《GNSS原理及應(yīng)用》教學(xué)配套課件

GNSS原理及應(yīng)用GNSS實習用的GNSS和手機GNSS的差異？為什么用GNSS做控制？GNSS定位誤差有多大？GNSS的應(yīng)用導(dǎo)航授時定位測量?導(dǎo)航型GNSS接收機測量型GNSS接收機?GNSS系統(tǒng)GNSS：Global

Navigation

Satellite

System√

GPS√

GLONASS√

Galileo√

北斗課程基本情況教材√《GNSS原理及其應(yīng)用》趙長勝測繪出版社參考書《GPS測量與數(shù)據(jù)處理》√考核平時成績（考勤、作業(yè)、實習）

40%√√期末考試

60%課程主要內(nèi)容√

坐標系統(tǒng)和時間系統(tǒng)√

衛(wèi)星運動基礎(chǔ)與位置計算√

衛(wèi)星導(dǎo)航電文和衛(wèi)星信號√

GNSS定位中的誤差源√

靜態(tài)定位√

實時動態(tài)定位√

GNSS控制測量第一章

緒

論衛(wèi)星定位技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展GNSS的組成GNSS的應(yīng)用§1.1衛(wèi)星定位技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展人造地球衛(wèi)星成功發(fā)射后，衛(wèi)星定位經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：衛(wèi)星三角測量衛(wèi)星多普勒測量GNSS定位測量1957年蘇聯(lián)官方公布的衛(wèi)星照片SS1aACBSS1cS1S’S2cS’S2aS21、衛(wèi)星三角測量原理衛(wèi)星僅作為一種空間動態(tài)觀測目標，由地面通過拍攝衛(wèi)星的位置而測定地面點的坐標。2、衛(wèi)星多普勒定位測量

美國約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室的吉爾博士和魏芬巴哈博士指出，利用地面跟蹤站上的多

普勒測量資料可以精確確定衛(wèi)星軌道

麥克盧爾博士和克什納博士指出，對一顆軌道已被確定的衛(wèi)星進行多普勒測量，則可以確定用戶的位置2、衛(wèi)星多普勒定位測量定位原理是基于“多普勒效應(yīng)”。fsfr3、子午衛(wèi)星系統(tǒng)簡介NNSS–NavyNavigationSatellite

System（海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)），由于其衛(wèi)星軌道為極地軌道，故也稱為Transit（子午衛(wèi)星系統(tǒng)）????利用多普勒效應(yīng)進行導(dǎo)航定位，也被稱為多普勒定位系統(tǒng)美國研制、建立1958年12月開始研究1964年1月建成1967年7月解密供民用3、子午衛(wèi)星系統(tǒng)簡介系統(tǒng)參數(shù)衛(wèi)星數(shù)：6顆軌道數(shù)：6個軌道夾角：30°軌道傾角：90°衛(wèi)星高度：1075km運行周期：107min載波頻率：400、150MHz前蘇聯(lián)建立的CICADA系統(tǒng)，由12顆低軌衛(wèi)星組成3、子午衛(wèi)星系統(tǒng)簡介局限性一次定位所需時間過長不是連續(xù)的、獨立的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)效率低、精度低4、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)定位測量距離交會4、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)——GPS全球定位系統(tǒng)：GPS全稱？Navigation

System

with

Timing

And

Ranging

/Global

Positioning

SystemNavSTAR/GPS授時與測距導(dǎo)航系統(tǒng)/全球定位系統(tǒng)簡稱GPS4、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)——GPS1973年12月，美國國防部批準研制GPS；1978年2月22日，第1顆GPS試驗衛(wèi)星發(fā)射成功；

從1973年到1979年，共發(fā)射了4顆試驗衛(wèi)星。研制了地面接收機及建立地面跟蹤網(wǎng)。

從1979年到1987年，又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗衛(wèi)星，研制了各種用途接收機。試驗表明，GPS定位精度遠遠超過設(shè)計標準4、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)——GPS1989年2月14日，第1顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功1991年，在海灣戰(zhàn)爭中，GPS首次大規(guī)模用于實戰(zhàn)

1993年7月在軌正常運行衛(wèi)星達到24顆，美國于同年12月宣布，GPS具備IOC（Initial

Operational

Capability）

1995年4月27日，GPS達到FOC–完全運行能力（FullOperational

Capability）4、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)——GPS6個軌道面平均軌道高度20200km軌道傾角55設(shè)計星座：24

周期11h58min（顧及地球自轉(zhuǎn)，地球-衛(wèi)星的幾何關(guān)系每天提前4min重復(fù)一次）

保證在每天24小時的任何時刻，在高度角15 以上，能夠同時觀測到4顆以上衛(wèi)星GPS衛(wèi)星4、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)——GLONASSGlobal

Navigation

Satellite

System開發(fā)者：俄羅斯（前蘇聯(lián)）1982年10月開始研制至1996年共發(fā)射24+1顆衛(wèi)星，系統(tǒng)正式運行，主要為軍用至2000年僅有7顆衛(wèi)星連續(xù)工作2002年開始恢復(fù)工作，至2011年達滿星座狀態(tài)4、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)——GLONASS系統(tǒng)構(gòu)成：衛(wèi)星星座、地面控制部分、用戶設(shè)備衛(wèi)星數(shù)：24顆軌道數(shù)：3個軌道傾角：64.8

°高度：19

390km運行周期：11h15min44sGLONASS衛(wèi)星星座GLONASS衛(wèi)星4、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)——Galileo開發(fā)者：歐盟1992年2月首次提出，2002年3月決定研制

2005年12月28日，首星升空入軌，2006年1月12日，開始向地面發(fā)送信號；

衛(wèi)星星座3個軌道面，高度23616km，軌道傾角56°，27+3顆衛(wèi)星組成，衛(wèi)星壽命20年

Galileo系統(tǒng)是一種多功能的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有公開服務(wù)、安全服務(wù)、商業(yè)服務(wù)和政府服務(wù)等功能，但只有前兩種服務(wù)是自由公開的，后兩種服務(wù)則需經(jīng)過批準后才能使用4、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)——Galileo

預(yù)算總投資為34億歐元（約合41億美元），計劃2010年歐洲將發(fā)射30顆服役期約為20年的正式衛(wèi)星，完成伽利略衛(wèi)星星座的部署工作；原計劃2008年，推遲至2014年，……截止目前，已經(jīng)發(fā)射了24顆工作衛(wèi)星，2019年具備完全操作能力（FOC）。全部30顆衛(wèi)星（調(diào)整為24顆工作衛(wèi)星，6顆備份衛(wèi)星）計劃于2020年發(fā)射完畢。4、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)——北斗BDS我國自行研制1994年啟動試驗系統(tǒng)建設(shè)，2000年形成區(qū)域有源服務(wù)

2004年啟動二代系統(tǒng)建設(shè)，2012年形成區(qū)域無源服務(wù)能力2020年形成全球無源服務(wù)能力4、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)——北斗一代

北斗一代由空間衛(wèi)星、地面控制中心站和北斗用戶終端三部分構(gòu)成。

空間部分包括2~3顆地球同步軌道衛(wèi)星2000年發(fā)射北斗雙星4、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)——北斗一號與GNSS、GLONASS、Galileo等國外的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比：

BD–1有自己的優(yōu)點：如投資少，組建快；具有通信功能；捕獲信號快等。

但也存在著明顯的不足和差距：如用戶隱蔽性差；無測高和測速功能；用戶數(shù)量受限制；用戶的設(shè)備體積大、重量重、能耗大等。4、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)——北斗二號√2011.12.28開始試運行，覆蓋亞太地區(qū)2012正式運行√空間段計劃由14顆衛(wèi)星組成：5

GEO＋5

IGSO＋4

MEO4、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)——北斗三號√2020年覆蓋全球空間段計劃由30顆衛(wèi)星組成：3

GEO＋3

IGSO＋24

MEO截止目前共計已發(fā)射55顆衛(wèi)星吉星愛星萌星§1.2

GNSS的組成全球設(shè)施GNSS系統(tǒng)由三部分組成√

空間段區(qū)域設(shè)施用戶設(shè)施√

空間信號段√

地面控制段GNSS衛(wèi)星主要功能接收、存儲、發(fā)送導(dǎo)航電文提供精確的時間基準和頻率基準生成并發(fā)送導(dǎo)航定位的信號（載波、測距碼）發(fā)送非導(dǎo)航定位信號（如BDS短報文）GPSGLONASSGalileoBDS衛(wèi)星類型MEOMEOMEOGEO+IGSO+MEO衛(wèi)星數(shù)2424273

