楊程-第5章 坐標測量

普通高等學校土木工程專業(yè)精編系列規(guī)劃教材土木工程測量2023/2/5

5坐標測量2023/2/5內(nèi)容提要能力要求

本章主要包括直線定向（直線定向、方位角、象限角、坐標的正反算）、地面定位技術（極坐標法、角度交會法、距離交會法）、衛(wèi)星定位技術（GNSS的組成、GNSS定位方法、GNSS接收機使用）等相關內(nèi)容。本章的教學重點為直線定向；教學難點為地面定位技術。

通過本章學習，要求學生熟練掌握直線定向的概念、坐標方位角的定義和推算、坐標的正反算、極坐標法等測定點位平面坐標的方法，理解三角高程測量原理；結合實踐教學，理解GNSS靜態(tài)相對定位技術和實時動態(tài)差分定位RTK技術。2023/2/55坐標測量

5.1直線定向5.2地面定位技術 5.3衛(wèi)星定位技術◎習題與思考題2023/2/5第一節(jié)直線定向1、標準方向的種類，三種標準方向之間的關系；2、確定地面上兩點之間的相對平面位置引出直線定向概念；3、表示直線方向的方法；4、幾種方位角之間的關系；5、正、反坐標方位角；坐標方位角的推算；坐標正算與反算；2023/2/5學習目標建立直線定向的概念，能夠熟練地進行方位角的有關運算。為三維測量及施工測量計算打好基礎。學習重點直線定向、坐標方位角的推算方法；三種方位角間的換算關系；坐標正算與坐標反算。2023/2/5有80%的信息和地理位置有關！日常生活中我們經(jīng)常問這幾句話在哪兒？ —靜態(tài)地理位置怎么走？ —動態(tài)地理位置某地有什么？

—地理信息分布2023/2/5在日常生活中我們經(jīng)常會說“武漢市位于長江中游”，“宜昌市在武漢市上游”，這就是借助地理空間拓撲關系來描述地物之間的地理位置。(相對位置關系)2023/2/5下圖是北京市崇文區(qū)的一個街區(qū)小胡同變成大馬路1999年遙感影像2002年遙感影像2023/2/5北京西站影像2023/2/5直線定向（lineorientation）：確定一條直線與標準方向的關系(水平夾角)稱為直線定向。標準方向分類1、真子午線方向（真北方向）：地面上某點指向地球南北極的方向。即過地面某點真子午線的切線方向稱為該點的真子午線方向，其北端所示方向?？捎锰煳臏y量方法測定，也可用陀螺經(jīng)緯儀測定。P2023/2/5

磁北方向：磁針自由靜止時所指示的方向稱為磁子午線方向，其北端所指方向,稱為磁北方向。磁北方向可用羅盤儀測定。

坐標北方向：坐標縱軸

(X軸)正向所示方向,稱為坐標北方向，也稱軸北方向。實用上常取與高斯平面直角坐標系中X軸平行的方向，因此各點的坐標北方向都是相互平行的。真北方向、磁北方向、坐標北方向，這三個基本方向合稱為三北方向。2023/2/5子午線收斂角、磁偏角概念1、子午線收斂角：兩點真子午線方向間的夾角稱為子午線收斂角。子午線收斂角隨緯度的增大而增大，并與兩點間的距離成正比。

2023/2/52、磁偏角：地面上某點真北方向與磁北方向的夾角。用δ表示。PN磁偏角真北磁北磁北+-東西2023/2/5三北方相間的關系磁偏角：過一點的真北方向與磁北方向之間的夾角，用δ表示。子午線收斂角：過一點的真北方向與坐標北方向之間的夾角，用γ表示。

符號規(guī)定磁北或坐標北方向在真北方向東側時，δ與γ為正；磁北方向或坐標北方向在真北方向西側時，δ與γ為負。

2023/2/5一、直線定向的表示方法

1.方位角對某一確定起點的直線，由在該起點處的基本方向起，順時針至該直線方向的水平角稱為該直線的方位角。方位角的取值范圍是0°～360°。2023/2/5標準方向真子午線方向磁子午線方向坐標縱軸方向真方位角（A）磁方位角（Am）坐標方位角（α）2磁北真北坐標北AmAα1由不同的標準方向所得到的方位角，分別為：真方位角:磁方位角：坐標方位角：2023/2/52.象限角

以基本方向線北端或南端起算，順時針或逆時針方向量至直線的水平角，稱為象限角，用R表示。

2023/2/5表5-1象限角與方位角的關系象限由方位角α求象限角R由象限角R求方位角α編號名稱I北東（NE）R=αα=RII南東（SE）R=180°-αα=180°-RIII南西（SW）R=α-180°α=180°+RIV北西（NW）R=360°-αα=360°-R2023/2/5

