全球衛(wèi)星定PPT課件

1、1,第12章 全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)(GPS,主講人：張前勇,2,12. l 概 述 12.1.1 定位與導(dǎo)航的概念 定位的概念 衛(wèi)星定位技術(shù)是利用人造地球衛(wèi)星進(jìn)行點位測量的技術(shù),3,定位 從測繪的意義上說，定位就是測量和表達(dá)某一地表特征、事件或目標(biāo)發(fā)生在什么空間位置的理論和技術(shù)。 從廣義和現(xiàn)代意義上來說，定位就是測量和表達(dá)信息、事件或目標(biāo)發(fā)生在什么時間、什么相關(guān)的空間位置的理論方法與技術(shù)。 我們這里的定位含義，仍然是討論中觀和宏觀世界里有關(guān)信息、事件和目標(biāo)的發(fā)生時間和空間位置的確定。 導(dǎo)航 指運動目標(biāo)，通常是指運載工具如飛船、飛機、船舶、汽車、運載武器等的實時動態(tài)定位即三維位置、速度和包括航向

2、偏轉(zhuǎn)、縱向搖擺、橫向搖擺三個角度的姿態(tài)的確定,4,12.1.2 定位需求與技術(shù)的發(fā)展過程,1957年10月，前蘇聯(lián)發(fā)射了人類第一顆人造地球衛(wèi)星。人們在跟蹤無線電信號的過程中，發(fā)現(xiàn)了衛(wèi)星無線電信號的多普勒頻移現(xiàn)象，這預(yù)示著一種全新的太空測量位置方式可以探索，由此提出了衛(wèi)星定位和動態(tài)目標(biāo)導(dǎo)航的初步概念，從此，人類進(jìn)入了衛(wèi)星定位和導(dǎo)航時代,5,6,12.1.3 絕對定位方式與相對定位方式,在實際工作中，我們把直接確定信息、事件和目標(biāo)相對于參考坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)位置測量稱之為絕對定位，而把確定信息、事件和目標(biāo)相對于坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)另一已知或相關(guān)的信息、事件和目標(biāo)的坐標(biāo)位置關(guān)系稱之為相對定位。 一般來說，絕對定位

3、的概念比較抽象，技術(shù)比較復(fù)雜，定位精度也難以達(dá)到很高；而相對定位概念比較直觀、具體，技術(shù)較為簡單、直接，容易實現(xiàn)高精度,7,8,9,12.1.4 定位與導(dǎo)航的方法和技術(shù),在衛(wèi)星定位系統(tǒng)出現(xiàn)之前，遠(yuǎn)程的導(dǎo)航與定位系統(tǒng)可采用四種方法： (1)常規(guī)大地測量定位系統(tǒng)； (2)天文導(dǎo)航系統(tǒng)； (3)無線電導(dǎo)航系統(tǒng)； (4)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。 在實際應(yīng)用中，可以是這四種方法中的兩種或三種組合,10,12.1.5衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù),全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 定義 具有全球?qū)Ш蕉ㄎ荒芰Φ男l(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)稱為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，英文全稱為Global Navigation Satellite System，簡稱為GNSS。 實

4、際系統(tǒng) 美國的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS） 俄羅斯的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GLONASS 因經(jīng)濟問題，星座中衛(wèi)星缺失太多，暫時不能連續(xù)實時定位。 正在發(fā)展研究的有歐盟的GALILEO系統(tǒng) 中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航廣域增強系統(tǒng) 實現(xiàn)中國及其周邊海域的區(qū)域定位導(dǎo)航系統(tǒng),11,工作原理及系統(tǒng)組成,工作原理 衛(wèi)星定位系統(tǒng)都是利用在空間飛行的衛(wèi)星不斷向地面廣播發(fā)送某種頻率并加載了某些特殊定位信息的無線電信號來實現(xiàn)定位測量的定位系統(tǒng)。 系統(tǒng)組成 空間運行的衛(wèi)星星座：發(fā)送某種時間信號、測距信號和衛(wèi)星的瞬時坐標(biāo)位置信號。 地面控制部分：精確測定衛(wèi)星的軌道坐標(biāo)、時鐘差異，確定系統(tǒng)運行狀態(tài)，并向衛(wèi)星注入新的衛(wèi)星軌道坐標(biāo)，進(jìn)行必要

