速地向世界水平邁進。武漢測繪科技大學完成的”衛(wèi)星網(wǎng)與地面網(wǎng)的聯(lián)合平差以及在西北衛(wèi)星定位網(wǎng)中的應用 “項目，獲1988年國家科技進步三等獎。近年來，對南極長城站、中山站的坐標也是用衛(wèi)星多普勒定位技術測量的。如對南極長城站，共觀測了210次子午衛(wèi)星通過，精確測定長城站的地理位置為：南緯62?12‘59.811”?0.015“，西徑585752.665?'”?0.119"，高程43.58?0.67m，至北京的距離為17501949。51m。
子午衛(wèi)星系統(tǒng)的主要民用應用為：
1.測定地面點的地心坐標，建立全球統(tǒng)一的以地球質心為原點的大地坐標系和全球性大地控制網(wǎng)，以提高和擴展現(xiàn)有人工天文大地網(wǎng)的精度。
2.對遠洋船舶進行導航，對遠海島嶼、海上鉆井平臺進行聯(lián)測和定位。3.在地面特別是某些困難、隱蔽、荒漠地區(qū)建立衛(wèi)星控制網(wǎng)，供地形測量、工程勘測、地質調查和找礦、石油勘探以及測圖控制方面使用。
4.利用定位手段測定和追索接觸帶、斷層、節(jié)理地質特征，利用測量參數(shù)和狀態(tài)變化來研究地質現(xiàn)象，測定大陸板塊運動和斷裂應力的方向與大小，進而預報可能發(fā)生的地質自然災害。
5.與天文測量及水準測量配合，測定大地水準面的起伏、地面點的絕對垂線偏差以及研究地極移動等。第七章 衛(wèi)星多普勒定位技術的進一步發(fā)展
由于子午衛(wèi)星星座的運行軌道較低，約1000km，而且衛(wèi)星的數(shù)量較少，常為六顆，這樣子午衛(wèi)星星座作為一種導航系統(tǒng)有一個很大物理的缺點，就是衛(wèi)星不能連續(xù)地出現(xiàn)在某一地面上空。地球上一點平均每隔2h才可觀察到一顆衛(wèi)星，通過時間約為10—18min。這樣，就無法進行全球性實時導航和實時定位測量，特別是對高速運行的宇宙飛行器的發(fā)射，測控、定軌，彈道導彈制導等無法發(fā)揮作用，而且其測量精度對高精度導航也還不甚理想。1973年12月美國國防部為了滿足美國陸、海、空三軍的需要開始研制導航衛(wèi)星定時和測距全球定位(navigation satellite timing and ranging global positioning system)，簡稱為gps全球定位系統(tǒng)。1978年2月22號成功發(fā)射了第一顆gps試驗衛(wèi)星，計劃于1993年發(fā)射完成24顆gps工作衛(wèi)星，在六個近似圓形的軌道上各運行四顆，運行周期為12h。gps衛(wèi)星與子午衛(wèi)星比較，運行高度高，平均為20200km，一顆衛(wèi)星的地球覆蓋區(qū)域約為地球表面積的38% 左右，而子午衛(wèi)星約為7%。gps衛(wèi)星的數(shù)量較多，且每顆衛(wèi)星在地平線上運行的時間較長，不存在間斷觀測時間，并可同時觀測到多顆衛(wèi)星。對地面上某點的觀測者而言，見到一顆衛(wèi)星在地平線上的運行時間約為5h，位于地平線上的衛(wèi)星顆數(shù)隨時間和地點的不同而異，最多時達11顆，最少為四顆。只觀測到四顆衛(wèi)星的間隙段時間(此時，定位精度相對差一些)一般不超過lomin，故可連續(xù)地在全球，包括陸地、海洋(水面和水下)、空中和近地軌道上進行實時導航和定位。gps系統(tǒng)是一種正在發(fā)展中的全天候、高精度、快速實時定位的全球定位系統(tǒng)。從覆蓋范圍、信號可靠性、數(shù)據(jù)內容、準確度和多用性這五項指標來看，都大大優(yōu)于子午衛(wèi)星系統(tǒng)。gps系統(tǒng)主要是為美國軍事用途服務的，但也可供民用。其主要軍事用途為：
1.核潛艇的導航和誤差修正，航空母艦、戰(zhàn)略飛機、直升飛機的全天候飛行的航線導航，飛行器在電磁干擾情況下的導航。
