RTK原理及應(yīng)用-課件PPT

1、2021/8/2612021/8/262 一.概述概述 二二. GPS系統(tǒng)介紹系統(tǒng)介紹 三三.GPS原理原理 四四. GPS在測量中的應(yīng)用在測量中的應(yīng)用 2021/8/2631.近、現(xiàn)代的常規(guī)（地面）定位方法近、現(xiàn)代的常規(guī)（地面）定位方法采用的儀器設(shè)備采用的儀器設(shè)備 尺：銦鋼尺尺：銦鋼尺 光學(xué)儀器：經(jīng)緯儀，水準儀光學(xué)儀器：經(jīng)緯儀，水準儀 激光和紅外儀器：測距儀激光和紅外儀器：測距儀 綜合多種技術(shù)的儀器：全站儀綜合多種技術(shù)的儀器：全站儀 無線電、微波儀器：無線電、微波儀器：Loran-C，雷達，雷達觀測方法觀測方法 角度或方向觀測角度或方向觀測 距離觀測距離觀測 距離差觀測距離差觀測2021/8

2、/2642. 常規(guī)（地面）定位方法的局限性常規(guī)（地面）定位方法的局限性觀測點之間需要保證通視觀測點之間需要保證通視需要事先布設(shè)大量的地面控制點需要事先布設(shè)大量的地面控制點/地面站地面站無法同時精確確定點的三維坐標無法同時精確確定點的三維坐標難以確定地心坐標難以確定地心坐標平面、高程控制網(wǎng)破壞嚴重、很多點位難以尋找平面、高程控制網(wǎng)破壞嚴重、很多點位難以尋找觀測受氣候、環(huán)境條件限制觀測受氣候、環(huán)境條件限制控制網(wǎng)存在誤差積累、精度不高控制網(wǎng)存在誤差積累、精度不高控制網(wǎng)點位分布不均勻控制網(wǎng)點位分布不均勻平面點多在山頂并遠離測區(qū)平面點多在山頂并遠離測區(qū)平面與高程控制分離、沒有統(tǒng)一的控制系統(tǒng)平面與高程控制

3、分離、沒有統(tǒng)一的控制系統(tǒng)2021/8/2653.GPS 技術(shù)的廣泛應(yīng)用。技術(shù)的廣泛應(yīng)用。 全球定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)( Global Positioning System GPS)是全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力是全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。 在通信行業(yè)在通信行業(yè) ，交通、運輸部門，交通、運輸部門，地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng) ，電子商務(wù)領(lǐng)域，電，電子商務(wù)領(lǐng)域，電腦制造商、通信設(shè)備商腦制造商、通信設(shè)備商 均有長足的均有長足的應(yīng)用應(yīng)用 被譽為即通訊、互聯(lián)網(wǎng)之后的被譽為即通訊、互聯(lián)網(wǎng)之后的第三個信息技術(shù)增長點。第三個信息技術(shù)增長點。2021/8/26

4、6GPS優(yōu)點：測站間無需通視優(yōu)點：測站間無需通視數(shù)學(xué)模型簡單，且能同時確定點的三維坐數(shù)學(xué)模型簡單，且能同時確定點的三維坐標標易于實現(xiàn)全天候觀測易于實現(xiàn)全天候觀測在長距離上仍能獲得高精度的定位結(jié)果在長距離上仍能獲得高精度的定位結(jié)果 目前目前GPS應(yīng)用現(xiàn)狀：應(yīng)用現(xiàn)狀：絕大部分的控制測量用絕大部分的控制測量用GPS實現(xiàn)實現(xiàn)RTK測量技術(shù)全面普及測量技術(shù)全面普及高智能亞米級手持高智能亞米級手持GPS應(yīng)用展開應(yīng)用展開 前景：前景：高精度、智能化、小巧化、網(wǎng)絡(luò)化。高精度、智能化、小巧化、網(wǎng)絡(luò)化。4.GPS定位技術(shù)的優(yōu)點和應(yīng)用定位技術(shù)的優(yōu)點和應(yīng)用2021/8/267什么是全球定位系統(tǒng)什么是全球定位系統(tǒng) 全球