5、的衛(wèi)星軌道糾正等。 用戶部分：接收衛(wèi)星廣播發(fā)送的多種信號并進(jìn)行處理計算確定用戶的最終位置,12,組合導(dǎo)航定位技術(shù) 可提高導(dǎo)航定位精度和可靠性 組合導(dǎo)航的方式 慣性導(dǎo)航與多普勒組合導(dǎo)航系統(tǒng) 慣性導(dǎo)航與測向/測距（VOR/DME）組合導(dǎo)航系統(tǒng) 慣性導(dǎo)航與羅蘭（LORAN） 慣性導(dǎo)航與全球定位系統(tǒng)（INS/GPS）組合導(dǎo)航系統(tǒng) 導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展的方向 把各具特點的不同類型的導(dǎo)航系統(tǒng)匹配組合，發(fā)揮各自特點、揚長避短，加之使用卡爾曼濾波技術(shù)等數(shù)據(jù)處理方法，提高系統(tǒng)導(dǎo)航能力、精度、可靠性和自動化程度,13,區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ患夹g(shù),北斗-雙星導(dǎo)航與定位系統(tǒng) 我國自主研制的區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。 工作原理 利用兩顆地

6、球同步衛(wèi)星作信號中轉(zhuǎn)站，用戶站點的收發(fā)機接收一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到地面的測距信號，并向兩顆衛(wèi)星同時發(fā)射應(yīng)答信號，地面中心站根據(jù)兩顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的同一個應(yīng)答信號以及其它數(shù)據(jù)計算用戶站位置。用戶站收發(fā)機在允許的時間或規(guī)定的時間內(nèi)，在接收到衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)信號后，便可得出定位結(jié)果。 特點和意義 該系統(tǒng)將定位、通信和定時等功能結(jié)合在一起，且有瞬時快速定位的能力。 大大提高了我國自主導(dǎo)航能力。 建立這一系統(tǒng)對于交通、運輸、旅游、我國西部地區(qū)的開發(fā)、災(zāi)害監(jiān)視和防治以及全國范圍的時間同步有重要的作用。 我國的二代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)正在建設(shè)中,14,12.1.5 GNSS發(fā)展,GPS 1973年由美國國防部（DOD）開始建立，稱

7、為全球定位系統(tǒng) global positioning system ，目的是用于美國軍隊的定位、導(dǎo)航、武器制導(dǎo)等。擬定由顆衛(wèi)星組成。到今天為止經(jīng)歷了個階段： 1973年12月1978年2月22日為理論研究階段； 19781989年2月14日為建設(shè)階段； 19901999為建成運行階段， 1993年滿24顆，1995年達(dá)預(yù)定工作能力； 2000年5月2日2030為改進(jìn)更新階段,15,16,17,18,GPS測量的特點與問題 1）特點 精度高； 速度快； 無需通視； 操作簡便； 全球布網(wǎng)； 全天候作業(yè)； 三維坐標(biāo)； 應(yīng)用廣泛。 2）問題 軍民兩用； 無安全承諾。 三維精度不一致。如圖,19,20,

8、GLONASS,GLONASS是GLObal NAvigation Satellite System(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))的字頭縮寫. 擁有者 俄羅斯 發(fā)展簡史 由前蘇聯(lián)從80年代初開始建設(shè)的與美國GPS系統(tǒng)相類似的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，現(xiàn)在由俄羅斯空間局管理。GLONASS的整體結(jié)構(gòu)類似于GPS系統(tǒng)，其主要不同之處在于星座設(shè)計和信號載波頻率和衛(wèi)星識別方法的設(shè)計不同。 系統(tǒng)組成 衛(wèi)星星座 地面監(jiān)測控制站 用戶設(shè)備 因技術(shù)、經(jīng)濟原因，目前只有11顆工作衛(wèi)星,21,加俐略系統(tǒng)（GALILEO,擁有者 歐盟 發(fā)展簡史 GALILEO系統(tǒng)是歐洲自主的、獨立的全球多模式衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，提供高精度、高可靠性的定位