2.航天飛機和衛(wèi)星的發(fā)射、測控、定軌，空間會合，軟著陸，彈道導彈制導等。
3.快速布設加密軍控網(wǎng)，為地面部隊或單兵提供實時定位，指明方向。4.像片測圖，搜索敵方目標。5.精密時間同步等。gps系統(tǒng)現(xiàn)在已逐漸被廣泛應用于民用上。其應用范圍十分廣泛 例如 1.在地球表面任何地區(qū)進行全天候、高精度的快速大地定位和快速布設大地網(wǎng)。
2.飛機和遠洋船舶的定位和導航，在全球范圍內為飛機提供最短航線。3.為大地測量、工程測量、地球物理測量、陸地和海洋資源勘探提供高精度定位。
4.在地震頻繁區(qū)布設監(jiān)視網(wǎng)，監(jiān)測地殼形變。
5.向全球發(fā)播原子時，其精度比現(xiàn)行播時精度提高約兩個數(shù)量級。6.在地球極移、大陸板塊運動、地球固體潮汐現(xiàn)象，地球自轉和公轉的速度變化、時間傳輸?shù)瓤茖W研究領域里有著巨大的應用潛力。
目前已有多種商品型gps信號接收機可供選購民用，用以跟蹤gps衛(wèi)星，接收并解譯出衛(wèi)星所發(fā)送的電文，實時地計算出定位或導航所需的數(shù)據(jù)。我國在1992年參加了國際空間年92全球gps會戰(zhàn)，中國資源衛(wèi)星應用中心和中國測繪工程規(guī)劃設計中心組織了地礦、石油、煤炭、海洋、測繪和地震等部門的上千名測繪科技工作者參加了這一個工作。1992年7月26號北京時間八時整，均衡分布在我國國土的29個觀測點位同步開機工作，經(jīng)過三個多月的努力，布測完成我國高精度的全國gps骨干控制網(wǎng)，使第一次全國規(guī)模的衛(wèi)星大地定位中國’92gps會戰(zhàn)順利告。測算表明，這個控制網(wǎng)的精度已達到千萬分之一。即在相鄰點位的七八百公里距離上，量算精度達到了正負10cm以內。這標志我國的gps骨干控制網(wǎng)已經(jīng)達到發(fā)達國家的同期水平。
衛(wèi)星定位技術已使傳統(tǒng)的測量技術拓寬到地球動力學、地球物理學、天體力學、空間物理等領域，為了不斷提高測量精度，人們還必須不斷地研究、消除或減少各種誤差對精度的影響。如狹義和廣義相對論對多普勒額移的影響，時鐘的精度和誤差，大氣不均勻的折射率，電離層的非線性散射，各種氣象因素如溫度、壓力、濕度等，都會使衛(wèi)星定位結果產(chǎn)生較大的系統(tǒng)誤差。對消除或減少這些誤差的模型還需不斷地修正，還需要物理學、測量學以及其他學科的科學工作者進行大量的基礎性研究工作。隨著將慣性定位技術、遙感技術、地面近景攝影和數(shù)字化地圖等新技術同衛(wèi)星定位技術相結合，人類將實現(xiàn)全天候、全自動定位測圖，衛(wèi)星定位技術也將日益深入人們的日常生活中。
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淺談衛(wèi)星定位系統(tǒng)在工程測量中的應用研究篇三
gps衛(wèi)星定位管理系統(tǒng)
座落于廈門軟件園的都飛（福建）信息科技有限公司(/)，成立于2008年，注冊資金500萬元，擁有一體化的辦公環(huán)境，一支專業(yè)的研發(fā)和服務隊伍。
本著“誠信務實，以人為本”的經(jīng)營理念，以“塑造最受客戶尊敬和信賴的合作伙伴”為企業(yè)宗旨，致力于gps衛(wèi)星定位、gis地理信息、rfid射頻技術等專業(yè)領域的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和運營。經(jīng)過四個年頭的發(fā)展，公司取得美國最大的flying gps(軍工類）定位器于國內首家的福建總代理權，并且先后獲得《誠信商家》稱號、廈門市技術貿易機構、廈門市雙軟認證企業(yè)、福建省交通廳gps運營資質、廈門、三明、龍巖等運管處gps運營資質，擁有多項自主知識產(chǎn)權（軟件著作權，專利）等等。
