四大GNSS及GPS的基本原理與測量應(yīng)用ppt課件

1、四大GNSS及GPS的基本原理與測量應(yīng)用,四大GNSS及GPS的基本原理與測量應(yīng)用四大GNSS及GPS的基本原理與測量應(yīng)用 四大GNSS及GPS的 基本原理與測量應(yīng)用,四大GNSS及GPS的 基本原理與測量應(yīng)用,主要內(nèi)容,四大GNSS簡介,GPS的組成及基本原理,GPS的測量應(yīng)用,一、四大GNSS,GPS(Global Positioning Systems,美國國防部開發(fā)的第二代空間定位系統(tǒng) 特點(diǎn) 由21+3顆衛(wèi)星組成 分布在6個(gè)軌道平面上 軌道高度20200Km 運(yùn)行周期11小時(shí)58分 民用定位精度為10m左右 導(dǎo)航精度10 - 20 m 坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS-84 全球、全天候工作 ，定位精

2、度高 ，功能多，應(yīng)用廣,GPS現(xiàn)狀,完成時(shí)間： 1994年 最新進(jìn)展：2010年5月13日，美國發(fā)射了首顆改進(jìn)型GPS二代導(dǎo)航衛(wèi)星GPS-2F，其后還將在本年度再發(fā)射兩顆。GPS-2F衛(wèi)星具有更強(qiáng)的抗干擾和抗打擊能力，壽命也延長到15年。與此同時(shí)，為滿足未來30年系統(tǒng)技術(shù)擴(kuò)展和用戶需求而制定的第三代GPS計(jì)劃也有提前部署的可能,格洛納斯（GLONASS,由24顆衛(wèi)星組成，分布在3個(gè)軌道平面上，每個(gè)軌道面有8 顆衛(wèi)星 軌道高度19100Km，運(yùn)行周期11小時(shí)15分 定位精度可達(dá)1米，速度誤差僅為15厘米/秒 前蘇聯(lián)地心坐標(biāo)系（PE-90） 衛(wèi)星平均在軌壽命較短,沒有開發(fā)民用市場,格洛納斯現(xiàn)狀,完

3、成時(shí)間： 1996年 最新進(jìn)展：截至2010年2月，共有18顆衛(wèi)星處于在軌運(yùn)行狀態(tài)。由于GLONASS衛(wèi)星壽命短，組網(wǎng)后因?yàn)榉N種原因不能及時(shí)替代，從1999年起處于癱瘓狀態(tài)，不能單獨(dú)提供全球?qū)Ш叫l(wèi)星服務(wù)。俄羅斯計(jì)劃2010年將分3次發(fā)射共9顆格洛納斯衛(wèi)星，使這一系統(tǒng)恢復(fù)正常,伽利略（GALILEO,由30顆衛(wèi)星組成，分布在3個(gè)軌道，軌道高度24126Km 與GPS相比： 覆蓋面積將是GPS系統(tǒng)的兩倍 地面定位誤差不超過1米，GPS只能找到街道，而伽利略系統(tǒng)則能找到車庫門 伽利略系統(tǒng)使用多種頻段工作，在民用領(lǐng)域比GPS更經(jīng)濟(jì)、更透明、更開放,伽利略現(xiàn)狀,完成時(shí)間：最初預(yù)計(jì)2012年完成全球覆蓋

4、最新進(jìn)展：2002年啟動(dòng)的歐洲伽利略系統(tǒng)一直不夠順利，計(jì)劃超支和成員國之間利益分配問題導(dǎo)致該計(jì)劃滯后于原計(jì)劃近6年。今年11月，聯(lián)盟火箭計(jì)劃發(fā)射兩顆伽利略在軌實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星,北斗（COMPASS,顆靜止軌道衛(wèi)星+顆非靜止軌道衛(wèi)星 采用中國2000大地坐標(biāo)系（CGS2000） 開放服務(wù)： 定位精度: 10 m 測速精度: 0.2 m/s 授時(shí)精度: 20 ns,北斗現(xiàn)狀,完成時(shí)間： 預(yù)計(jì)2012年實(shí)現(xiàn)亞太地區(qū)覆蓋，2020年完成全球覆蓋 最新進(jìn)展：北京時(shí)間11月1號(hào)0時(shí)26分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功將第6顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星送入太空，這是我國今年連續(xù)發(fā)射的第4顆北斗衛(wèi)星,北斗介紹,二、GPS的組成及基本

