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GPS 的组成
第七章 全球卫星定位系统 GPS
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GPS（ Global Positioning System）
即全球定位系统，是由美国建立的一个卫
星导航
定位系统，利用该系统，用户可以在全球
范围内实现全天候、连续、实时的三维导
航定位和测速；另外，利用该系统，用户
还能够进行高精度的时间传递和高精度的
精密定位。
GPS 计划始于 1973 年，已于 1994 年进入
完全运行状态。 GPS 的整个系由空间部分、
地面控制部分和用户部分所组成：
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GPS 系统的组成
空间部分：
提供星历和时间信息
发射伪距和载表信号
提供其它辅助信息
地面控制部分：
中心控制系统
实现时间同步
跟踪卫星进行定轨
用户部分,
接收并测卫星信号
记录处理数据
提供导航定位信息
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空间部分
24颗卫星（ 21+3）
6个轨道平面
55o轨道倾角
20200km轨道高度（地面高度）
12小时（恒星时）轨道周期
5个多小时出现在地平线以上（每颗星）
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地面控制部分
一个主控站,科罗拉多 ?斯必灵司
三个注入站,阿松森（ Ascencion)
迭哥 ?伽西亚 (Diego Garcia)
卡瓦加兰 (kwajalein)
五个监测站 =1个主控站 +3个注入站 +夏威夷
（ Hawaii)
55
Hawaii
Ascencion Diego Garcia
kwajalein
Colorado springs
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用户部分
通用接收机（定位型）：
导航型接收机一般情况下无数据输出的记录存储设备
天线
前置放大器
电源部分
射电部分
微处理器 数据存器显示控制器
供电信号
信息
命令 数据 供电，控制
供电 数据控制
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GPS 信号
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GPS 卫星信号
卫星信号结构
每颗卫星都发射一系列无线电信号（基准频率 ??）
两种载波（ L1和 L2）
两种码信号（ C/A码和 P码）
一组导航电文（信息码,D码）
基准频率
10.23MHZ L1
1575, 42
MHZ
C/A码
1.023MHZ P?码10, 23MHZ
L2
1227.60
MHZ
?154
?120
50比特 /S 卫星信息电文（ D码）
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定位原理
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接收机对跟踪的每一颗卫星进行测距
地心
Si
Pij
Pj
ri
Rj
Rj = ri +Pij
有关各观测量及已知数据如下：
r—为已知的卫地矢量
P—为观测量（伪距）
R—为未知的测站点位矢量
对卫星进行测距
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距离观测值的计算
? 接收机至卫星的距离借助于卫星发射的码信号量测并计算
得到的
? 接收机本身按同一公式复制码信号
? 比较本机码信号及到达的码信号确定传播延迟的时间 ?t
? 传播延迟时间乘以光速就是距离观测值 ?=C? ?t
?t ?t
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单点定位结果的获取
? 单点定位解可以理解为一个后方交会问题
? 卫星充当轨道上运动的控制点，观测值为测站至卫星的伪距（由
时延值推算得到）
? 由于接收机时钟与卫星钟存在同步误差
? 所以要同步观测 4颗卫星，解算四个未知参数：精度 ?,经度 ?,
高程 h,钟差 ?t
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采用载波相位观测值
发自卫星
的电磁波
信号：
? 信号量测精度优于波长的 1/100
? 载波波长（ ?L1=19cm,?L2=24cm)比 C/A码波长 (?C/A=293m)短得多
? 所以,GPS测量采用载波相位观测值可以获得比伪距（ C/A码或 P
码）定位高得多的成果精度
L1载波
L2载波
C/A码
P-码
? p=29.3m
? L2=24cm
? L1=19cm
? C/A=293m
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组成星际站际两次差分观测值
?可以消去卫星钟的系统偏差
?可以消去接收机时钟的误差
Pik
PljP
i
j
Pj
Plk
Pk
Sl
Si
?可以消去轨道（星历）误差的影响
?可以削弱大气折射对观测值的影响
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解算出初始整周未知数
测站对某一卫星的载波相位观测值由三部分组成
（ 1）初始整周未知数 n；（ 2） t 0至 ti时刻的整周记数 Ci；（ 3）相位尾数 ?i
如果信号没有失锁，则每一个观测值包含同一个初始整周未知数 n
为了利用载波相位进行定位，必须先解算出初始整周未知数，取得总观
测值 n+Ci+ ? i
Time (0)
Ambiguity
Time (i)
Ambiguity
Counted Cycles
Phase Measurement
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弄清楚初始整周未知数的确定与定位精度的关系
? 如果无法准确解出初始整周未知数，则定位精度难以优于 ± 1m
? 随着初始整周未知数解算精度的提高，定位精度也相应提高
? 一旦初始整周未知数精确获得，定位精度不再随时间延长而提高
? 经典静态定位需要 30-80分钟观测才能求定初始整周未知数
快速静态定位将这个过程缩短到 2-5分钟
m
精
度
1.00
0.10
0.01 整周未知数确定后
整周未知数确定前
0
0
30 80
2 5 时间（分）
经典静态定位
快速静态定位
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SPS 和 PPS
GPS 系统针对不同用户提供两种不同类型
的服务。一种是标准定位服务 (SPS–
Standard Positioning Service),另一种是
精密定位服务 (PPS–Precision
PositioningService) 。 SPS 主要面向全世
界的民用用户。 PPS 主要面向美国及其盟
国的军事部门以及民用的特许用户。
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GPS 定位的误差源
1,与 GPS 卫星有关的因素
SA
美国政府从其国家利益出发，通过降低广播星历精度（ 技
术）、在 GPS 基准信号中加入高频抖动（技术）等方法，
人为降低普通用户利用 GPS 进行导航定位时的精度。
卫星星历误差
在进行 GPS 定位时，计算在某时刻 GPS 卫星位置所需的
卫星轨道参数是通过各种类型的星历 [7] 提供的，但不论
采用哪种类型的星历，所计算出的卫星位置都会与其真实 位置有所差异，这就是所谓的星历误差。
卫星钟差
卫星钟差是 GPS 卫星上所安装的原子钟的钟面时与 GPS
标准时间之间的误差。
卫星信号发射天线相位中心偏差
卫星信号发射天线相位中心偏差是 GPS 卫星上信号发射
天线的标称相位中心与其真实相位中心之间的差异。
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电离层延迟
由于地球周围的电离层对电磁波的折射效应，使
得 GPS 信号的传播速度发生变化，这种变化称为电
离层延迟。电磁波所受电离层折射的影响与电磁波
的频率以及电磁波传播途径上电子总含量有关。
对流层延迟
由于地球周围的对流层对电磁波的折射效应，使
得 GPS 信号的传播速度发生变化，这种变化称为对
流层延迟。电磁波所受对流层折射的影响与电磁波
传播途径上的温度、湿度和气压有关。
多路径效应
由于接收机周围环境的影响，使得接收机所接收
到的卫星信号中还包含有各种反射和折射信号的影
响，这就是所谓的多路径效应。
2,与传播途径有关的因素
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接收机钟差
接收机钟差是 GPS 接收机所使用的钟
的钟面时与 GPS 标准时之间的差异。
接收机天线相位中心偏差
接收机天线相位中心偏差是 GPS 接收
机天线的标称相位中心与其真实的相位中
心之间的差异。
接收机软件和硬件造成的误差
在进行 GPS 定位时，定位结果还会受
到诸如处理与控制软件和硬件等的影响。
3.与接收机有关的因素
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4,其它
GPS 控制部分人为或计算机造成的
影响
由于 GPS 控制部分的问题或用户在
进行数据处理时引入的误差等。
数据处理软件的影响
数据处理软件的算法不完善对定位结
果的影响。
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坐标系、基准和坐标系统
测量的基本任务就是确定物体在空
间中的位置、姿态及其运动轨迹。
而对这些特征的描述都是建立在某
一个特定的空间框架和时间框架之
上的。所谓空间框架就是我们常说
的坐标系统，而时间框架就是我们
常说的时间系统。
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坐标系统
一个完整的坐标系统是由坐标系和基
准两方面要素所构成的。坐标系指的
是描述空间位置的表达形式，而基准
指的是为描述空间位置而定义的一系
列点、线、面。在大地测量中的基准
一般是指为确定点在空间中的位置，
而采用的地球椭球或参考椭球的几何
参数和物理参数，及其在空间的定位、
定向方式，以及在描述空间位置时所
采用的单位长度的定义。
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坐标系的分类
正如前面所提及的，所谓坐标系指
的是描述空间位置的表达形式，即
采用什么方法来表示空间位置。人