5、定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng) GPS 的英文全稱是的英文全稱是 NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Position System（導(dǎo)航星測時與測距全球定位系（導(dǎo)航星測時與測距全球定位系統(tǒng)），簡稱統(tǒng)），簡稱 GPS 有時也被稱作有時也被稱作NAVSTAR GPS。根據(jù)。根據(jù)Wooden 1985年所給出的定義：年所給出的定義：NAVSTAR全球定位系統(tǒng)（全球定位系統(tǒng)（GPS）是一個空基全天侯）是一個空基全天侯導(dǎo)航系統(tǒng)，它由美國國防部開發(fā)，用以滿足軍方在地面或近地空間內(nèi)獲導(dǎo)航系統(tǒng)，它由美國國防部開發(fā)，用以滿足軍方在地面或近地空間內(nèi)獲取在一個通用參

6、照系中的位置、速度和時間信息的要求。取在一個通用參照系中的位置、速度和時間信息的要求。GPS定位系統(tǒng)的概述定位系統(tǒng)的概述2021/8/2681. GPS的產(chǎn)生、發(fā)展及前景的產(chǎn)生、發(fā)展及前景 1957年年10月，前蘇聯(lián)成功發(fā)射第一月，前蘇聯(lián)成功發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星。顆人造地球衛(wèi)星。 美國約翰美國約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室研究發(fā)現(xiàn)，利用地面跟蹤站上的多驗室研究發(fā)現(xiàn)，利用地面跟蹤站上的多普勒測量資料可以精確度確定衛(wèi)星軌道，普勒測量資料可以精確度確定衛(wèi)星軌道，而對一顆軌道已被準確確定的衛(wèi)星進行而對一顆軌道已被準確確定的衛(wèi)星進行多普勒測量的話，可以確定用戶的位置。多普勒測量的

7、話，可以確定用戶的位置。 上述發(fā)現(xiàn)為衛(wèi)星定位系統(tǒng)的誕生奠上述發(fā)現(xiàn)為衛(wèi)星定位系統(tǒng)的誕生奠定了基礎(chǔ)。定了基礎(chǔ)。第一顆人造地球衛(wèi)星第一顆人造地球衛(wèi)星2021/8/269二二.GPS.GPS系統(tǒng)介紹系統(tǒng)介紹 1958年年12月美國設(shè)計了子午衛(wèi)星系統(tǒng)，月美國設(shè)計了子午衛(wèi)星系統(tǒng)， 1964年年1月該系統(tǒng)正式運行。月該系統(tǒng)正式運行。1967年年7月系統(tǒng)解密以月系統(tǒng)解密以供民用。供民用。由于子午衛(wèi)星系統(tǒng)存在上述局限性，由于子午衛(wèi)星系統(tǒng)存在上述局限性，1973年，年，美國國防部開始開發(fā)新的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，美國國防部開始開發(fā)新的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，并將其稱為并將其稱為GPS（Navigation Satellit

8、e Timing And Ranging/ Global Positioning System），），即導(dǎo)航星測時與測距全球定位系統(tǒng)。即導(dǎo)航星測時與測距全球定位系統(tǒng)。 1993年，系統(tǒng)具備了初步工作能力，開始投年，系統(tǒng)具備了初步工作能力，開始投入使用。入使用。1995年年7月月17日，日，GPS達到完全運行能達到完全運行能力。力。 到目前為止，依托到目前為止，依托GPS系統(tǒng)已經(jīng)形成了一個系統(tǒng)已經(jīng)形成了一個巨大巨大 的市場，盡管其他國家都在積極發(fā)展自己的市場，盡管其他國家都在積極發(fā)展自己的定位系統(tǒng)，但的定位系統(tǒng)，但GPS已經(jīng)在衛(wèi)星導(dǎo)航定位領(lǐng)域取已經(jīng)在衛(wèi)星導(dǎo)航定位領(lǐng)域取得了霸主地位。得了霸主地位。

