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1、第一章1. GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)主要有哪幾部分組成?地面控制部分又由哪幾部分?GPS系統(tǒng)由三部分組成:1)空間段;2)地面控制部分;3)用戶設(shè)備部分。地面控制部分:1)主控站 2)監(jiān)測(cè)站 3)注入站 4)通訊與輔助系統(tǒng)。1)主控站的作用: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(cè)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(hù)與異常情況的處理。2)監(jiān)測(cè)站的作用: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。3)注入站:將導(dǎo)航電文注入GPS 衛(wèi)星。3. 北斗總體發(fā)展歷程、計(jì)劃、北斗一代定位原理北斗發(fā)展歷程:1983年,

2、衛(wèi)星導(dǎo)航先驅(qū)陳芳允院士提出利用兩 顆同步定點(diǎn)衛(wèi)星進(jìn)行導(dǎo)航定位的設(shè)想1994年 國(guó)家批準(zhǔn)建設(shè)“北斗一號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 2000年10月31日 發(fā)射第一顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星 2000年12月21日 發(fā)射第二顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星 2003年5月25日 發(fā)射第三顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星(備用衛(wèi)星) ,我國(guó)成為世界上繼美國(guó)、俄羅斯之后,第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星 導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)家。 2007年4月,中國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長(zhǎng)征三號(hào)甲”運(yùn)載 火箭,成功將第四顆北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星送入太空。(北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn):衛(wèi)星數(shù)量少,投資小,用戶設(shè)備簡(jiǎn)單價(jià)廉,能夠?qū)崿F(xiàn)一定區(qū)域的導(dǎo)航定位;衛(wèi)星還具備短信通信功能,可滿足當(dāng)前我國(guó)陸、海、空運(yùn)輸導(dǎo)航

3、定位的需求;缺點(diǎn):不能覆蓋兩級(jí)地區(qū),赤道附近定位精度差,只能二維主動(dòng)式定位,且需提供用戶高程數(shù)據(jù),不能滿足高動(dòng)態(tài)和保密的軍事用戶要求,用戶數(shù)量受到一定限制)北斗計(jì)劃:第一代 實(shí)驗(yàn)階段20002007 ;第二代 區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)20072012;第三代 全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)20122020; 北斗一代定位原理:利用兩顆地球同步衛(wèi)星進(jìn)行雙向測(cè)距,配合數(shù)字高程地圖完成三維定位。(導(dǎo)航定位有兩種方式:一是由用戶向中心站發(fā)出請(qǐng)求,中心站對(duì)其進(jìn)行定位后將位置信息廣播出去,由該用戶接收獲??;二是由中心站主動(dòng)進(jìn)行指定用戶的定位,定位后不將位置信息發(fā)送給用戶,而由中心站保存)(北斗二代的軌道有中、高、傾斜軌道同步衛(wèi)

4、星)4.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的主要功能有哪些? (1)快速定位(2)短報(bào)文通信(3)精密授時(shí)5. 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)特點(diǎn)?(1)定位精度高;(2)觀測(cè)時(shí)間短;(3)測(cè)站間無(wú)需通視;(4)可提供三維坐標(biāo);(5)操作簡(jiǎn)便;(6)全天候作業(yè);(7)功能多,應(yīng)用廣第二章1、定義空間之間坐標(biāo)系的三要素是什么? 坐標(biāo)原點(diǎn)的位置。三個(gè)坐標(biāo)軸的指向。尺度單位。2、天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系是如何建立的? 天球坐標(biāo)系(描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)位置和狀態(tài)):原點(diǎn)位于地球質(zhì)心,Z軸指向天球北極,x軸指向春分點(diǎn),y軸按構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向,垂直于XOZ平面。 地球坐標(biāo)系(描述地球面觀測(cè)站的位置):原點(diǎn)位于地球質(zhì)心,z軸指向地球北極,x軸指向

5、格林尼治子午面與地球赤道的交點(diǎn),y軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系取向,垂直于XOZ平面。 3、為何要定義平天球(平地球)坐標(biāo)系? 天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸指向是不斷變化的,也就是說(shuō)它是一個(gè)不斷旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系。這對(duì)于研究衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)是很不方便的。因此需要建立一個(gè)三軸指向不變的天球坐標(biāo)系即平天球坐標(biāo)系。4、WGS-84(GPS應(yīng)用)坐標(biāo)系是如何定義的 ? 原點(diǎn)位于地球質(zhì)心,z軸指向BIH 1984.0定義的協(xié)議地球極(CTP)方向,x軸指向BIH 1984.0的零子午面和 CTP赤道的交點(diǎn),Y軸與Z,X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。5、我國(guó)常用的大地坐標(biāo)系主要有哪些? (1)1954年北京坐標(biāo)系;(2)1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系;(3

