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GPS模塊定位系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)與測量設(shè)計

 更新時間:2012-03-22 點擊量:3639
  
  引言:1973年美國國防部開始GPS實驗計劃,由于GPS模塊可向用戶提供連續(xù)、快速定時的、高精度的三維坐標、三維速度和時間信息,所以得到美國政府和三軍的高度重視,并列為美國重點空間計劃之一,成為繼阿波羅登月計劃、航天飛機計劃之后的第三項龐大空間計劃。整個計劃耗資300億美元以上,目前已基本完成。
  GPS定位系統(tǒng)的含義是:導(dǎo)航衛(wèi)星測時和測距/定位系統(tǒng)。GPS模塊定位系統(tǒng)具有高精度和全天候的特點。可保證用戶在任何時候和地點能同時觀測到4顆衛(wèi)星。GPS衛(wèi)星發(fā)送的信號(簡稱GPS)能夠進行厘米級甚至毫米級的靜態(tài)定位。使用GPS衛(wèi)星的關(guān)鍵設(shè)備是:能夠接收、跟蹤、變換、測量GPS信號的接收機。目前市場上達五十余種。GPS除了能進行精密水準測量外,GPS定位將可取代三角測量、三邊測量和導(dǎo)線測量等常規(guī)大地測量技術(shù)。GPS衛(wèi)星定位和低空攝影測量相結(jié)合,可能成為一種大比例尺快速測圖系統(tǒng)。
  GPS衛(wèi)星定位和衛(wèi)星攝影測量相結(jié)合,還可能成為一種動態(tài)地圖自動測繪系統(tǒng)。
  GPS模塊在測量上可用于建立全國性的大地控制網(wǎng),建立陸地和海洋的大地測量基準,可用于地殼變形監(jiān)測,包括局部變形監(jiān)測,也可用于測定航空攝影的動態(tài)參數(shù),進行城市控制測量或其他控制測量,還可用于工程測量、地籍測量、房地產(chǎn)測量等領(lǐng)域,具有*的應(yīng)用價值。
  GPS模塊衛(wèi)星的監(jiān)控系統(tǒng)
  對于衛(wèi)星大地測量而言,GPS衛(wèi)星是以一種動態(tài)已知點描述衛(wèi)星及其軌道參數(shù),稱為衛(wèi)星星歷;每顆衛(wèi)星的星歷由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供,另外,衛(wèi)星入軌運動后,它的“健康”狀況如何,也需地面設(shè)備進行監(jiān)測和控制。
  地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個主控站,三個注入站和五個監(jiān)控站。主控站擁有以大型計算機為主體的數(shù)據(jù)收集、計算、傳輸、診斷等設(shè)備。它的主要功能是:收集各監(jiān)測站測得的距離和距離差、氣象要素、衛(wèi)星時鐘和工作狀況的數(shù)據(jù),監(jiān)測站自身的狀態(tài)數(shù)據(jù)等;根據(jù)收集的數(shù)據(jù)及時計算每顆GPS衛(wèi)星的星歷,時鐘改正,狀態(tài)數(shù)據(jù)以及信號的大氣傳播改正,并按一定格式編制成導(dǎo)航電文,傳送到注入站;監(jiān)控整個地面監(jiān)控系統(tǒng)是否工作正常,檢驗注入衛(wèi)星的導(dǎo)航電文是否正確,監(jiān)測衛(wèi)星是否將導(dǎo)航電文發(fā)出;調(diào)度備用衛(wèi)星替代失效的工作衛(wèi)星,將偏離軌道的衛(wèi)星“拉回”到正常軌道位置。
  監(jiān)控站是為主控站編算導(dǎo)航電文提供觀測數(shù)據(jù),每個監(jiān)測站均用GPS信號接收機測量每顆可見衛(wèi)星的偽距和距離差,采集氣象要素等數(shù)據(jù),并將它們發(fā)送給主控站。
  GPS模塊定位測量設(shè)計
  1.影響GPS測量技術(shù)設(shè)計的因素
  GPS模塊外業(yè)涉及面很廣,因而外業(yè)階段的技術(shù)設(shè)計是一個復(fù)雜的技術(shù)管理問題,經(jīng)綜合大致有以下一些因素應(yīng)加以考慮:
 ?。?)同測站有關(guān)的因素網(wǎng)點密度;布網(wǎng)方案;時段分配、重復(fù)設(shè)站和重合點的設(shè)計;
 ?。?)同觀測衛(wèi)星有關(guān)的因素觀測衛(wèi)星數(shù);衛(wèi)星信號質(zhì)量;圖形強度因子;衛(wèi)星高度角;星歷來源。
  (3)同儀器有關(guān)的因素接收機,用于精密相對定位時至少為兩臺;天線,若天線設(shè)計質(zhì)量和穩(wěn)定性欠佳,會帶來一系列的誤差;記錄設(shè)備,可以是盒式數(shù)據(jù)磁帶或軟磁盤。
 ?。?)后勤方面的因素動用接收機臺數(shù)及其來源和使用期間;測區(qū)內(nèi)各時段,機組的調(diào)度;其他外業(yè)裝備,主要是效能工具和通訊設(shè)備。
  2.布網(wǎng)方案
 ?。?)GPS模塊網(wǎng)精度類級
  各級GPS網(wǎng)的定位精度,可按相鄰間基線向量的中誤差來
  衡量:
  式中:m。為基線向量中誤差;
  a為固定誤差,b為比例誤差;
  D為相鄰間距離。
  各級GPS網(wǎng)zui后結(jié)果的水平分量的中誤差,不得超過表3—10的規(guī)定。
 ?。?)GPS模塊網(wǎng)的布設(shè)
  a.所選點位要便于低等級常規(guī)測量的使用,每一個GPS點應(yīng)與兩個或兩個以上的控制點通視,困難情況下也至少保持與相鄰一個控制點通視,否則,需埋設(shè)方位樁,且用GPS聯(lián)測。
  b.GPS點間距離應(yīng)按規(guī)范要求設(shè)計,可考慮靈活變動,以便于低等級控制點加密,小間中距相鄰點位應(yīng)進行直接聯(lián)測。
  c.GPS網(wǎng)點中各同步邊應(yīng)盡可能構(gòu)成若干個閉合環(huán),在完成各邊的平差后,可檢驗閉合差是否滿足相應(yīng)等級要求。一等以上GPS網(wǎng)中至少包含三個閉合環(huán)且彼此線性無關(guān);二、三、四等也應(yīng)有兩個以上的閉合環(huán);五等網(wǎng)也至少有一個閉合環(huán)。
  d.考慮將測區(qū)內(nèi)原有的國家或地方測設(shè)的三角點進行聯(lián)測,有利于兩系統(tǒng)成果的變換,聯(lián)測點應(yīng)盡量均勻分布在整個測區(qū)的里面和外圍。為求定轉(zhuǎn)換參數(shù),地聯(lián)測高等級的大地控制點,聯(lián)測點和重合點的個數(shù)不得少于3個,特殊情況下也不得少于2個。