5、原理,GPS系統(tǒng)組成,地面控制部分： 中心控制系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步 跟蹤衛(wèi)星進(jìn)行定軌,空間部分： 提供星歷和時(shí)間信息 發(fā)射偽距和載表信號(hào) 提供其它輔助信息,用戶設(shè)備部分： 接收衛(wèi)星信號(hào) 記錄處理數(shù)據(jù),GPS系統(tǒng)組成空間部分,24顆衛(wèi)星（21+3） 6個(gè)軌道平面 55軌道傾角 20200km軌道高度（地面高度） 11小時(shí)58分軌道周期 5個(gè)多小時(shí)出現(xiàn)在地平線以上每天提前4分鐘出現(xiàn) 在地球上任何地方可以同時(shí)觀測到4-11顆高度角15以上的衛(wèi)星,GPS系統(tǒng)組成地面控制部分,Colorado springs,Hawaii,Ascencion,Diego Garcia,kwajalein,1個(gè)主控站:Co

6、lorado springs(科羅拉多.斯平士)。 3個(gè)注入站:Ascencion(阿森松群島)、 Diego Garcia(迭哥伽西亞)、kwajalein(卡瓦加蘭)。 5個(gè)監(jiān)控站： 以上主控站、注入站及Hawaii(夏威夷,GPS系統(tǒng)組成地面控制部分,主控站:它的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對(duì)GPS的觀測數(shù)據(jù)，計(jì)算出衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)通過注入站注入到衛(wèi)星中去 ；同時(shí)，它還對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行控制，向衛(wèi)星發(fā)布指令，當(dāng)工作衛(wèi)星出現(xiàn)故障時(shí)，調(diào)度備用衛(wèi)星替代失效的工作衛(wèi)星工作。 3個(gè)注入站:將主控站計(jì)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。 5個(gè)監(jiān)控站：接收衛(wèi)星信號(hào)，監(jiān)測衛(wèi)星的接收

7、衛(wèi)星信號(hào)，監(jiān)測衛(wèi)星的工作狀態(tài) ，傳送到主控站,GPS系統(tǒng)組成用戶設(shè)備部分,按照原理、用途、功能來分類,用途,載波頻率,工作原理,導(dǎo)航型接收機(jī),測地型接收機(jī),平方型接收機(jī),混合型接收機(jī),干涉型接收機(jī),單頻接收機(jī),雙頻接收機(jī),通道種類,多通道接收機(jī),序貫通道接收機(jī),GPS系統(tǒng)組成用戶設(shè)備部分,手持導(dǎo)航型GPS機(jī)，精度5-15m,GPS系統(tǒng)組成用戶設(shè)備部分,測量型GPS接收機(jī)，最高精度1mm+1ppm,GPS基本原理測距,GPS基本原理二維三邊測量法,北京,西安,廣州,武漢,GPS基本原理三維三邊測量法,我們處在以 RI 為半徑的一個(gè)球面上,R1,GPS基本原理定位過程,空間距離的量測為定位的基本,

8、1,參數(shù)改正,5,觀測衛(wèi)星至地面點(diǎn)位的距離,2,利用接收衛(wèi)星星歷資料決定點(diǎn)位位置,4,3,觀測4顆以上衛(wèi)星才能解算點(diǎn)位的空間距離,GPS基本原理定位,衛(wèi)星充當(dāng) “軌道控制站” 測量與時(shí)間相關(guān)的每一顆衛(wèi)星的偽隨機(jī)碼 通常情況下，GPS接收機(jī)采用廉價(jià)的時(shí)鐘。它們的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于衛(wèi)星的機(jī)載時(shí)鐘 無線電波以光速傳播 (距離 = 速度 x 時(shí)間) 時(shí)鐘誤差與測距精度的關(guān)系： 1/10 秒時(shí)鐘誤差 = 30,000 Km 測距誤差 1/1,000,000 秒時(shí)鐘誤差 = 300 m測距誤差,GPS的測量應(yīng)用單點(diǎn)定位,單獨(dú)一個(gè)觀測站接受信號(hào)進(jìn)行定位。從原理上類似于后方交會(huì)進(jìn)行點(diǎn)的定位。 采用虛擬距離觀測量 精

9、度較差，僅能消除接收機(jī)時(shí)鐘誤差,GPS的測量應(yīng)用單點(diǎn)定位精度,理論上說，利用 C/A 碼進(jìn)行單點(diǎn)定位精度可以達(dá)到 10 - 30m 在 SA 條件下進(jìn)行單點(diǎn)定位： 平面位置的精度為 +/- 100 m 高程的精度則為 +/- 160 m,單點(diǎn)定位的應(yīng)用,自然資源調(diào)查,城市規(guī)劃,環(huán)境調(diào)查,GPS的測量應(yīng)用相對(duì)定位,確定同步跟蹤相同的GPS衛(wèi)星信號(hào)的若干臺(tái)接收機(jī)之間的相對(duì)位置的定位方法。 至少一臺(tái)接收機(jī)置于已知坐標(biāo)點(diǎn)上，稱為主站，置于未知點(diǎn)上的稱為待測站或移動(dòng)站。 精度較高,GPS的測量應(yīng)用相對(duì)定位的種類,GPS的測量應(yīng)用靜態(tài)相對(duì)定位,方法：利用兩套及以上的GPS接收機(jī)，分別安置在每條基線的端點(diǎn)上