6、)2000國(guó)家大地坐標(biāo)系。為什么在衛(wèi)星定位中要建立時(shí)間系統(tǒng)6、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換中七參數(shù)、四參數(shù)分別指什么? 七參數(shù):3個(gè)平移參數(shù),3個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù),1個(gè)尺度參數(shù)。 四參數(shù):2個(gè)平移參數(shù),一個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù),1個(gè)尺度參數(shù)。7、時(shí)間的基準(zhǔn)是什么? 包含時(shí)間原點(diǎn)(時(shí)刻)和時(shí)間尺度(時(shí)間段)。 時(shí)間系統(tǒng)與坐標(biāo)系統(tǒng)一樣,應(yīng)有其尺度(時(shí)間 單位)與原點(diǎn)(起始?xì)v元)。其中時(shí)間的尺度是關(guān) 鍵,而原點(diǎn)可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用加以選定。不同的原 點(diǎn)和尺度對(duì)應(yīng)不同的時(shí)間系統(tǒng)。任何一個(gè)可觀測(cè)的 周期的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象,只要符合條件,都可用作確定時(shí) 間間隔。8、GPS時(shí)的時(shí)間基準(zhǔn)是什么? 采用原子時(shí)ATI秒長(zhǎng)作為時(shí)間基準(zhǔn),時(shí)間的起算點(diǎn)定義在1980年

7、1月6日的 UTC0時(shí)。9、歲差:由于天球赤道和天球黃道長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的春 分點(diǎn)進(jìn)動(dòng)稱為歲差。包括赤道歲差和黃道歲差。10、章動(dòng):在日月引力等因素的影響下,瞬時(shí)北天極 將繞瞬時(shí) 平北天極旋轉(zhuǎn),大致呈橢圓,這種現(xiàn)象稱為章動(dòng)。11、極移:地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)地球體的位置并 不是固定的,因而,地極點(diǎn)在地球表面 上的位置,是隨時(shí)間而變化的,這種現(xiàn) 象稱為極移。12、坐標(biāo)變換:在不同的坐標(biāo)表示形式間進(jìn)行變換。 13、基準(zhǔn)變換:在不同的參考基準(zhǔn)間進(jìn)行變換。 14、基準(zhǔn):為描述空間位置的點(diǎn)、線、面。在大地測(cè)量中基準(zhǔn)是指用以描述地球形狀的參考橢球的參數(shù)。15、恒星時(shí)(ST):以春分點(diǎn)為參考點(diǎn),由春分點(diǎn)的周日視運(yùn)動(dòng)所

8、確定的時(shí)間。 時(shí)間尺度:春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)本地子午圈的時(shí)間間隔為一恒星日,一恒星日分為24個(gè)恒星時(shí)。 起算原點(diǎn):恒星時(shí)以春分點(diǎn)通過(guò)本地子午圈時(shí)刻為 起算原點(diǎn),所以恒星時(shí)在數(shù)值上等于春分點(diǎn)相對(duì)于本地子午圈的時(shí)角。 恒星時(shí)的特性:恒星時(shí)具有地方性。恒星時(shí)是以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的,由于歲差和章動(dòng)的影響,春分點(diǎn)在 天球上的位置并不確定(真恒星時(shí)、平恒星時(shí))。 因此,恒星時(shí)不具有統(tǒng)一的時(shí)間原點(diǎn)。16、平太陽(yáng)時(shí)(MT):以平太陽(yáng)為參考點(diǎn),由平太陽(yáng)的周日視運(yùn)動(dòng)所確定的時(shí)間。 時(shí)間尺度:平太陽(yáng)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)本地子午圈的時(shí)間 間隔為一平太陽(yáng)日,一平太陽(yáng)日分為24個(gè)平太陽(yáng)時(shí)。 起算原點(diǎn):平太陽(yáng)時(shí)以平太陽(yáng)通過(guò)本地子午圈時(shí)

