某著名院?！锻聊竟こ虦y(cè)量》PPT課件第7章_GPS測(cè)量基本知識(shí)

1、GPSGPS測(cè)量基本知識(shí)測(cè)量基本知識(shí)工程測(cè)量 第7章第7章 GPSGPS測(cè)量基本知識(shí)測(cè)量基本知識(shí)7.1 概述7.2 GPS測(cè)量基本原理 7.3 GPS測(cè)量外業(yè)組織及實(shí)施傳統(tǒng)測(cè)量手段傳統(tǒng)測(cè)量手段傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)與現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)與現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù) 英文全稱是 NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Position System（導(dǎo)航星測(cè)時(shí)與測(cè)距全球定位系統(tǒng)），簡(jiǎn)稱 GPS 有時(shí)也被稱作NAVSTAR GPS。 美國(guó)國(guó)防部負(fù)責(zé)開發(fā) 空基全天侯導(dǎo)航定位系統(tǒng) 用以滿足軍方在地面或近地空間內(nèi)獲取目標(biāo)或載體的位置、速度和時(shí)間信息的要求 也可為民間用戶

2、提供類似但受限的免費(fèi)服務(wù) 7.1 7.1 概述概述一、系統(tǒng)組成一、系統(tǒng)組成 空間部分 地面監(jiān)控部分 用戶部分用戶部分用戶部分主控站主控站USCG空間部分空間部分地面天線地面天線一一 GPSGPS系統(tǒng)介紹系統(tǒng)介紹 24-27顆衛(wèi)星 軌高：21000km 6個(gè)軌道平面（一）空間部分（一）空間部分 主控站(1)+監(jiān)控站(5)+注入站(3)（二）地面監(jiān)控部分（二）地面監(jiān)控部分 主控站：主控站：處理各監(jiān)控站對(duì)GPS的觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正數(shù)等；對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行控制，向衛(wèi)星發(fā)布指令，主控站也具有監(jiān)控站的功能。 監(jiān)控站：監(jiān)控站：接收衛(wèi)星信號(hào)，監(jiān)測(cè)衛(wèi)星的工作狀態(tài)。 注入站：注入站：將主控站計(jì)算出的

3、衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘改正數(shù)等注入到衛(wèi)星中地面監(jiān)控部分的功能地面監(jiān)控部分的功能 配有配有GPSGPS信號(hào)接收裝置并利用信號(hào)接收裝置并利用GPSGPS觀測(cè)值來定位，觀測(cè)值來定位，導(dǎo)航，定時(shí)的用戶（民用導(dǎo)航，定時(shí)的用戶（民用+ +軍用）軍用）（三）用戶部分（三）用戶部分（1 1）按工作原理分：）按工作原理分： 碼相關(guān)型接收機(jī) 平方型接收機(jī) 混合型接收機(jī)（2 2）按信號(hào)通道類型分：）按信號(hào)通道類型分： 多通道接收機(jī) 序貫通道接收機(jī) 多路復(fù)用通道接收機(jī)（3 3）根據(jù)接收信號(hào)的頻率分：）根據(jù)接收信號(hào)的頻率分：n單頻接收機(jī)（L1）n雙頻接收機(jī)（L1+L2）（4 4）根據(jù)接收機(jī)的用途分：）根據(jù)接收機(jī)的用途分：n導(dǎo)

4、航型n測(cè)量型n授時(shí)型接收機(jī)的分類接收機(jī)的分類常用的接收機(jī)品牌常用的接收機(jī)品牌 高精度測(cè)量型 Trimble Leica Ashtech Topcon 導(dǎo)航型 Garmin Magellan 作業(yè)范圍作業(yè)范圍：全球地面覆蓋，無須通視 作業(yè)時(shí)間：作業(yè)時(shí)間：實(shí)時(shí)，全天候 成果精度成果精度：精度高 勞動(dòng)強(qiáng)度勞動(dòng)強(qiáng)度：自動(dòng)化程度高 三維坐標(biāo)三維坐標(biāo)：真三維坐標(biāo)GPSGPS的特點(diǎn)的特點(diǎn)GPSGPS測(cè)量的時(shí)間系統(tǒng)和坐標(biāo)系統(tǒng)測(cè)量的時(shí)間系統(tǒng)和坐標(biāo)系統(tǒng)SIATGPST19時(shí)間系統(tǒng)：坐標(biāo)系統(tǒng): WGS-847.2 GPS7.2 GPS測(cè)量基本原理測(cè)量基本原理一、一、GPSGPS信號(hào)信號(hào) GPS衛(wèi)星發(fā)射兩種頻率的載波