10、，同步觀測四顆以上的衛(wèi)星0.51小時(shí)，基線的長度在20公里以內(nèi)。各基線構(gòu)成網(wǎng)狀的封閉圖形，事后經(jīng)過整體平差處理。 用途：是精度最高的作業(yè)模式。主要用于大地測量、控制測量、變形測量、工程測量。 精度：可達(dá)到5mm+1ppm,靜態(tài)相對(duì)定位基線測量,dx、dy、dz,基準(zhǔn)站,移動(dòng)站,GPS的測量應(yīng)用即時(shí)動(dòng)態(tài)測量（RTK,常規(guī)的GPS測量方法，如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級(jí)的精度，而RTK是能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測量方法，它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率,GPS的測量應(yīng)用即時(shí)動(dòng)態(tài)測量（RTK,GPS的測量應(yīng)用即時(shí)動(dòng)態(tài)測量（RTK,GPS

11、相對(duì)定位的后處理測量方法,靜態(tài)相對(duì)定位模式,動(dòng)態(tài)相對(duì)定位模式,GPS定位誤差分類,與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差,與傳播途徑有關(guān)的誤差,與GPS 接收機(jī)有關(guān)的誤差,衛(wèi)星星歷誤差,衛(wèi)星鐘差,SA干擾誤差,電離層折射,對(duì)流層折射,多路徑效應(yīng),接收機(jī)鐘差,接收機(jī)的位置誤差,接收機(jī)天線相位中心偏差,VRS測量技術(shù),GPS實(shí)時(shí)差分定位RTK技術(shù)的缺點(diǎn)： 用戶需要架設(shè)本地參考站 誤差隨距離的增加而增長 誤差增長使流動(dòng)站和參考站的距離受到限制，一般 小于15公里 精度為10mm+1ppm，可靠性隨距離增大而降低,VRS測量技術(shù),虛擬參考站方案中VRS的特點(diǎn)與技術(shù)優(yōu)勢： 虛擬參考站方案中，VRS的實(shí)施將使一個(gè)地區(qū)的測

12、繪工作成為一個(gè)有機(jī)的整體，這改變了以往GPS作業(yè)“單打獨(dú)斗”的局面，同時(shí)它使GPS技術(shù)的應(yīng)用更為廣泛，使其精度和可靠性得到進(jìn)一步提高，最重要的是建立GPS網(wǎng)絡(luò)的成本降低了很多,我國深圳市第一個(gè)建成了VRS技術(shù)衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng),何謂VRS測量技術(shù),移動(dòng)站并非接受某個(gè)實(shí)際基準(zhǔn)站的實(shí)際觀測資料，而是經(jīng)過定位誤差修正的虛擬觀測數(shù)據(jù)，也就是RTK主站，并不是實(shí)際存在的實(shí)體主站，而是在移動(dòng)站附近產(chǎn)生一個(gè)經(jīng)過人為加工的虛擬化主站，這種網(wǎng)絡(luò)化的定位技術(shù)稱為虛擬參考站動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，簡稱VRS-RTK,GPS衛(wèi)星定位技術(shù),Mobile Phone 行動(dòng)式數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),寬頻網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊技術(shù),VRS測量技術(shù),控制中心,固定站,用戶部分,整個(gè)系統(tǒng)的核心,固定參考站是固定的GPS接收系統(tǒng)，分布在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)VRS網(wǎng)絡(luò)可包括無數(shù)個(gè)站,用戶部分就是用戶的接收機(jī)，加上無線通訊的調(diào)制解調(diào)器,系統(tǒng)構(gòu)成,GPS設(shè)備上網(wǎng)模塊,無線上網(wǎng)設(shè)備及上網(wǎng)賬號(hào),VRS的接入賬號(hào),VRS測量技術(shù)原理與流程,BS1,BS2,BS4,BS3,超短基線 VRS-RTK 解算,Rover,VRS,虛擬基準(zhǔn)站,BS5,BS6,基準(zhǔn)站間距約 50公里,基準(zhǔn)站間距約 50公里,控 制 及 計(jì) 算 中 心,GSM/GPRS & NTRIP 通訊協(xié)定,ADSL,ADSL,待測點(diǎn)位,GP