们为了描述空间位置，采用了多种
方法，从而也产生了不同的坐标系，
如直角坐标系、极坐标系等。在测
量中，常用的坐标系有以下几种：
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空间直角坐标系
空间直角坐标系的坐
标系原点位于参考椭
球的中心,Z 轴指向
参考椭球的北极,X
轴指向起始子午面与
赤道的交点,Y 轴位
于赤道面上，且按右
手系与 X 轴呈 90° 夹
角。某点在空间中的
坐标可用该点在此坐
标系的各个坐标轴上
的投影来表示。
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空间大地坐标系
空间大地坐标系是采用大
地经、纬度和大地高来描
述空间位置的。纬度是空
间的点与参考椭球面的法
线与赤道面的夹角，经度
是空间中的点与参考椭球
的自转轴所在的面与参考
椭球的起始子午面的夹角，
大地高是空间点沿参考椭
球的法线方向到参考椭球
面的距离。
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平面直角坐标系
平面直角坐标系是利用投影变换，
将空间坐标（空间直角坐标或空间
大地坐标）通过某种数学变换映射
到平面上，这种变换又称为投影变
换。投影变换的方法有很，如 UTM
投影,Lambuda 投影等，在我国采
用的是高斯 -克吕格投影，也称为高
斯投影。
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基 准
所谓基准是指为描述空间位置而定
义的点、线、面，在大地测量中，
在大地测量中，基准是指用以描述
地球形状的参考椭球的参数，如参
考椭球的长短半轴，以及参考椭球
在空间中的定位及定向，还有在描
述这些位置时所采用的单位长度的
定义。
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GPS 测量中常用的坐标系统
WGS-84 坐标系是目前 GPS 所采用
的坐标系统,GPS 所发布的星历参
数就是基于此坐标系统的。 WGS-
84 坐标系的坐标原点位于地球的质
心,Z 轴指向 BIH1984.0 定义的协
议地球极方向,X 轴指向 BIH1984.0
的启始子午面和赤道的交点,Y 轴
与 X 轴和 Z 轴构成右手系。
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1954 年北京坐标系
1954 年北京坐标系是我国目前广泛采用的
大地测量坐标系,采用的参考椭球是克拉索
夫斯基椭球，遗憾的是，该椭球并未依据
当时我国的天文观测资料进行重新定位，
而是由前苏联西伯利亚地区的一等锁，经
我国的东北地区传算过来的，该坐标系的
高程异常是以前苏联 1955 年大地水准面重
新平差的结果为起算值，按我国天文水准
路线推算出来的，而高程又是以 1956 年青
岛验潮站的黄海平均海水面为基准。
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克拉索夫斯基椭球参数同现代精确的椭球参数的
差异较大，并且不包含表示地球物理特性的参数，因
而给理论和实际工作带来了许多不便。
椭球定向不十分明确，椭球的短半轴既不指向国
际通用的 CIO 极,也不指向目前我国使用的 JYD 极。
参考椭球面与我国大地水准面呈西高东低的系统性倾
斜，东部高程异常达 60 余米，最大达 67 米。
该坐标系统的大地点坐标是经过局部分区平差得
到的，因此，全国的天文大地控制点实际上不能形成
一个整体，区与区之间有较大的隙距，如在有的接合
部中，同一点在不同区的坐标值相差 1-2 米，不同分
区的尺度差异也很大，而且坐标传递是从东北到西北
和西南，后一区是以前一区的最弱部作为坐标起算点，
因而一等锁具有明显的坐标积累误差。
1954 年北京坐标系存在着很多缺点
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1980 年西安大地坐标系
1978 年，我国决定重新对全国天文大地网施行整体
平差，并且建立新的国家大地坐标系统，整体平差在
新大地坐标系统中进行，这个坐标系统就是 1980 年
西安大地坐标系统。 1980 年西安大地坐标系统所采
用的地球椭球参数的四个几何和物理参数采用了 IAG
1975 年的推荐值，椭球的短轴平行于地球的自转轴
（由地球质心指向 1968.0 JYD 地极原点方向），起
始子午面平行于格林尼治平均天文子午面，椭球面同
似大地水准面在我国境内符合最好，高程系统以 1956
年黄海平均海水面为高程起算基准。
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GPS 静态定位在测量中的应用
GPS 静态定位在测量中主要用于测
定各种用途的控制点。其中，较为
常见的方面是利用 GPS 建立各种类
型和等级的控制网，在这些方面，
GPS 技术已基本上取代了常规的测
量方法，成为了主要手段。较之于
常规方法,GPS 在布设控制网方面
具有以下一些特点：
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测量精度高,GPS 观测的精度要明显高于一般的常
规测量手段,GPS 基线向量的相对精度一般在 10-
5~ 10-9之间，这是普通测量方法很难达到的。
选点灵活、不需要造标、费用低,GPS 测量不要求
测站间相互通视，不需要建造觇标，作业成本低，
大大降低了布网费用。
全天侯作业：在任何时间、任何气候条件下，均可
以进行 GPS 观测，大大方便了测量作业，有利于按
时、高效地完成控制网的布设。
观测时间短：采用 GPS 布设一般等级的控制网时，
在每个测站上的观测时间一般在 1~2 个小时左右，
采用快速静态定位的方法，观测时间更短。观测、
处理自动化采用 GPS 布设控制网，观测工程和数据
处理过程均是高度自动化的。
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布设 GPS 网的
工作步骤
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测 前 工 作
项目的提出：一项 GPS 测量工程项目，往往是由工
程发包方、上级主管部门或其他单位或部门提出，由
GPS 测量队伍具体实施。对于一项 GPS 测量工程项
目，一般有如下一些要求：
测区位置及其范围：测区的地理位置、范围，控制网
的控制面积。
用途和精度等级：控制网将用于何种目的，其精度要
求是多少，要求达到何种等级。
点位分布及点的数量：控制网的点位分布、点的数量
及密度要求，是否有对点位分布有特殊要求的区域。
提交成果的内容：用户需要提交哪些成果，所提交的
坐标成果分别属于哪些坐标系，所提交的高程成果分
别属于哪些高程系统，除了提交最终的结果外，是否
还需要提交原始数据或中间数据等。
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时限要求：对提交成果的时限要求，即何时是提交成果的最后期限。
投资经费：对工程的经费投入数量。
技术设计：负责 GPS 测量的单位在获得了测量任务后，需要根据
项目要求和相关技术规范进行测量工程的技术设计。关于技术设计
的具体内容将在第四章中作详细介绍。
测绘资料的搜集与整理：在开始进行外业测量之前，现有测绘资料
的搜集与整理也是一项极其重要的工作。需要收集整理的资料主要
包括测区及周边地区可利用的已知点的相关资料（点志记、坐标等）
和测区的地形图等。
仪器的检验：对将用于测量的各种仪器包括 GPS 接收机及相关设
备、气象仪器等进行检验，以确保它们能够正常工作。
踏勘、选点埋石：在完成技术设计和测绘资料的搜集与整理后，需
要根据技术设计的要求对测区进行踏勘，并进行选点埋石工作。
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测 量 实 施
实地了解测区情况：由于在很多情况下，选点埋石和测量是分别由
两个不同的队伍或两批不同的人员完成的，因此，当负责 GPS 测量
作业的队伍到达测区后，需要先对测区的情况作一个详细的了解。
主要需要了解的内容包括点位情况（点的位置、上点的难度等）、
测区内经济发展状况、民风民俗、交通状况、测量人员生活安排等。
这些对于今后测量工作的开展是非常重要的。
卫星状况预：报根据测区的地理位置，以及最新的卫星星历，对卫
星状况进行预报，作为选择合适的观测时间段的依据。所需预报的
卫星状况有卫星的可见性、可供观测的卫星星座、随时间变化的
PDOP 值、随时间变化的 RDOP 值等。对于个别有较多或较大障碍物
的测站，需要评估障碍物对 GPS 观测可能产生的不良影响。
确定作业方案：根据卫星状况、测量作业的进展情况、以及测区的
实际情况，确定出具体的作业方案，以作业指令的形式下达给各个
作业小组，根据情况，作业指令可逐天下达，也可一次下达多天的
指令。作业方案的内容包括作业小组的分组情况,GPS 观测的时间
段以及测站等。
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外业观测：各 GPS 观测小组在得到作业指挥员所下达的作业
指令后，应严格按照作业指令的要求进行外业观测。在进行
外业观测时，外业观测人员除了严格按照作业规范、作业指
令进行操作外，还要根据一些特殊情况，灵活地采取应对措
施。在外业中常见的情况有不能按时开机、仪器故障和电源
故障等。
数据传输与转储：在一段外业观测结束后，应及时地将观测
数据传输到计算机中，并根据要求进行备份，在数据传输时
需要对照外业观测记录手簿，检查所输入的记录是否正确。
数据传输与转储应根据条件，及时进行。
基线处理与质量评估：对所获得的外业数据及时地进行处理，
解算出基线向量，并对解算结果进行质量评估。作业指挥员
需要根据基线解算情况作下一步 GPS 观测作业的安排。
重复确定作业方案、外业观测、数据传输与转储与基线处理
与质量评估四步，直至完成所有 GPS 观测工作。
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测 后 工 作
结果分析（网平差处理与质量评估）：,对
外业观测所得到的基线向量进行质量检验，
并对由合格的基线向量所构建成的 GPS 基
线向量网进行平差解算，得出网中各点的
坐标成果。如果需要利用 GPS 测定网中各
点的正高或正常高，还需要进行高程拟合。
技术总结：根据整个 GPS 网的布设及数据
处理情况，进行全面的技术总结。
成果验收
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技 术 设 计
在布设 GPS 网时，技术设计是非常重要
的。这是因为技术设计提供了布设 GPS
网的技术准则，在布设 GPS 网时所遇到