α12已知，通過連測求得12邊與23邊的連接角為β2（右角）、23邊與34邊的連接角為β3（左角），現(xiàn)推算α23、α34。1234xxxα23α34α12β2β3前進方向β2位于推算路線1-2-3前進方向的右側，故為右角。同理，β3為左角。坐標方位角推算2023/2/5正、反坐標方位角

直線1-2：點1是起點，點2是終點。α12—正坐標方位角；α21—反坐標方位角。α21α12xyoxx12直線2-1：所以一條直線的正、反坐標方位角互差180o2023/2/51234xxα23α12β2α21前進方向xα34β3α32由圖中分析可知：2023/2/5推算坐標方位角的通用公式：注意：

計算中，若α前>360°，減360°；若α前<0°，加360°。當β角為左角時，取“＋”；若為右角時，取“－”。方位角的推算左角右角的計算公式區(qū)別2023/2/5例題：已知α12=46°，β2、β3及β４的角值均注于圖上，試求其余各邊坐標方位角。α23=α12＋180°－β24x23146°125°10′5136°30′247°20′解：α34=α23＋180°＋β3=417°20′>360°（417°20′－360°）′α45=α34＋180°－β4<0°（－

10°＋360°）=350°=100°50′=46°＋180°－125°10′=100°50′＋180°＋136°30′=－10°=57°20′＋180°－247°20′前進方向57°20=2023/2/52312B1已知：AB=76

20，B=18542，1=21108，2=15045

求：B1、12、2312ABAB12B解：B1=BA+B

=AB+180+B=7620+180+185

42=820212=1B+1=B1+180+1=8202+180+21108=1131023=21+2=12+180+2=11310+180+15045=8355要求熟練掌握方位角推算公式2023/2/5已知求解：2023/2/5坐標正算計算的基本公式設A點為已知點，B點為未知點，A(XA,YA),AB邊的邊長為DAB,AB邊的坐標方位角為AB，,求B(XB,YB)，坐標正算。

XB=XA+XAB

YB=YA+YAB

2023/2/5XAB=DABCos

AB

(縱坐標增量）YAB=DABSinAB

(橫坐標增量）

XB=XA+DABCos

ABYB=YA+DABSinAB2023/2/5坐標反算由兩個已知點的坐標反算坐標方位角和邊長

設A、B為兩已知點，其坐標分別為A(XA,YA),B(XB,YB),則yAB

xAB

DAB=

＝

SinABConABDAB=(xAB)2+

(yAB)2

tg

AB=yAB/xAB

=(YB—YA)/(XB－XA)AB=tg

-

1(yAB/xAB)=arctg((yAB/xAB)

R當x>0,y>0180－R當x<0,y>0=180+R當x<0,y<0360－R當x>0,y<02023/2/52023/2/5小結1.直線定向——確定直線方向與標準方向之間的關系。2.標準方向——真子午線方向；磁子午線方向；坐標縱軸方向。3.坐標方位角——以坐標縱軸方向為起始方向順時針轉到該直線的水平夾角。4.正、反方位角——一條直線的正、反坐標方位角相差180°。2023/2/51傳統(tǒng)測量技術

兩維坐標：平面坐標x,y——極坐標法、角度交會法、距離交會法。

一維坐標：高程H——水準測量技術、三角高程測量技術。特點：測算分離，手動完成第二節(jié)地面定位技術2023/2/52現(xiàn)代測量技術

三維坐標：x,y,H——全站儀技術特點：測算一體，自動完成2023/2/53測定（x,y）的傳統(tǒng)技術（1）極坐標法已知A、B兩點坐標，根據(jù)水平角和水平距離DAP，經(jīng)計算求得P點坐標。2023/2/5計算步驟：1、在已知點A安置儀器，觀測水平角2、測量A、P兩點的水平距離DAP3、根據(jù)已知點A、B的坐標，利用反算公式計算其坐標方位角4、根據(jù)坐標方位角