9、服務(wù)，同時它實現(xiàn)完全非軍方控制、管理， 2005年12月28日發(fā)射第一顆試驗衛(wèi)星，計劃將于2008年完成?？膳c美國的GPS和俄羅斯的GLONASS兼容，但比后兩者更安全、更準(zhǔn)確， 系統(tǒng)組成 GALILEO系統(tǒng)由30顆衛(wèi)星組成，其中27顆工作星，3顆備份星。衛(wèi)星分布在3個中地球軌道（MEO）上，軌道高度為23616千米，軌道傾角56度。每個軌道上部署9顆工作星和1顆備份星,22,北斗導(dǎo)航系統(tǒng),北斗導(dǎo)航系統(tǒng)”是全天候、全天時提供衛(wèi)星導(dǎo)航信息的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，此系統(tǒng)由二顆衛(wèi)星、控制站和接收機組成，衛(wèi)星編號分別為“北斗一號”和“北斗二號”，分別于2000年10月31日凌晨0時02分和2000年12月21

10、日0時20分在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，并準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道。這標(biāo)志著中國將擁有自主研制的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng),23,24,12.1.6GPS系統(tǒng)的組成,GPS由三個獨立的部分組成： 空間部分：21顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星。 地面控制系統(tǒng)：1個主控站，3個注入站，5個監(jiān)測站。 用戶設(shè)備部分：接收GPS衛(wèi)星發(fā)射信號，以獲得必要的導(dǎo)航和定位信息，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，完成導(dǎo)航和定位工作。GPS接收機硬件一般由主機、天線和電源組成,25,26,27,空間部分,GPS衛(wèi)星 24顆衛(wèi)星(21+3) 6個軌道平面 55軌道傾角 20200km軌道高度(地面高度) 11小時58分(恒星時)軌道周期 5個多小時出現(xiàn)在地

11、平線以上(每顆星) 在全球各處能觀測到高度角15的衛(wèi)星 4 顆以上 （目前軌道上實際運行的衛(wèi)星個數(shù)已經(jīng)超過了32顆,28,GPS 衛(wèi)星在軌道上的分布,29,衛(wèi)星信號,L1-Frequenz (1575.42 MHz) = 19.05 cm C/A-Code P-Code 衛(wèi)星星歷 L2-Frequenz (1227.60 MHz) = 24.45 cm P-Code 衛(wèi)星星歷,30,31,地面控制系統(tǒng),GPS 的控制部分由分布在全球的由若干個跟蹤站所組成。分為主控站、監(jiān)控站和注入站。 主控站位于美國克羅拉多Colorado 的法爾孔Falcon 空軍基地。 監(jiān)控站有五個。除了主控站外其它四個分

12、別位于夏威夷(Hawaii)、 阿松森群島(Ascencion)、 迭哥伽西亞(Diego Garcia)、 卡瓦加蘭(Kwajalein)。 監(jiān)控站的作用是接收衛(wèi)星信號、監(jiān)測衛(wèi)星的工作狀態(tài)。 注入站有三個。分別位于阿松森群島、 迭哥伽西亞、卡瓦加蘭。 注入站的作用是將主控站計算出的衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘的改正數(shù)等注入到衛(wèi)星中去,32,33,一個主控站：科羅拉多斯必靈司 三個注入站：阿松森(Ascencion)大西洋 迭哥伽西亞(Diego Garcia)印度洋 卡瓦加蘭(kwajalein)太平洋 五個監(jiān)測站 = 1個主控站+3個注入站+夏威夷(Hawaii,34,用戶部分,GPS 的用戶部分由G

13、PS 接收機、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶設(shè)備如計算機等組成。作用是接收GPS 衛(wèi)星所發(fā)出的信號，利用這些信號進(jìn)行導(dǎo)航定位等工作,35,1. GPS接收機的功能 跟蹤、接收、放大、處理衛(wèi)星信號，測量出信號從衛(wèi)星到天線的傳播時間。 解譯導(dǎo)航電文，實時解算測站三維位置。 2. GPS接收機的類型 3. GPS接收機的發(fā)展 1981年GPS接收機問世 測地型已從第一代發(fā)展到第三代,目前還在飛速發(fā)展,1）按用途分： 導(dǎo)航型 授時型 測地型,2）按信號頻率分： 單頻（L1） 雙頻（L1和L2,36,GPS天線部分 將微弱的衛(wèi)星電磁波信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?并放大,GPS主機部分 1.變頻器 2.信號通道 3.微處