的所有技术问题，都需要从技术设计中寻
找答案。因此，在进行每一项 GPS 工程
时，都必须首先进行技术设计。
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技术设计的内容
项目来源：介绍项目的来源、性质。
测区概况：介绍测区的地理位置、
气候、人文、经济发展状况、交通
条件、通讯条件等。
工程概况：介绍工程的目的、作用、
要求,GPS 网等级（精度）、完成
时间等。
技术依据：介绍作业所依据的测量
规范、工程规范、行业标准等。
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施测方案：介绍测量所采用的仪器、采取的布
网方法等。
作业要求：介绍外业观测时的具体操作规程、
技术要求等，包括仪器参数的设置（如采样率、
截止高度角等）、对中精度、整平精度、天线
高的量测方法及精度要求等。
观测质量控制：介绍外业观测的质量要求，包
括质量控制方法及各项限差要求等。
数据处理方案：详细的数据处理方案，包括基
线解算和网平差处理所采用的软件和处理方法
等内容。
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布 网 方 法
国家测绘局 1992年制订的我国第一部
,GPS测量规范”将 GPS的精度分为 A— E五级（见
下表）。其中 A,B两级一般是国家 GPS控制网。 C、
D,E三级是针对局部性 GPS网规定的。
级别
项目
A B C D E
固定误差 a ( mm ) <=5 <=8 <= 1 0 <= 1 0 <= 1 0
比例误差系数 b ( p p m ) <= 0, 1 <=1 <=5 <= 1 0 <= 2 0
相邻点最小距离 ( K m ) 100 15 5 2 1
相邻点最大距离 ( K m ) 2000 250 40 15 10
相邻点平均距离 ( K m ) 300 70 15 ~1 0 1 0 ~5 5 ~2
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应通过独立观测边构成闭合图形，以增加检核条
件，提高网的可靠性。
应尽量与原有地面控制网相重合，重合点一般不
少于 3个，且分布均匀。
应考虑与水准点相重合,或在网中布设一定密度
的水准联测点。
点应设在视野开阔和容易到达的地方联测方向。
可在网点附近布设一通视良好的方位点，以建立
联测方向。
根据 GPS测量的不同用途,GPS网的独立观测边
均应构成一定的几何图形，基本形式有：
设计的一般原则
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三 角 形 网
优点：
图形几何结构强，
具有良好的自检能
力，经平差后网中
相邻点间基线向量
的精度均匀。
缺点：
观测工作量大。
只有在网的精度和
可靠 性要求比较
高时，才单独采用
这种图形。
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环 形 网
优点：
观测工作量较小，且
具有较好的自检性和可
靠性。
缺点：
非直接观测基线边
（或间接边）精度较直
接观测边低，相邻点间
的基线精度分布不均匀。
是大地测量和精密工程
测量中普遍采用的图形。
通常采用上述两种图形
的混合图形。
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星 形 网
优点：
观测中只需要两台
GPS接收机，作业简
单。
缺点：
几何图形简单，检
验和发现粗差能力差,
广泛用于工程测量、
边界测量、地籍测量
和碎部测量等。
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GPS快速定位图形布设
两台仪器作业的基本图形：
? 多边形环状网。两接收机同步作业，交替迁站 n-
1次，得到首尾相接的 n边形闭合环，每个新点均
与两条独立基线相连。
? 单基准形状网。两接收机同步作业,1台固定不
动,1台快速流动迁站 n-1次，得到 n条独立基线，
每个新点只与 1条独立基线相连。因此每个点上
必须进行第二次设站。
1
2
3
45
1
2
3
4
5
6
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1 单基准星状网。 1台固定不动,2台各快速流动迁站 n-1次，得
到 2n条独立基线，每个新点只与 1条独立基线相连。因此每个点
上必须进行第二次设站。
2 双基准菱状网。 2台固定不动,1台快速流动迁站 n-1次，得到
2n条独立快速定位基线。如果两基准站采用静态定位方式，可得
到 2n+1条独立基线向量 。如果采用在流动站迁站期间两基准站多
次快速定位得到多组快速定位基线向量的方法，最多可得到 3n-1
条独立基线向量。
1
2 3
4
5
6
5
2
3 4
1
三台接收机作业的基本图形：
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GPS 基线解算
基线解算的过程实际上主要是一个平差的
过程，平差所采用的观测值主要是双差观
测值。在基线解算时，平差要分三个阶段
进行，第一阶段进行初始平差，解算出整
周未知数参数 的和基线向量的实数解（浮
动解）；在第二阶段，将整周未知数固定
成整数；在第三阶段，将确定了的整周未
知数作为已知值，仅将待定的测站坐标作
为未知参数，再次进行平差解算，解求出
基线向量的最终解 -整数解（固定解）
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GPS 基线解算的过程
1,原始观测数据的读入在进行基线解算时，首先
需要读取原始的 GPS 观测值数据。一般说来，各
接收机厂商随接收机一起提供的数据处理软件都可
以直接处理从接收机中传输出来的 GPS 原始观测
值数据，而由第三方所开发的数据处理软件则不一
定能对各接收机的原始观测数据进行处理，要处理
这些数据，首先需要进行格式转换目前，最常用的
格式是 RINEX 格式，对于按此种格式存储的数据，
大部分的数据处理软件都能直接处理。
2,外业输入数据的检查与修改在读入了 GPS 观测
值数据后，就需要对观测数据进行必要的检查，检
查的项目包括：测站名、点号、测站坐标、天线高
等。对这些项目进行检查的目的，是为了避免外业
操作时的误操作。
2010-5-12 53
3,设定基线解算的控制参数基线解算
的控制参数用以确定数据处理软件采
用何种处理方法来进行基线解算，设
定基线解算的控制参数是基线解算时
的一个非常重要的环节，通过控制参
数的设定，可以实现基线的精化处理。
4,基线解算基线解算的过程一般是自
动进行的，无需过多的人工干预。
2010-5-12 54
5,基线质量的检验基线解算完毕后，
基线结果并不能马上用于后续的处理，
还必须对基线的质量进行检验，只有
质量合格的基线才能用于后续的处理，
如果不合格，则需要对基线进行重新
解算或重新测量。基线的质量检验需
要通过 RATIO,RDOP,RMS、同步
环闭和差、异步环闭和差和重复基线
较差来进行。
6,结束
2010-5-12 55
GPS 基线向量网平差
GPS 基线解算就是利用 GPS 观测值，通过数据处理，得到
测站的坐标或测站间的基线向量值。我们在采用 GPS 观测
完整个 GPS 网后，经过基线解算可以获得具有同步观测数
据的测站间的基线向量，为了确定 GPS 网中各个点在某一
坐标系统下的绝对坐标，需要提供位置基准、方位基准和尺
度基准，而 GPS 基线向量只含有在 WGS-84 下的方位基准
和尺度基准，而我们布设 GPS 网的主要目的是确定网中各
个点在某一特定局部坐标系下的坐标，这就需要通过在平差
时引入该坐标系下的起算数据来实现。当然,GPS 基线向
量网的平差，还可以消除 GPS 基线向量观测值和地面观测
中由于各种类型的误差而引起的矛盾。根据平差所进行的坐
标空间，可将 GPS 网平差分为三维平差和二维平差，根据
平差时所采用的观测值和起算数据的数量和类型，可将平差
分为无约束平差、约束平差和联合平差等。
2010-5-12 56
高 程 拟 合 法
所谓高程拟合法就是利用在范围
不大的区域中，高程异常具有一
定的几何相关性这一原理，采用
数学方法，求解正高、正常高或
高程异常。
2010-5-12 57
技术总结的内容
项目来源：介绍项目的来源、性质。
测区概况：介绍测区的地理位置、气候、人文、经济发展状况、
交通条件、通讯条件等。
工程概况：介绍工程目的、作用、要求、等级、完成时间等。
技术依据：介绍作业依据的测量规范、工程规范、行业标准等。
施测方案：介绍测量所采用的仪器、采取的布网方法等。
作业要求：介绍外业观测时的具体操作规程、技术要求等，包
括仪器参数的设置（如采样率、截止高度角等）、对中精度、
整平精度、天线高的量测方法及精度要求等。
观测质量：控制介绍外业观测的质量要求，包括质量控制方法
及各项限差要求等。
数据处理方案：说明详细的数据处理方案，包括基线解算方法、
网平差处理方法等。
结论：对整个工程的质量及成果作出结论。
2010-5-12 58
2010-5-12 59
五, GPS定位测量特点及前景
一,GPS特点：
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 10-7,1000KM可达 10-9。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。
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。
3,测站间无须通视
4,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。
2010-5-12 60
5,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。
6、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。
7、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。
2010-5-12 61
二、应用前景
1, GPS系统用途广泛
2,多元化空间资源环境的出现
（ GPS/GLONASS/GNSS）
3、发展 GPS产业
4,GPS 的应用将进入人们的日常生活
有人说过，只有我们想不到的，没有 GPS做不到的。 GPS
信号接收机在人们生活中的应用，是一个难以用数字预测的
广阔天地，手表式的 GPS 接收机，将成为旅游者的忠实导游。
尽管目前大多数人还不知道什麽是 GPS，但有人预言,GPS
将改变我们的生活方式。今后，所有运载器，都将依赖于
GPS。 GPS就象移动电话、传真机,计算机互联网对我们生
活的影响一样，人们日常生活将离不开它。
2010-5-12 62