9、刻為起算原點(diǎn),所以平太陽(yáng)時(shí)在數(shù)值上等于平太陽(yáng)相對(duì)于本地子午圈的時(shí)角。 平太陽(yáng)時(shí)的特性:平太陽(yáng)時(shí)具有地方性.17、世界時(shí)(UT):以平子夜為零時(shí)起算的格林尼治平太陽(yáng)時(shí)。 世界時(shí)與平太陽(yáng)時(shí)尺度基準(zhǔn)相同,其差別僅在于起算點(diǎn)不同。 世界時(shí)的特性:世界時(shí)雖然屬全球性,但時(shí)間尺度還是不穩(wěn)定。18、原子時(shí)(ATI):秒長(zhǎng)被定義為銫原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間躍遷輻射震蕩9192631170周所持續(xù)的時(shí)間; 起點(diǎn):按國(guó)際協(xié)定取為1958年1月1日0時(shí)0秒,事后發(fā) 現(xiàn)該瞬間原子時(shí)與世界時(shí)有差異(0.0039S)。19、協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC):是原子時(shí)和世界時(shí)的結(jié)合。既有時(shí)間 原點(diǎn),也有穩(wěn)定的時(shí)間尺度。 跳秒(lea

10、p second):通常在6月30日或12月31日最后一秒具有相同原點(diǎn):協(xié)調(diào)世界時(shí)、GPS、原子時(shí)具有相同尺度:協(xié)調(diào)世界時(shí)、GPS具有相同地方性:平太陽(yáng)時(shí)、恒星時(shí)20、坐標(biāo)系匯總:第三章1、什么二體問(wèn)題 ? 忽略所有的攝動(dòng)力,僅考慮地球質(zhì)心引力研究衛(wèi)星相對(duì)于地球的運(yùn)動(dòng),在天體力學(xué)中,稱之為二體問(wèn)題。2、衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的開普勒參數(shù)是哪些? 升交點(diǎn)赤徑;軌道面的傾角;長(zhǎng)半軸;偏心率;近地點(diǎn)角距;衛(wèi)星過(guò)近地點(diǎn)的時(shí)刻(真近點(diǎn)角)3、什么是衛(wèi)星星歷,分為哪兩類? 定義:描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道的信息。一組對(duì)應(yīng)某一時(shí)刻的 軌道參數(shù)及其變化率。 分為:預(yù)報(bào)星歷(廣播星歷)(通常包括相對(duì)某一參考?xì)v元的開普勒軌道參數(shù)和必要的

11、軌道攝動(dòng)改正數(shù));后處理星歷(精密星歷)(是一些國(guó)家某些部門,根據(jù)各自建立的衛(wèi)星跟蹤站所獲得的對(duì)GPS衛(wèi)星的精密觀測(cè)資料,應(yīng)用于確定廣播星歷相似的方法而計(jì)算的衛(wèi)星星歷。)4、計(jì)算衛(wèi)星位置的主要思路是什么? 通過(guò)衛(wèi)星的導(dǎo)航電文將已知的某一初始?xì)v元的軌道參數(shù)及變率發(fā)給用戶(接收機(jī)),即可計(jì)算出任一時(shí)刻的衛(wèi)星位置。另外通過(guò)已知的地面站對(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè),求得衛(wèi)星在某一時(shí)刻的位置,可以反求出衛(wèi)星的軌道參數(shù),從而對(duì)衛(wèi)星的軌道進(jìn)行改進(jìn),實(shí)現(xiàn)精密定軌,用于GPS精密定位。5、GPS衛(wèi)星信號(hào)包含哪幾部分? 載波(波長(zhǎng)*次數(shù))(L1、L2);測(cè)距碼(時(shí)間*光速) :C/A碼(用于粗測(cè)距和捕獲GPS衛(wèi)星信號(hào)的偽

12、隨機(jī)碼,目前只被調(diào)制在L1上)P(Y)碼(精測(cè)碼,被分別調(diào)制在L1和L2上);衛(wèi)星導(dǎo)航電文(數(shù)據(jù)碼)6. 信號(hào)調(diào)制:就是用一個(gè)信號(hào)(調(diào)制信號(hào))去控制另一作為載體的信號(hào)(載波信號(hào)),讓后者的某一參數(shù)(幅值、頻率、相位、脈沖寬度等)按前者的值變化。將頻率較低的信號(hào)加載在頻率較高載波信號(hào)上。 7. 衛(wèi)星導(dǎo)航:電文是由導(dǎo)航衛(wèi)星播發(fā)給用戶的描述導(dǎo)航衛(wèi)星運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的電文,包括系統(tǒng)時(shí)間、星歷、歷書、衛(wèi)星時(shí)鐘的修正參數(shù)、導(dǎo)航衛(wèi)星健康狀況和電離層延時(shí)模型參數(shù)等內(nèi)容。8、 GPS衛(wèi)星星歷:描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道的信息。一組對(duì)應(yīng)某一時(shí)刻的 軌道參數(shù)及其變化率。9、 偽隨機(jī)噪聲碼:又叫偽隨機(jī)碼或者偽噪聲碼,簡(jiǎn)稱PRN,是