14、理器 4.存儲器 5.顯示器,GPS電源部分,37,測地型GPS接收機,導(dǎo)航型GPS接收機一般情況下無數(shù)據(jù)輸出的記錄存儲設(shè)備(手持機,38,GPS的功能 導(dǎo)航 ?？諏?dǎo)航、車輛引行、導(dǎo)彈制導(dǎo)等 測速 其精度可達(dá)0.1m/s 測時與授時 其精度可達(dá)340ns（1納秒=10-9秒） 定位,39,GPS系統(tǒng)的特點,1、全球，全天候工作： 能為用戶提供連續(xù)，實時的三維位置，三維速度和精密時間。不受天氣的影響。 2、定位精度高： 單機定位精度優(yōu)于10米，采用差分定位，精度可達(dá)厘米級和毫米級。 3、功能多，應(yīng)用廣： 隨著人們對GPS認(rèn)識的加深，GPS不僅在測量，導(dǎo)航，測速，測時等方面得到更廣泛的應(yīng)用，而且其

15、應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大,40,12.1.7GPS的加密措施,一、精密定位服務(wù)與標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù) 1）精密定位服務(wù)（510m）：PPS 美國軍方使用，包括： L1：C/A碼，P碼； L2：P碼； 消除SA的密匙，導(dǎo)航電文。 2）標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（100m）：SPS 出于經(jīng)濟考慮，83年提供民用。 L1：C/A， 導(dǎo)航電文。 二、A-S措施 P碼保密，只有美國軍方可用，后來被解密。美國引入W碼，并將P碼與W碼進(jìn)行模二相加得Y碼，難以破解,41,三、SA政策 84年民用結(jié)果，精度遠(yuǎn)高于100m，美國為保證自身安全，1990年3月25日起對民用信號進(jìn)行干擾，包括： 技術(shù)：干擾衛(wèi)星星歷； 技術(shù)：干擾定位信號。 因美國

16、國內(nèi)的就業(yè)壓力及國際競爭，1996年3月29日，克林頓宣布10年內(nèi)終止SA， 2000年5月2日終止，但可隨時在區(qū)域內(nèi)恢復(fù)。 四、政策調(diào)整與技術(shù)更新 1、美國對GPS的政策調(diào)整與技術(shù)改進(jìn) 1）政策調(diào)整 （1）1983年提供民用； （2）1990年實施SA政策； （3）2000年5月取消SA； （4）1999年決定既保證軍用安全，又提高民用精度,42,12.1.8GPS技術(shù)的最新進(jìn)展,GPS現(xiàn)代化計劃 精密單點定位技術(shù) 網(wǎng)絡(luò) RTK定位技術(shù),43,GPS現(xiàn)代化計劃,保護 采用一系列措施保護GPS系統(tǒng)不受敵方和黑客的干擾，增加GPS軍用信號的抗干擾能力，其中包括增加GPS的軍用無線電信號的強度。

17、阻止 阻止敵方利用GPS的軍用信號。設(shè)計新的GPS衛(wèi)星型號（F），設(shè)計新的GPS信號結(jié)構(gòu)，增加頻道，將民用頻道L1、L2、L5(1.17645GHz)和軍用頻道L3、L4分開。 改善 改善GPS定位和導(dǎo)航的精度，在GPSF衛(wèi)星中增加兩個新的民用頻道，即在L2中增加CA碼（2005年），另增L5民用頻道（2007年,44,45,精密單點定位技術(shù),Precise Point Positioning，簡稱為PPP。 原理 利用這種預(yù)報的GPS衛(wèi)星的精密星歷或事后的精密星歷作為已知坐標(biāo)起算數(shù)據(jù)；同時利用某種方式得到的精密衛(wèi)星鐘差來替代用戶GPS定位觀測值方程中的衛(wèi)星鐘差參數(shù)；用戶利用單臺GPS雙頻雙碼

18、接收機的觀測數(shù)據(jù)在數(shù)千萬平方公里乃至全球范圍內(nèi)的任意位置都可以2-4dm級的精度進(jìn)行實時動態(tài)定位或以2-4cm級的精度進(jìn)行較快速的靜態(tài)定位 精密單點定位技術(shù)是實現(xiàn)全球精密實時動態(tài)定位與導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)，也是GPS定位方面的前沿研究方向,46,47,48,49,50,51,52,53,12.2GPS定位原理,54,12.2.1GPS 坐 標(biāo) 系,1.WGS-84坐標(biāo)系 World Geodetic System-1984坐標(biāo)是GPS所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)， GPS發(fā)布的星歷參數(shù)都是基于此坐標(biāo)系的。 WGS-84的橢球參數(shù)：a=6378137m, 1/f=298.257 2.1954北京坐標(biāo)系(C54)