9、2、發(fā)展及前景、發(fā)展及前景2021/8/2610建立和維持全球性的參考框架建立和維持全球性的參考框架板塊運動和監(jiān)測板塊運動和監(jiān)測建立各級國家平面控制網(wǎng)建立各級國家平面控制網(wǎng)城市控制網(wǎng)、工程測量控制網(wǎng)、工程測量城市控制網(wǎng)、工程測量控制網(wǎng)、工程測量航空攝影測量、地籍測量、海洋測量航空攝影測量、地籍測量、海洋測量3. GPS在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用軍事軍事交通交通測量測量農(nóng)業(yè)、林業(yè)農(nóng)業(yè)、林業(yè)資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測移動通信移動通信物理研究（監(jiān)測電離層延遲）物理研究（監(jiān)測電離層延遲）氣象氣象2021/8/2611GLONASS全球衛(wèi)星系統(tǒng)全球衛(wèi)星系統(tǒng) 前蘇聯(lián)研制，現(xiàn)由俄羅斯維護

10、。目前前蘇聯(lián)研制，現(xiàn)由俄羅斯維護。目前該系統(tǒng)在軌衛(wèi)星總數(shù)為顆，其中該系統(tǒng)在軌衛(wèi)星總數(shù)為顆，其中顆正常工作，顆正接受技術(shù)維護，另有顆正常工作，顆正接受技術(shù)維護，另有顆處于顆處于“預(yù)備役預(yù)備役”狀態(tài)。狀態(tài)。伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 歐盟開發(fā)研制，目前仍在組建及試運歐盟開發(fā)研制，目前仍在組建及試運行階段預(yù)計行階段預(yù)計2014年正式投入運營。年正式投入運營。 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國正在實施的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國正在實施的自主研發(fā)、獨立運行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，自主研發(fā)、獨立運行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，目前仍在組建中，目前仍在組建中， 到到201

11、2年發(fā)射了第年發(fā)射了第13顆導(dǎo)航衛(wèi)星。顆導(dǎo)航衛(wèi)星。4. 其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)2021/8/26125. 美國政府的美國政府的GPS政策政策最初，最初， GPS的屬于美國國防部，只對軍方開放高精度定位服務(wù)，民用精度非常的屬于美國國防部，只對軍方開放高精度定位服務(wù)，民用精度非常低（低（400米），后來由于形勢的需要，米），后來由于形勢的需要，GPS開放為軍民共用高精度定位服務(wù)，但加開放為軍民共用高精度定位服務(wù)，但加入了入了AS(反電子欺騙反電子欺騙 )和和SA(可用性選擇政策可用性選擇政策 ) 。海灣戰(zhàn)爭后，俄羅斯也開始。海灣戰(zhàn)爭后，俄羅斯也開始組建自己的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，為了搶占

12、市場，美國取消組建自己的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，為了搶占市場，美國取消AS(反電子欺騙反電子欺騙 )和和SA(可用性可用性選擇政策選擇政策 )政策，進一步開放政策，進一步開放GPS系統(tǒng)，并組建了專門的管理委員會，保證民用用系統(tǒng)，并組建了專門的管理委員會，保證民用用戶的需求。戶的需求。由于由于SA碼的取消，碼的取消，GPS的民用進入爆發(fā)階段，的民用進入爆發(fā)階段，1996年全世界年全世界GPS相關(guān)的產(chǎn)值只相關(guān)的產(chǎn)值只有有25億美金，到現(xiàn)在已經(jīng)超過億美金，到現(xiàn)在已經(jīng)超過1000億美金?，F(xiàn)在，億美金。現(xiàn)在，GPS在民用領(lǐng)域已經(jīng)取得了非常在民用領(lǐng)域已經(jīng)取得了非常廣泛的應(yīng)用。面對如此巨大的利潤，美國已公開承諾絕不關(guān)