5、信號(hào)： L1：10.23MHZ*154；波長(zhǎng)19cm L2：10.23MHZ*120；波長(zhǎng)24.42cm在L1和L2上又分別調(diào)制了:測(cè)距碼（C/A碼，P碼）+ 數(shù)據(jù)碼 C/A碼（米）：一個(gè)碼元寬度對(duì)應(yīng)距離293米，測(cè)距誤差（1/100）2.93米 P碼（米）；一個(gè)碼元寬度對(duì)應(yīng)距離29.3米，測(cè)距誤差（1/100）0.293米 L1載波相位 L2載波相位 導(dǎo)航電文（星歷）（實(shí)時(shí)廣播星歷）+（事后精密星歷）二二 、GPS定位的常用觀測(cè)值L1L1載波相位觀測(cè)值載波相位觀測(cè)值L2L2載波相位觀測(cè)值載波相位觀測(cè)值調(diào)制在調(diào)制在L1L1上的上的C/AC/A碼偽距碼偽距調(diào)制在調(diào)制在L1L1上的上的P P碼偽距

6、碼偽距調(diào)制在調(diào)制在L2L2上的上的P P碼偽距碼偽距L1L1上的多普勒頻移上的多普勒頻移L2L2上的多普勒頻移上的多普勒頻移 實(shí)際上，在進(jìn)行GPS定位時(shí)，除了大量地使用上面的觀測(cè)值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以外，還經(jīng)常使用由上面的若干種觀測(cè)值通過某些組合而形成的一些特殊觀測(cè)值，如寬巷觀測(cè)值（Wide-Lane）、窄巷觀測(cè)值（Narrow-Lane）、消除電離層延遲的觀測(cè)值（Ion-Free）來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。三三 GPSGPS定位模式定位模式 定位模式定位模式 絕對(duì)定位(靜態(tài)與動(dòng)態(tài)) 相對(duì)定位(靜態(tài)與動(dòng)態(tài)) 差分定位四、偽距測(cè)量與載波相位測(cè)量四、偽距測(cè)量與載波相位測(cè)量)()()(0IntNttjikijkjk

7、tbtatropioncvcv 五、絕對(duì)定位五、絕對(duì)定位222222222222)()()()()()()()()(CCCCBBBBAAAAzzyyxxzzyyxxzzyyxx需要線性化需要線性化該觀測(cè)方程該觀測(cè)方程六、相對(duì)定位六、相對(duì)定位)()()(12tttjjj)()()()()()()(1212tttttttjjkkjkk)()()()()()()()()()()(111211122122212212tttttttttttjjkkjjkkkkk單差：（一）與衛(wèi)星有關(guān)的誤差（一）與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 衛(wèi)星軌道誤差衛(wèi)星軌道誤差 衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差七、七、 GPSGPS測(cè)量的誤差來源測(cè)量的誤差來源

8、（二）與傳播途徑有關(guān)的誤差（二）與傳播途徑有關(guān)的誤差 電離層折射電離層折射 對(duì)流層折射對(duì)流層折射 多路徑效應(yīng)多路徑效應(yīng)（三）與接收設(shè)備有關(guān)的誤差（三）與接收設(shè)備有關(guān)的誤差 接收機(jī)鐘差接收機(jī)鐘差 接收機(jī)軟件和硬件產(chǎn)生的誤差接收機(jī)軟件和硬件產(chǎn)生的誤差 接收機(jī)天線相位中心的偏差及變化接收機(jī)天線相位中心的偏差及變化相對(duì)的天線相位中心的偏差及變化相對(duì)的天線相位中心的偏差及變化絕對(duì)的天線相位中心的偏差及變化絕對(duì)的天線相位中心的偏差及變化（四）其它影響（四）其它影響 地球潮汐 固體潮 負(fù)荷潮（海潮，大氣負(fù)荷） 數(shù)據(jù)處理軟件的影響 數(shù)據(jù)處理軟件的算法不完善 一、 GPS控制網(wǎng)分類 一類是：國(guó)家或區(qū)域性的高精度

9、的GPS控制網(wǎng)，相鄰點(diǎn)的距離通常是從數(shù)千公里至數(shù)百公里，其主要任務(wù)是作為高精度三維國(guó)家大地測(cè)量控制網(wǎng)，以獲得國(guó)家大地坐標(biāo)系與世界大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)，為地學(xué)和空間科學(xué)等方面的科學(xué)研究工作服務(wù)；或者是對(duì)GPS網(wǎng)進(jìn)行重復(fù)觀測(cè)，用以研究地區(qū)性的板塊運(yùn)動(dòng)或地殼形變規(guī)律等問題。 另一類是：局部性的GPS控制網(wǎng)，包括城市或礦區(qū)GPS控制網(wǎng)，或其它工程控制網(wǎng)。相鄰點(diǎn)間的距離為幾公里至幾十公里，其主要任務(wù)是直接為城市建設(shè)或工程建設(shè)服務(wù)。7.3 GPS7.3 GPS測(cè)量外業(yè)組織及實(shí)施測(cè)量外業(yè)組織及實(shí)施7.3.1 GPS7.3.1 GPS網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)二、二、GPSGPS控制網(wǎng)布設(shè)原則控制網(wǎng)布設(shè)原則 1