19、克拉索夫斯基橢球參數(shù)： a=6378245m, 1/f=298.3 3.1980西安坐標(biāo)系(C80) IUGG1975橢球參數(shù)： a=6378140m, 1/f=298.257,55,地球質(zhì)心為原點的坐標(biāo)系統(tǒng)（空間直角坐標(biāo)系,X軸=0經(jīng)度 X軸在赤道平面內(nèi),Y軸=東經(jīng)90度 Y軸在赤道平面內(nèi),Z軸=旋轉(zhuǎn)軸（極軸BIH1984.0,地心坐標(biāo)為（0，0，0,56,12.2.2基本原理,57,GPS定位屬于無線電定位。 星-地傳輸中無線電信號穿透對流層的路徑長度較通常無線電定位要短，受對流層氣象因素影響要小的多，且覆蓋面要比通常地面無線電定位大得多。 GPS定位基本原理是利用測距交會確定點位,58,

20、原理步驟為： 1.一顆衛(wèi)星傳播到接收機的時間只能決定該衛(wèi)星到接收機的距離，但不能確定接受機相對衛(wèi)星的方向，在三維空間中，以該衛(wèi)星為原點，測出的距離為半徑，可以畫出一個球面，則GPS接收機的位置則在這個球面的某一點上。 2.當(dāng)測到兩顆衛(wèi)星的距離時，可以分別畫出兩個球面，兩個球面相交，相交處構(gòu)成一個圓。則接收機的位置進(jìn)一步的確定在這個圓圓周的某一點上。 3.當(dāng)?shù)玫谌w衛(wèi)星的距離后，第三個球面與圓相交得到兩個點，則GPS接收機位于這兩個點之一上。 4.第四顆衛(wèi)星用于確定接收機準(zhǔn)確的位置,59,60,數(shù)學(xué)公式 1設(shè)GPS工作衛(wèi)星A的位置坐標(biāo)為(Xa,Ya,Za)，GPS衛(wèi)星的空間位置主要由GPS工作衛(wèi)

21、星提供的衛(wèi)星星歷得到。GPS接收機的位置為(Xp,Yp,Zp)，(Xp,Yp,Zp)為未知 2衛(wèi)星A與接收機P之間的距離Spa為,61,3.同理，三顆衛(wèi)星分別為A、B、C時，其觀測方稱為,62,4.GPS接收機到GPS衛(wèi)星的距離一般采用無線電信號的傳播速度與傳播時間的積得到，即S=V*t。其中t為傳播時間，獲得靠GPS工作衛(wèi)星上的時鐘和GPS接收機上的時鐘計時得到；V為無線電信號傳播速度(30萬km/s)。 5.只要GPS接收機接收到三顆GPS工作衛(wèi)星信號既可以按照上式列出方程求出GPS接收機的位置(Xp,Yp,Zp,63,6.當(dāng)有4顆衛(wèi)星時，也可以用最小二乘平差法來求解,64,12.2.3G

22、PS測量定位的分類,依定位時的狀態(tài) 動態(tài)定位 靜態(tài)定位 依定位模式 絕對定位（單點定位） 相對定位 差分定位,依定位采用的觀測值 偽距測量（偽距定位） 載波相位測量 依時效 實時定位 事后定位,65,66,絕對定位,相對定位,求測站點相對于地心的坐標(biāo),求測站點相對于某已知點的坐標(biāo) 增量,67,差分定位,在基準(zhǔn)點上觀測求得大氣折射等改正，并及時發(fā)送給流動站， 流動站用收到的改正數(shù)對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行改正，得精確點位,68,12.2.4GPS定位的各種常用觀測量,69,距離觀測值的計算,接收機至衛(wèi)星的距離借助于衛(wèi)星發(fā)射的碼信號量測并計算得到的 接收機本身按同一公式復(fù)制碼信號 比較本機碼信號及到達(dá)的碼信號