13、閉廣泛的應(yīng)用。面對如此巨大的利潤，美國已公開承諾絕不關(guān)閉GPS。2021/8/2613GPS的系統(tǒng)組成的系統(tǒng)組成 由空間部分、地面部分和用戶部分等組成由空間部分、地面部分和用戶部分等組成2021/8/2614空間部分空間部分 （Space Segment） GPS衛(wèi)星星座衛(wèi)星星座 設(shè)計星座：設(shè)計星座：21+3 21顆正式的工作衛(wèi)星顆正式的工作衛(wèi)星+3顆活動的顆活動的備用衛(wèi)星備用衛(wèi)星 6個軌道面，平均軌道高度個軌道面，平均軌道高度20200km，軌道傾角，軌道傾角55 ，周期，周期11h 58min（顧及地球自轉(zhuǎn)，地球（顧及地球自轉(zhuǎn)，地球-衛(wèi)星的幾何關(guān)系每天提前衛(wèi)星的幾何關(guān)系每天提前4min重重

14、復(fù)一次）復(fù)一次） 保證在保證在24小時，在高度角小時，在高度角15以以上，能夠同時觀測到上，能夠同時觀測到4至至8顆衛(wèi)星顆衛(wèi)星 當前星座：當前星座：32顆顆2021/8/2615 GPS衛(wèi)星衛(wèi)星 作用：作用： 接收、存儲導(dǎo)航電文接收、存儲導(dǎo)航電文 生成用于導(dǎo)航定位的信號（測距碼、生成用于導(dǎo)航定位的信號（測距碼、載波）載波） 發(fā)送用于導(dǎo)航定位的信號（采用雙發(fā)送用于導(dǎo)航定位的信號（采用雙向調(diào)制法調(diào)制在載波上的測距碼和向調(diào)制法調(diào)制在載波上的測距碼和導(dǎo)航電文）導(dǎo)航電文） 接受地面指令，進行相應(yīng)操作接受地面指令，進行相應(yīng)操作 其他特殊用途，如通訊、監(jiān)測核暴其他特殊用途，如通訊、監(jiān)測核暴等。等。 主要設(shè)備

15、主要設(shè)備 太陽能電池板太陽能電池板 原子鐘（原子鐘（2臺銫鐘、臺銫鐘、2臺銣鐘）臺銣鐘） 信號生成與發(fā)射裝置信號生成與發(fā)射裝置 2021/8/2616地面監(jiān)控部分地面監(jiān)控部分 （Ground Segment） 主控站：主控站：1個個 監(jiān)測站：監(jiān)測站：5個個 注入站：注入站：3個個 通訊與輔助系統(tǒng)通訊與輔助系統(tǒng)2021/8/2617 主控站：主控站： 協(xié)調(diào)和管理地面監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)調(diào)和管理地面監(jiān)控系統(tǒng): 1）根據(jù)觀測資料，推算編制各衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星鐘）根據(jù)觀測資料，推算編制各衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星鐘差和大氣修正參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳送到注入站。差和大氣修正參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳送到注入站。 2）提供全球定位系統(tǒng)的時間基

16、準。）提供全球定位系統(tǒng)的時間基準。 3）調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星，使之沿預(yù)定軌道運行。）調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星，使之沿預(yù)定軌道運行。 4）啟用備用衛(wèi)星代替失效工作衛(wèi)星）啟用備用衛(wèi)星代替失效工作衛(wèi)星 監(jiān)測站：觀測資料由計算機進行初步處理，存儲并監(jiān)測站：觀測資料由計算機進行初步處理，存儲并傳輸?shù)街骺卣?，以確定衛(wèi)星軌道。傳輸?shù)街骺卣荆源_定衛(wèi)星軌道。 1）對衛(wèi)星進行跟蹤觀測）對衛(wèi)星進行跟蹤觀測 2）記錄氣象數(shù)據(jù)）記錄氣象數(shù)據(jù) 3）將數(shù)據(jù)傳送到主控站）將數(shù)據(jù)傳送到主控站 注入站：主要任務(wù)是在主控站的控制下，將主控站推算和編制的衛(wèi)注入站：主要任務(wù)是在主控站的控制下，將主控站推算和編制的衛(wèi)星星歷、鐘差、導(dǎo)航電文和其