六,GPS技术应用
一,GPS在大地控制测量中的应用
GPS定位技术以其精度高、速度快、费用省、操作简
便等优良特性被广泛应用于大地控制测量中 。时至今日，
可以说 GPS定位技术已完全取代了用常规测角、测距手段建
立大地控制网。 我们一般将应用 GPS卫星定位技术建立的
控制网叫 GPS网。归纳起来大致可以将 GPS网分为两大类：
一类是全球或全国性的高精度 GPS网，这类 GPS网中相邻
点的距离在数千公里至上万公里,其主要任务是做为全球
高精度坐标框架或全国高精度坐标框架，为全球性地球动力
学和空间科学方面的科学研究工作服务，或用以研究地区性
的板块运动或地壳形变规律等问题。另一类是区域性的
GPS网，包括城市或矿区 GPS网,GPS工程网等，这类网
中的相邻点间的距离为几公里至 几十公里，其主要任务是
直接为国民经济建设服务
2010-5-12 63
用常规的测图方法（如用经纬仪、测距仪等）通常是先布设控
制网点，这种控制网 一般是在国家高等级控制网点的基础上加密
次级控制网点。最后依据加密的控制点和 图根控制点，测定地物
点和地形点在图上的位置并按照一定的规律和符号绘制成平面图。
GPS新技术的出现，可以高精度并快速地测定各级控制点的
坐标。特别是应用 RTK新技术,甚至可以不布设各级控制点，仅
依据一定数量的基准控制点，便可以高精度并快速地测定界址点、
地形点、地物点的坐标，利用测图软件可以在野外一次测绘成电子
地图，然后通过计算机和绘图仪,打印机输出各种比例尺的图件。
应用 RTK技术进行定位时要求基准站接收机实时地把观测数据
（如伪距或相位观测值）及已知数据 （如基准站点坐标）实时传
输给流动站 GPS接收机，流动站快速求解整周模糊度，在观测到
四颗卫星后，可以实时地求解出厘米级的流动站动态位置。这比
GPS静态、快速静态定位 需要事后进行处理来说，其定位效率会
大大提高。故 RTK技术一出现，其在测量中的 应用立刻受到人们
的重视和青睐。
二,GPS在地形、地籍及房地产测量中的应用
2010-5-12 64
八,GPS在其他领域中的应用
农业领域中的应用
林业管理方面的应用
旅游及野外考察中的应用
GPS基本操作
2010-5-12 66
静态 GPS接收机 (南方 9600北极星 )
2010-5-12 67
1,系统组成
9600型 GPS接收机包括硬件、软件两个部分：
硬件：
a,9600接收机（内置天线及抑制多路径板）；
b,9600单片机内置采集器（内置采集软件）；
c,可充电电池及充电器；
d,铝或木三脚架；
e,数据传输电缆。
软件：包括数据传输软件,GPS数据处理系统
（包含基线向量处理、闭合差自动搜索、网平
差、高程拟合以及图形输出等功能）。
2010-5-12 68
9600型 GPS测量系统采用静态相对定位模式。
此时外业部分需两台或两台以上 GPS接收机。
数据经过处理可方便的进入 CAD进行图形编辑，
数据成果可导入 Mapinfo等 GIS系统。
应用：土地管理部门、测量部门、海洋调查、
水利水土保持、森林详情普查、地质调查、林
业资源勘查、石油、地矿勘探等行业。
2010-5-12 69
２, 主要技术参数
一,9600接收机：
12个并行的独立通道、可同时接收 12颗卫星
L1载波相位,C／ A码伪距,1575.42MHz
扁平有源天线带内装式抑径板
根据卫星高度及卫星运行的健康状况自动选择卫星
flash闪存内存 16M，可存储连续约 20天数据量
240?160液晶显示屏
两块高性能锂电池连续工作时间长达 16小时之久
二、静态相对定位精度,
静态基线,± （ 5mm+1ppm）
高 程,± （ 10mm＋ 2ppm）
三、同步观测时间,45分钟左右
2010-5-12 70
３,9600型 GPS测量系统文件及操作
３,1 开机 初始界面, 使用 PWR键开机
?初始界面中模式的选择
?指示灯含义
F1 F2 F3 F4 PWR
2010-5-12 71
３,2 系统界面
选手动或智能模式后进入主界面
F1 F2 F3 F4 PWR
主界面分三大部分：
卫星分布图、系统提示框、功能项
2010-5-12 72
3.2.1,文件, 功能操作
按 F1键进入“文件”功能的操作
F1 F2 F3 F4 PWR
PWR键返回主界面
2010-5-12 73
按 F2键进入“设置”功能的操作
3.2.2,设置, 功能操作
F1 F2 F3 F4 PWR
注意：同时工作的几台 9600主机高度截止角、采
集间隔最好保证一致，即同样的设置值。
PWR键“取消”,返回主界面。
2010-5-12 74
按 F3键进入“测量”功能的操作
3.2.3,测量, 功能操作
F1 F2 F3 F4 PWR
有状态、卫星、点名（采集）、返回、记录图标五个子项
2010-5-12 75
F1键“状态”,
F1 F2 F3 F4 PWR
显示单点定位的经纬度坐标、高程和精度因子 PDOP值,
定位状态、锁定卫星数目、可视卫星数
2010-5-12 76
F2键“卫星”：
F1 F2 F3 F4 PWR
2010-5-12 77
F3键“点名”：
F1 F2 F3 F4 PWR
?智能模式下显示点名。
?在人工模式下显示采集，此时用户可以输入测站的相关信息，
如：测站点名、测站采集的时段号、测站天线高。
2010-5-12 78
按 F4键进入“系统”功能的操作
3.2.4,系统, 功能的操
作
F1 F2 F3 F4 PWR
长按 PWR键关机
2010-5-12 79
4,9600型文件系统野外数据采集
打开主机电源后，初始界面有三种采集工作
方式选择,用户可根据实际情况和方便性来选择
不同的工作方式来采集数据，若不选择，则延
时 10秒后自动进入默认采集方式“智能模式”。
注意,每一次只能用一种工作方式来采集数据。
2010-5-12 80
4.1 智能模式采集
4.1.1 数据的采集
在初始界面下选 F1键进入“智能模式”
F1 F2 F3 F4 PWR
2010-5-12 81
4.1.2 给记录的数据取一个文件名
按 F3键“测量”进入测量功能界面 (可看到接收
机状态，单点经纬度坐标，定位状态、精度因
子 )
F1 F2 F3 F4 PWR
2010-5-12 82
按 F3键“点名”进入点名输入功能界面，给正在
记录的数据起一个文件名、输入时段号及输入测
站天线高。
F1 F2 F3 F4 PWR
2010-5-12 83
4.1.3 退出数据记录
退回到主界面，然后长按 PWR键关机。
在任何界面下同时按下 F1+F4快捷键关机，即
可退出采集，且不会丢失数据。
注意,
“智能模式”和“人工模式”的区别：人工模式
先取文件名再记录采集数据；智能模式先已自
动记录采集数据再取文件名。
2010-5-12 84
4.2.1 数据的采集
在 9600主机电源打开后，在初始界面下选
F2键进入“人工模式”
4.2 人工模式采集
F1 F2 F3 F4 PWR
2010-5-12 85
4.2.2 给记录的数据取一个文件名
当满足条件时，请按下 F3键“采集”进入文件名输入
界面，输入完文件名、时段号、天线高后，按 F4键
“确定”，接收机就开始记录数据。
F1 F2 F3 F4 PWR
4.2.3 退出数据记录：操作同“智能模式”。
2010-5-12 86
本方式操作最简单实用，完全“傻瓜式”
操作，进入该方式后，你就可以去一边休息，
等采集时间足够时就可收机搬站。
4.3.1 数据的采集
在 9600主机电源打开后，在初始界面下选
F3键进入“节电模式”。
节电模式一进入之后就自动关闭液晶显示
屏，仅靠指示灯来显示卫星状态和采集状态。
4.3节电模式采集
2010-5-12 87
电源灯 卫星灯 信息灯
A电池为绿灯
B电池为黄灯
A,B均不足，为红灯
卫星灯和信息灯的工作情况：
1.未进入 3D状态时,信息灯每闪 N次红灯，则卫星闪烁 1次红灯
可视的卫星数
2,进入 3D状态时,信息灯每闪 M次绿灯，则卫星闪烁 1次绿灯
采集间隔
2010-5-12 88
4.3.2退出数据记录
在任何界面下同时按下 F1+F4快捷键关机，即
可退出采集。
“节电模式”的优点：
节电模式适合在北方严寒地区使用，以克服液晶
显示屏可能低温情况下无法正常显示。
节电模式能被任意键激活显示屏而进入智能模
式。
2010-5-12 89
5.北极星 9600内业数据传输
5.1 数据传输软件简介和界面 菜单项 工具栏
状态栏
程
序
视
窗
2010-5-12 90
5.1.1 菜单项
计算机设置菜单
新建文件夹对话框
2010-5-12 91
设置菜单
GPS设置对话框
对 9600内存中数据进行选择删除。
对 9600内存中的数据全部清空。
2010-5-12 92
通讯菜单
通讯菜单主要是进行计算机和 GPS接收机通讯的设置
2010-5-12 93
查看菜单
查看菜单主要是进行传输软件本身界面的操作
? 工具栏：控制工具栏的可见性；
? 状态栏：显示连接状态及传输进度；
? 连接状态：对传输过程序中各种状态进行跟踪显示；
? 文件信息：显示计算机文件目录信息。
2010-5-12 94
帮助菜单
关于传输软件操作的在线帮助和 GPS接收机注册
等的操作
2010-5-12 95
5.1.2 工具栏
工具栏中菜单都为菜单项中的快捷方式
5.1.3 状态栏
位于程序左窗口，显示用户每一步操作的详细过程
位于程序右窗口，其中上半部分显示计算机中
的文件内容，下半部分显示 9600主机中的数据。
5.1.4 程序视窗
2010-5-12 96
2010-5-12 97
5.2 如何进行数据传输
5.2.1连接前的准备
保证 9600主机电源充足，打开电源。
用通讯电缆连接好电脑的串口 1（ COM1）或
串口 2（ COM2）。
要等待（约 10秒钟） 9600主机进入主界面后再
进行连接和传输（初始界面不能传输）。
设置要存放野外观测数据的文件夹，可以在数
据通讯软件中设置。
2010-5-12 98
5.2.2 进行通讯参数的设置
选择“通讯”菜单中的“通讯接口”功能，
系统弹出通讯参数设置对话框,选择通讯接口
COM1或 COM2，鼠标单击“确定”按钮。
2010-5-12 99
5.2.3 连接计算机和 GPS接收机
参数正确显示数据,
否则重新设置,
2010-5-12 100
5.2.4 数据传输
选择“通讯”菜单中的“传输数据”功能，系
统弹出对话框。
在 GPS数据传输对话框中选择野外的观测数据
文件，鼠标单击“开始”。
断开连接,
2010-5-12 101
5.2.5如何输入注册码
在接收机注册对话框中的注册码编辑框中输入在南方公司
申请到的注册码，鼠标单击, 确定, 。
注意：注册码为 21位，如果长度不足程序不能接受。
注册码是保证用户正确、合法使用南方公司 GPS
产品的用户标识码，请用户妥善保管。注册 GPS的步
骤如下：
选择“帮助”菜单中的“软件注册”功能，系统弹
出对话框,
2010-5-12 102
?如果注册码错误，则提示注册码输入错误对话框,
?如果输入的注册码正确，系统提示注册成功对话框,
