無人機(jī)航測技術(shù)與應(yīng)用課件：全球定位系統(tǒng)GPS

全球定位系統(tǒng)GPS2由于科學(xué)研究、商業(yè)往來、文化交流、軍事部署等在全球尺度下的人與信息的流動不斷增加，人們對于全球范圍內(nèi)的統(tǒng)一定位的需求變得現(xiàn)實(shí)而迫切，在這一背景下，全球定位系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。美國主導(dǎo)的全球定位系統(tǒng)GPS是這類系統(tǒng)的代表之一。4.2.1全球定位系統(tǒng)簡介3為應(yīng)對全球兵力，特別是海軍艦隊(duì)的部署對于定位的需求，同時(shí)也作為美國政府“星球大戰(zhàn)”戰(zhàn)略的組成部分，1973年12月，美國國防部批準(zhǔn)了美國海陸空三軍聯(lián)合研制新的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，項(xiàng)目命名為：NAVISTARGPS，即“NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobePositioningSystem”，中文意為“衛(wèi)星測時(shí)測距導(dǎo)航/全球定位系統(tǒng)”，即我們今天簡稱的GPS系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的導(dǎo)航、定位、授時(shí)功能，能為用戶提供較為精密的三維坐標(biāo)。4.2.1全球定位系統(tǒng)簡介4空間星座部分用戶接收機(jī)部分地面控制站部分4.2.1全球定位系統(tǒng)簡介5在GPS系統(tǒng)中，GPS衛(wèi)星的作用如下：（1）用L波段向廣大用戶連續(xù)不斷的發(fā)送導(dǎo)航定位信號，用戶由導(dǎo)航電文可以知道該衛(wèi)星當(dāng)前的位置和衛(wèi)星的工作情況。（2）在衛(wèi)星飛越注入站上空時(shí)，接收由地面注入站用S波段發(fā)送給衛(wèi)星的導(dǎo)航電文和其它相關(guān)信息，并通過GPS信號傳輸鏈，適時(shí)的發(fā)送給廣大用戶。（3）接收地面主控站通過注入站發(fā)送給衛(wèi)星的調(diào)試指令，適時(shí)的改正運(yùn)行偏差或進(jìn)行其它改正性操作。4.2.1全球定位系統(tǒng)簡介6GPS的地面控制站一共有5個(gè)，按照承擔(dān)的任務(wù)，分為三類，分別是主控站、注入站和監(jiān)控站。GPS的主控站建設(shè)在美國本土的科羅拉多州（Colorado）。主控站的任務(wù)是收集、處理所有5個(gè)地面控制站的各項(xiàng)資料，編制衛(wèi)星的星歷和GPS時(shí)間系統(tǒng)，將預(yù)測的衛(wèi)星星歷、鐘差、狀態(tài)數(shù)據(jù)以及大氣傳輸改正編制成導(dǎo)航電文傳給注入站。主控站還負(fù)責(zé)監(jiān)測整個(gè)地面監(jiān)測系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及監(jiān)測在軌衛(wèi)星是否信號傳輸正常。GPS的3個(gè)注入站分別設(shè)置在大西洋的阿松森島（AscensionIsland），印度洋的迭戈加西亞島（DiegoGarcia）和太平洋的卡瓦加蘭（Kwajalein）。注入站的任務(wù)是將主控站發(fā)來的導(dǎo)航電文注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲器。每天注入3次，每次注入14天的星歷等信息。此外，注入站還自動向主控站報(bào)告自己的工作狀態(tài)。GPS的5個(gè)地面站全部都負(fù)擔(dān)監(jiān)測站的任務(wù)，除1個(gè)主控站和3個(gè)注入站外，還在夏威夷（Hawaii）專門設(shè)置了一個(gè)監(jiān)測站。監(jiān)測站的主要任務(wù)是為主控站提供衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)。4.2.1全球定位系統(tǒng)簡介7GPS信號接收機(jī)的任務(wù)是，捕獲按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信息，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對所接收到的GPS信號進(jìn)行處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時(shí)間，解譯出GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)的計(jì)算出待測點(diǎn)的三維位置。4.2.1全球定位系統(tǒng)簡介8GPS基本定位方程4.2.2

GPS測量的設(shè)計(jì)與實(shí)施9GPS測量與常規(guī)測量類似，在作業(yè)過程中也分為三個(gè)階段：方案設(shè)計(jì)外業(yè)實(shí)施內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理4.2.2

GPS測量的設(shè)計(jì)與實(shí)施104.2.2

GPS測量的設(shè)計(jì)與實(shí)施11GPS測量的實(shí)施主要包括以下環(huán)節(jié)：測區(qū)踏勘、資料收集、器材與人員準(zhǔn)備、觀測計(jì)劃的擬定、實(shí)施觀測。測區(qū)踏勘主要了解以下情況，以便制定觀測計(jì)劃。交通情況：公路、便道等道路通行情況。水系分布：江河、湖泊、池塘、水渠等的分布以及橋梁、碼頭等交通通行情況。植被情況：森林、草原、農(nóng)作物等分布情況?？刂泣c(diǎn)分布情況：測區(qū)各類控制點(diǎn)的分布情況，是否保存完整等。居民點(diǎn)分布情況：測區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村、商店、住宿等情況。當(dāng)?shù)孛耧L(fēng)民俗：測區(qū)所在區(qū)域的生活習(xí)俗、禁忌、社會治安情況等。資料收集是指收集以下與測量工作相關(guān)的資料：各類圖件資料：測區(qū)的基本地形圖、交通圖等。各類控制點(diǎn)成果：測區(qū)里已有的各類控制點(diǎn)坐標(biāo)等成果。各類參考資料：測區(qū)的區(qū)劃圖、氣象、人口等參考資料。器材與人員準(zhǔn)備主要是調(diào)配GPS、計(jì)算機(jī)、車輛、通訊等器材，以及組織專業(yè)與輔助工作人員，并對人員進(jìn)行相應(yīng)的培訓(xùn)。4.2.2

GPS測量的設(shè)計(jì)與實(shí)施12觀測計(jì)劃的擬定主要依據(jù)以下因素：GPS網(wǎng)的規(guī)模大小。點(diǎn)位精度質(zhì)量要求。設(shè)備的數(shù)量與質(zhì)量。人員隊(duì)伍及后勤保障條件。4.2.3GPS測量的數(shù)據(jù)處理13GPS接收機(jī)直接采集的是GPS接收機(jī)天線至衛(wèi)星偽距、載波相位和衛(wèi)星星歷等數(shù)據(jù)。為得到滿足測量工作需要的最終成果，GPS測量的數(shù)據(jù)處理需要經(jīng)過以下幾個(gè)步驟：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、預(yù)處理、基線解算。數(shù)據(jù)采集是指在野外外業(yè)觀測時(shí)取得原始觀測數(shù)據(jù)，野外觀測記錄的同時(shí)用隨機(jī)軟件解算出測站點(diǎn)的位置和運(yùn)動速度等基本信息。數(shù)據(jù)傳輸是指用專用的電纜線、藍(lán)牙、SD卡等各種通信傳輸方式將接收機(jī)中的數(shù)據(jù)傳輸至內(nèi)業(yè)作業(yè)的計(jì)算機(jī)中。數(shù)據(jù)預(yù)處理的目的是對數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑濾波處理，剔除粗差；統(tǒng)一數(shù)據(jù)文件格式并將各類數(shù)