和水平角，推算未知邊AP的坐標方位角：當未知邊位于已知邊左側時，上式取5、利用坐標正算公式，計算P點坐標。2023/2/5極坐標法擴展……導線法，測量轉折角和未知邊2023/2/5（2）角度交會法導線測量：控制面積大，一般要求地勢平坦。需要測角，量邊交會定點：山區(qū)或地形復雜的地區(qū)。分為：前方交會，側方交會，后方交會，測邊交會等。2023/2/5前方交會法作業(yè)方式：在已知點A、B上分別向新點P觀測水平角α和β，從而可以計算P點的坐標。ABPαβ2023/2/5計算方法：按照導線計算方法，以AB為起始邊計算導線檢核：從三個已知點A、B、C上分別向新點P進行角度觀測，由兩個三角形分別解算P點的坐標。ABPαβC2023/2/5（3）距離交會法——測量三角形的兩條未知邊2023/2/54測定H的傳統(tǒng)方法（1）水準測量水準測量——高程的測站傳遞（轉點）2023/2/54測定H的傳統(tǒng)方法（1）水準測量水準測量——外業(yè)2023/2/54測定H的傳統(tǒng)方法（1）水準測量水準測量——立尺2023/2/54測定H的傳統(tǒng)方法（1）水準測量水準測量——觀測2023/2/54測定H的傳統(tǒng)方法（1）水準測量水準測量——讀數(shù)2023/2/54測定H的傳統(tǒng)方法（1）水準測量水準測量——讀數(shù)2023/2/54測定H的傳統(tǒng)方法（2）三角高程測量——原理三角高程測量——原理由視距測量想到的2023/2/54測定H的傳統(tǒng)方法（2）三角高程測量——原理HB=HA+DABtgαAB+iA-vB2023/2/54測定H的傳統(tǒng)方法（2）三角高程測量——球氣差改正HB=HA+DABtgαAB+iA-vB+f1-f2f=+f1-f2f=(1-k)D2/(2R)2023/2/55測定（x,y,H）的現(xiàn)代技術—全站儀技術全站儀(totalstation)是由電子測角、光電測距、微型機及其軟件組合而成的智能型光電測量儀器。全站儀—全站型電子速測儀人們把快速測量距離和方位的儀器稱之為速測儀(Tachymeter)。2023/2/5全站儀的基本功能是測量水平角、豎直角和斜距。借助于機內(nèi)固化的軟件，可以組成多種測量功能，如可以計算并顯示：平距、高差以及鏡站點的三維坐標，進行偏心測量、懸高測量、對邊測量、面積計算等。全站儀具有如下特點：

2023/2/5全站儀由以下兩大部分組成：

l）采集數(shù)據(jù)設備：主要有電子測角系統(tǒng)、電子測距系統(tǒng)、還有自動補償設備等。2）微處理器：微處理器是全站儀的核心裝置,主要由中央處理器,隨機儲存器和只讀存儲器等構成,測量時,微處理器根據(jù)鍵盤或程序的指令控制各分系統(tǒng)的測量工作,進行必要的邏輯和數(shù)值運算以及數(shù)字存儲、處理、管理、傳輸、顯示等。2023/2/5全站儀的特點（1）儀器操作簡單，高效。全站儀具有現(xiàn)代測量工作所需的所有功能。（2）快速安置：簡單地整平和對中后，儀器一開機后便可工作。儀器具有專門的動態(tài)角掃描系統(tǒng)，因此無需初始化。關機后，仍會保留水平和垂直度盤的方向值。電子“氣泡”有圖示顯示并能使儀器始終保持精密置平。（3）適應性強。全站儀是為適應惡劣環(huán)境操作所制造的儀器。（4）全站儀設有雙向傾斜補償器，可以自動對水平和豎直方向進行修正，以消除豎軸傾斜誤差的影響。還可進行地球曲率改正、折光誤差以及溫度、氣壓改正。（5）控制面板具有人機對話功能?？刂泼姘逵涉I盤和主,副顯示窗組成。除照準以外的各種測量功能和參數(shù)均可通過鍵盤來實現(xiàn),儀器的兩側均有控制面板,操作十分方便。（6）具有雙向通訊功能，可將測量數(shù)據(jù)傳輸給電子手簿或外部計算機，也可接受電子手簿和外部計算機的指令和數(shù)據(jù)。

2023/2/5全站儀與經(jīng)緯儀相比具有以下優(yōu)點:1、測量結果自動記錄在“電子手簿”中，減少了讀數(shù)的錯誤和記錄的粗差，提高了功效；

2、利用全站儀中的微處理器，通過傳感器可以自動的改正儀器軸系誤差，提高測量精度;3、距離改正，高差計算和坐標計算在儀器上自動完成，減少了內(nèi)業(yè)計算工作量;4、角度測量中自動掃描整個度盤，并求出平均值作為結果，消除了度盤的刻劃誤差和偏心差。2023/2/5（1）全站儀的結構組成2023/2/5（1）全站儀的結構組成2023/2/5（2）全站儀的功能

①測角——水平角、豎直角

②測距——水平距離、傾距、高差主值

③測量坐標——x,y,H

④特殊功能——對邊測量、懸高測量、面積測量、后方交會、偏心測量、放樣等

2023/2/5

（3）全站儀的操作和使用——①操作面板2023/2/5

（3）全站儀的操作和使用——①操作面板2023/2/52023/2/5（3）全站儀的操作和使用

①操作面板

②儀器安置

對中，整平，開機（POWER鍵），打開傳感器（星鍵+F2），精確整平，量取儀器高i。

設置儀器常數(shù)、棱鏡常數(shù)、氣象參數(shù)。調(diào)節(jié)盤左（盤右）狀態(tài)。2023/2/52023/2/5③安置目標——2023/2/5③安置目標——2023/2/5（3）全站儀的操作和使用