+

3

+

24MEO軌道面6333軌道傾角5564.85655長半軸/km26560255082960127840周期11h58m11h16m14h05m12h50m1、全球設(shè)施——空間段GNSS衛(wèi)星主要設(shè)備太陽能電池板原子鐘（銫鐘、銣鐘、氫鐘）信號生成與發(fā)射裝置1、全球設(shè)施——空間段空間信號指在軌GNSS衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號，包括載波、測距碼、導(dǎo)航電文三類。載波：搭載測距碼和導(dǎo)航電文（數(shù)據(jù)碼）的電磁波1、全球設(shè)施——空間信號段GPSGLONASSGalileoBDS頻率數(shù)3343頻率/MHzL1：1575.420L2：1227.600L5：1176.450G1：1602.000G2：1246.000G3：1204.704E1：1575.420E5a：1176.450E5b：1207.140E6：1278.750B1：1575.420B2：1191.796B3：1268.520星歷數(shù)據(jù)開普勒參數(shù)位置、速度、加開普勒參數(shù)開普勒參數(shù)改正系數(shù)速度向量改正系數(shù)改正系數(shù)L119.03cm24.42cmL2作用搭載其它調(diào)制信號測距測定多普勒頻移1、全球設(shè)施——空間信號段性質(zhì)：為偽隨機噪聲碼（PRN－Pseudo

Random

Noise）（隨機、可準確復(fù)制）

不同的碼（包括未對齊的同一組碼）間的相關(guān)系數(shù)為0或1/n（n為碼元數(shù)）對齊的同一組碼間的相關(guān)系數(shù)為1測距碼：測定衛(wèi)星至接收機之間距離的二進制碼010R(t)＋1t0101測距碼：測定衛(wèi)星至接收機之間距離的二進制碼類型：GPSC/A碼（Coarse/AcquisitionCode）–粗碼/捕獲碼；P（Y）碼（Precise

Code）–精碼；北斗在B1、B2、B3上調(diào)制I碼（普通測距碼）Q碼（精碼）1、全球設(shè)施——空間信號段C/A碼碼率P碼碼率I碼碼率1.023MHz；10.23MHz2.046MHz；周期周期周期1ms7天1ms1周期含碼元數(shù)?1周期含碼元數(shù)?1周期含碼元數(shù)102361871040000002046碼元寬度?碼元寬度?碼元寬度293.1m29.3m146.6m調(diào)制載波?調(diào)制載波?調(diào)制載波L1L1、L2B1、B2、B3導(dǎo)航電文：包含衛(wèi)星軌道參數(shù)、衛(wèi)星鐘改正數(shù)衛(wèi)星狀態(tài)信息及電離層改正等信息的數(shù)據(jù)碼。1、全球設(shè)施——空間信號段1、全球設(shè)施——地面控制段由一系列全球分布的地面站組成，可分為衛(wèi)星監(jiān)測站、主控站、信息注入站，實現(xiàn)衛(wèi)星控制和任務(wù)控制。GPS地面控制部分主控站監(jiān)測站：17個注入站：3個通訊與輔助系統(tǒng)監(jiān)控站注入站主控站夏威夷科羅拉多阿松森群島迭哥伽西亞卡瓦加蘭GPS主控站作用：管理、協(xié)調(diào)地面監(jiān)控系統(tǒng)各部分的工作；收集各監(jiān)測站的數(shù)據(jù)，編制導(dǎo)航電文，送往注入站將衛(wèi)星星歷注入衛(wèi)星；監(jiān)控衛(wèi)星狀態(tài)，向衛(wèi)星發(fā)送控制指令；衛(wèi)星維護與異常情況的處理。地點：美國科羅拉多州法爾孔空軍基地。1、全球設(shè)施——地面控制段GPS監(jiān)測站 作用：接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，采集氣象信息，并將所收集到的數(shù)據(jù)傳送給主控站?？ɡS拉爾阿松森島迭戈加西亞卡瓦加蘭夏威夷阿拉斯加塔希提島南非韓國新西蘭厄瓜多爾阿根廷科羅拉多海軍天文臺英國巴林·

地點：主控站、三個注入站、海軍天文臺、夏威夷、英國、阿根廷、厄瓜多爾、巴林、澳大利亞、新西蘭、韓國等1、全球設(shè)施——地面控制段GPS注入站（3個）作用：將導(dǎo)航電文注入GPS衛(wèi)星。地點：阿松森群島（大西洋）、迪戈加西亞（印度洋）和卡瓦加蘭（太平洋）1、全球設(shè)施——地面控制段2、區(qū)域設(shè)施區(qū)域設(shè)施是面向?qū)ο到y(tǒng)或性能有特殊要求的服務(wù)，并且可以組合當?shù)氐孛娑ㄎ缓屯ㄐ畔到y(tǒng)，以滿足更廣泛群體的需求。GPS：美國的廣域增強系統(tǒng)（WAAS）

歐洲靜止軌道衛(wèi)星導(dǎo)航重疊服務(wù)系統(tǒng)（EGNOS）外部增強系統(tǒng)印度區(qū)域性導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航IRNSS日本準天頂衛(wèi)星系統(tǒng)（QZSS）BDS：地基增強系統(tǒng)星基增強系統(tǒng)3、用戶設(shè)施組成用戶接收設(shè)備接收設(shè)備GNSS信號接收機其它儀器設(shè)備GNSS信號接收機組成天線單元接收天線前置放大器接收單元信號通道存儲器微處理器輸入輸出設(shè)備電源接收天線接收機GNSS信號接收機分類

根據(jù)用途：導(dǎo)航型接收機、測量型接收機、授時接收機接收頻率：單頻率接收機、雙頻接收機天線單元類型：單極天線微帶天線錐形（螺旋）天線背腔平面盤旋天線天線特性

平均相位中心與幾何中心

天線高–標志至平均相位中心所在平面的垂直距離單極天線微帶天線四絲螺旋天線空間螺旋天線背腔平面盤旋天線§1.3

GNSS的應(yīng)用§1.3

GNSS的應(yīng)用1、GNSS在軍事中的應(yīng)用GNSS導(dǎo)航的導(dǎo)彈§1.3

GNSS的應(yīng)用2、GNSS在交通運輸業(yè)中的應(yīng)用航運、航空搜索陸路交通（車輛導(dǎo)航、監(jiān)控）船舶遠洋導(dǎo)航和進港引水個人導(dǎo)航基于位置的服務(wù)車輛監(jiān)控管理§1.3

GNSS的應(yīng)用3、GNSS授時電力系統(tǒng)授時通訊授時互聯(lián)網(wǎng)授時4、GNSS在測量中的應(yīng)用建立和維持全球性的參考框架4、GNSS在測量中的應(yīng)用板塊運動和監(jiān)測4、GNSS在測量中的應(yīng)用建立各級國家平面控制網(wǎng)4、GNSS在測量中的應(yīng)用

布設(shè)城市控制網(wǎng)、工程測量控制網(wǎng)，進行各種工程測量在航空攝影測量、地籍測量、海洋測量中的應(yīng)用5、GNSS在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用精細農(nóng)業(yè)遙感衛(wèi)星定軌資源勘探GNSS氣象學(xué)個人旅游及野外探險

電力、廣播、電視、通訊等網(wǎng)絡(luò)的時間同步、時間傳遞…第二章坐標系統(tǒng)和時間系統(tǒng)天球坐標系地球坐標系坐標系統(tǒng)坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換時間系統(tǒng)第二章坐標系統(tǒng)和時間系統(tǒng)非內(nèi)嵌在本機的視頻文件，無法獲取該視頻文件。第二章坐標系統(tǒng)和時間系統(tǒng)坐標系分類空間固定坐標系與地球固聯(lián)坐標系大地坐標系√