2010-5-12 103
检测注册码
连接 GPS接收机和计算机，启动数据传输软
件，在软件的标题栏会显示注册码的日期，如果
提示的时间比当前的时间小则表明注册码日期以
到，请与就近南方公司的分公司联系，索取正确
的注册码。
2010-5-12 104
5.2.6设置功能
在数据传输软件中可以对 GPS接收机采样间隔和卫星高度截
止角进行设置。
在“设置”菜单下,GPS机设置”功能，弹出参数设置对话
框,
采样频率值：设置采集间隔，例如设成 5秒，则接收机每隔
5秒钟采集一个历元数据，一分钟则可采集 12个历元数据。
卫星高度角即卫星截止角，若设成 10度，则接收机只对水平
仰角 10度以上卫星锁定，而屏蔽 10度以下的卫星。
参加作业的每台 GPS的设置应一致。
GPS 的组成
第七章 全球卫星定位系统 GPS
2010-5-12 2
GPS（ Global Positioning System）
即全球定位系统，是由美国建立的一个卫
星导航
定位系统，利用该系统，用户可以在全球
范围内实现全天候、连续、实时的三维导
航定位和测速；另外，利用该系统，用户
还能够进行高精度的时间传递和高精度的
精密定位。
GPS 计划始于 1973 年，已于 1994 年进入
完全运行状态。 GPS 的整个系由空间部分、
地面控制部分和用户部分所组成：
2010-5-12 3
GPS 系统的组成
空间部分：
提供星历和时间信息
发射伪距和载表信号
提供其它辅助信息
地面控制部分：
中心控制系统
实现时间同步
跟踪卫星进行定轨
用户部分,
接收并测卫星信号
记录处理数据
提供导航定位信息
2010-5-12 4
空间部分
24颗卫星（ 21+3）
6个轨道平面
55o轨道倾角
20200km轨道高度（地面高度）
12小时（恒星时）轨道周期
5个多小时出现在地平线以上（每颗星）
2010-5-12 5
地面控制部分
一个主控站,科罗拉多 ?斯必灵司
三个注入站,阿松森（ Ascencion)
迭哥 ?伽西亚 (Diego Garcia)
卡瓦加兰 (kwajalein)
五个监测站 =1个主控站 +3个注入站 +夏威夷
（ Hawaii)
55
Hawaii
Ascencion Diego Garcia
kwajalein
Colorado springs
2010-5-12 6
用户部分
通用接收机（定位型）：
导航型接收机一般情况下无数据输出的记录存储设备
天线
前置放大器
电源部分
射电部分
微处理器 数据存器显示控制器
供电信号
信息
命令 数据 供电，控制
供电 数据控制
2010-5-12 7
GPS 信号
2010-5-12 8
GPS 卫星信号
卫星信号结构
每颗卫星都发射一系列无线电信号（基准频率 ??）
两种载波（ L1和 L2）
两种码信号（ C/A码和 P码）
一组导航电文（信息码,D码）
基准频率
10.23MHZ L1
1575, 42
MHZ
C/A码
1.023MHZ P?码10, 23MHZ
L2
1227.60
MHZ
?154
?120
50比特 /S 卫星信息电文（ D码）
2010-5-12 9
定位原理
2010-5-12 10
接收机对跟踪的每一颗卫星进行测距
地心
Si
Pij
Pj
ri
Rj
Rj = ri +Pij
有关各观测量及已知数据如下：
r—为已知的卫地矢量
P—为观测量（伪距）
R—为未知的测站点位矢量
对卫星进行测距
2010-5-12 11
距离观测值的计算
? 接收机至卫星的距离借助于卫星发射的码信号量测并计算
得到的
? 接收机本身按同一公式复制码信号
? 比较本机码信号及到达的码信号确定传播延迟的时间 ?t
? 传播延迟时间乘以光速就是距离观测值 ?=C? ?t
?t ?t
2010-5-12 12
单点定位结果的获取
? 单点定位解可以理解为一个后方交会问题
? 卫星充当轨道上运动的控制点，观测值为测站至卫星的伪距（由
时延值推算得到）
? 由于接收机时钟与卫星钟存在同步误差
? 所以要同步观测 4颗卫星，解算四个未知参数：精度 ?,经度 ?,
高程 h,钟差 ?t
2010-5-12 13
采用载波相位观测值
发自卫星
的电磁波
信号：
? 信号量测精度优于波长的 1/100
? 载波波长（ ?L1=19cm,?L2=24cm)比 C/A码波长 (?C/A=293m)短得多
? 所以,GPS测量采用载波相位观测值可以获得比伪距（ C/A码或 P
码）定位高得多的成果精度
L1载波
L2载波
C/A码
P-码
? p=29.3m
? L2=24cm
? L1=19cm
? C/A=293m
2010-5-12 14
组成星际站际两次差分观测值
?可以消去卫星钟的系统偏差
?可以消去接收机时钟的误差
Pik
PljP
i
j
Pj
Plk
Pk
Sl
Si
?可以消去轨道（星历）误差的影响
?可以削弱大气折射对观测值的影响
2010-5-12 15
解算出初始整周未知数
测站对某一卫星的载波相位观测值由三部分组成
（ 1）初始整周未知数 n；（ 2） t 0至 ti时刻的整周记数 Ci；（ 3）相位尾数 ?i
如果信号没有失锁，则每一个观测值包含同一个初始整周未知数 n
为了利用载波相位进行定位，必须先解算出初始整周未知数，取得总观
测值 n+Ci+ ? i
Time (0)
Ambiguity
Time (i)
Ambiguity
Counted Cycles
Phase Measurement
2010-5-12 16
弄清楚初始整周未知数的确定与定位精度的关系
? 如果无法准确解出初始整周未知数，则定位精度难以优于 ± 1m
? 随着初始整周未知数解算精度的提高，定位精度也相应提高
? 一旦初始整周未知数精确获得，定位精度不再随时间延长而提高
? 经典静态定位需要 30-80分钟观测才能求定初始整周未知数
快速静态定位将这个过程缩短到 2-5分钟
m
精
度
1.00
0.10
0.01 整周未知数确定后
整周未知数确定前
0
0
30 80
2 5 时间（分）
经典静态定位
快速静态定位
2010-5-12 17
SPS 和 PPS
GPS 系统针对不同用户提供两种不同类型
的服务。一种是标准定位服务 (SPS–
Standard Positioning Service),另一种是
精密定位服务 (PPS–Precision
PositioningService) 。 SPS 主要面向全世
界的民用用户。 PPS 主要面向美国及其盟
国的军事部门以及民用的特许用户。
2010-5-12 18
GPS 定位的误差源
1,与 GPS 卫星有关的因素
SA
美国政府从其国家利益出发，通过降低广播星历精度（ 技
术）、在 GPS 基准信号中加入高频抖动（技术）等方法，
人为降低普通用户利用 GPS 进行导航定位时的精度。
卫星星历误差
在进行 GPS 定位时，计算在某时刻 GPS 卫星位置所需的
卫星轨道参数是通过各种类型的星历 [7] 提供的，但不论
采用哪种类型的星历，所计算出的卫星位置都会与其真实 位置有所差异，这就是所谓的星历误差。
卫星钟差
卫星钟差是 GPS 卫星上所安装的原子钟的钟面时与 GPS
标准时间之间的误差。
卫星信号发射天线相位中心偏差
卫星信号发射天线相位中心偏差是 GPS 卫星上信号发射
天线的标称相位中心与其真实相位中心之间的差异。
2010-5-12 19
电离层延迟
由于地球周围的电离层对电磁波的折射效应，使
得 GPS 信号的传播速度发生变化，这种变化称为电
离层延迟。电磁波所受电离层折射的影响与电磁波
的频率以及电磁波传播途径上电子总含量有关。
对流层延迟
由于地球周围的对流层对电磁波的折射效应，使
得 GPS 信号的传播速度发生变化，这种变化称为对
流层延迟。电磁波所受对流层折射的影响与电磁波
传播途径上的温度、湿度和气压有关。
多路径效应
由于接收机周围环境的影响，使得接收机所接收
到的卫星信号中还包含有各种反射和折射信号的影
响，这就是所谓的多路径效应。
2,与传播途径有关的因素
2010-5-12 20
接收机钟差
接收机钟差是 GPS 接收机所使用的钟
的钟面时与 GPS 标准时之间的差异。
接收机天线相位中心偏差
接收机天线相位中心偏差是 GPS 接收
机天线的标称相位中心与其真实的相位中
心之间的差异。
接收机软件和硬件造成的误差
在进行 GPS 定位时，定位结果还会受
到诸如处理与控制软件和硬件等的影响。
3.与接收机有关的因素
2010-5-12 21
4,其它
GPS 控制部分人为或计算机造成的
影响
由于 GPS 控制部分的问题或用户在
进行数据处理时引入的误差等。
数据处理软件的影响
数据处理软件的算法不完善对定位结
果的影响。
2010-5-12 22
坐标系、基准和坐标系统
测量的基本任务就是确定物体在空
间中的位置、姿态及其运动轨迹。
而对这些特征的描述都是建立在某
一个特定的空间框架和时间框架之
上的。所谓空间框架就是我们常说
的坐标系统，而时间框架就是我们
常说的时间系统。
2010-5-12 23
坐标系统
一个完整的坐标系统是由坐标系和基
准两方面要素所构成的。坐标系指的
是描述空间位置的表达形式，而基准
指的是为描述空间位置而定义的一系
列点、线、面。在大地测量中的基准
一般是指为确定点在空间中的位置，
而采用的地球椭球或参考椭球的几何
参数和物理参数，及其在空间的定位、
定向方式，以及在描述空间位置时所
采用的单位长度的定义。
2010-5-12 24
坐标系的分类
正如前面所提及的，所谓坐标系指
的是描述空间位置的表达形式，即
采用什么方法来表示空间位置。人
们为了描述空间位置，采用了多种
方法，从而也产生了不同的坐标系，
如直角坐标系、极坐标系等。在测
量中，常用的坐标系有以下几种：
2010-5-12 25
空间直角坐标系
空间直角坐标系的坐
标系原点位于参考椭
球的中心,Z 轴指向
参考椭球的北极,X
轴指向起始子午面与
赤道的交点,Y 轴位
于赤道面上，且按右
手系与 X 轴呈 90° 夹
角。某点在空间中的
坐标可用该点在此坐
标系的各个坐标轴上
的投影来表示。
2010-5-12 26
空间大地坐标系
空间大地坐标系是采用大
地经、纬度和大地高来描
述空间位置的。纬度是空
间的点与参考椭球面的法
线与赤道面的夹角，经度
是空间中的点与参考椭球
的自转轴所在的面与参考
椭球的起始子午面的夹角，
大地高是空间点沿参考椭
球的法线方向到参考椭球
面的距离。
2010-5-12 27
平面直角坐标系
平面直角坐标系是利用投影变换，
将空间坐标（空间直角坐标或空间
大地坐标）通过某种数学变换映射
到平面上，这种变换又称为投影变
换。投影变换的方法有很，如 UTM
投影,Lambuda 投影等，在我国采
用的是高斯 -克吕格投影，也称为高
斯投影。
2010-5-12 28
基 准
所谓基准是指为描述空间位置而定
义的点、线、面，在大地测量中，
在大地测量中，基准是指用以描述
地球形状的参考椭球的参数，如参
考椭球的长短半轴，以及参考椭球
在空间中的定位及定向，还有在描
述这些位置时所采用的单位长度的
定义。