④基本測量：照準，讀數(shù)，記錄

平角測量——豎絲照準豎直角測量——橫絲照準

距離測量——十字絲交點照準

x,y,H測量——十字絲交點照準2023/2/5全站儀使用記錄表（綜合）日期：時間：天氣：組號：儀器號：測站名稱：觀測者：記錄者：儀器高測回數(shù)目標名目標高豎盤位置水平度盤讀數(shù)(°′″)一測回方向值(°′″)豎直度盤讀數(shù)(°′″)豎直角(°′″)斜距(m)平距(m)高差(m)————

盤左

盤右

——盤左

盤右

————

盤左

盤右

——盤左

盤右

2023/2/55測定（x,y,H）的現(xiàn)代技術—全站儀技術

全站儀坐標測量就是利用極坐標原理進行的。全站儀坐標測量的工作程序是安置儀器、新建文件、測站設置、后視定向、坐標測量和數(shù)據(jù)傳輸，南方NTS663全站儀坐標測量的具體操作見表5-2。

2023/2/5第二節(jié)地面定位技術表5-2NTS663全站儀坐標測量操作工作程序操作步驟安置儀器在測站點（控制點）上安置全站儀，包括對中整平、量取儀器高。儀器常數(shù)設置：棱鏡加常數(shù)=-30mm。氣象參數(shù)設置：如，實測氣壓

P=673mmHg=897hpa，實測溫度t=25℃。新建文件①開機。②進入“程序”→“標準測量”→“設置”→“作業(yè)”→“新建”→“文件”→打開新建的文件。測站設置①進入“記錄”選項→“側視測量”，根據(jù)儀器提示輸入測站點點名和儀器高。②按“ENT”鍵進入下一頁，輸入測站點坐標（N（北）E（東）Z（高程）。③按“ENT”鍵進入下一頁，輸入測站點點名和儀器高。

2023/2/5第二節(jié)地面定位技術表5-2NTS663全站儀坐標測量操作（續(xù)1）工作程序操作步驟后視定向①按“ENT”鍵，輸入后視點坐標。②同時把棱鏡豎立在后視點上，全站儀盤左照準后視點上的棱鏡，按下“設置”鍵，再按“校核”鍵，校核。③合格后按“ENT”鍵進入碎部點測量。坐標測量①輸入待測點點號，全站儀照準待測點上豎立的棱鏡，按“ENT”鍵，測量、記錄待測點坐標。②選擇下一個待測點，循環(huán)進行。③本站所有需測的待測點測量完成后，在控制點上檢測，若檢測合格，關機。2023/2/5第二節(jié)地面定位技術表5-2NTS663全站儀坐標測量操作（續(xù)2）程序操作步驟數(shù)據(jù)傳輸①用數(shù)據(jù)通信線將全站儀和電腦連接（COM口或USB口）。②啟動CASS軟件，在“數(shù)據(jù)”菜單中選擇“讀取全站儀數(shù)據(jù)”，彈出“全站儀內(nèi)存數(shù)據(jù)轉換”參數(shù)設置界面，打開全站儀“通信參數(shù)”對照，將軟件參數(shù)設置和全站儀一致。指定文件的保存路徑和文件名。③進入全站儀的“程序”→“標準測量”→“作業(yè)”→“打開”→“選擇作業(yè)”→“傳輸”→“發(fā)送數(shù)據(jù)”→“坐標數(shù)據(jù)”，出現(xiàn)提示“準備好了嗎？”④點擊電腦界面上的“轉換”，電腦彈出“先在微機上按回車”的提示，依照提示即可完成數(shù)據(jù)傳輸。2023/2/5第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS一、概述1GNSS的產(chǎn)生、發(fā)展和現(xiàn)狀

(1)美國GPS——1957從研究多普勒衛(wèi)星定位技術開始，到1958.12研制海軍衛(wèi)星導航系統(tǒng)（NNSS），1959.9發(fā)射第一顆試驗衛(wèi)星，1964.01投入使用（6顆衛(wèi)星、20多個地面跟蹤站、用戶接收機）。1973.12美國防部批準陸?？章?lián)合研制第二代衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)（GPS）計劃。方案論證（1974-1977）、試驗研制（1978-1988）、工程建設（1989-1994）、正式運營（1995-）?，F(xiàn)代化計劃（2000-）。第五章坐標測量2023/2/5一、概述1GNSS的產(chǎn)生、發(fā)展和現(xiàn)狀

(1)美國GPS——現(xiàn)代化計劃（2000-）。作為現(xiàn)代化計劃的當前成就，雷神公司的GPSⅢ操作控制系統(tǒng)OCX與洛克希德馬丁公司GPSⅢ衛(wèi)星的整合取得重大進展，成功地在GPSⅢ衛(wèi)星模擬器與OCX組件之間交換了衛(wèi)星指令和遙測數(shù)據(jù)。該整合將有利于OCX系統(tǒng)的開發(fā)測試，并能夠降低在軌測試地面衛(wèi)星接口時的風險。