參考橢球面作為基準面√

以起始子午面為東西向參考面√

以赤道面為南北向參考面始起面子午赤道面LB大地經(jīng)度L

：點所在子午面與起始子午面的夾角，東正西負大地緯度B

：點的橢球面法線與赤道面的夾角，北正南負大地高H

：沿點的橢球面法線方向到橢球面的距離，外正內(nèi)負點坐標（B,L,H）如:(30o

30"18.4323",114o

24"23.1455",20.258)§2.1天球坐標系1、天球的概念及其重要點、線、面天球：以地球質(zhì)心M為中心，半徑r為任意長度的一個假想的球體。在天文學(xué)中常用天球，把天體投影到天

球表面上，用球面坐標系統(tǒng)來表達天體的位

置及天體之間的關(guān)系。GNSS中用來描述衛(wèi)星?！?.1天球坐標系1、天球的概念及其重要點、線、面PnPs§2.1天球坐標系1、天球的概念及其重要點、線、面PnPn:北天極

Ps:南天極

IIn:黃北極

IIs:黃南極Ps天軸IIsIIn黃道天球赤道春分點M天球子午圈2、天球坐標系（含空間直角坐標系和球面坐標系）PnxzS（x,y,z）rMy春分點天球子午面赤經(jīng)赤緯3、歲差與章動歲差:在日、月和其他天體的作用下，地球自轉(zhuǎn)軸方向不再保持不變，使春分點在黃道上產(chǎn)生緩慢的西移現(xiàn)象。黃道IInP’nPn以北黃極Ⅱn

為中心，以黃赤交角ε為半徑的小圓上西移，約

50.371”/年。3、歲差與章動章動:在日、月等引力因素的影響下，瞬時北天極繞瞬時平北天極產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。IIn章動橢圓歲差、章動疊加18.6年瞬時北天極繞瞬時平北天極產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，近似橢圓，長半徑9.2”，周期約18.6年4、協(xié)議天球坐標系選擇某一時刻t0

作為標準歷元，將此刻地球的瞬時自轉(zhuǎn)軸和地心至瞬時春分點的方向，經(jīng)該瞬時歲差和章動改正后，分別作為z軸和x軸的指向，稱為所取標準歷元t0

時刻的平天球坐標系或協(xié)議天球坐標系。國際大地測量協(xié)會（IAG）和國際天文聯(lián)合會(IAU)決定，從1984年1月1日后啟用的協(xié)議天球坐標系，坐標軸指向是以2000年1月15日為標準歷元的平赤道和平春分點所定義。5、協(xié)議天球坐標系到瞬時天球坐標系的轉(zhuǎn)換P’nz’y’?協(xié)議天球坐標系到瞬時平天球坐標系的轉(zhuǎn)換（歲差旋轉(zhuǎn)）Pn

zxx’yyxX·cosαY·sinαY·cosαX·sinα從標準歷元t0

到觀測歷元t的儒略世紀數(shù)?瞬時平天球坐標系到瞬時天球坐標系的轉(zhuǎn)換（章動旋轉(zhuǎn)）?瞬時平天球坐標系到瞬時天球坐標系的轉(zhuǎn)換（章動旋轉(zhuǎn)）ε、Δε、Δφ分別為黃赤交角、交角章動及黃經(jīng)章動。Δε、Δφ一般用非常復(fù)雜的級數(shù)展開式表示§2.2地球坐標系1、地球坐標系的定義北極點Z起始子午面HMYXP(X,Y,Z)2、極移和協(xié)議地球坐標系極移：地球自轉(zhuǎn)軸相對地球體的位置并不固定，造成地極點在地球表面上的位置隨時間而變化的現(xiàn)象。國際天文聯(lián)合會和國際大地測量學(xué)協(xié)會，建議采用國際上5個緯度服務(wù)站，以1900年至1905年的平均緯度所確定的平均地極位置作為基準點，稱為國際協(xié)議原點（conventional international

origin，

CIO）。站址緯度(度分秒)經(jīng)度(度分秒)卡洛福特(Carloforte)/意大利39

08

098

18

44蓋瑟斯堡（Gaithersburg）/美國39

08

13-77

11

57基斯布（Kitab）/前蘇聯(lián)39

08

0266

52

51水澤（Muzusawa）/日本39

08

04141

07

51尤凱亞(Ukiah)/美國39

08

12-123

12

35以協(xié)議地極為基準點的地球坐標系，稱為協(xié)議地球

坐標系（conventional

terrestrial

system，CTS）。xy1975.01971.0CIO3、瞬時地球坐標系到協(xié)議地球坐標系的轉(zhuǎn)換MXCTSYCTSZCTS格林尼治平子午線xpyp協(xié)議赤道瞬時赤道ZTYTXT4、協(xié)議天球坐標系到協(xié)議地球坐標系的轉(zhuǎn)換兩坐標系之間的關(guān)系：原點相同，均位于地球質(zhì)心；瞬時天球坐標系的z軸和瞬時地球坐標系的Z軸指向相同；瞬時天球坐標系的x軸和瞬時地球坐標系的X軸指向不同，其間夾角為春分點的格林尼治恒心時。協(xié)議天球坐標歲差、章動旋轉(zhuǎn)瞬時天球坐標旋轉(zhuǎn)瞬時春分點時角瞬時地球坐標極移旋轉(zhuǎn)協(xié)議地球坐標§2.3坐標系統(tǒng)1、ITRS國際地球參照系協(xié)議地球參照系原點：地球質(zhì)心MMXYZ協(xié)議地極零子午面定向：初始指向BIH1984.0定義的協(xié)議地極定向時變：依據(jù)全球構(gòu)造變化確定ITRF國際地球參考框架：ITRS的具體實現(xiàn)，由一組具有ITRS的觀測站組成，是公認的最高精度的地球參考框架§2.3坐標系統(tǒng)2、WGS-84WGS84橢球：MYZ協(xié)議地極零子午面1)長半軸：a＝6378137mX扁率：f=1/298.257

223

563地球引力常數(shù)：GM＝39686005×108

m3/s2地球自轉(zhuǎn)角速度

＝7.2921151467×10-5

rad/sWGS84經(jīng)持續(xù)修正，與ITRF坐標系差異很小，一般小于10cm，大部分情況下可認為是一致的ITRF是公認的最高精度的參考框架，每年解算并公布更新§2.3坐標系統(tǒng)3、CGCS2000原點：地球質(zhì)心MMXYZ協(xié)議地極零子午面X軸：IERS定義的參考子午面與Z軸正交的赤道交點CGCS2000橢球：長半軸：a＝6378137m扁率：f=1/298.257

221

101地球引力常數(shù)：GM＝

3.9686004418×1014

m3/s2地球自轉(zhuǎn)角速度 ＝

7292115×10-11

rad/sZ軸：IERS定義的參考極§2.3坐標系統(tǒng)4、PZ-90坐標系GLONASS坐標系MXYZ協(xié)議地極零子午面Z軸：IERS定義的參考極長半軸：a＝6378136m扁率：f=1/298.257

84原點：地球質(zhì)心M§2.4坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換1、布爾沙-沃爾夫模型（布爾沙模型）七參數(shù)轉(zhuǎn)換（3平移+3旋轉(zhuǎn)+1尺度）§2.4坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換1、布爾沙七參數(shù)模型§2.4坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換2、空間直角坐標與大地坐標間的轉(zhuǎn)換§2.4坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換3、球面坐標與平面坐標間的轉(zhuǎn)換投影§2.4坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換4、空間直角坐標到站心地平坐標間的轉(zhuǎn)換MXYZYHZHXHX’PY’Z’§2.4坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換5、站心地平直角坐標到站心極坐標MXYZHPYHXH方位角

A天頂距ZZH空間距離

D§2.4坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換星空圖5、站心地平直角坐標到站心極坐標N8030101612601623201)GPS衛(wèi)星在不斷運動，要求其位置觀測誤差小于1cm，則時刻誤差小于5.6×10-6s2)GPS接收機通過測量信號傳播時間而確定距觀測衛(wèi)星的距離，要求距離觀測誤差小于1cm，則時間測定誤差小于3.0×10-11s3）地球在不斷自轉(zhuǎn)，要求赤道上位置測量誤差小于1cm，則時間測定誤差小于5.1×10-5s§2.5 時間系統(tǒng)GPS定位中時間系統(tǒng)的意義1、時間的概念時間包含“時刻”和“時間間隔”。時刻：指發(fā)生某一現(xiàn)象的瞬間，也稱為歷元。時間間隔：指發(fā)生某一現(xiàn)象所經(jīng)歷的過程，是這一過程始末時刻之差。時間基準的必要性：運動是連續(xù)的，周期性的運動的周期應(yīng)具有充分的穩(wěn)定性