2010-5-12 29
GPS 测量中常用的坐标系统
WGS-84 坐标系是目前 GPS 所采用
的坐标系统,GPS 所发布的星历参
数就是基于此坐标系统的。 WGS-
84 坐标系的坐标原点位于地球的质
心,Z 轴指向 BIH1984.0 定义的协
议地球极方向,X 轴指向 BIH1984.0
的启始子午面和赤道的交点,Y 轴
与 X 轴和 Z 轴构成右手系。
2010-5-12 30
1954 年北京坐标系
1954 年北京坐标系是我国目前广泛采用的
大地测量坐标系,采用的参考椭球是克拉索
夫斯基椭球，遗憾的是，该椭球并未依据
当时我国的天文观测资料进行重新定位，
而是由前苏联西伯利亚地区的一等锁，经
我国的东北地区传算过来的，该坐标系的
高程异常是以前苏联 1955 年大地水准面重
新平差的结果为起算值，按我国天文水准
路线推算出来的，而高程又是以 1956 年青
岛验潮站的黄海平均海水面为基准。
2010-5-12 31
克拉索夫斯基椭球参数同现代精确的椭球参数的
差异较大，并且不包含表示地球物理特性的参数，因
而给理论和实际工作带来了许多不便。
椭球定向不十分明确，椭球的短半轴既不指向国
际通用的 CIO 极,也不指向目前我国使用的 JYD 极。
参考椭球面与我国大地水准面呈西高东低的系统性倾
斜，东部高程异常达 60 余米，最大达 67 米。
该坐标系统的大地点坐标是经过局部分区平差得
到的，因此，全国的天文大地控制点实际上不能形成
一个整体，区与区之间有较大的隙距，如在有的接合
部中，同一点在不同区的坐标值相差 1-2 米，不同分
区的尺度差异也很大，而且坐标传递是从东北到西北
和西南，后一区是以前一区的最弱部作为坐标起算点，
因而一等锁具有明显的坐标积累误差。
1954 年北京坐标系存在着很多缺点
2010-5-12 32
1980 年西安大地坐标系
1978 年，我国决定重新对全国天文大地网施行整体
平差，并且建立新的国家大地坐标系统，整体平差在
新大地坐标系统中进行，这个坐标系统就是 1980 年
西安大地坐标系统。 1980 年西安大地坐标系统所采
用的地球椭球参数的四个几何和物理参数采用了 IAG
1975 年的推荐值，椭球的短轴平行于地球的自转轴
（由地球质心指向 1968.0 JYD 地极原点方向），起
始子午面平行于格林尼治平均天文子午面，椭球面同
似大地水准面在我国境内符合最好，高程系统以 1956
年黄海平均海水面为高程起算基准。
2010-5-12 33
GPS 静态定位在测量中的应用
GPS 静态定位在测量中主要用于测
定各种用途的控制点。其中，较为
常见的方面是利用 GPS 建立各种类
型和等级的控制网，在这些方面，
GPS 技术已基本上取代了常规的测
量方法，成为了主要手段。较之于
常规方法,GPS 在布设控制网方面
具有以下一些特点：
2010-5-12 34
测量精度高,GPS 观测的精度要明显高于一般的常
规测量手段,GPS 基线向量的相对精度一般在 10-
5~ 10-9之间，这是普通测量方法很难达到的。
选点灵活、不需要造标、费用低,GPS 测量不要求
测站间相互通视，不需要建造觇标，作业成本低，
大大降低了布网费用。
全天侯作业：在任何时间、任何气候条件下，均可
以进行 GPS 观测，大大方便了测量作业，有利于按
时、高效地完成控制网的布设。
观测时间短：采用 GPS 布设一般等级的控制网时，
在每个测站上的观测时间一般在 1~2 个小时左右，
采用快速静态定位的方法，观测时间更短。观测、
处理自动化采用 GPS 布设控制网，观测工程和数据
处理过程均是高度自动化的。
2010-5-12 35
布设 GPS 网的
工作步骤
2010-5-12 36
测 前 工 作
项目的提出：一项 GPS 测量工程项目，往往是由工
程发包方、上级主管部门或其他单位或部门提出，由
GPS 测量队伍具体实施。对于一项 GPS 测量工程项
目，一般有如下一些要求：
测区位置及其范围：测区的地理位置、范围，控制网
的控制面积。
用途和精度等级：控制网将用于何种目的，其精度要
求是多少，要求达到何种等级。
点位分布及点的数量：控制网的点位分布、点的数量
及密度要求，是否有对点位分布有特殊要求的区域。
提交成果的内容：用户需要提交哪些成果，所提交的
坐标成果分别属于哪些坐标系，所提交的高程成果分
别属于哪些高程系统，除了提交最终的结果外，是否
还需要提交原始数据或中间数据等。
2010-5-12 37
时限要求：对提交成果的时限要求，即何时是提交成果的最后期限。
投资经费：对工程的经费投入数量。
技术设计：负责 GPS 测量的单位在获得了测量任务后，需要根据
项目要求和相关技术规范进行测量工程的技术设计。关于技术设计
的具体内容将在第四章中作详细介绍。
测绘资料的搜集与整理：在开始进行外业测量之前，现有测绘资料
的搜集与整理也是一项极其重要的工作。需要收集整理的资料主要
包括测区及周边地区可利用的已知点的相关资料（点志记、坐标等）
和测区的地形图等。
仪器的检验：对将用于测量的各种仪器包括 GPS 接收机及相关设
备、气象仪器等进行检验，以确保它们能够正常工作。
踏勘、选点埋石：在完成技术设计和测绘资料的搜集与整理后，需
要根据技术设计的要求对测区进行踏勘，并进行选点埋石工作。
2010-5-12 38
测 量 实 施
实地了解测区情况：由于在很多情况下，选点埋石和测量是分别由
两个不同的队伍或两批不同的人员完成的，因此，当负责 GPS 测量
作业的队伍到达测区后，需要先对测区的情况作一个详细的了解。
主要需要了解的内容包括点位情况（点的位置、上点的难度等）、
测区内经济发展状况、民风民俗、交通状况、测量人员生活安排等。
这些对于今后测量工作的开展是非常重要的。
卫星状况预：报根据测区的地理位置，以及最新的卫星星历，对卫
星状况进行预报，作为选择合适的观测时间段的依据。所需预报的
卫星状况有卫星的可见性、可供观测的卫星星座、随时间变化的
PDOP 值、随时间变化的 RDOP 值等。对于个别有较多或较大障碍物
的测站，需要评估障碍物对 GPS 观测可能产生的不良影响。
确定作业方案：根据卫星状况、测量作业的进展情况、以及测区的
实际情况，确定出具体的作业方案，以作业指令的形式下达给各个
作业小组，根据情况，作业指令可逐天下达，也可一次下达多天的
指令。作业方案的内容包括作业小组的分组情况,GPS 观测的时间
段以及测站等。
2010-5-12 39
外业观测：各 GPS 观测小组在得到作业指挥员所下达的作业
指令后，应严格按照作业指令的要求进行外业观测。在进行
外业观测时，外业观测人员除了严格按照作业规范、作业指
令进行操作外，还要根据一些特殊情况，灵活地采取应对措
施。在外业中常见的情况有不能按时开机、仪器故障和电源
故障等。
数据传输与转储：在一段外业观测结束后，应及时地将观测
数据传输到计算机中，并根据要求进行备份，在数据传输时
需要对照外业观测记录手簿，检查所输入的记录是否正确。
数据传输与转储应根据条件，及时进行。
基线处理与质量评估：对所获得的外业数据及时地进行处理，
解算出基线向量，并对解算结果进行质量评估。作业指挥员
需要根据基线解算情况作下一步 GPS 观测作业的安排。
重复确定作业方案、外业观测、数据传输与转储与基线处理
与质量评估四步，直至完成所有 GPS 观测工作。
2010-5-12 40
测 后 工 作
结果分析（网平差处理与质量评估）：,对
外业观测所得到的基线向量进行质量检验，
并对由合格的基线向量所构建成的 GPS 基
线向量网进行平差解算，得出网中各点的
坐标成果。如果需要利用 GPS 测定网中各
点的正高或正常高，还需要进行高程拟合。
技术总结：根据整个 GPS 网的布设及数据
处理情况，进行全面的技术总结。
成果验收
2010-5-12 41
技 术 设 计
在布设 GPS 网时，技术设计是非常重要
的。这是因为技术设计提供了布设 GPS
网的技术准则，在布设 GPS 网时所遇到
的所有技术问题，都需要从技术设计中寻
找答案。因此，在进行每一项 GPS 工程
时，都必须首先进行技术设计。
2010-5-12 42
技术设计的内容
项目来源：介绍项目的来源、性质。
测区概况：介绍测区的地理位置、
气候、人文、经济发展状况、交通
条件、通讯条件等。
工程概况：介绍工程的目的、作用、
要求,GPS 网等级（精度）、完成
时间等。
技术依据：介绍作业所依据的测量
规范、工程规范、行业标准等。
2010-5-12 43
施测方案：介绍测量所采用的仪器、采取的布
网方法等。
作业要求：介绍外业观测时的具体操作规程、
技术要求等，包括仪器参数的设置（如采样率、
截止高度角等）、对中精度、整平精度、天线
高的量测方法及精度要求等。
观测质量控制：介绍外业观测的质量要求，包
括质量控制方法及各项限差要求等。
数据处理方案：详细的数据处理方案，包括基
线解算和网平差处理所采用的软件和处理方法
等内容。
2010-5-12 44
布 网 方 法
国家测绘局 1992年制订的我国第一部
,GPS测量规范”将 GPS的精度分为 A— E五级（见
下表）。其中 A,B两级一般是国家 GPS控制网。 C、
D,E三级是针对局部性 GPS网规定的。
级别
项目
A B C D E
固定误差 a ( mm ) <=5 <=8 <= 1 0 <= 1 0 <= 1 0
比例误差系数 b ( p p m ) <= 0, 1 <=1 <=5 <= 1 0 <= 2 0
相邻点最小距离 ( K m ) 100 15 5 2 1
相邻点最大距离 ( K m ) 2000 250 40 15 10
相邻点平均距离 ( K m ) 300 70 15 ~1 0 1 0 ~5 5 ~2
2010-5-12 45
应通过独立观测边构成闭合图形，以增加检核条
件，提高网的可靠性。
应尽量与原有地面控制网相重合，重合点一般不
少于 3个，且分布均匀。
应考虑与水准点相重合,或在网中布设一定密度
的水准联测点。
点应设在视野开阔和容易到达的地方联测方向。
可在网点附近布设一通视良好的方位点，以建立
联测方向。
根据 GPS测量的不同用途,GPS网的独立观测边
均应构成一定的几何图形，基本形式有：
设计的一般原则
2010-5-12 46
三 角 形 网
优点：
图形几何结构强，
具有良好的自检能
力，经平差后网中
相邻点间基线向量
的精度均匀。
缺点：
观测工作量大。
只有在网的精度和
可靠 性要求比较
高时，才单独采用
这种图形。
2010-5-12 47
环 形 网
优点：
观测工作量较小，且
具有较好的自检性和可
靠性。
缺点：
非直接观测基线边
（或间接边）精度较直
接观测边低，相邻点间
的基线精度分布不均匀。
是大地测量和精密工程
测量中普遍采用的图形。
通常采用上述两种图形
的混合图形。
2010-5-12 48
星 形 网
优点：
观测中只需要两台
GPS接收机，作业简
单。
缺点：
几何图形简单，检
验和发现粗差能力差,
广泛用于工程测量、
边界测量、地籍测量
和碎部测量等。
2010-5-12 49
GPS快速定位图形布设