17、它控制指令等，注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存星星歷、鐘差、導(dǎo)航電文和其它控制指令等，注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲系統(tǒng)，并監(jiān)測注入信息的正確性。儲系統(tǒng)，并監(jiān)測注入信息的正確性。 2021/8/26182021/8/2619用戶部分用戶部分組成：組成：GPSGPS接收機接收機數(shù)據(jù)處理軟件數(shù)據(jù)處理軟件其它輔助設(shè)備其它輔助設(shè)備用戶部分用戶部分2021/8/2620GPS的定位原理的定位原理 衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身地星歷參數(shù)和時間信息，用戶接收到衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身地星歷參數(shù)和時間信息，用戶接收到這些信息后，經(jīng)過計算求出接收機地三維位置、三維方向以及運這些信息后，經(jīng)過計算求出接收機地三維位置、三維方向以及運動速度和時間信息。

18、動速度和時間信息。GPS測量定位方法分類測量定位方法分類 定位模式定位模式 絕對定位（單點定位）絕對定位（單點定位） 相對定位相對定位 定位時接收機天線的運動狀態(tài)定位時接收機天線的運動狀態(tài) 靜態(tài)定位天線相對于地固坐標系靜止靜態(tài)定位天線相對于地固坐標系靜止 動態(tài)定位天線相對于地固坐標系運動動態(tài)定位天線相對于地固坐標系運動 獲得定位結(jié)果的時效獲得定位結(jié)果的時效 事后定位事后定位 實時定位實時定位 觀測值類型觀測值類型 偽距測量偽距測量 載波相位測量載波相位測量2021/8/2621GPS的定位方法的定位方法根據(jù)模式的定位根據(jù)模式的定位 絕對定位絕對定位 ： 絕對定位又稱為單點定位，這是一種采用一絕

19、對定位又稱為單點定位，這是一種采用一臺接收機進行定位的模式。它所確定的是接收機臺接收機進行定位的模式。它所確定的是接收機天線的絕對坐標。這種定位模式的特點是作業(yè)方天線的絕對坐標。這種定位模式的特點是作業(yè)方式簡單，可以單機作業(yè)。絕對定位一般用于導(dǎo)航式簡單，可以單機作業(yè)。絕對定位一般用于導(dǎo)航和精度要求不高的應(yīng)用中。和精度要求不高的應(yīng)用中。 相對定位相對定位 ： 相對定位又稱為差分定位，這種定位模式采相對定位又稱為差分定位，這種定位模式采用兩臺以上的接收機，同時對一組相同的衛(wèi)星進用兩臺以上的接收機，同時對一組相同的衛(wèi)星進行觀測，以確定接收機天線間的相互位置關(guān)系。行觀測，以確定接收機天線間的相互位置關(guān)

20、系。 ：2021/8/2622 GPS的定位方法的定位方法 根據(jù)獲取定位結(jié)果的時間定位根據(jù)獲取定位結(jié)果的時間定位 實時定位：實時定位： 實時定位是根據(jù)接收機觀測到的數(shù)據(jù)，實時實時定位是根據(jù)接收機觀測到的數(shù)據(jù)，實時地解算出接收機天線所在的位置。地解算出接收機天線所在的位置。 非實時定位：非實時定位： 非實時定位又稱后處理定位，它是通過對接非實時定位又稱后處理定位，它是通過對接收機接收到的數(shù)據(jù)進行處理后進行定位的方法。收機接收到的數(shù)據(jù)進行處理后進行定位的方法。 2021/8/2623GPS的定位方法的定位方法 根據(jù)定位時接收機的運動狀態(tài)定位根據(jù)定位時接收機的運動狀態(tài)定位 動態(tài)定位動態(tài)定位 所謂動態(tài)定位，就是在進行所謂動態(tài)定位，就是在進行 GPS GPS 定位時，認為接收機的天線在整個觀測進程中的位置定位時，認為接收機的天線在整個觀測進程中的位置是變化的。也就是說，在數(shù)據(jù)處理時，將接收機天線的位置作為一個隨時間的改變而改變是變化的。也就是說，在數(shù)據(jù)處理時，將接收機天線的位置作為一個隨時間的改變而改變的量。的量。 靜態(tài)定位靜態(tài)定位 所謂靜態(tài)定位，就是在進行所謂靜態(tài)定位，就是在進行 GPS GPS