運動的周期必須具有復(fù)現(xiàn)性，即要求任何地方和時間，都可以通過觀測和實驗，復(fù)現(xiàn)這種周期性運動2、世界時系統(tǒng)恒星時(sidereal

time,ST)以春分點為參考點，由春分點的周日視運動所確定的時間。春分點連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時間間隔為一恒星日。平太陽時(mean

solar

time,MT)平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時間間隔為一個平太陽日。世界時(universal

time,UT)以平子夜為零時起算的格林尼治平太陽時。3、原子時（atomic

time，AT）以物質(zhì)內(nèi)部原子運動的特征為基礎(chǔ)而建立的時間系統(tǒng)。原子時秒長：位于海平面上的Cs133原子基態(tài)兩個超精細能級，在零磁場中躍遷輻射振蕩9192631770周所持續(xù)的時間。原子時的原點：1958年1月1日0時0分0秒UT的瞬間作為同年同月同日0時0分0秒的原子時。4、協(xié)調(diào)世界時（coordinated

universal

time，UTC）協(xié)調(diào)時：從1972年采用一種以原子時秒長為基礎(chǔ)，在時刻上盡量接近于世界時的時間系統(tǒng)。做法：采用閏秒（或跳秒）的辦法，使協(xié)調(diào)時與世界時的差小于0.9sUT1UTCBDTGPSTIATTDT5、GNSS時間系統(tǒng)及轉(zhuǎn)換——GPS屬于原子時系統(tǒng)，秒長與原子時相同GPS時間與國際原子時有不同的原點 IAT－GPST

＝

19(s)GPS時間與協(xié)調(diào)時的時刻，規(guī)定1980年1月6日0時相一致，其后隨時間積累 GPST=UTC+1’×n－19’’5、GNSS時間系統(tǒng)及轉(zhuǎn)換——GLONASS屬于原子時系統(tǒng)，秒長與原子時相同GLOT以莫斯科本地協(xié)調(diào)時定義，再加時間改正UTC

=

GLOT

-

3h

+5、GNSS時間系統(tǒng)及轉(zhuǎn)換——北斗屬于原子時系統(tǒng)，起始于2006.1.1

UTC

0:00:00與UTC之間有閏秒UTC

=

BDT

+

n

s歷法：年、月、日、時、分、秒用于日常生活，表示季節(jié)、天氣的變化周與周秒年積日：從每年1月1日開始累計的天數(shù)§2.6 時間標示法作業(yè)一：1、簡述天球坐標系和地球坐標系的定義和特點。2、簡述坐標系的定義過程，由此試述我國各時期用過的各坐標系之間的相同與不同之處。3、試述當前我國坐標系和美國坐標系的不同之處（包括BLH、NEH等）。第三章衛(wèi)星運動基礎(chǔ)與位置計算衛(wèi)星的無攝運動衛(wèi)星的受攝運動衛(wèi)星星歷衛(wèi)星位置的計算§3.1衛(wèi)星無攝運動二體問題：研究兩個質(zhì)點在萬有引力作用下的相對運動問題，在天體力學(xué)中稱為二體問題。在攝動力的作用下，衛(wèi)星的運動稱為受攝運動，相應(yīng)的衛(wèi)星軌道稱為受攝軌道；而理想下的衛(wèi)星軌道，稱為無攝軌道?！?.1衛(wèi)星無攝運動開普勒第一定律（軌道定律)：衛(wèi)星沿一個橢圓軌道環(huán)繞地球運行，而地球處于橢圓的一個焦點上ab近地點Mmfrab近地點Mmf升交點a，b

:描述軌道橢圓形狀:描述軌道平面:

描述軌道橢圓方向

f

: 確定衛(wèi)星瞬時位置升交點衛(wèi)星軌道fM近地點春分點zxy2、真近點角的計算ab近地點M0mf平近點角M，假設(shè)衛(wèi)星運動的平均角速度為n，則：

M=n×(t-t0

)偏近點角EEm’（開普勒方程）§3.2衛(wèi)星的受攝運動除地球中心引力外，其它的攝動力包括：√地球非球性及質(zhì)量分布不均

2km/3h√太陽和月亮的引力√太陽輻射壓力√大氣阻力√地球潮汐作用力√磁力§3.3衛(wèi)星星歷廣播星歷由地面跟蹤站觀測數(shù)據(jù)計算出的衛(wèi)星軌道外推得出，是一種預(yù)報星歷，具有實時性、易獲取等特點，用于實時導(dǎo)航定位。精密星歷由IGS（國際GNSS服務(wù)）根據(jù)衛(wèi)星地面跟蹤站的精密觀測數(shù)據(jù)經(jīng)后處理計算出的，也稱后處理星歷?！?.3衛(wèi)星星歷§3.4GPS衛(wèi)星位置的計算根據(jù)廣播星歷計算衛(wèi)星位置根據(jù)精密星歷計算衛(wèi)星位置XY1、根據(jù)廣播星歷計算衛(wèi)星位置計算思路1）首先計算衛(wèi)星在軌道平面坐標系下的坐標;2）然后將上述坐標分別繞X軸旋轉(zhuǎn)i角、繞Z軸旋轉(zhuǎn)角，求出衛(wèi)星在天球坐標系下的坐標。3）將天球坐標轉(zhuǎn)換到地球坐標。M春分點升交點xyzZ近地點Mxyz起始子午面XYZ升交點春分點計算過程1)計算衛(wèi)星運行的平均角速度（引力常數(shù)和長半軸）（攝動參數(shù)）計算t

時刻衛(wèi)星的平近點角（參考時刻平近點角）計算偏近點角4)計算真近點角5)計算升交距角（未經(jīng)改正的）6)計算衛(wèi)星向徑（未經(jīng)改正的）升交點衛(wèi)星軌道fM春分點zx近地點y7)計算攝動改正項8)進行攝動改正9)計算衛(wèi)星在軌道平面坐標系中的位置10)計算升交點經(jīng)度L11)計算衛(wèi)星在地球坐標系下的坐標2、根據(jù)精密星歷計算衛(wèi)星位置精密星歷：按一定時間間隔給出衛(wèi)星在地球坐標系下的三維位置、三維速度和鐘差。IGS跟蹤站分布*

2007

10

13

0

0

0.00000000PG01PG02PG03PG04-6196.009104

15735.157422

20670.910338-8812.916751

-20957.564593

13789.3246845397.898853

15162.975168

-21345.7291213782.980789

-16452.442749

20348.024406-2600.620480

21276.909151PG05

-15330.013457PG06

-25507.164266PG07

-25186.976278PG08

11532.409171-9451.676447

-22102.758153159.022963142.220951128.749673-12.319618464.4588626398.368587

4019.871710

237.2380818224.281676

2474.959345

-54.747517-126.2394172、根據(jù)精密星歷計算衛(wèi)星位置任意時刻

t

衛(wèi)星位置的計算原理：插值法方法：拉格朗日插值法、且貝雪夫插值法等拉格朗日插值法:拉格朗日多項式內(nèi)插內(nèi)插精度采用17階多項式，精度可優(yōu)于5mm注意事項?