10、. GPS網(wǎng)一般應(yīng)通過獨(dú)立觀測(cè)邊構(gòu)成閉合圖形,以增加檢核條件，提高網(wǎng)的可靠性。2. GPS網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)盡量與原有地面控制點(diǎn)相重合。重合點(diǎn)一般不應(yīng)少于3個(gè)，且在網(wǎng)中應(yīng)分布均勻，以便可靠地確定GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。3. GPS網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)考慮與部分水準(zhǔn)點(diǎn)相重合，以便為大地水準(zhǔn)面的研究提供資料。4. 為了便于觀測(cè)和水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)，GPS網(wǎng)點(diǎn)一般應(yīng)設(shè)在視野開闊和容易到達(dá)的地方。5. 為了便于用經(jīng)典方法聯(lián)測(cè)或擴(kuò)展，可在網(wǎng)點(diǎn)附近布設(shè)一通視良好的方位點(diǎn)，以建立聯(lián)測(cè)方向。方位點(diǎn)與觀測(cè)站的距離一般要大于300m。 級(jí)別項(xiàng)目二等三等四等一級(jí)二級(jí)固定誤差a/mm1010101015比例誤差系數(shù)b/ppm25101020相鄰

11、點(diǎn)平均距離/km95211閉合環(huán)或附合路線的邊數(shù)/條68101010全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程 三、三、GPSGPS測(cè)量精度分級(jí)測(cè)量精度分級(jí) 四、四、GPSGPS網(wǎng)形設(shè)計(jì)網(wǎng)形設(shè)計(jì)五、選點(diǎn)和埋石五、選點(diǎn)和埋石 視等級(jí)要求進(jìn)行埋石六、坐標(biāo)系統(tǒng)和起算數(shù)據(jù)六、坐標(biāo)系統(tǒng)和起算數(shù)據(jù) GPS測(cè)量結(jié)果：WGS-84坐標(biāo) 控制網(wǎng)成果：國(guó)家坐標(biāo)或地方獨(dú)立坐標(biāo)7.3.2 7.3.2 外業(yè)組織外業(yè)組織1選擇作業(yè)模式。2GPS衛(wèi)星預(yù)報(bào)和觀測(cè)調(diào)度計(jì)劃。3天線安置。4觀測(cè)作業(yè)。5觀測(cè)記錄與測(cè)量手簿。7.3.3 7.3.3 數(shù)據(jù)處理及成果檢核數(shù)據(jù)處理及成果檢核1GPS基線向量的計(jì)算及檢核2GPS

12、網(wǎng)平差（無約束平差和約束平差）3. 提交成果n技術(shù)設(shè)計(jì)說明書n衛(wèi)星可見性預(yù)報(bào)表和觀測(cè)計(jì)劃nGPS網(wǎng)示意圖nGPS觀測(cè)數(shù)據(jù)nGPS基線解算結(jié)果nGPS基點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)nGPS基點(diǎn)的國(guó)家坐標(biāo)中的坐標(biāo)或地方坐標(biāo)系中的坐標(biāo) GPSGPS應(yīng)用（簡(jiǎn)介）應(yīng)用（簡(jiǎn)介）一、軍事方面的應(yīng)用一、軍事方面的應(yīng)用1. 1. 導(dǎo)彈制導(dǎo)導(dǎo)彈制導(dǎo)2.2.炮兵定向炮兵定向3.3.單兵導(dǎo)航單兵導(dǎo)航二、交通運(yùn)輸中的應(yīng)用二、交通運(yùn)輸中的應(yīng)用1. 1.車載導(dǎo)航系統(tǒng)車載導(dǎo)航系統(tǒng)GPS+無線數(shù)據(jù)通訊技術(shù)GPS+便攜電話GPS+衛(wèi)星通訊電話GPS+無線電臺(tái)銀行車、救護(hù)車、救火車、公共汽車、出租車、保險(xiǎn)業(yè)。電臺(tái)電臺(tái)監(jiān)視屏監(jiān)視屏計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)2.2.動(dòng)態(tài)目標(biāo)監(jiān)控動(dòng)態(tài)