都飛信息科技公司正是憑借著優(yōu)質的服務和務實的作風，樹立了良好的企業(yè)形象，在智能交通，gps衛(wèi)星領域奠定了堅實的基礎，并創(chuàng)造了輝煌的成就，為城市的交通智能化，信息完善化作出了巨大的貢獻。
經(jīng)營范圍
一站式gps整體解決方案，移動位置應用解決方案；gps衛(wèi)星定位管理系統(tǒng)、erp管理系統(tǒng)、oa辦公系統(tǒng)、rfid射頻技術應用、智能交通系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)等軟件和相關硬件產(chǎn)品的開發(fā)與銷售，并提供優(yōu)質的技術咨詢與服務。企業(yè)目標
客戶至上，服務第一 科技領先，再創(chuàng)佳績 管理理念 誠信 協(xié)作 責任 創(chuàng)新
發(fā)展愿景
都飛（福建）信息科技有限公司將不斷提升公司主營的gps衛(wèi)星定位、gis地理信息、rfid射頻技術等專業(yè)領域的服務價值和市場競爭力，秉承“客戶至上，服務一流，品質第一”的理念，以更加優(yōu)質的服務和產(chǎn)品價值，成為城市的智能交通發(fā)展和信息化建設的強有力的后盾。
淺談衛(wèi)星定位系統(tǒng)在工程測量中的應用研究篇四
淺談工程測量在水利樞紐工程中的應用
魏焰展(福建省漳州市水利水電勘測設計研究院,郵編363000)
摘要:隨著測繪技術的迅猛發(fā)展,工程測量的方法和技術也在不斷地進步和更新。結合工程測量在水利樞紐工程中的應用,本文概括了工程測量的相關理論,并闡述了工程測量在水利樞紐工程應用中的特點。關鍵詞:工程測量;水利樞紐工程
1概述
水利工程源遠流長。公元前21世紀禹奉命治理洪水，已有“左準繩，右規(guī)矩”，用以測定遠近高低。20世紀50年代以后，測量工作吸收各種新興技術，發(fā)展更加迅速，出現(xiàn)許多先進的測量儀器，為工程測量在水利樞紐工程中提供了先進的技術和工具，向現(xiàn)代化、自動化、數(shù)字化方向發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。2流域規(guī)劃階段的測量
由于流域規(guī)劃是在整個流域地區(qū)進行，因此，不僅要對河流中徑流的水利資源進行規(guī)劃，同時也要對該區(qū)域地下水源進行規(guī)劃。流域規(guī)劃的主要內容之一是制定河流的梯級開發(fā)方案，合理地選擇樞紐的位置和分布。在進行梯級布置時，不僅需要在地形圖上確定合適的位置，而且還應確定各水庫的正常高水位。為此，測量人員應提供該流域內的地形圖、河流縱橫斷面圖以及河谷地形圖?？墒占瘒一緢D或其他勘測單位的現(xiàn)有圖提供設計使用。在收集資料時，除具體成果、成圖外，還應收集下列資料：施測單位、時間、作業(yè)規(guī)范，標石耐久程度和保存情況，實測結果所達到的各項精度指標，所采用的坐標系統(tǒng)等。根據(jù)需要有時還要測定河流水面高程，測定局部地區(qū)河流的橫斷面及水下地形圖。
2.1河流水面高程的測定
盡管在河流上每隔一定的間距設有水文站，但要詳細了解河流水面的變化特征，僅靠水文站的觀測是不夠的。因此，還必須沿河流布設一定數(shù)量的水位點，以測定水面高程及其變化，水位點應盡可能位于河流水面變化的特征處。水位點的密度應根據(jù)河流的比降、落差、橫斷面形態(tài)變化等來確定，同時也要考慮各設計階段的要求。為了測定水面高程，首先沿河流建立統(tǒng)一的高程控制，然后再設立水位點進行水位觀測。建立高程控制時，通常是在河流沿線布設一定數(shù)量的高程控制點，它們應盡可能布設在靠近河岸但又不致被洪水淹沒、較為穩(wěn)定的地點，且最好與待測水位點位于同岸；它們的分布盡量與水位點的位置相對應?？刂泣c的高程一般采用等級幾何水準法測定，其精度要求要視地形條件、水面比降和路線長度而定。
2.2橫斷面測量