要對某一時段的軌道內(nèi)插，精密軌道數(shù)據(jù)應(yīng)該完全覆蓋該時段，最好前后有9個歷元的延伸下載數(shù)據(jù)時，需要觀測當天及前后各一天的數(shù)據(jù)作業(yè)：1、畫利用廣播星歷計算衛(wèi)星位置的流程圖，并進行詳細解釋（如右示例）。第4章衛(wèi)星導(dǎo)航電文及衛(wèi)星信號GPS導(dǎo)航電文GPS衛(wèi)星信號北斗導(dǎo)航電文北斗衛(wèi)星信號1、GPS導(dǎo)航電文12354作用：向用戶提供衛(wèi)星軌道參數(shù)、衛(wèi)星鐘參數(shù)、衛(wèi)星狀態(tài)信息及電離層改正等信息組成結(jié)構(gòu)30s1

2

3

4

5

6

7

8 9

106s1幀含5個子幀1子幀含10個字子幀4、5含25頁0.6s1字含30bit3、衛(wèi)星導(dǎo)航電文——GPS基本內(nèi)容第1子幀第2子幀第3子幀第4子幀第5子幀遙測字交接字遙測字遙測字遙測字遙測字 交接字交接字交接字表示碼，時延改正，GPS周，數(shù)據(jù)齡期，星鐘改正星歷星歷交接字 （多幀) 信息（每25幀中，每1幀的內(nèi)容都不同）（多幀)歷書、健康狀況等（每1幀的內(nèi)容都不同）50bit/s

300bit/子幀124531幀3、衛(wèi)星導(dǎo)航電文——GPS遙測字（TLM–Telemetry

Word）每一子幀的第1個字用作捕獲導(dǎo)航電文的前導(dǎo)交接字（HOW–Hand

Over

Word）每一子幀的第2個字主要內(nèi)容：Z計數(shù)，每子幀給一個計數(shù)，表示時間3、衛(wèi)星導(dǎo)航電文——GPS第一數(shù)據(jù)塊－第1子幀的第3-10個字WN–GPS周（1-10位）L2所調(diào)制測距碼標識符–“10”表示C/A碼，“01”表示P(Y)碼（11-12位）傳輸參數(shù)N用戶距離誤差代表測距精度（13-16位）TGD

–信號在衛(wèi)星內(nèi)部的時延星鐘數(shù)據(jù)齡期AODC星鐘改正參數(shù)a0（鐘偏），a1（鐘速），a2（鐘漂）124531幀3、衛(wèi)星導(dǎo)航電文——GPS第二數(shù)據(jù)塊-廣播星歷(星歷參數(shù)),第2、3子幀近地點參考時刻衛(wèi)星軌道（）Mxyz30s重復(fù)2h更新124531幀3、衛(wèi)星導(dǎo)航電文——GPS第三數(shù)據(jù)塊-第4、5子幀其余GPS衛(wèi)星的概略星歷及其工作狀態(tài)，也稱為歷書。作用：?擬定觀測計劃?有利于快速跟蹤、鎖定衛(wèi)星124531幀3、衛(wèi)星導(dǎo)航電文——BDS根據(jù)速率和結(jié)構(gòu)不同，分為D1、D2兩種√D1:速率50bps，并有1kbps的二次編碼，包含基本導(dǎo)航信息。MEO/IGSO的B1I播發(fā)√D2:速率500bps，包含基本導(dǎo)航信息和增強服務(wù)信息（系統(tǒng)完好性、差分信息、格網(wǎng)點電離層信息）。GEO的B1I播發(fā)4、衛(wèi)星信號的調(diào)制第一步：首先將導(dǎo)航電文調(diào)制在測距碼上第二步：然后將組合碼調(diào)制到載波上導(dǎo)航電文調(diào)制到測距碼上載波調(diào)制的一般方法：如果調(diào)制前載波為調(diào)幅：振幅A

隨調(diào)制信號的變化而變化調(diào)頻：載波頻率f

隨調(diào)制信號的變化而變化調(diào)相：相位

隨調(diào)制信號的變化而變化第二步：將組合碼調(diào)制到載波上調(diào)頻FM(Frequency

Modulation)調(diào)幅AM(Amplitude

Modulation)GPS衛(wèi)星信號采用二進制調(diào)相法01010北斗衛(wèi)星信號采用QPSK（正交相移鍵控）調(diào)制第五章靜態(tài)定位基本觀測量衛(wèi)星定位誤差單點定位靜態(tài)相對定位周跳的探測與修復(fù)整周模糊度固定§5.1基本觀測量1、偽距2、載波相位1、偽距距離測定的基本思路信號（測距碼）傳播時間的測定周期：1ms1周期含碼元數(shù)：2046碼元寬度：146.53m1、偽距相關(guān)系數(shù)：+1-1+1-1第i等份第j等份+1-1+1-1相關(guān)系數(shù)：碼完全對齊搜索鎖定衛(wèi)星1、偽距+1-1+1-17個碼元相同,8個碼元不相同相關(guān)系數(shù)：錯開1個碼元1、偽距錯開2個碼元+1-1+1-17個碼元相同,8個碼元不相同相關(guān)系數(shù)：1、偽距錯開不足1個碼元1、偽距個碼元相同,相關(guān)系數(shù)：個碼元不相同1、偽距錯開不足1個碼元如何判斷測距碼是否對齊?1、偽距GPS測距碼C/A碼（測距時有模糊度）P碼1、偽距2、載波相位整數(shù)部分小數(shù)部分2、載波相位首次觀測以后的觀測實際通常表示為整周模糊度整周計數(shù)§5.2定位誤差星歷誤差衛(wèi)星鐘差相對論效應(yīng)電離層延遲對流層折射天線相位中心偏差接收機鐘差接收機噪聲多路徑效應(yīng)50km1000km定位方式單點定位（絕對定位）普通單點定位精密單點定位相對定位相對定位差分定位1、鐘差衛(wèi)星鐘差接收機鐘差1、鐘差衛(wèi)星鐘差接收機鐘差原子時原子鐘石英鐘1、鐘差◆衛(wèi)衛(wèi)星星鐘鐘差差◆接接收收機機鐘鐘差差鐘類型頻率穩(wěn)定性累積1s誤差需要時間/年石英晶體銣鐘10-6

-

10-910-120.03-3030

000銫鐘10-13300

000氫鐘

10-1530

000

000某時鐘在t時刻的鐘差可表示為：1、鐘差1、鐘差——衛(wèi)星鐘差√

導(dǎo)航電文提供鐘差改正參數(shù)√采用IGS精密衛(wèi)星鐘差*

2007

10

13

0

0

0.00000000PG01

-6196.009104

15735.157422

20670.910338159.022963PG02

-8812.916751

-20957.564593

13789.324684142.220951√

采用相對定位1、鐘差——接收機鐘差√

作為待解參數(shù)解算（

X,

Y,

Z

,

）dt√

衛(wèi)星間求差2、星歷誤差定義：由星歷所給出的衛(wèi)星在空間中的位置與其實際位置之差。星歷類型：廣播星歷由GNSS的地面控制部分所確定和提供的，經(jīng)GNSS衛(wèi)星

向全球所有用戶公開播發(fā)的一種預(yù)報星歷。2m左右誤差精密星歷為滿足大地測量、地球動力學(xué)研究等精密應(yīng)用領(lǐng)域的需要而研制、生產(chǎn)的一種高精度的事后星歷。2、星歷誤差——消除或削弱的方法?采用精密星歷?采用相對定位或差分定位3、消除或減弱誤差影響的方法模型改正法原理和方法：對誤差的特性、機制及產(chǎn)生原因有較深刻了解，能建立理論或經(jīng)驗公式。利用模型計算出誤差影響的大小，直接對觀測值進行修正。所針對的誤差源：衛(wèi)星鐘差

電離層延遲對流層延遲3、消除或減弱誤差影響的方法2）參數(shù)法原理和方法：把誤差大小作為參數(shù)，在定位過程中求解出來。所針對的誤差源：幾乎適用于任何的情況缺點：不能同時將所有誤差均作為參數(shù)來估計3、消除或減弱誤差影響的方法3）求差法原理和方法：誤差具有較強的空間、時間或其它類型的相關(guān)性，通過觀測值間一定方式的相互求差，消去或消弱觀測值中所包含的相同或相似的誤差影響。所針對的誤差源：星歷誤差、鐘差電離層延遲對流層延遲…缺點：空間相關(guān)性將隨著測站間距離的增加而減弱4、相對論效應(yīng)狹義相對論1905提出運動將使時間、空間和物質(zhì)的質(zhì)量發(fā)生變化廣義相對論1915提出將相對論與引力論進行了統(tǒng)一4、相對論效應(yīng)——狹義相對論效應(yīng)結(jié)論：在狹義相對論效應(yīng)作用下，衛(wèi)星上鐘的頻率將變慢鐘的頻率與其運動速度有關(guān)。如果某鐘在慣性空間中靜止時候的鐘頻率為