第五章坐標測量第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS2023/2/5第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS一、概述1GNSS的產(chǎn)生、發(fā)展和現(xiàn)狀

(1)美國GPS——現(xiàn)代化計劃（2000-）。另外，美國軍方也開始考慮GPSⅢ衛(wèi)星未來的戰(zhàn)略升級。根據(jù)空軍關于新一代GPSⅢ衛(wèi)星導航星座的新升級戰(zhàn)略，可能從第9顆GPSⅢ衛(wèi)星起，向該系列衛(wèi)星集成抗干擾能力。前，洛克希德馬丁公司航天系統(tǒng)分部正在按照計劃建造首批四顆GPSⅢ衛(wèi)星，首顆GPSⅢ衛(wèi)星將在2014年發(fā)射。

第五章坐標測量2023/2/5第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS一、概述1GNSS的產(chǎn)生、發(fā)展和現(xiàn)狀

(2)前蘇聯(lián)/俄羅斯GLONASS1982.10.12發(fā)射第一顆試驗衛(wèi)星，1995投入使用。

2012.02報道，GLONASS共有31顆衛(wèi)星在軌，其中24顆正在運行，3顆即將投入運行，2顆處于維護中，1顆正在試驗，1顆備用。至此，俄羅斯GLONASS衛(wèi)星導航系統(tǒng)研發(fā)正式完成。

第五章坐標測量2023/2/5一、概述1GNSS的產(chǎn)生、發(fā)展和現(xiàn)狀

(3)中國CAMPASS（BeiDou）

1983提出設想，2000.10.31發(fā)射第一顆試驗衛(wèi)星，2012.05在軌組網(wǎng)衛(wèi)星12顆。2012年10月25日第16顆衛(wèi)星發(fā)射成功。2011.12.27開始，向中國及周邊地區(qū)提供連續(xù)的導航定位和授時服務

第五章坐標測量第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS2023/2/5BeiDou示意圖

第五章坐標測量第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS2023/2/5一、概述1GNSS的產(chǎn)生、發(fā)展和現(xiàn)狀

(3)中國CAMPASS（BeiDou）

Beidou系統(tǒng)是中國獨立自主研發(fā)的全球衛(wèi)星定位定位系統(tǒng)。2012年10月25日第16顆北斗導航衛(wèi)星順利升空，標志著我國北斗衛(wèi)星區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)建設全面完成，形成覆蓋亞太地區(qū)的服務能力。Beidou系統(tǒng)將于2020年建成北斗衛(wèi)星全球?qū)Ш较到y(tǒng)，屆時將有35顆在軌衛(wèi)星。第五章坐標測量第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS2023/2/5一、概述1GNSS的產(chǎn)生、發(fā)展和現(xiàn)狀

(4)歐盟GALILEO——1999年初推出GALILEO計劃，部署新一代定位衛(wèi)星。該計劃由27顆運行衛(wèi)星和3顆預備衛(wèi)星組成，覆蓋全球，位置精度達數(shù)米，可與美國GPS兼容，總投資35億歐元。2005.1228發(fā)射第一顆試驗衛(wèi)星。

第五章坐標測量第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS2023/2/5一、概述

1GNSS的產(chǎn)生、發(fā)展和現(xiàn)狀

（5）小結：GNSS的代表系統(tǒng)①美國的GPS：當前健康運營②俄羅斯的GLONASS：當前比較健康運營③中國的Beidou：當前覆蓋亞太區(qū)域，計劃2020年覆蓋全球。④*歐盟的Galileo：還沒有全面實施第五章坐標測量第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS2023/2/5第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS一、概述2GNSS的特點

全球、全天候、高精度、自動化、高效益、三維實時導航（定位、測速、授時）3GNSS的組成（1）空間星座部分（2）地面監(jiān)控部分（3）用戶接收部分第五章坐標測量2023/2/5空間部分：提供星歷和時間信息發(fā)射偽距和載表信號提供其它輔助信息地面監(jiān)控部分：中心控制系統(tǒng)實現(xiàn)時間同步跟蹤衛(wèi)星進行定軌用戶部分：接收衛(wèi)星信號記錄處理數(shù)據(jù)提供導航定位信息2023/2/5GNSS主要特征比較系統(tǒng)特征GPSGLONASSBeidouGALILEO載波頻率GHz1.231.581.611.251561.098MHz(B1)1589.742MHz(B1-2)1207.14MHz(B2)1268.52MHz(B3)衛(wèi)星高度km20200191002150023616衛(wèi)星數(shù)（設計）21+321+327+3+527+3衛(wèi)星周期h11:5811:1514:04衛(wèi)星鐘穩(wěn)定度10-1310-1110-1210-13第五章坐標測量2023/2/5一、概述