對垂直于路線中線方向的地面高低所進行的測量工作稱為橫斷面測量。橫斷面的位置一般可根據(jù)設計用途由設計人員會同測量人員先在地形圖上選定，然后再現(xiàn)場確定。橫斷面應盡量選在水流比較平緩且能控制河床變化的地方。為方便于水深測量，橫斷面應盡可能避開急流、險灘、懸崖、峭壁，斷面方向應垂直于河槽。橫斷面的間距視河流大小和設計要求而定，一般在重要的城鎮(zhèn)附近、支流入口，水工建筑物上、下游和河道大轉彎處等都應加設橫斷面；而對于河流比降變化和河槽形態(tài)變化小、人口稀少和經(jīng)濟價值低的地區(qū)，可適當放寬黃斷面的間距。橫斷面的位置在實地確定后，應在斷面兩端設立斷面基點或在一端設立一個基點并同時確定斷面線的方位角。斷面基點應埋設在最高洪水位以上，并與控制點聯(lián)測，以確定其平面位置和高程。斷面基點平面位置的測定精度不低于編制縱斷面圖使用的圖根控制精度；高程一般應以等外水準測定。當?shù)匦螚l件限制無法測定斷面點的平面位置和高程時，可布設成平面基點和高程基點，分別確定其平面和高程。橫斷面的編號可以從某一建筑物的軸線或支流入口處由上游向下游或下游向上游的順序統(tǒng)一編號，并在序號前冠以河流名稱或代號，還應注出橫斷面的里程樁號。橫斷面常用的方法有：斷面索法、交會法、gps(rtk)法等。
橫斷面測量的精度要求：橫斷面地形點的精度，包括地形點對中心線樁的平面位置中誤差：平地、丘陵地應≤±1.5m，山地、高地應≤±2.0m；地形點對鄰近基本高程控制點的高程中誤差應≤±0.3m。
橫斷面測量的測設要求：
1、中心線與河道、溝渠、道路等交*時，應測出中心線與其交角。當交角大于85°、小于95°時，可只沿中心線施測一條所交渠、路的的橫斷面；當交角小于85°或大于95°時，應垂直于所交渠、路和沿中心線方向各測一條斷面。2橫斷面通過居民地時，一側測至居民地邊緣，并注記村名，另一側應適當延長。橫斷面遇到山坡時，一側可測至山坡上1~2點，另一側適當延長。3橫斷面上地形點密度，在平坦地區(qū)最大點距不得大于30m。地形變化處應增加測點，提高橫斷面的精度。
外業(yè)工作結束后，應對觀測成果進行整理，檢查和計算各測點的起點距，由觀測時的工作水位和水深計算各測點的高程，然后將河道橫斷面圖按一定的比例通過cass等軟件在計算機上繪制并打印。
2.3縱斷面編繪
河道縱斷面是指沿著河流深泓點（即河床最低點）剖開的斷面。用橫坐標表示河長，縱坐標表示高程，將這些深泓點連接起來，就得到河底的縱斷面形狀。在河流縱斷面圖上應表示出河底線、水位線以及沿河主要居民地、工礦企業(yè)、鐵路、公路、橋梁、水文站等的位置和高程。
河流縱斷面圖一般是利用已有的水下地形圖、河流橫斷面圖及有關水文資料進行編繪的，其基本步驟如下：
1、量取河道里程
2、換算同時水位，按距離成正比計算各點水位改正數(shù)的方法（由上游水位計算：△hm=△ha-(△ha-△hb)/l*l1，由下游水位計算：△hm=△hb+(△ha-△hb)/l*l2，hm= hm-△hm。式中△hm中間點的水位改正數(shù)、hm中間點處的觀測水位、hm中間點處的同時水位、△ha上游水位改正數(shù)、△hb下游水位改正數(shù)、l上下游間水平距離、l1上游到中間點的水平距離、l2下游到中間點的水平距離）
3、編制河道縱斷面表
4、繪制河道縱斷面圖
3水利樞紐工程設計階段的測量
水利樞紐工程設計階段的測量工作主要包括：各種比例尺的地形圖測繪、水庫淹沒界線測量、地質勘察測量和控制測量等。
3.1控制測量
為保證工程設計階段各項測繪工作的順利進行，需在工程設計區(qū)域建立精度適當?shù)目刂凭W(wǎng)?？刂茰y量的目的就是為了地形圖測繪和各種工程測量提供控制基礎和起算基準。控制網(wǎng)具有控制全局、限制測量誤差累積的作用，是各項測量工作的依據(jù)?？刂茰y量應遵循從高級到低級、由整體到局部、逐級控制、逐級加密的原則?？刂茰y量分為平面控制測量和高程控制測量。平面控制網(wǎng)常用三角測量、導線測量、三邊測量和邊角測量等方法建立，目前，由于gps技術的推廣應用，利用gps建立平面控制網(wǎng)已成為主要方法。高程控制網(wǎng)主要用水準測量和三角高程測量方法建立。
3.2數(shù)字化測圖