f，那么被安置在以速度

Vs

運動的衛(wèi)星上時，其頻率為:頻率變化為:鐘的頻率與其所處的引力位有關(guān)。若衛(wèi)星所處位置的地球引力位為Ws

,地面測站所處地球引力位為WT

，那么同一臺鐘放在地面上和放在衛(wèi)星上其頻率變化為:結(jié)論：在廣義相對論效應(yīng)作用下，衛(wèi)星上鐘的頻率將變快4、相對論效應(yīng)——廣義相對論效應(yīng)解決方法:第一步：在地面上將要搭載到衛(wèi)星上去的鐘的頻率調(diào)低，調(diào)低后的頻率為：第二步：考慮衛(wèi)星軌道為橢圓軌道的情況，則需考慮頻率變化的第二項由此引起的傳播時間誤差為:最大:22.9ns由此引起的測距誤差為:最大:6.86m解決方法:在t時刻，衛(wèi)星鐘讀數(shù)加上，或?qū)τ^測距離加上5、電離層延遲10km100km對流層平流層中間層50km電離層（熱層、暖層）集中了大約75％的大氣質(zhì)量和90％以上的水汽質(zhì)量在衛(wèi)星導(dǎo)航定位中，將這一部分大氣對信號的影響稱為電離層延遲在衛(wèi)星導(dǎo)航定位中，將這一部分大氣對信號的影響統(tǒng)稱為對流層延遲地球大氣結(jié)構(gòu)大氣折射效應(yīng)大氣折射信號在穿過大氣時，速度將發(fā)生變化，傳播路徑也將發(fā)生彎曲。也稱大氣延遲。在GNSS測量定位中，通常僅考慮信號傳播速度的變化。色散介質(zhì)與非色散介質(zhì)色散介質(zhì)：對不同頻率的信號，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)也不同非色散介質(zhì)：對不同頻率的信號，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)相同對GNSS信號來說，電離層是色散介質(zhì)，對流層是非色散介質(zhì)5、電離層延遲——常用改正方法經(jīng)驗?zāi)Ｐ透恼椒ǎ焊鶕?jù)以往觀測結(jié)果所建立的模型改正效果：較差雙頻改正方法：利用雙頻觀測值直接計算出延遲改正或組成無電離 層延遲的組合觀測量效果：改正效果最好實測模型改正方法：利用實際觀測所得到的離散的電離層延遲（或電子 含量），建立模型（如內(nèi)插）效果：改正效果較好5、電離層延遲——常用改正方法求差法在接收機見求差6、對流層延遲類型波長(mm)N紅光0.72290.7966紫光0.40298.3153L11902936.728287.6040L22442102.134287.6040對GNSS電磁波信號，對流層不具有色散效應(yīng)對流層對不同波長的波的折射效應(yīng)6、對流層延遲模型改正：根據(jù)氣象元素由經(jīng)驗?zāi)Ｐ陀嬎銋?shù)法：引入對流層延遲改正參數(shù)求差法：站間求差7、多路徑誤差多路徑（Multipath）誤差在GNSS測量中，被測站附近的物體所反射的衛(wèi)星信號（反射波）被接收機天線所接收，與直接來自衛(wèi)星的信號（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使觀測值偏離真值產(chǎn)生所謂的“多路徑誤差”。多路徑效應(yīng)由于多路徑的信號傳播所引起的干涉時延效應(yīng)稱為多路徑效應(yīng)。7、多路徑誤差——特點與測站環(huán)境有關(guān)與反射體性質(zhì)有關(guān)與接收機結(jié)構(gòu)、性能有關(guān)7、多路徑誤差——應(yīng)對方法1）選擇合適的測站，避開易產(chǎn)生多路徑的環(huán)境易發(fā)生多路徑的環(huán)境2）采用抗多路徑誤差的儀器設(shè)備抗多路徑的天線：帶抑徑板或抑徑圈的天線抗多路徑的接收機：特定技術(shù)等7、多路徑誤差——應(yīng)對方法7、多路徑誤差——應(yīng)對方法延長觀測時間數(shù)據(jù)處理上加權(quán)參數(shù)法濾波法信號分析法誤差改正總結(jié)：模型改正法、求差法、參數(shù)法相對論效應(yīng)調(diào)低頻率、頻率改正衛(wèi)星鐘差模型改正、精密星歷、求差接收機鐘差作為未知數(shù)、求差衛(wèi)星星歷誤差精密星歷、求差電離層延遲模型改正、求差對流層延遲模型改正、求差多路徑誤差避開、數(shù)據(jù)處理定位方式單點定位（絕對定位）普通單點定位精密單點定位相對定位相對定位差分定位衛(wèi)星鐘差接收機鐘差衛(wèi)星星歷誤差電離層延遲對流層延遲§5.3單點定位GNSS測量定位方法分類◆獲得定位結(jié)果的時效事后定位實時定位◆觀測值類型偽距測量載波相位測量§5.3單點定位GNSS單點定位的概念GNSS單點定位的幾何原理GNSS單點定位的求解GNSS單點定位小結(jié)1、GNSS單點定位的概念指根據(jù)衛(wèi)星星歷以及單臺GNSS接收機觀測值

來確定測站點在WGS84坐標系中絕對坐標的方法，也稱為絕對定位。O（0,0,0）XYZ（X,Y,Z）（XS,YS,ZS）標準單點定位精密單點定位優(yōu)點：一臺接收機單獨定位，觀測簡單，可瞬時定位缺點：精度主要受系統(tǒng)性偏差的影響，定位精度低應(yīng)用領(lǐng)域低精度導(dǎo)航、資源普查、軍事、...GNSS單點定位的幾何原理觀測一顆衛(wèi)星測站位于以衛(wèi)星位置為球心，站星距離為半徑的球面上。(X1,Y1,Z1,)(X,Y,Z,)2、偽距觀測方程接收機鐘差引起的距離誤差衛(wèi)星鐘差引起的距離誤差電離層延遲對流層延遲已知：

衛(wèi)星坐標衛(wèi)星鐘差大氣誤差求：測站坐標接收機鐘差dt3、單點定位解算X

Y

Z

dt3、單點定位解算非線性方程求解：3、單點定位解算給定待解參數(shù)的初始值

(

X0

,

Y0

,

Z0

,

Cdt0

)3、單點定位解算給定待解參數(shù)的初始值

(

X0

,

Y0

,

Z0

,

Cdt0

)3、單點定位解算給定待解參數(shù)的初始值

(

X0

,

Y0

,

Z0

,

Cdt0

)3、單點定位解算DOP（Dilution

of

Precision）GDOP

–

Geometry

Dilution

of

PrecisionPDOP

–

Position

Dilution

of

PrecisionTDOP

–

Time

Dilution

of

PrecisionHDOP

–

Horizontal

Dilution

of

PrecisionVDOP

–

Vertical

Dilution

of

Precision3、單點定位解算——精度估計3、單點定位解算——精度估計N,E,H為站心坐標系下的坐標分量3、單點定位解算——精度估計3、單點定位解算——精度估計GNSS單點定位計算過程得到偽距觀測值確定未知數(shù)初值（X0

,Y0

,Z0）組成誤差方程式解求坐標未知數(shù)改正數(shù)迭代計算，并檢查是否收斂

計算觀測衛(wèi)星的位置（Xi,Yi,Zi）,衛(wèi)星鐘差dTi,大氣誤差改正信號發(fā)送時刻還是信號接收時刻？信號發(fā)送時刻的衛(wèi)星位置，在信號接收時刻地球坐標系下的坐標。4、GNSS單點定位小結(jié)GNSS單點定位的實質(zhì)是空間距離后方交會；