3GNSS的組成

（1）空間星座部分

衛(wèi)星功能：

①接收、存儲和處理地面監(jiān)控站的控制指令和導航電文等信息

②與原子鐘同步生成測距碼和載波，將測距碼和導航電文調(diào)制在載波上，向接收機用戶發(fā)送GPS信號。第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS第五章坐標測量2023/2/5第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS第五章坐標測量一、概述

3GNSS的組成

（1）空間星座部分GNSS信號:2023/2/5

GPS衛(wèi)星信號結構基準頻率（原子鐘）10.23MHZ

L11575.42MHZ

C/A碼

1.023MHZP?碼

10.23MHZL21227.60MHZP?碼10.23MHZ1015412050比特/S衛(wèi)星信息電文(D碼)每顆衛(wèi)星都發(fā)射一系列無線電信號(基準頻率?)2種載波(L1和L2)；2種碼信號(C/A碼和P碼)1組導航電文(信息碼，D碼)2023/2/5L1載波相位觀測值——154f0(154倍頻)二進制相位調(diào)制技術L2載波相位觀測值——120f0(120倍頻)調(diào)制在L1上的C/A-code偽距——粗碼，精度低?？煽焖俨东@衛(wèi)星。每顆衛(wèi)星發(fā)射的C/A碼不同，利用衛(wèi)星編號PRN區(qū)分。調(diào)制在L2上的P-code偽距——精碼，測距精度0.3m導航電文(信息碼，D碼)——廣播星歷、衛(wèi)星鐘差改正、電離層延遲改正2023/2/5

對衛(wèi)星進行測距接收機對跟蹤的每一顆衛(wèi)星進行測距地心SiPijPj

riRjRj=ri+Pij觀測量及已知數(shù)據(jù)如下：r—已知的衛(wèi)地矢量P—觀測量(偽距)R—未知的測站點位矢量第五章坐標測量2023/2/5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接收機本身按同一公式復制碼信號比較本機碼信號及到達的碼信號，確定傳播時間t傳播時間乘以光速就得到距離觀測值=C?t衛(wèi)星鐘調(diào)制的碼信號接收機時鐘復制的碼信號tt第五章坐標測量2023/2/5采用載波相位觀測值衛(wèi)星傳播的電磁波信號：信號量測精度優(yōu)于波長的1/100載波波長(L1=19cm,L2=24cm)比C/A碼波長(C/A=293m)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L1載波L2載波C/A碼P-碼

p=29.3

m

L2=24

cm

L1=19c

m

C/A=293

m第五章坐標測量2023/2/5第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS第五章坐標測量一、概述

3GNSS的組成

（1）空間星座部分（2）地面監(jiān)控部分2023/2/5（2）地面監(jiān)控部分一個主控站：科羅拉多?斯必靈司三個注入站：阿松森(Ascencion)

迭哥?伽西亞(DiegoGarcia)

卡瓦加蘭(kwajalein)五個監(jiān)測站=1個主控站+3個注入站+夏威夷(Hawaii)55HawaiiAscencionDiego

GarciakwajaleinColoradosprings第五章坐標測量2023/2/5（2）地面監(jiān)控部分第五章坐標測量2023/2/5第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS第五章坐標測量一、概述

3GNSS的組成

（1）空間星座部分（2）地面監(jiān)控部分（3）用戶接收部分——GNSS接收機

測量型、雙頻、多通道、多系統(tǒng)2023/2/5（3）用戶接收部分測量型GPS接收機天線前置放大器電源部分射電部分微處理器數(shù)據(jù)存器顯示控制器供電信號信息命令數(shù)據(jù)供電，控制供電數(shù)據(jù)控制第五章坐標測量2023/2/5GNSS用戶設備分類(1)測量型GNSS接收機(2)導航型GNSS接收機(3)授時型GNSS接收機2023/2/5第五章坐標測量2023/2/5第五章坐標測量2023/2/5測量型GNSS接收機南方靈銳S82T靜態(tài)（快速靜態(tài)）平面精度3mm+1ppm靜態(tài)（快速靜態(tài)）高程精度5mm+1ppmRTK平面精度1cm+1ppmRTK高程精度2cm+1ppm單機定位精度1.5m220通道，L1，L2載波…GPS/GLONASS雙系統(tǒng)

2023/2/5測量型GNSS接收機南方靈銳S82C靜態(tài)（快速靜態(tài)）水平精度2.5mm+1ppm靜態(tài)（快速靜態(tài)）高程精度5mm+1ppmRTK水平精度1cm+1ppmRTK高程精度2cm+1ppm單機定位精度1.5m28-54通道，L1，L2載波…GPS/Beidou/GLONASS/預留Galileo多系統(tǒng)2023/2/5測量型GNSS接收機作業(yè)中的流動站流動站操作手簿作業(yè)中的基準站2023/2/5二、GNSS定位的基本原理

1坐標系統(tǒng)和時間系統(tǒng)