3.2.1 數(shù)字化地形測量的儀器設備硬件條件數(shù)字化地形測量的儀器設備從控制測量到成果成圖輸出大致需要gps接收機、全站儀、計算機、繪圖儀以及與之相關的平差計算成圖軟件、數(shù)據(jù)傳輸、交換附件、通訊器材等。儀器設備配置水平較常規(guī)地形測量是一個質的飛躍。
3.2.2 數(shù)字化地形測量工作的人員素質條件數(shù)字化地形測量的技術人員應當熟練掌握測量專業(yè)技術、熟練掌握計算機及測繪軟件的應用技術,這對測量人員的技術素質提出了更高的要求。
3.2.3 作業(yè)方法
在生產(chǎn)工序上,數(shù)字化地形測量不一定要遵守“先控制、后測圖”的原則,控制測量、碎部測圖可以同時進行,甚至可以是先測圖后控制,只是后者需將碎部成圖以控制點為基準借助成圖軟件進行測站(圖形)糾正。在控制點點之記的制作上,數(shù)字化地形測量不一定要將其作為一個專門工作來進行,可依據(jù)最終成圖編繪點之記。碎部測圖在數(shù)字化地形測量中只是個數(shù)據(jù)采集的過程,成圖大量的工作量從外業(yè)轉移到了內業(yè),目前,碎部成圖作業(yè)方法較多,因人而異。筆者認為較為成熟的方法是簡碼法,特點是成圖數(shù)學精度好、地物地貌要素詳盡、作業(yè)效率較高。
3.2.4 簡碼法數(shù)字化地形測量及其作業(yè)流程
簡碼法是數(shù)字化地形測量過程中,觀測員給每一個碎部測點賦于一個自定義編碼,并依據(jù)這種自定義編
碼編圖成圖的一種數(shù)字化地形測量方法。
簡碼法數(shù)字化測圖作業(yè)流程為:外業(yè)數(shù)據(jù)采集(自定義編碼)→內業(yè)概略編圖→草圖外業(yè)補充調繪→內業(yè)詳細編圖→外業(yè)巡回檢查→最終成果成圖。分述如下:
外業(yè)數(shù)據(jù)采集:該環(huán)節(jié)重點是碎部點三維坐標與自定義編碼采集,強調碎部點的數(shù)學精度、采集數(shù)量和自定義編碼的可自我識別程度、強調測站與棱鏡之間通訊聯(lián)系,而不必過分關注碎部點間的連接關系。在同一個測站上,只要能看到而視線又不是過長,宜及時采集,不必頻繁搬站。自定義編碼不必過于嚴格,只要編圖時作業(yè)員自己能夠識別即可,完全根據(jù)作業(yè)員的習慣和自我條件決定。值得注意的是:由于自定義編碼具有一定的隨便性,在增加了自我識別難度的同時,也使其具有相當?shù)撵`活性和可開發(fā)性。
內業(yè)概略編圖:既然是概略編圖,其原則應該定為能識別多少就編多少,能編到什么程度就編到什么程度,不能識別的在外業(yè)補充調繪時處理。這一環(huán)節(jié)只需要編出有基本輪廓的平面草圖,該草圖只作為外業(yè)補充調繪的工作底圖,繪圖輸出時應包括碎部點的簡碼信息,最好先不要繪出等高線。
草圖外業(yè)補充調繪:該環(huán)節(jié)以帶簡碼的基本平面圖為工作底圖,對照實地補充繪圖,加上必要的量測,應理清地物、地貌要素的屬性、各種線條間的連接關系等。外業(yè)補充調繪成果圖在內容上已經(jīng)是詳細的平面圖了。
內業(yè)詳細編圖:根據(jù)外業(yè)補充調繪成果圖修編概略草圖,在此基礎上構高程模型三角網(wǎng)繪等高線生成初步地形圖。繪圖輸出時最好將高程模型三角網(wǎng)和等高線一并繪出,作為外業(yè)巡回檢查的工作底圖。外業(yè)巡回檢查:重點是高程模型三角網(wǎng)的檢查與修編,以及植被、境界類符號補充調繪與檢查、初步成果地形圖外業(yè)最終檢查等。
最終成果成圖:根據(jù)外業(yè)巡回檢查成果圖再次修編初步成果地形圖,以及圖面整飾圖幗分幅等。人員組織:數(shù)字化地形測量的一個作業(yè)組采用簡碼法時宜按一名技術員+一名測量工人編制,一個項目由多個作業(yè)組施測時需專設一名核心技術人員負責質量檢查、成果資料匯總、電腦維護等。
3.3水庫淹沒界線測量