要同時確定測站坐標和接收機鐘差必須同時觀測四顆或四顆以上衛(wèi)星；GNSS單點定位求解測站坐標一般需要迭代計算。說明:首歷元計算時，初始值(0,0,0)，需迭代3-5次其后歷元令 ，迭代1-2次4、單點定位試算PRNXYZ44791839.793-16027953.71023259013.42024115224.586724513555.7502290238.98814685609.22023852690.7101214424694.880-12687500.25020602453.00022389912.802192438267.619-27845730.1003484060.79324577319.8252224699645.220-2345295.90114750395.80023384340.1772320750469.480-18429010.410-7962146.34524479081.841§5.4靜態(tài)相對定位定義：確定同步觀測的接收機之間相對位置的定位方法，稱為相對定位。定位結(jié)果√某一坐標系下的基線向量（坐標差）√基線向量中含有：2個方位基準（一個水平方位，一個垂直方位）和1個尺度基準，不含有位置基準§5.4靜態(tài)相對定位優(yōu)點：定位精度高缺點：多臺接收機共同作業(yè)，作業(yè)復(fù)雜數(shù)據(jù)處理復(fù)雜不能直接獲取絕對坐標應(yīng)用高精度測量定位及導(dǎo)航§5.4靜態(tài)相對定位載波相位觀測方程§5.4靜態(tài)相對定位必要參數(shù)與多余參數(shù)必要參數(shù)：需要去測量計算獲取的感興趣的參數(shù)多余參數(shù)：不感興趣，但為了精度不得不引入的參數(shù)1、差分觀測值差分觀測值的定義將兩個原始觀測值依據(jù)某種方式求差所得到的組合觀測值（虛擬觀測值）。差分觀測值的特點可以消去某些多余參數(shù)，或?qū)⒛承Υ_定待定參數(shù)有較大負面影響的因素消去或消弱其影響。2、差分觀測值的分類按差分方式可分為:站間差分星間差分歷元間差分按差分次數(shù)可分為：一次差二次差三次差站間差分星間差分1號衛(wèi)星2號衛(wèi)星2號衛(wèi)星歷元間差分站1站2站間差分：同步觀測值在接收機間求差數(shù)學(xué)形式：特點消除了衛(wèi)星鐘差的影響削弱了電離層折射的影響削弱了對流層折射的影響削弱了衛(wèi)星軌道誤差的影響星間差分：同步觀測值在衛(wèi)星間求差數(shù)學(xué)形式：特點消除了接收機鐘差的影響歷元間差分：觀測值在歷元間求差數(shù)學(xué)形式：?特點消去了整周未知數(shù)削弱了衛(wèi)星鐘差的影響單差、雙差和三差單差：站間一次差分雙差：站間、星間各求一次差（共兩次差）三差：站間、星間和歷元間各求一次差（三次差）雙差雙差：站間、星間各求一次差（共兩次差）◆采用差分觀測值的缺陷數(shù)據(jù)利用率低,只有同步數(shù)據(jù)才能進行差分引入基線矢量替代了位置矢量差分觀測值間具有了相關(guān)性，使處理問題復(fù)雜化某些參數(shù)差分觀測值中被消除無法求出3、雙差觀測方程非差觀測方程單差觀測方程雙差觀測方程§5.5周跳的探測與修復(fù)屏幕掃描法高次差法多項式擬合法電離層殘差法三差法1、整周跳變（周跳–Cycle

Slips）在某一特定時刻的載波相位觀測值為:如果在觀測過程接收機保持對衛(wèi)星信號的連續(xù)跟蹤，則整周模糊度

N0

將保持不變，整周計數(shù)也將保持連續(xù)，但當由于某種原因使接收機無法保持對衛(wèi)星信號的連續(xù)跟蹤時，在衛(wèi)星信號重新被鎖定后，不會與前面的值保持連續(xù)，這一現(xiàn)象稱為整周跳變。2、產(chǎn)生周跳的原因信號被遮擋，導(dǎo)致衛(wèi)星信號無法被跟蹤衛(wèi)星信號信噪比過低，導(dǎo)致整周計數(shù)錯誤儀器故障，導(dǎo)致差頻信號無法產(chǎn)生接收機在高速動態(tài)的環(huán)境下進行觀測，導(dǎo)致接收機無法正確跟蹤衛(wèi)星信號衛(wèi)星瞬時故障，無法產(chǎn)生信號3、周跳的特點只影響整周計數(shù)－周跳為波長的整數(shù)倍將影響從周跳發(fā)生時刻（歷元）之后的所有觀測值T4、周跳的探測、修復(fù)方法——屏幕掃描法方法：人工在屏幕上觀察觀測值曲線的變化是否連續(xù)。特點：費時、只能發(fā)現(xiàn)大周跳。由于原始的載波觀測值變化很快，通常觀察的是某種觀測值的組合，如：沒有周跳有周跳4、周跳的探測、修復(fù)方法——高次差法原理

由于衛(wèi)星和接收機間的距離在不斷變化，因而載波相位測量的觀測值

N0+Int(ф)

+Fr(ф)

也隨時間在不斷變化。

但這種變化應(yīng)是有規(guī)律的，平滑的。周跳將破壞這種規(guī)律性。

對于GNSS衛(wèi)星而言，當求至四次差時，其值已趨向于零。殘留的四次差主要是由接收機的鐘誤差等因素引起的。高次差法周秒CAL1載波一次差二次差三次差548522439279.60117919217.94-1985.02548622438902.01117917232.92-1984.001.02-0.5354872243852492-1983.510.49-20.63548822438147.23117913265.41-20.14-2003.6537.26548922137976.63117911261.7617.12-1986.53-17.94549022137598.59117909275.23-0.82-1987.351.75549122137219.88117907287.880.93-1986.424、周跳的探測、修復(fù)方法——多項式擬合法原理

為了便于用計算機計算，常采用多項式擬合的方法。即根據(jù)m

個相位測量觀測值擬合一個n

階多項式（m>n+1），據(jù)此多項式來預(yù)估下一個觀測值并與實測值比較，從而來發(fā)現(xiàn)周跳并修正整周計數(shù)。

這種方法實質(zhì)上和上面介紹的高次差法是相像的，但便于計算。4303120507585.674304120505155.364305120502725.334306120500295.834307120497866.574308120495437.964309120493009.674310120490581.794311120488154.104312120485726.631.08E+12-1.01E+093.51E+05-54.3460.00315624、周跳的探測、修復(fù)方法——多項式擬合法120493010.06120490583.21120488157.75多項式擬合法的應(yīng)用特點

由于四次差或五次差一般巳呈偶然誤差特性，無法再用函數(shù)來加以擬合，所以用多項式擬合時通常也只需取至4-5階即可。

觀測值可以是真正的（非差）相位觀測值，也可以是經(jīng)線性組合后的虛擬觀測值：單

差觀測值和雙差觀測值。課后練習：試編寫程序采用多項式擬合法進行周跳探測上交程序和探測結(jié)果§5.6整周模糊度的確定整周模糊度的重要性及解決辦法用偽距觀測值來確定整周模糊度平差估算模糊度整周未知數(shù)（整周模糊度－Ambiguity）1、模糊度確定方法用偽距觀測值來確定用較精確的星歷和先驗坐標來確定平差解算確定2、用偽距觀測值來確定整周模糊度偽距L1偽距近似周數(shù)模糊度估計值23605650.92-16599.25123962715.2123979314.523605368.44-18078.96123961231.8123979310.823605074.97-19617.16123959690.7123979307.923604778.60-21174.61123958134.3123979308.923604479.36-22751.59123956562.9123979314.523604173.41-24364.60123954956.2123979320.8偽距精度多個歷元3、將模糊度作為參數(shù)求解求初始解將模糊度固定為整數(shù)求固定解整數(shù)解與實數(shù)解當整周模糊度參數(shù)取整數(shù)時所求得的基線向量稱為整數(shù)解（固定解）；當模糊度參數(shù)為實數(shù)時所求得的基線向量稱為實數(shù)解（浮點解）。3、將模糊度作為參數(shù)求解固定模糊度的基本方法和原理1）確定合適的置信區(qū)間Ni為模糊度的實數(shù)解，mi

為該參數(shù)的中誤差，置信區(qū)間為［Ni

-b·mi

，Ni+b·mi］2）從備選組中尋找正確解GNSS測量定位方法分類◆定位模式絕對定位（單點定位）相對定位差分定位◆定位時接收機天線的運動狀態(tài)靜態(tài)定位：天線相對于地球坐標系靜止動態(tài)定位：天線相對于地球坐標系運動§5.7單點定位§5.7精密單點定位（PPP

–

Precise

Point

Positioning）特點主要采用載波相位觀測值采用精密衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘差數(shù)據(jù)采用復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型定位精度厘米級用途全球高精度測量衛(wèi)星定軌載波相位單點定位的誤差方程1、載波相位觀測方程如果某個歷元觀測了n顆衛(wèi)星則誤差方程個數(shù)為：n未知數(shù)個數(shù)為：(4+n)是否可解？靜態(tài)情況下k個歷元里，每歷元均觀測了n顆相同的衛(wèi)星誤差方程個數(shù)為：k×n未知數(shù)個數(shù)為：3+k+n什么情況下可解？k×n