坐標系統(tǒng)：WGS84世界大地坐標系

第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS第五章坐標測量2023/2/5赤道首子午線ZXY地球質(zhì)心IERSIRMIERS

IRP參考橢球面第五章坐標測量第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS二、GNSS定位的基本原理

1坐標系統(tǒng)和時間系統(tǒng)——坐標系統(tǒng)：WGS84世界大地坐標系

2023/2/5二、GNSS定位的基本原理

1坐標系統(tǒng)和時間系統(tǒng)

GPS時間系統(tǒng)是以國際原子時ATI的秒長為基準，時間原點定義在1980.0106協(xié)調(diào)世界時UTC的00點，連續(xù)不跳秒。

GPS時與UTC時的整秒差及其不足秒的差異由國際時間服務機構定期發(fā)布。衛(wèi)星星歷中的衛(wèi)星鐘差信息是相對于GPS時間系統(tǒng)的。第五章坐標測量第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS2023/2/5二、GNSS定位的基本原理

1坐標系統(tǒng)和時間系統(tǒng)——坐標系統(tǒng)：用戶坐標系大地坐標系——我國常用大地坐標系

1954年北京坐標系（參心系）我國的54坐標系實際上是屬于蘇聯(lián)1942年大地坐標系，其坐標原點不在北京，而是在蘇聯(lián)普爾科沃。對我國東部地區(qū)的大地水準面差距（或高程異常）達+68米，對距離的影響約為1/10萬，對東部地區(qū)測繪大比例尺地形圖產(chǎn)生一定影響。第五章坐標測量第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS2023/2/5二、GNSS定位的基本原理

1坐標系統(tǒng)和時間系統(tǒng)——坐標系統(tǒng)：用戶坐標系大地坐標系——我國常用大地坐標系1980國家大地坐標系（局部參心系，地球質(zhì)心系）20世紀70年代末，將大地原點選在陜西涇陽縣永樂鎮(zhèn)北洪流村，橢球面與我國境內(nèi)的大地準面密合最佳。全國范圍內(nèi)大地水準面差距（或高程異常）約在±20米內(nèi)。它對距離的影響小于1/30萬，對較大的比例尺測圖來說不產(chǎn)生影響。是目前仍在使用的坐標系。第五章坐標測量第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS2023/2/5二、GNSS定位的基本原理

1坐標系統(tǒng)和時間系統(tǒng)——坐標系統(tǒng)：用戶坐標系大地坐標系——我國常用大地坐標系

——CGCS2000坐標系（中國2000大地坐標系，地球質(zhì)心系）第一層次：連續(xù)運行參考站，28個點，構成CGCS2000基本骨架，精度mm級，速度為1mm/y。第二層次：空間大地網(wǎng)，包括全國GPS一、二級網(wǎng)、GPSA、B級網(wǎng)、地殼運動觀測網(wǎng)，共約2500多點，簡稱“2000國家GPS大地控制網(wǎng)”。精度為cm級，速度精度為2-3cm/y。第三層次：天文大地網(wǎng)，約5萬個點。其大地經(jīng)緯度精度：0.3m，大地高誤差優(yōu)于0.5m。第五章坐標測量第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS2023/2/5橢球名稱長半軸a（m）短半軸b（m）扁率α計算年代/國家備注貝塞爾637739763560791:299.1521841/德國

海福特637838863569121:297.01910/美國1942年國際第1個推薦值克拉索夫斯基637824563568631:298.31940/蘇聯(lián)1954北京坐標系采用1975國際橢球637814063567551:298.2571975/國際第3個推薦值1980西安坐標系采用WGS-84637813763567521:298.2571979/國際第4個推薦值美國GPS采用2023/2/5二、GNSS定位的基本原理

1坐標系統(tǒng)和時間系統(tǒng)

不同坐標系的坐標可以相互轉換，前提是在一定的空間區(qū)域內(nèi)有一定數(shù)量的公共點。使用GNSS技術，就需要將GNSS坐標系的測量成果轉換為用戶坐標系。第五章坐標測量第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS2023/2/5二、GNSS定位的基本原理

1坐標系統(tǒng)和時間系統(tǒng)

GPS時間系統(tǒng)是以國際原子時ATI的秒長為基準，時間原點定義在1980.0106協(xié)調(diào)世界時UTC的00點，連續(xù)不跳秒。

GPS時與UTC時的整秒差及其不足秒的差異由國際時間服務機構定期發(fā)布。衛(wèi)星星歷中的衛(wèi)星鐘差信息是相對于GPS時間系統(tǒng)的。第五章坐標測量第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS2023/2/5二、GNSS定位的基本原理