測設移民線、土地征用線、土地利用線、水庫清理線等各種水庫淹沒、防護、利用界線的工作稱為水庫淹沒界線測量。這些界線以設計正常蓄水位為基礎，結合浸沒、塌岸、風浪影響等因素綜合確定，根據(jù)需要測設其中的一種、幾種或全部。邊界線的測設工作通常由測量人員配合水工設計人員和地方政府機關共同進行，其中測量人員的主要任務是用一系列的高程標志點將水庫的設計邊界線在實地標定下來，并委托當?shù)赜嘘P部門或村民保管。界樁分為永久樁和臨時樁兩類。界線通過廠礦區(qū)或居民點時，在進出處各設一各永久樁，內部若干米測設一個臨時樁，主要街道標出界線通過的實際位置。大片農(nóng)田及經(jīng)濟價值較高的林區(qū)，一般每隔2～3km測設一個永久樁，再以臨時樁加密到能互相通視。只有少量莊稼的山地，可只測設臨時樁顯示界線通過的位置。經(jīng)查勘確定不予利用的永久凍土地、大片沼澤地、陡峭坡地等經(jīng)濟價值很低的地區(qū)，可不測設界樁。在通常情況下，一般采用幾何水準法和經(jīng)緯儀高程導線法進行，目前隨著空間技術的迅速發(fā)展，rtk技術定位得到廣泛應用。
3.4地質勘察測量
配合水利工程地質勘察所進行的測量工作稱為地質勘察測量。其基本任務：
1、為壩址、廠址、引水洞、水庫、堤線、料場、渠道、排灌區(qū)的地質勘察工作提供基本測量資料；
2、主要地質勘探點的放樣；
3、聯(lián)測地質勘探點的平面位置、高程和展繪上圖。具體工作包括：鉆孔測量、井峒測量、坑槽測量、地質點測量、剖面測量等。
3.5河道測量
河道測量主要內容包括：平面、高程控制測量；河道地形測量；河道縱、橫斷面測量；測時水位和歷史洪水位的聯(lián)測；某一河段瞬時水面線的測量；沿河重要地物調查或測量。
4水利樞紐工程的施工階段測量
水利樞紐的技術設計批準以后，即可著手編制各項工程的施工詳圖。水利樞紐工程施工階段的測量工作主要包括：施工控制測量、大壩的施工放樣、水工隧洞施工測量、水電站廠房施工測量、金屬結構安裝測量等
4.1施工控制測量
建立施工控制網(wǎng)的主要目的是為建筑物的施工放樣提供依據(jù)，所以必須根據(jù)施工總體布置圖和有關測繪資料來布設。另外，施工控制網(wǎng)業(yè)可為工程的維護保養(yǎng)、擴建改建提供依據(jù)。施工控制測量分為：平面控制網(wǎng)的建立，一般按兩級布設，即基本網(wǎng)和定線網(wǎng)；高程控制網(wǎng)的建立，由于勘測期間建立的高程控制點在點位分布和密度方面往往不能滿足施工的要求，因此必須進行適當?shù)募用埽卜謨杉壊荚O基本網(wǎng)和臨時性作業(yè)水準點。
4.2大壩的施工放樣
大壩施工放樣的主要步驟有：壩軸線的測設、清基中的放樣工作、壩體分塊控制線的測設、壩體澆筑中的放樣工作
4.3水工隧洞施工測量
水工隧洞按其作用可分為：引水發(fā)電洞、輸水洞、支洞、泄洪洞、導流洞等，其中測量精度要求最高的是發(fā)電洞及其支洞。隧洞施工測量的主要內容包括：洞外控制測量、洞內控制測量、聯(lián)系測量、隧洞中心線放樣、開挖斷面和襯砌斷面的放樣等
4.4水電站施工測量
水電站廠房施工測量的主要內容包括：廠房施工控制網(wǎng)的建立、基礎開挖測量、廠房建筑放樣測量等。在建立廠房控制網(wǎng)時，其點位精度和點位分布都應考慮機組的安裝測量。
4.5金屬結構安裝測量
在水電工程中，閘門、壓力管道、機組設備等都是金屬構件，其安裝測量的精度一般較高，要建立獨立的控制網(wǎng)，須與軸線關系保持一致。
5水利樞紐工程的變形監(jiān)測
變形監(jiān)測的主要觀測項目：水平位移觀測、垂直位移觀測、撓度觀測、裂縫觀測、應力/應變觀測、分層沉降觀測、傾斜觀測、滲流觀測、溫度觀測、檢查觀測、滑坡崩岸觀測。
變形觀測的精度和周期——在制定變形觀測方案時，首先要確定精度要求。對于不同的監(jiān)測目的所要求的觀測精度不同。觀測周期與工程的大小、測點所在位置的重要性、觀測目的以及觀測一次所需時間的長短有關。及時進行第一周期的觀測有重要的意義。