>

(3+k+n)1、載波相位觀測方程2、誤差方程式用矩陣形式表示為:2、誤差方程式2、誤差方程式課后作業(yè)1、分別寫出偽距和載波相位觀測方程并解釋每一項的含義。2、對GNSS單點定位的基本觀測方程進行線性化（泰勒級數(shù)展開，取一次項），以（X,Y,Z,dt）作為未知數(shù)，其初始值?。╔0,Y0,Z0,0）。3、什么是周跳？簡述周條探測的基本方法。4、編寫由廣播星歷計算衛(wèi)星位置的程序。5、編寫單點定位解算程序。定位方式單點定位（絕對定位）普通單點定位精密單點定位相對定位相對定位差分定位衛(wèi)星鐘差接收機鐘差衛(wèi)星星歷誤差電離層延遲對流層延遲第六章實時動態(tài)定位單點動態(tài)定位差分定位網(wǎng)絡(luò)RTK及連續(xù)運行參考系統(tǒng)CORS§6.1單點動態(tài)定位§6.2差分定位——DGNSS誤差的相關(guān)性各類誤差中除多路徑誤差外，其他誤差均具較強的相關(guān)性，從而定位結(jié)果也有一定的相關(guān)性。差分GNSS的基本原理利用基準站（架設(shè)在坐標精確已知的點上的接

收機）測具有相關(guān)性的誤差或其對測量定位結(jié)

果的影響，供流動站改正其觀測值或定位結(jié)果?！?.2差分定位——DGNSS已知點未知點位置差分偽距差分已知點未知點§6.2差分定位——DGNSS§6.2差分定位——分類◆根據(jù)時效性實時差分事后差分◆根據(jù)觀測值類型偽距差分載波相位差分§6.2差分定位——載波相位差分√傳輸改正值√傳輸觀測值§6.2

差分定位——

RTKReal

Time

Kinematic利用GNSS載波相位觀測值進行實時動態(tài)相對定位的技術(shù)?；鶞收緦⑤d波相位觀測值和坐標實時發(fā)送給流動站，流動站通過相對定位技術(shù)進行定位。PPK

Post

Processed

Kinematic§6.2

差分定位——

RTKReal

Time

Kinematic局域差分（LADGNSS–Local

Area

DGNSS）單基準站差分多基準站差分廣域差分（WADGNSS–Wide

Area

DGNSS）§6.2

差分定位——

RTK差分GNSS組成基準站（參考站、基站）：單站、多站數(shù)據(jù)通信鏈：電臺、廣播、衛(wèi)星用戶：導(dǎo)航、定位數(shù)學(xué)模型：單站、多站多個基站大范圍、基站距離較遠（50-100km）插值求取未完全消除的殘余誤差項§6.3網(wǎng)絡(luò)RTK及連續(xù)運行參考系統(tǒng)CORS1、網(wǎng)絡(luò)RTK基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)處理中心級數(shù)據(jù)播發(fā)中心數(shù)據(jù)鏈用戶虛擬參考站（Virtual

Reference

Station，VRS

）§6.3網(wǎng)絡(luò)RTK及連續(xù)運行參考系統(tǒng)CORS1、網(wǎng)絡(luò)RTK基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)處理中心級數(shù)據(jù)播發(fā)中心數(shù)據(jù)鏈用戶§6.3網(wǎng)絡(luò)RTK及連續(xù)運行參考系統(tǒng)CORS1、網(wǎng)絡(luò)RTK差分定位導(dǎo)航2-3m測量RTK靜態(tài)高精度控制測量高精度授時GNSS氣象多功能連續(xù)運行的綜合服務(wù)系統(tǒng)§6.3網(wǎng)絡(luò)RTK及連續(xù)運行參考系統(tǒng)CORS2、連續(xù)運行參考系統(tǒng)CORS第7章GNSS控制網(wǎng)GNSS網(wǎng)GNSS測量中的幾個基本概念一、GNSS網(wǎng)平面控制點水準點未知點采用GNSS定位技術(shù)建立的測量控制網(wǎng)，由GNSS點和基線組成。一、GNSS網(wǎng)一、GNSS網(wǎng)網(wǎng)等級AAABCDE平均觀測時段數(shù)106421.61.6觀測時段：從測站上開始接收衛(wèi)星信號起至停止接收衛(wèi)星信號間的連續(xù)工作的時間段。二、GNSS測量中的幾個基本概念二、GNSS測量中的幾個基本概念同步觀測：兩臺或兩臺以上的GNSS接收機同時對同一組衛(wèi)星信號進行觀測?；€向量：利用同步觀測的GNSS接收機采集的觀測

數(shù)據(jù)計算出的接收機之間的三維坐標差。復(fù)測基線：某兩個測站間，由多個時段觀測獲得的多個基線向量解結(jié)果。二、GNSS測量中的幾個基本概念閉合環(huán)：多條基線向量首尾相連構(gòu)成的圖形。同步環(huán)：利用同步觀測的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)。獨立基線向量：一組基線向量中任一基線向量均不能用其它基線向量的線性組合來表示。獨立觀測環(huán)：獨立基線構(gòu)成的閉合環(huán)向量中任一基線向量均不能用其它基線向量的線性組合來表示。三、GNSS網(wǎng)設(shè)計測量任務(wù)書或測量合同書GNSS測量規(guī)范及規(guī)程其他規(guī)范及規(guī)程三、GNSS網(wǎng)設(shè)計——依據(jù)1992-06-08發(fā)布1992-06-08實施三、GNSS網(wǎng)設(shè)計——依據(jù)GNSS測量的等級及用途各級GNSS測量的精度指標各級GNSS點的密度指標三、GNSS網(wǎng)設(shè)計——精度和密度設(shè)計1、GNSS測量的等級及用途等級用途實例AA級全球性的地球動力學(xué)研究、地殼形變、建立全球性參考框架IGS跟蹤站A級區(qū)域性的地球動力學(xué)研究和地殼形變、建立國家參考框架國家A級網(wǎng)B級局部形變監(jiān)測和各種精密工業(yè)測量國家B級網(wǎng)C級大中城市及工程測量的基本控制網(wǎng)D、E級中小城市、城鎮(zhèn)測圖、地籍、土地信息、房產(chǎn)、物探、勘測、建筑施工等我國GNSS測量規(guī)范所規(guī)定的等級2、點的密度指標級別AAABCDE平均距離10003007010~155~100.2~5GPS網(wǎng)中相鄰點間的平均距離（km）級別固定誤差（mm）比例誤差（ppm）AA≤3≤0.01A≤5≤0.1B≤8≤1C≤10≤5D≤10≤10E≤10≤20各級網(wǎng)的固定誤差和比例誤差10mm

＋

5ppm級別固定誤差（mm）比例誤差（ppm）C≤10≤5D≤10≤10E≤10≤20各級網(wǎng)的固定誤差和比例誤差相鄰點間基線長度標準差：標準差，單位：mm固定誤差，單位：mm比例誤差系數(shù)，單位：ppm相鄰點距離，單位：mm3、依據(jù)用戶具體要求依據(jù)具體要求參照等級標準。級別固定誤差（mm）比例誤差（ppm）C≤10≤5D≤10≤10E≤10≤20要求√

點位要求數(shù)量、分布、密度、標志及觀測設(shè)施√

質(zhì)量要求等級、點位誤差、相鄰點間距離誤差√

進度要求提交成果時間√

成果要求坐標參照系、是否要高程成果、提交資料的內(nèi)容四、GNSS測量作業(yè)流程√施工設(shè)計√基線解算及質(zhì)量控制√測繪資料收集√方案設(shè)計√觀測計劃制定√網(wǎng)作平業(yè)差調(diào)（度數(shù)及據(jù)外處業(yè)理觀、測分析）及√質(zhì)踏量勘控、制選點、埋石√數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)存、備份√√整儀理成器果檢、驗技、術(shù)檢總定結(jié)√項目驗收√數(shù)據(jù)、成果的轉(zhuǎn)存、備份五、方案設(shè)計——圖上設(shè)