13、一個(gè)具有一定周期的取值0和1的離散符號(hào)串。第四章1、衛(wèi)星星歷誤差: 由星歷所給出的衛(wèi)星位置與實(shí)際位置之差。 如何消除:(1)采用精密星歷建立自己的衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)獨(dú)立定軌;(2)軌道松馳法(改正數(shù)設(shè)為未知參數(shù));(3)同步觀測(cè)求差.2、衛(wèi)星鐘誤差:衛(wèi)星時(shí)鐘與導(dǎo)航系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的差別,衛(wèi)星鐘誤差包括 鐘差、頻偏、頻漂和隨機(jī)誤差。 如何消除:(1)模型改正;(2)通過(guò)觀測(cè)值相減消除公共的鐘誤差;(3)獲取精確的衛(wèi)星鐘差。3、電離層誤差:電離層中的氣體分子由于受到太陽(yáng)等天體各種射線輻射,產(chǎn)生強(qiáng)烈的電離形成大量的自由電子和正離子引起 傳播路線彎曲、傳播速度變化。從而使測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏差。 如何消除:(1)經(jīng)驗(yàn)?zāi)?/p>

14、型改正;(2)雙頻改正;(3)實(shí)測(cè)模型改正;(4)利用同步觀測(cè)值求差。4、對(duì)流層誤差:對(duì)流層與地面接觸并從地面得到輻射熱能,其溫度隨高度的上升而降低,GPS信號(hào)通過(guò)對(duì)流層時(shí),也使傳播的路徑發(fā)生彎曲,從而使測(cè)量距離產(chǎn)生偏差。 如何消除:(1)經(jīng)驗(yàn)?zāi)P停?)引入附加待估參數(shù)(3)利用同步觀測(cè)求差。5、多路徑誤差: 多路徑是指衛(wèi)星信號(hào)通過(guò)多個(gè)不同路徑傳到接收到衛(wèi)星信 號(hào)的同時(shí),還可能收到經(jīng)天線周圍地物反射的衛(wèi)星信號(hào),多種 信號(hào)疊加就會(huì)引起測(cè)量參考點(diǎn)(相對(duì)中心)的位置變化,這種 由于多路徑的信號(hào)傳播所引起的干涉時(shí)延效應(yīng)稱為多路徑效應(yīng)。 如何消除:(1)觀測(cè)上選擇合適的測(cè)站,避開易產(chǎn)生多路徑的環(huán)境;(2

15、)硬件上:在天線下設(shè)置抑徑板或抑徑圈;改進(jìn)接收機(jī)內(nèi)部軟硬件;抗多路徑的接收機(jī):窄相關(guān)技術(shù)等(3)適當(dāng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間;(4)數(shù)據(jù)處理上加權(quán);參數(shù)法;濾波法;信號(hào)分析法。6、接收機(jī)鐘誤差: 接收機(jī)時(shí)鐘與導(dǎo)航系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的差別。 如何消除:(1)參數(shù)法;(2)鐘差模型改正;(3)求差法;(4)外接原子鐘。7、導(dǎo)航電文:一組反映衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)星鐘改正參數(shù)、電離層延遲修正參數(shù)及衛(wèi)星工作狀態(tài)等信息的二進(jìn)制代碼, 也稱數(shù)據(jù)碼(D碼)。8、偽距:由于衛(wèi)星鐘、接收機(jī)鐘的誤差以及無(wú)線電信號(hào)經(jīng)過(guò)電離層和對(duì)流層中的延遲,實(shí)際測(cè)出的距離A與衛(wèi)星到接收機(jī)的幾何距離B有一定的差值,因此,一般稱量測(cè)出的距離為偽距。9、單差:

16、消除衛(wèi)星鐘差,減少接收機(jī)鐘差,衛(wèi)星星歷誤差,電離層、對(duì)流層誤差雙差:消除衛(wèi)星鐘差,接收機(jī)鐘差三差:解算未知參數(shù)的初始值10. GPS絕對(duì)定位:又稱單點(diǎn)定位,即利用GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)之間的距離觀測(cè)值直接確定用戶接收機(jī)天線在WGS84坐標(biāo)系中相對(duì)于坐標(biāo)系原點(diǎn)(地球質(zhì)心)的絕對(duì)位置GPS絕對(duì)定位:是至少利用兩臺(tái)GPS接收機(jī),同步觀測(cè)相同的GPS衛(wèi)星,確定兩臺(tái)接收機(jī)天線之間的相對(duì)位置(坐標(biāo)差)10、(重點(diǎn)畫圖題)第五章1、 差分觀測(cè)值的定義:將相同頻率的GPS載波相位觀測(cè)值依據(jù)某種方式求差所 獲得的新的組合觀測(cè)值(虛擬觀測(cè)值)2、 差分GPS分為:?jiǎn)位鶞?zhǔn)站差分,具有多個(gè)基準(zhǔn)站的局部區(qū)域差分,廣域差

17、分2、差分觀測(cè)值的特點(diǎn):可以消去某些不重要的參數(shù),或?qū)⒛承?duì)確定待定參數(shù) 有較大負(fù)面影響的因素消去或消弱其影響3、求差方式:(1)站間求差(2)衛(wèi)星間求差(3)歷元間求差.4、RTK(載波相位差): 位于基準(zhǔn)站上的GPS接收機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)通信鏈實(shí) 時(shí)把載波相位觀測(cè)值以及已知的站坐標(biāo)等信息播發(fā) 給附近工作的流動(dòng)用戶接收機(jī)。 配置儀器設(shè)備:(1)GPS接收機(jī);(2)數(shù)據(jù)通信鏈; (3)RTK軟件. 基本原理:構(gòu)建雙差觀測(cè)值。 主要應(yīng)用:實(shí)時(shí)厘米級(jí)高精度定位服務(wù):數(shù)字測(cè)圖、施工放樣、 工程測(cè)量、土地測(cè)量。 缺點(diǎn):(1)作業(yè)范圍有限;(2)定位結(jié)果可靠性較差;(3)定位精度不均勻;(4)作業(yè)過(guò)程需要設(shè)備較

18、多。5、網(wǎng)絡(luò)RTK: 網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)是指在一定區(qū)域內(nèi)建立多個(gè)(三個(gè) 或三個(gè)以上)基準(zhǔn)站,對(duì)該地區(qū)構(gòu)成網(wǎng)狀覆蓋 ,并以 這些基準(zhǔn)站中的一個(gè)或多個(gè)為基準(zhǔn),為該地區(qū)的GPS 用戶實(shí)時(shí)高精度定位提供GPS誤差改正信息。 基本原理:通過(guò)對(duì)多個(gè)連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站的長(zhǎng)時(shí)間觀 測(cè),建立基準(zhǔn)站間的電離層延遲、對(duì)流層延遲以及 軌道誤差模型,精確估計(jì)出移動(dòng)站定位誤差,并通 過(guò)現(xiàn)代通信手段為移動(dòng)站用戶提供實(shí)時(shí)改正信息, 用戶利用上述信息削弱空間相關(guān)誤差,從而大大擴(kuò) 展了基準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的有效服務(wù)范圍,可實(shí)現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi) 厘米級(jí)、精度均勻、高可靠性、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位。 優(yōu)點(diǎn):(1)解算速度快定位精度高,分布均勻。(2)操作簡(jiǎn)單,生產(chǎn)效率高。(3)覆蓋面積大,成本低廉。 6、CORS:由若干個(gè)固定的、連續(xù)運(yùn)行的GNSS參考站,利用現(xiàn) 代計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò),實(shí)時(shí)地向不 同類型、不同需求、不同層次的用戶提供經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的不同類 型的GNSS觀測(cè)值(載波相位,偽距),各種改正數(shù)、狀態(tài)信 息,以及其他有關(guān)GNSS服務(wù)項(xiàng)目的綜合系統(tǒng)。 組成成分:若干個(gè)連續(xù)運(yùn)行的GPS基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)處理控制中心、數(shù)據(jù)傳輸與發(fā)播系統(tǒng)和移動(dòng)站(用戶-單臺(tái)GPS接收機(jī))組成。 功能:(1)差分服務(wù)(2)網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)(3)高精度靜態(tài)

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