觀測資料的整編和分析——資料整編的主要內容包括：收集資料、審核資料、填表和繪圖、編寫整編成果說明。觀測資料分析其目的是對水利工程系統(tǒng)和各項水工建筑物的工作狀態(tài)做出評估、判斷和預測，達到有效地監(jiān)視建筑物安全運行的目的。常用的分析方法有：作圖分析、統(tǒng)計分析、對比分析、建模分析。結語
伴隨著測繪新技術的不斷進步,現(xiàn)代水利樞紐工程測量必將朝著測量內外作業(yè)一體化、數(shù)據(jù)獲取及處理自動化、測量過程控制和系統(tǒng)行為智能化、測量成果和產(chǎn)品數(shù)字化、測量信息管理可視化、信息共享和傳播網(wǎng)絡化的趨勢發(fā)展。
參考文獻
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淺談衛(wèi)星定位系統(tǒng)在工程測量中的應用研究篇五
淺談衛(wèi)星定位系統(tǒng)在工程測量中的應用
文暢霆土木120712231198
摘 要：隨著航天技術的發(fā)展與不斷進步，現(xiàn)代的全球定位技術(gps)，數(shù)字化技術、遙感技術(rs)，地理信息技術(gis)等許多新的技術在工程測量中得到研究和應用。本文以全球定位技術為主要內容簡單介紹一些衛(wèi)星定位系統(tǒng)在工程中的應用。
關鍵詞：gps;工程測量；應用
一、gps全球定位系統(tǒng)簡介
美國從20 紀70年代開始研制全球定位系統(tǒng)(gl0balpositi0ningsystem，gps)，歷時2o年，耗費資金200億美元，終于在1994年全面建成了利用導航衛(wèi)星測時、測距，能夠在海陸空進行全方位實時三維導航和定位的全新的衛(wèi)星導航和定位系統(tǒng)。這一技術足美國阿波羅登月計劃和航天飛機之后的第三大航天工程。如今，gps技術已經(jīng)成為了世界上最實用、應用最廣泛的全球導航、指揮和調度的系統(tǒng)。隨著我國交通和建筑事業(yè)的發(fā)展，高速度、高效率、高精度的gps技術在我國工程測量中的應用正在逐步擴大。
gps空間衛(wèi)星包括了21顆工作衛(wèi)星和在軌備用3顆衛(wèi)星。在6個軌道平面內平均分布著24顆衛(wèi)星，軌道平面產(chǎn)生了55度的傾角，平均衛(wèi)星高度是20200km。衛(wèi)星通過兩個l波段的無線電載波為廣大用戶接連不斷的輸送定位導航信號，其中包含的衛(wèi)星位置信息，促使衛(wèi)星成為一個動態(tài)化的已知點。在地球范圍內的任意地點和時刻，當高度角超過15度，能夠平均觀測6顆衛(wèi)星，最
多可達11顆。
gps尾行：主體乘圓柱形，直徑為1.5m，兩側安裝有4篇拼接成的太陽能電池翼板，總面積為7.2m2，設計壽命為7.5年。衛(wèi)星上安設有4臺高精度的原子鐘（一臺使用，三臺備用），兩臺銣原子鐘（頻率穩(wěn)定度為1*10-13），兩臺銫原子鐘（頻率穩(wěn)定度為1*10-12），以減少由時間誤差引起的站星（測站到衛(wèi)星）距離誤差。
衛(wèi)星的基本功能是：接收和儲存由地面監(jiān)控站發(fā)來的導航信息，并翔用戶發(fā)送導航與定位信息；接收并直行監(jiān)控站的控制指令，進行必要的數(shù)據(jù)處理。
gps地面監(jiān)控站主要由分布在全球的一個主控站、三個注入站和五個監(jiān)測站組成。主控站根據(jù)各監(jiān)測站對gps尾行的觀測數(shù)據(jù)編制成導航電文，傳送到注入站，再由注入站講主控站發(fā)來的導航電文注入到相應衛(wèi)星的存儲器中。
地面設有5個衛(wèi)星監(jiān)測跟蹤站，1個主控站，3個信息注入站。
gps用戶設備由gps接收機、數(shù)據(jù)處理軟件以及其終端設備（如計算機）等組成。gps接收機可捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的新號，跟蹤衛(wèi)星的運行，并對信號進行交換、放大和處理，再通過計算機和相應軟件，經(jīng)基線解算、網(wǎng)平差，求出gps接收機中心（即測站點）的三維坐標。接收機通過天線接收衛(wèi)星播發(fā)的信號，并利用本機產(chǎn)生的偽隨機碼取得距離觀測量和導航電文，然后依導航電文提供的衛(wèi)星位置和鐘差改正數(shù)，計算接收機所處的位置。