两台仪器作业的基本图形：
? 多边形环状网。两接收机同步作业，交替迁站 n-
1次，得到首尾相接的 n边形闭合环，每个新点均
与两条独立基线相连。
? 单基准形状网。两接收机同步作业,1台固定不
动,1台快速流动迁站 n-1次，得到 n条独立基线，
每个新点只与 1条独立基线相连。因此每个点上
必须进行第二次设站。
1
2
3
45
1
2
3
4
5
6
2010-5-12 50
1 单基准星状网。 1台固定不动,2台各快速流动迁站 n-1次，得
到 2n条独立基线，每个新点只与 1条独立基线相连。因此每个点
上必须进行第二次设站。
2 双基准菱状网。 2台固定不动,1台快速流动迁站 n-1次，得到
2n条独立快速定位基线。如果两基准站采用静态定位方式，可得
到 2n+1条独立基线向量 。如果采用在流动站迁站期间两基准站多
次快速定位得到多组快速定位基线向量的方法，最多可得到 3n-1
条独立基线向量。
1
2 3
4
5
6
5
2
3 4
1
三台接收机作业的基本图形：
2010-5-12 51
GPS 基线解算
基线解算的过程实际上主要是一个平差的
过程，平差所采用的观测值主要是双差观
测值。在基线解算时，平差要分三个阶段
进行，第一阶段进行初始平差，解算出整
周未知数参数 的和基线向量的实数解（浮
动解）；在第二阶段，将整周未知数固定
成整数；在第三阶段，将确定了的整周未
知数作为已知值，仅将待定的测站坐标作
为未知参数，再次进行平差解算，解求出
基线向量的最终解 -整数解（固定解）
2010-5-12 52
GPS 基线解算的过程
1,原始观测数据的读入在进行基线解算时，首先
需要读取原始的 GPS 观测值数据。一般说来，各
接收机厂商随接收机一起提供的数据处理软件都可
以直接处理从接收机中传输出来的 GPS 原始观测
值数据，而由第三方所开发的数据处理软件则不一
定能对各接收机的原始观测数据进行处理，要处理
这些数据，首先需要进行格式转换目前，最常用的
格式是 RINEX 格式，对于按此种格式存储的数据，
大部分的数据处理软件都能直接处理。
2,外业输入数据的检查与修改在读入了 GPS 观测
值数据后，就需要对观测数据进行必要的检查，检
查的项目包括：测站名、点号、测站坐标、天线高
等。对这些项目进行检查的目的，是为了避免外业
操作时的误操作。
2010-5-12 53
3,设定基线解算的控制参数基线解算
的控制参数用以确定数据处理软件采
用何种处理方法来进行基线解算，设
定基线解算的控制参数是基线解算时
的一个非常重要的环节，通过控制参
数的设定，可以实现基线的精化处理。
4,基线解算基线解算的过程一般是自
动进行的，无需过多的人工干预。
2010-5-12 54
5,基线质量的检验基线解算完毕后，
基线结果并不能马上用于后续的处理，
还必须对基线的质量进行检验，只有
质量合格的基线才能用于后续的处理，
如果不合格，则需要对基线进行重新
解算或重新测量。基线的质量检验需
要通过 RATIO,RDOP,RMS、同步
环闭和差、异步环闭和差和重复基线
较差来进行。
6,结束
2010-5-12 55
GPS 基线向量网平差
GPS 基线解算就是利用 GPS 观测值，通过数据处理，得到
测站的坐标或测站间的基线向量值。我们在采用 GPS 观测
完整个 GPS 网后，经过基线解算可以获得具有同步观测数
据的测站间的基线向量，为了确定 GPS 网中各个点在某一
坐标系统下的绝对坐标，需要提供位置基准、方位基准和尺
度基准，而 GPS 基线向量只含有在 WGS-84 下的方位基准
和尺度基准，而我们布设 GPS 网的主要目的是确定网中各
个点在某一特定局部坐标系下的坐标，这就需要通过在平差
时引入该坐标系下的起算数据来实现。当然,GPS 基线向
量网的平差，还可以消除 GPS 基线向量观测值和地面观测
中由于各种类型的误差而引起的矛盾。根据平差所进行的坐
标空间，可将 GPS 网平差分为三维平差和二维平差，根据
平差时所采用的观测值和起算数据的数量和类型，可将平差
分为无约束平差、约束平差和联合平差等。
2010-5-12 56
高 程 拟 合 法
所谓高程拟合法就是利用在范围
不大的区域中，高程异常具有一
定的几何相关性这一原理，采用
数学方法，求解正高、正常高或
高程异常。
2010-5-12 57
技术总结的内容
项目来源：介绍项目的来源、性质。
测区概况：介绍测区的地理位置、气候、人文、经济发展状况、
交通条件、通讯条件等。
工程概况：介绍工程目的、作用、要求、等级、完成时间等。
技术依据：介绍作业依据的测量规范、工程规范、行业标准等。
施测方案：介绍测量所采用的仪器、采取的布网方法等。
作业要求：介绍外业观测时的具体操作规程、技术要求等，包
括仪器参数的设置（如采样率、截止高度角等）、对中精度、
整平精度、天线高的量测方法及精度要求等。
观测质量：控制介绍外业观测的质量要求，包括质量控制方法
及各项限差要求等。
数据处理方案：说明详细的数据处理方案，包括基线解算方法、
网平差处理方法等。
结论：对整个工程的质量及成果作出结论。
2010-5-12 58
2010-5-12 59
五, GPS定位测量特点及前景
一,GPS特点：
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 10-7,1000KM可达 10-9。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。
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。
3,测站间无须通视
4,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。
2010-5-12 60
5,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。
6、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。
7、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。
2010-5-12 61
二、应用前景
1, GPS系统用途广泛
2,多元化空间资源环境的出现
（ GPS/GLONASS/GNSS）
3、发展 GPS产业
4,GPS 的应用将进入人们的日常生活
有人说过，只有我们想不到的，没有 GPS做不到的。 GPS
信号接收机在人们生活中的应用，是一个难以用数字预测的
广阔天地，手表式的 GPS 接收机，将成为旅游者的忠实导游。
尽管目前大多数人还不知道什麽是 GPS，但有人预言,GPS
将改变我们的生活方式。今后，所有运载器，都将依赖于
GPS。 GPS就象移动电话、传真机,计算机互联网对我们生
活的影响一样，人们日常生活将离不开它。
2010-5-12 62
六,GPS技术应用
一,GPS在大地控制测量中的应用
GPS定位技术以其精度高、速度快、费用省、操作简
便等优良特性被广泛应用于大地控制测量中 。时至今日，
可以说 GPS定位技术已完全取代了用常规测角、测距手段建
立大地控制网。 我们一般将应用 GPS卫星定位技术建立的
控制网叫 GPS网。归纳起来大致可以将 GPS网分为两大类：
一类是全球或全国性的高精度 GPS网，这类 GPS网中相邻
点的距离在数千公里至上万公里,其主要任务是做为全球
高精度坐标框架或全国高精度坐标框架，为全球性地球动力
学和空间科学方面的科学研究工作服务，或用以研究地区性
的板块运动或地壳形变规律等问题。另一类是区域性的
GPS网，包括城市或矿区 GPS网,GPS工程网等，这类网
中的相邻点间的距离为几公里至 几十公里，其主要任务是
直接为国民经济建设服务
2010-5-12 63
用常规的测图方法（如用经纬仪、测距仪等）通常是先布设控
制网点，这种控制网 一般是在国家高等级控制网点的基础上加密
次级控制网点。最后依据加密的控制点和 图根控制点，测定地物
点和地形点在图上的位置并按照一定的规律和符号绘制成平面图。
GPS新技术的出现，可以高精度并快速地测定各级控制点的
坐标。特别是应用 RTK新技术,甚至可以不布设各级控制点，仅
依据一定数量的基准控制点，便可以高精度并快速地测定界址点、
地形点、地物点的坐标，利用测图软件可以在野外一次测绘成电子
地图，然后通过计算机和绘图仪,打印机输出各种比例尺的图件。
应用 RTK技术进行定位时要求基准站接收机实时地把观测数据
（如伪距或相位观测值）及已知数据 （如基准站点坐标）实时传
输给流动站 GPS接收机，流动站快速求解整周模糊度，在观测到
四颗卫星后，可以实时地求解出厘米级的流动站动态位置。这比
GPS静态、快速静态定位 需要事后进行处理来说，其定位效率会
大大提高。故 RTK技术一出现，其在测量中的 应用立刻受到人们
的重视和青睐。
二,GPS在地形、地籍及房地产测量中的应用
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八,GPS在其他领域中的应用
农业领域中的应用
林业管理方面的应用
旅游及野外考察中的应用
GPS基本操作
2010-5-12 66
静态 GPS接收机 (南方 9600北极星 )
2010-5-12 67
1,系统组成
9600型 GPS接收机包括硬件、软件两个部分：
硬件：
a,9600接收机（内置天线及抑制多路径板）；
b,9600单片机内置采集器（内置采集软件）；
c,可充电电池及充电器；
d,铝或木三脚架；
e,数据传输电缆。
软件：包括数据传输软件,GPS数据处理系统
（包含基线向量处理、闭合差自动搜索、网平
差、高程拟合以及图形输出等功能）。
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9600型 GPS测量系统采用静态相对定位模式。
此时外业部分需两台或两台以上 GPS接收机。
数据经过处理可方便的进入 CAD进行图形编辑，
数据成果可导入 Mapinfo等 GIS系统。
应用：土地管理部门、测量部门、海洋调查、
水利水土保持、森林详情普查、地质调查、林
业资源勘查、石油、地矿勘探等行业。
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２, 主要技术参数
一,9600接收机：
12个并行的独立通道、可同时接收 12颗卫星
L1载波相位,C／ A码伪距,1575.42MHz
扁平有源天线带内装式抑径板
根据卫星高度及卫星运行的健康状况自动选择卫星
flash闪存内存 16M，可存储连续约 20天数据量
240?160液晶显示屏
两块高性能锂电池连续工作时间长达 16小时之久
二、静态相对定位精度,
静态基线,± （ 5mm+1ppm）
高 程,± （ 10mm＋ 2ppm）
三、同步观测时间,45分钟左右
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３,9600型 GPS测量系统文件及操作
