GPS原理-中海達2015年1215

概述

GPS是英文GlobalPositioningSystem的縮寫,意為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。它是美國國防部為滿足軍事部門對海上、陸地和空中設(shè)施進行高精度導(dǎo)航和定位的需要而建立的。該系統(tǒng)于1973年開始設(shè)計、研究，歷時20年，耗資約200億美元，于1993年6月系統(tǒng)建成并投入使用。它從根本上解決了人類在地球上的導(dǎo)航和定位問題，在軍事和工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。給導(dǎo)航和定位技術(shù)帶來了巨大的變化。第一頁，共110頁。GPS系統(tǒng)的特點1、全球性，全天候工作：能為用戶提供連續(xù)，實時的三維位置，三維速度和精密時間。不受天氣的影響。

2、定位精度高：單機定位精度優(yōu)于10米，采用差分定位，精度可達厘米級和毫米級。

3、功能多，應(yīng)用廣：隨著人們對GPS認識的加深，GPS不僅在測量，導(dǎo)航，測速，測時等方面得到更廣泛的應(yīng)用，而且其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大第二頁，共110頁。Yourlocationis:45o23.323’N126o02.162’WGPS系統(tǒng)構(gòu)成整個系統(tǒng)有三部分構(gòu)成：GPS星座地面監(jiān)控站用戶接收機第三頁，共110頁。GPS星座由均勻分布在6個軌道平面上的24顆衛(wèi)星組成(第二代衛(wèi)星升空后現(xiàn)在是28顆左右[增加了L5頻段,L2頻段加載C/A碼])，軌道間交角60°其中兩個與赤道面交角55°衛(wèi)星距地面20200km,繞圓軌道一周需11小時58分，所以人們每天提前4分鐘見到同一顆衛(wèi)星。

第四頁，共110頁。GPS衛(wèi)星的作用向用戶連續(xù)不斷地發(fā)送導(dǎo)航定位信號，并用導(dǎo)航電文報告自己的位置以及其它在軌衛(wèi)星的位置接收地面注入站發(fā)送到衛(wèi)星的導(dǎo)航電文和其它信息，并通過GPS信號發(fā)送給用戶接收地面主控站發(fā)送到衛(wèi)星的調(diào)度指令。第五頁，共110頁。地面監(jiān)控站一個主控站：位于科羅拉多三個注入站：大西洋的阿松森、印度洋的迭戈·伽西亞、太平洋的卡瓦加蘭五個監(jiān)控站：除以上四個，還有在夏威夷一個第六頁，共110頁。地面監(jiān)控站的作用收集數(shù)據(jù)：氣象、衛(wèi)星時鐘、衛(wèi)星工作狀態(tài)編算導(dǎo)航電文：計算衛(wèi)星星歷、時鐘改正、狀態(tài)數(shù)據(jù)、信號傳播改正診斷狀態(tài)：監(jiān)測地面系統(tǒng)、檢驗導(dǎo)航電文調(diào)度衛(wèi)星：軌道改正、啟用備用衛(wèi)星GPS的控制部分由分布在全球的由若干個跟蹤站所組成的監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)其作用的不同這些跟蹤站又被分為主控站、監(jiān)控站和注入站。主控站有一個位于美國克羅拉多Colorado的法爾孔Falcon空軍基地。它的作用是根據(jù)各監(jiān)控站根據(jù)GPS的觀測數(shù)據(jù)，計算出衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)通過注入站注入到衛(wèi)星中去；同時它還對衛(wèi)星進行控制，向衛(wèi)星發(fā)布指令，當(dāng)工作衛(wèi)星出現(xiàn)故障時調(diào)度備用衛(wèi)星替代失效的工作衛(wèi)星工作；另外主控站也具有監(jiān)控站的功能。監(jiān)控站有五個除了主控站外還有四個分別位于夏威夷(Hawaii)、阿松森群島(Ascencion)、迭哥伽西亞(DiegoGarcia)、卡瓦加蘭(Kwajalein)。監(jiān)控站的作用是接收衛(wèi)星信號、監(jiān)測衛(wèi)星的工作狀態(tài)。注入站有三個。它們分別位于阿松森群島、迭哥伽西亞、卡瓦加蘭。注入站的作用是將主控站計算出的衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘的改正數(shù)等注入到衛(wèi)星中去。第七頁，共110頁。用戶接收機部分基本部分：GPS接收機、GPS天線你的位置：45o45’17.42N126o41’18.87W輔助部分：電源,固定和對中裝置（即角架、基座）等第八頁，共110頁。