2單點定位（絕對定位）——空間距離后方交會

衛(wèi)星相當于軌道上運動的控制點，(xs,ys,zs)已知，觀測值是星站距離ρ（測站至衛(wèi)星的偽距，沒考慮接收機鐘差）

由于接收機時鐘與衛(wèi)星鐘存在同步誤差t，所以要求同步觀測最少4顆衛(wèi)星，解算四個未知參數(shù)：測站坐標(x,y,z)和接收機鐘差t。第五章坐標測量第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS2023/2/5二、GNSS定位的基本原理

2單點定位（絕對定位）——空間距離后方交會第五章坐標測量第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS2023/2/5同步觀測衛(wèi)星數(shù)少于4個，無解；同步觀測衛(wèi)星數(shù)等于4個，有解，但不可靠；同步觀測衛(wèi)星數(shù)多于4個，有多余觀測，有解可靠。第五章坐標測量第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS2單點定位（絕對定位）——空間距離后方交會2023/2/5二、GNSS定位的基本原理

3GNSS定位的主要誤差

（1）與衛(wèi)星有關的誤差

衛(wèi)星星歷誤差；衛(wèi)星鐘誤差

（2）與信號傳播有關的誤差

電離層延遲誤差；對流層延遲誤差；多路徑效應

（3）與接收機及其安置有關的誤差

接收機天線相位中心偏離；對中誤差；量取天線高的誤差。第五章坐標測量第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS2023/2/5三、GNSS相對定位

第五章坐標測量第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS2023/2/5三、GNSS相對定位

1靜態(tài)相對定位——2臺以上的接收機，同步觀測。

第五章坐標測量第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS2023/2/5三、GNSS相對定位

1靜態(tài)相對定位——2臺以上的接收機，同步觀測。

——2臺同步觀測，可解算1條基線向量；

——3臺同步觀測，可解算3條基線向量，構成1個三角形（同步環(huán)）；

——4臺同步觀測，可解算6條基線向量，構成3個獨立的三角形（同步環(huán)）。第五章坐標測量第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS2023/2/5第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS表5-6S82T接收機靜態(tài)相對測量操作工作程序操作步驟開、關機按住ON/OFF響1聲=開機。按住ON/OFF響3聲=關機切換動態(tài)/靜態(tài)/藍牙初始化開機，剛開機的主機需要等一段時間，使接收機完成初始化過程，再進行操作。切換動態(tài)：長按ON/OFF，響3聲，再響1聲，松開ON/OFF，再開機=動態(tài)。切換靜態(tài)：長按ON/OFF，響3聲，再響2聲，松開ON/OFF，再開機=靜態(tài)。注：若基準站無法使用。用移動站作基準站的方法，開機長按ON/OFF響7聲后（此時為關機狀態(tài)）再開機，即可把移動站調(diào)為基準站（此時不加小天線）。2023/2/5第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS表5-6S82T接收機靜態(tài)相對測量操作（續(xù)1）工作程序操作步驟靜態(tài)觀測①切換為靜態(tài)，關機。②安置儀器=對中、整平，量取天線高，開機。③在記錄表中記錄點名、開機時間、天線高。④到計劃關機時間，關機。⑤在記錄表中記錄關機時間。⑥傳輸數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)傳輸傳輸數(shù)據(jù)前，需確定電腦是否安裝USB驅(qū)動，可在南方Gps數(shù)據(jù)處理軟件里找9600USB、9800USB驅(qū)動程序并安裝，之后才可進行數(shù)據(jù)傳輸。①連接傳輸線，一端接收機（9針口），另一端計算機（COM口或USB口）。②打開接收機。③啟動傳輸軟件（如南方Gps數(shù)據(jù)處理軟件），工具→南方接收機數(shù)據(jù)下載→連接→在U盤中復制觀測數(shù)據(jù)至工作文件夾。2023/2/5第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS表5-6S82T接收機靜態(tài)相對測量操作（續(xù)2）工作程序操作步驟數(shù)據(jù)處理①啟動數(shù)據(jù)處理軟件（如南方

Gps數(shù)據(jù)處理軟件）。②新建工程→數(shù)據(jù)輸入→增加觀測數(shù)據(jù)文件→（修改）量取的天線高→（選擇）量取方式→天線斜高。③……2023/2/5三、GNSS相對定位

2單基站實時動態(tài)定位(單基站RTK)

單用戶或多用戶

第五章坐標測量第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS2023/2/5三、GNSS相對定位

2單基站實時動態(tài)定位(單基站RTK)

單用戶或多用戶

第五章坐標測量第三節(jié)衛(wèi)星定位技術——GNSS基站2023/2/5移動站

基準站

GNSS單基站RTK作業(yè)中的移動站

2023/2/5表5-8S82T接收機RTK測量操作工作程序操作步驟基準站設置①將接收機切換為基準站，關機。②安置基準站：對中、整平、量取天線高，在記錄表中記錄天線高。③多功能線連接電源、電臺、接收機。④調(diào)節(jié)電臺頻道。⑤基準站開機。移動站設置①連接接收機與對中桿，量