23、確定傳播延遲時間t 傳播延遲時間乘以光速就得到距離觀測值 =C t,70,單點定位結(jié)果的獲取,單點定位解可以理解為一個測邊后方交會問題 衛(wèi)星充當(dāng)軌道上運動的控制點，觀測值為測站至衛(wèi)星的偽距(由時間延遲計算得到) 由于接收機時鐘與衛(wèi)星鐘存在同步誤差，所以要同步觀測4顆衛(wèi)星，解算四個未知參數(shù)：緯度 , 經(jīng)度 , 大地高程 h , 鐘差 t,71,偽距單點定位原理,72,偽距單點定位的應(yīng)用特點,既能用于靜態(tài)定位，也可進(jìn)行動態(tài)定位而用于導(dǎo)航 定位速度快、實時性好 對信號的強度要求不高 但定位精度較（理論上為10米30米，在SA和AS技術(shù)作用下誤差達(dá)100米以上,73,12.2.5GPS定位的誤差來源

24、與GPS衛(wèi)星有關(guān)的因素 SA技術(shù)：人為的降低廣播星歷精度(技術(shù)，2000年5月取消), AS技術(shù)：防電子欺騙技術(shù)；衛(wèi)星星歷誤差； 衛(wèi)星鐘差 與傳播途徑有關(guān)的因素 電離層延遲； 對流層延遲； 多路徑效應(yīng) 與接收機有關(guān)的因素 接收機鐘差； 天線相位中心誤差； 接收機軟件和硬件誤差 另外有接收機的對中、整平誤差等,74,GPS載波相位測量,1.采用載波相位觀測值,衛(wèi)星廣播 的電磁波 信號,信號量測精度優(yōu)于波長的1/100 載波波長比C/A碼波長 短得多 所以，GPS測量采用載波相位觀測值可以獲得比偽距(C/A碼或P碼)定位高得多的測距精度,75,12.2.6載波相位測量的特點 定位精度比偽距定位精度

25、高 可用于進(jìn)行 靜態(tài)絕對定位、 靜態(tài)相對定位、 差分動態(tài)定位,76,設(shè)法解算出初始整周未知數(shù),測站對某一衛(wèi)星的載波相位觀測值由三部分組成 (1)初始整周未知數(shù)n；(2) t 0至t i 時刻的整周記數(shù)Ci；(3)相 位尾數(shù)i 如果信號沒有失鎖，則每一個觀測值包含同一個初始整周未知數(shù)n 為了利用載波相位進(jìn)行定位，必須設(shè)法先解算出初始整周未知數(shù)，取得總觀測值n+Ci+ i,77,初始整周未知數(shù)的確定與定位精度的關(guān)系,如果無法準(zhǔn)確解出初始整周未知數(shù)，則定位精度難以優(yōu)于1m 隨著初始整周未知數(shù)解算精度的提高，定位精度也相應(yīng)提高 一旦初始整周未知數(shù)精確獲得，定位精度不再隨時間延長而提高 經(jīng)典靜態(tài)定位需要

26、30-80分鐘觀測才能求定初始整周未知數(shù) 快速靜態(tài)定位將這個過程縮短到5-8分鐘(雙頻接收機,78,GPS相對定位,相對定位的原理 相對定位是用兩臺（或多臺）接收機分別安置在一條（或多條）基線的兩端，同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，以確定基線端點的相對位置或基線向量 在相對定位時，通過對觀測量求差，可以消除衛(wèi)星鐘差、接收機鐘差，削弱電離層和對流層折射的影響，提高測量精度,79,組成星際站際兩次差分觀測值,可以消去衛(wèi)星鐘的系統(tǒng)偏差 可以消去接收機時鐘的誤差,可以消去軌道(星歷)誤差的影響 可以削弱大氣折射對觀測值的影響,80,偽 距 差 分 定 位 技 術(shù),偽 距 差 分 測 量 精 度 可 達(dá) 0.