二、gps在測量學中的應用
傳統(tǒng)的礦區(qū)控制測量一般都是在國家等級控制點的基礎上，采用測角網(wǎng)、測邊網(wǎng)、邊角網(wǎng)、導線網(wǎng)、線型鎖、邊角交會等方法進行，這就要求點位之間必須
通視。為了達到這一條件，點位必須布設在地勢高，視野開闊的地方。因此傳統(tǒng)控制測量有耗時長、費用高、精度低等的弊端。
gps定位技術具有精度高、全天候、點位無需通視的優(yōu)點，因此在控制測量方面目前已基本取代傳統(tǒng)的測量方法。但需要注意的是，由于礦區(qū)多處山區(qū)，點與點之間高差大，所以在高程控制方面要特別注意，各種實驗表明，高程擬合誤差隨著高差的增加而增大，這就要求我們要盡可能選用分布均勻、能夠控制住整個工作區(qū)的高等級控制點，并選擇合適的似大地水準面進行精化，以提高gps擬合高程的精度。
要實現(xiàn)精確定位有兩個問題需要解決：要確定衛(wèi)星的準確位置及準確的測定地球上我們所在地點至衛(wèi)星的距離。在位置p點架設gps接收機，通過計算與一些數(shù)據(jù)處理可得知該時刻gps衛(wèi)星至gps接收機的距離sap、sbp、scp，在某一時刻接收了3顆(a、b、c)以上的gps衛(wèi)星所發(fā)出的導航電文，而這些衛(wèi)星在該時刻空間的位置(三維坐標)同樣可以通過接收衛(wèi)星星歷可獲得。接下來p點的維坐標(xp，yp，zp)就能用距離交會的方法求得。地固坐標系統(tǒng)即在空間固定的坐標系統(tǒng)和與地球體相固聯(lián)的坐標系統(tǒng)，在工程控制測量中常用地固坐標系統(tǒng)是gps測量中通常采用兩類坐標系統(tǒng)。假定a至衛(wèi)星之間的距離我們能準確測定，又已知我們所在地點而衛(wèi)星的位置，那么在所測量的以衛(wèi)星為中心、的距離為半徑的圓球上一定能找到a點的具體位置。
測量學一直以來的難題是測站間相互通視的問題。使得選點更加靈活方便就是gps這一特點。為了讓接收gps衛(wèi)星信號不受干預，應用gps布設控制網(wǎng)時每個測站上相對應的觀測時間一般在30～40 min左右，測站上空必須開闊。所以觀測時間短，用快速靜態(tài)定位方法可以大大縮短觀測時間：如使用接收機的rtk可在5 s內獲得測點坐標。
gps測量的自動化程度很高。工作人員利用數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進行處理即求得測點三維坐標(將天線整平、對中，打開電源就能進行自動觀測從而量取天的線高數(shù)據(jù))。而其它觀測工作如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測等均由儀器自動完成。所以gps接收機已趨操作傻瓜化和小型化。精確測量觀測站的大地高程也是gps測量在精確測量觀測站平面位置的一個優(yōu)點。gps觀測可在任何時間，任何地點連續(xù)地進行，一般不受天氣情況的影響。
三、結語
通過以上幾個方面的介紹可以看出，gps測量技術在地質勘查測量中的優(yōu)勢是顯而易見的。隨著gps技術的進步，測量學中對gps的需求也會越來越大。但是，實際上當前的最高精度還是不能滿足部分的測量，不過，gps接收機觀測基本實現(xiàn)了智能化、自動化，大大降低了作業(yè)強度，觀測時間越來越少。gps雖然有很多優(yōu)勢，但是它并不能完全可取代傳統(tǒng)的測量儀器，這就要求從事地質測量的同行在充分了解兩種測量方法的原理及優(yōu)缺點得基礎上，合理調配測繪儀器，相信一定取得事半功倍的效果。這樣看來，gps在測量學中的應用前景還是相當廣泛的。
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