３,1 开机 初始界面, 使用 PWR键开机
?初始界面中模式的选择
?指示灯含义
F1 F2 F3 F4 PWR
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３,2 系统界面
选手动或智能模式后进入主界面
F1 F2 F3 F4 PWR
主界面分三大部分：
卫星分布图、系统提示框、功能项
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3.2.1,文件, 功能操作
按 F1键进入“文件”功能的操作
F1 F2 F3 F4 PWR
PWR键返回主界面
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按 F2键进入“设置”功能的操作
3.2.2,设置, 功能操作
F1 F2 F3 F4 PWR
注意：同时工作的几台 9600主机高度截止角、采
集间隔最好保证一致，即同样的设置值。
PWR键“取消”,返回主界面。
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按 F3键进入“测量”功能的操作
3.2.3,测量, 功能操作
F1 F2 F3 F4 PWR
有状态、卫星、点名（采集）、返回、记录图标五个子项
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F1键“状态”,
F1 F2 F3 F4 PWR
显示单点定位的经纬度坐标、高程和精度因子 PDOP值,
定位状态、锁定卫星数目、可视卫星数
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F2键“卫星”：
F1 F2 F3 F4 PWR
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F3键“点名”：
F1 F2 F3 F4 PWR
?智能模式下显示点名。
?在人工模式下显示采集，此时用户可以输入测站的相关信息，
如：测站点名、测站采集的时段号、测站天线高。
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按 F4键进入“系统”功能的操作
3.2.4,系统, 功能的操
作
F1 F2 F3 F4 PWR
长按 PWR键关机
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4,9600型文件系统野外数据采集
打开主机电源后，初始界面有三种采集工作
方式选择,用户可根据实际情况和方便性来选择
不同的工作方式来采集数据，若不选择，则延
时 10秒后自动进入默认采集方式“智能模式”。
注意,每一次只能用一种工作方式来采集数据。
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4.1 智能模式采集
4.1.1 数据的采集
在初始界面下选 F1键进入“智能模式”
F1 F2 F3 F4 PWR
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4.1.2 给记录的数据取一个文件名
按 F3键“测量”进入测量功能界面 (可看到接收
机状态，单点经纬度坐标，定位状态、精度因
子 )
F1 F2 F3 F4 PWR
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按 F3键“点名”进入点名输入功能界面，给正在
记录的数据起一个文件名、输入时段号及输入测
站天线高。
F1 F2 F3 F4 PWR
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4.1.3 退出数据记录
退回到主界面，然后长按 PWR键关机。
在任何界面下同时按下 F1+F4快捷键关机，即
可退出采集，且不会丢失数据。
注意,
“智能模式”和“人工模式”的区别：人工模式
先取文件名再记录采集数据；智能模式先已自
动记录采集数据再取文件名。
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4.2.1 数据的采集
在 9600主机电源打开后，在初始界面下选
F2键进入“人工模式”
4.2 人工模式采集
F1 F2 F3 F4 PWR
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4.2.2 给记录的数据取一个文件名
当满足条件时，请按下 F3键“采集”进入文件名输入
界面，输入完文件名、时段号、天线高后，按 F4键
“确定”，接收机就开始记录数据。
F1 F2 F3 F4 PWR
4.2.3 退出数据记录：操作同“智能模式”。
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本方式操作最简单实用，完全“傻瓜式”
操作，进入该方式后，你就可以去一边休息，
等采集时间足够时就可收机搬站。
4.3.1 数据的采集
在 9600主机电源打开后，在初始界面下选
F3键进入“节电模式”。
节电模式一进入之后就自动关闭液晶显示
屏，仅靠指示灯来显示卫星状态和采集状态。
4.3节电模式采集
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电源灯 卫星灯 信息灯
A电池为绿灯
B电池为黄灯
A,B均不足，为红灯
卫星灯和信息灯的工作情况：
1.未进入 3D状态时,信息灯每闪 N次红灯，则卫星闪烁 1次红灯
可视的卫星数
2,进入 3D状态时,信息灯每闪 M次绿灯，则卫星闪烁 1次绿灯
采集间隔
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4.3.2退出数据记录
在任何界面下同时按下 F1+F4快捷键关机，即
可退出采集。
“节电模式”的优点：
节电模式适合在北方严寒地区使用，以克服液晶
显示屏可能低温情况下无法正常显示。
节电模式能被任意键激活显示屏而进入智能模
式。
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5.北极星 9600内业数据传输
5.1 数据传输软件简介和界面 菜单项 工具栏
状态栏
程
序
视
窗
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5.1.1 菜单项
计算机设置菜单
新建文件夹对话框
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设置菜单
GPS设置对话框
对 9600内存中数据进行选择删除。
对 9600内存中的数据全部清空。
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通讯菜单
通讯菜单主要是进行计算机和 GPS接收机通讯的设置
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查看菜单
查看菜单主要是进行传输软件本身界面的操作
? 工具栏：控制工具栏的可见性；
? 状态栏：显示连接状态及传输进度；
? 连接状态：对传输过程序中各种状态进行跟踪显示；
? 文件信息：显示计算机文件目录信息。
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帮助菜单
关于传输软件操作的在线帮助和 GPS接收机注册
等的操作
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5.1.2 工具栏
工具栏中菜单都为菜单项中的快捷方式
5.1.3 状态栏
位于程序左窗口，显示用户每一步操作的详细过程
位于程序右窗口，其中上半部分显示计算机中
的文件内容，下半部分显示 9600主机中的数据。
5.1.4 程序视窗
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5.2 如何进行数据传输
5.2.1连接前的准备
保证 9600主机电源充足，打开电源。
用通讯电缆连接好电脑的串口 1（ COM1）或
串口 2（ COM2）。
要等待（约 10秒钟） 9600主机进入主界面后再
进行连接和传输（初始界面不能传输）。
设置要存放野外观测数据的文件夹，可以在数
据通讯软件中设置。
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5.2.2 进行通讯参数的设置
选择“通讯”菜单中的“通讯接口”功能，
系统弹出通讯参数设置对话框,选择通讯接口
COM1或 COM2，鼠标单击“确定”按钮。
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5.2.3 连接计算机和 GPS接收机
参数正确显示数据,
否则重新设置,
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5.2.4 数据传输
选择“通讯”菜单中的“传输数据”功能，系
统弹出对话框。
在 GPS数据传输对话框中选择野外的观测数据
文件，鼠标单击“开始”。
断开连接,
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5.2.5如何输入注册码
在接收机注册对话框中的注册码编辑框中输入在南方公司
申请到的注册码，鼠标单击, 确定, 。
注意：注册码为 21位，如果长度不足程序不能接受。
注册码是保证用户正确、合法使用南方公司 GPS
产品的用户标识码，请用户妥善保管。注册 GPS的步
骤如下：
选择“帮助”菜单中的“软件注册”功能，系统弹
出对话框,
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?如果注册码错误，则提示注册码输入错误对话框,
?如果输入的注册码正确，系统提示注册成功对话框,
2010-5-12 103
检测注册码
连接 GPS接收机和计算机，启动数据传输软
件，在软件的标题栏会显示注册码的日期，如果
提示的时间比当前的时间小则表明注册码日期以
到，请与就近南方公司的分公司联系，索取正确
的注册码。
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5.2.6设置功能
在数据传输软件中可以对 GPS接收机采样间隔和卫星高度截
止角进行设置。
在“设置”菜单下,GPS机设置”功能，弹出参数设置对话
框,
采样频率值：设置采集间隔，例如设成 5秒，则接收机每隔
5秒钟采集一个历元数据，一分钟则可采集 12个历元数据。
卫星高度角即卫星截止角，若设成 10度，则接收机只对水平
仰角 10度以上卫星锁定，而屏蔽 10度以下的卫星。
参加作业的每台 GPS的设置应一致。