27、5m - 5 m 此 種 測 量 形 式 一 般 稱 為 DGPS,81,RTD測量原理圖,82,載 波 相 位 差 分 定 位 技 術(shù),如 果 使 用 載 波 差 分 或 同 時 使 用 載 波 差分 及 偽 距 差 分 則 定位 精 度 可 達(dá) 5 - 10 mm + 1ppm,83,什么是RTK技術(shù),常規(guī)GPS的測量方法，如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級的精度，而RTK是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態(tài)實時差分(Real - Time Kinematic)方法，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測圖，各種控制測量帶

28、來了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。 RTK定位時要求基準(zhǔn)站接收機實時地把觀測數(shù)據(jù)(偽距觀測值，相位觀測值)及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動站接收機,84,RTK測量原理圖,85,86,12.3 GPS在測量中應(yīng)用,87,12.3.1GPS用于大地測量,12.3.1.1GPS靜態(tài)定位的主要應(yīng)用領(lǐng)域 GPS靜態(tài)定位主要用于建立各級測量控制網(wǎng)，其優(yōu)點為： 定位精度高，其基線的相對精度非常高 選點靈活、不需要造標(biāo)、費用低 全天候作業(yè) 觀測時間短 觀測數(shù)據(jù)處理自動化,88,12.3.1.2GPS測量前注意事項,在 15 截止高度角以上不存在障礙物 周圍沒有反射面，不致引起多路徑效應(yīng) 安全避開過往行人和車輛 附近

29、不應(yīng)該有強輻射源(如無線電臺、電視發(fā)射天線等) 可靠的電源供應(yīng) 足夠的內(nèi)存容量 正確的配置參數(shù) (觀測類型、記錄速率) 檢查天線高和偏差 儀器的正確檢測,89,12.3.1.3GPS布網(wǎng)方法,充分考慮建立GPS控制網(wǎng)的應(yīng)用范圍 采用分級布網(wǎng)的原則 GPS測量的精度標(biāo)準(zhǔn),90,國家測繪局1992年制訂的我國第一部“GPS測量規(guī)范”將GPS的精度分為AE五級(見下表)。其中A、B兩級一般是國家GPS控制網(wǎng)。C、D、E三級是針對局部性GPS網(wǎng)規(guī)定的,91,GPS網(wǎng)設(shè)計的一般原則 應(yīng)通過獨立觀測邊構(gòu)成閉合圖形，以增加檢核條件，提高網(wǎng)的可靠性。 應(yīng)盡量與原有地面控制網(wǎng)相重合，重合點一般不少于3個，且分布

30、均勻。 應(yīng)考慮與水準(zhǔn)點相重合 ，或在網(wǎng)中布設(shè)一定密度的水準(zhǔn)聯(lián)測點。 點應(yīng)設(shè)在視野開闊和容易到達(dá)的地方，聯(lián)測方向。 可在網(wǎng)點附近布設(shè)一通視良好的方位點，以建立聯(lián)測方向。 根據(jù)GPS測量的不同用途，GPS網(wǎng)的獨立觀測邊均應(yīng)構(gòu)成一定的幾何圖形，基本形式有： 1. 三角形網(wǎng) 2. 環(huán)形網(wǎng) 3. 星形網(wǎng),92,1)、三角形網(wǎng),優(yōu)點： 圖形幾何結(jié)構(gòu)強，具有較多的檢核條件，平差后網(wǎng)中相鄰點間基線向量的精度比較均勻。 缺點： 觀測工作量大。一般只有在網(wǎng)的精度和可靠性要求較高時，才單獨采用這種圖形,93,2)、環(huán)形網(wǎng),優(yōu)點： 觀測工作量較小，且具有較好的自檢性和可靠性。 缺點： 非直接觀測基線邊(或間接邊)精度

31、較直接觀測邊低，相鄰點間的基線精度分布不均勻。 是大地測量和精密工程測量中普遍采用的圖形，通常采用上述兩種圖形的混合圖形,94,3)、星形網(wǎng),優(yōu)點： 觀測中只需要兩臺GPS接收機，作業(yè)簡單。 缺點： 幾何圖形簡單，檢驗和發(fā)現(xiàn)粗差能力差。 廣泛用于工程測量、邊界測量、地籍測量和碎部測量等,95,12.3.1.4 野外記錄手簿內(nèi)容,點標(biāo)識: 日期: 天氣: 接收機序列號: 設(shè)站類型: 天線高讀數(shù): 天線高偏差: 跟蹤開始時間: 跟蹤結(jié)束時間: 觀測歷元數(shù): 觀測衛(wèi)星數(shù)(衛(wèi)星號): GDOP: 導(dǎo)航定位解: 經(jīng)度. 緯度. 高程 作業(yè)員,96,12.3.1.5 時間和基線長度,觀測時間取決于: 基線長度 衛(wèi)星數(shù) 衛(wèi)星幾何圖形(GDOP) 電離層 電離層擾動隨時