用戶設(shè)備部分：GPS測量概述第九頁，共110頁。GPS接收機捕獲、跟蹤衛(wèi)星，接收GPS信號并將它變換、放大和處理，測量信號傳播時間進以計算三維坐標、速度、時間接收機不僅需要機內(nèi)軟件，還需要GPS數(shù)據(jù)后處理軟件包才完整按接收的載波頻率類別多少，分為單頻（L1）和雙頻（L1、L2）第十頁，共110頁。GPS信號載波信號：調(diào)制有導(dǎo)航電文和偽隨機碼，有兩種：L1（19cm，1575.42MHz）；L2（24cm，1227.60MHz）偽隨機碼：是一個“開”、“關(guān)”脈沖的序列，由衛(wèi)星產(chǎn)生并發(fā)送至用戶接收機，調(diào)制導(dǎo)航電文形成組合碼，C/A碼和P碼兩種導(dǎo)航電文：關(guān)于衛(wèi)星軌道、時鐘改正和其它系統(tǒng)狀態(tài)信息的低頻信號第十一頁，共110頁。GPS發(fā)展歷程無線電導(dǎo)航系統(tǒng)

●羅蘭--C

●Omega（奧米茄）

●多普勒系統(tǒng)衛(wèi)星定位系統(tǒng)

●NNSS子午儀系統(tǒng) ●GPS

●GLONASS系統(tǒng) ●雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（北斗一號） ●加俐略系統(tǒng)

第十二頁，共110頁。GNSS原理概要什么是GNSS？全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)：一個能在地球表面或近地空間的任何地點為適當(dāng)裝備的用戶提供24小時、三維坐標和速度以及時間信息的空基無線電定位系統(tǒng)，包括一個或多個衛(wèi)星星座及其支持特定工作所需的增強系統(tǒng)。全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)Global

Navigation

Satellite

System第十三頁，共110頁。廣州中海達衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司GNSS系統(tǒng)北斗GPS伽利略格洛納斯第十四頁，共110頁。多個衛(wèi)星星座增強系統(tǒng)SBASGPSGLONASSBeiDouGalileo…GNSS內(nèi)涵WAAS美國EGNOS歐洲MSAS日本SDCM俄羅斯GAGAN印度>100顆衛(wèi)星GNSS原理概要第十五頁，共110頁。目前能使用的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)美國GPS28顆衛(wèi)星俄羅斯GLONASS30顆衛(wèi)星歐盟伽利略30顆衛(wèi)星中國北斗導(dǎo)航系統(tǒng)35顆衛(wèi)星第十六頁，共110頁。GLONASS系統(tǒng)

GLONASS是GLObalNAvigationSatelliteSystem(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))的字頭縮寫，是前蘇聯(lián)從80年代初開始建設(shè)的與美國GPS系統(tǒng)相類似的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，也由衛(wèi)星星座、地面監(jiān)測控制站和用戶設(shè)備三部分組成。2007年運營，2009年覆蓋全球，現(xiàn)在由俄羅斯空間局管理。

GLONASS系統(tǒng)的衛(wèi)星星座由24顆衛(wèi)星組成，均勻分布在3個近圓形的軌道平面上，每個軌道面8顆衛(wèi)星，軌道高度19100公里，運行周期11小時15分，軌道傾角64.8°。

GLONASS衛(wèi)星的載波上也調(diào)制了兩種偽隨機噪聲碼：S碼和P碼。

該系統(tǒng)系統(tǒng)單點定位精度水平方向為16m，垂直方向為25m。

2014年3月24日發(fā)射第一顆2014年6月15日發(fā)射第二顆2014年12月1日發(fā)射第三顆

據(jù)中新社報道：俄羅斯打算在2018年前建成一個由10顆軍用衛(wèi)星組成的統(tǒng)一的空間防御系統(tǒng)，為俄羅斯的導(dǎo)彈防御提供可靠的空間保障。

到2020年格洛納斯精度將達到0.6米。第十七頁，共110頁。加俐略(Galileo)系統(tǒng)是將來精度最高的全開放的新一代定位系統(tǒng)伽利略系統(tǒng)曾經(jīng)是中國擺脫依賴GPS的希望,參股5%,美國控股迫使中國走向自主研發(fā)系統(tǒng)組成：①衛(wèi)星星座：由3個獨立的圓形軌道，30顆衛(wèi)星組成（27顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星）。衛(wèi)星的軌道傾角i=56°；衛(wèi)星的公轉(zhuǎn)周期T=14h23m14S恒星時；軌道高度H=23616km。②地面系統(tǒng)：在歐洲建立2個控制中心；在全球構(gòu)建監(jiān)控網(wǎng)。③定位原理：與GPS相同。④定位精度：導(dǎo)航定位精度比目前任何系統(tǒng)都高。計劃實施：①1994年開始進入方案論證階段；②2003年開始發(fā)射兩顆試驗衛(wèi)星進入試驗階段；③預(yù)計2008年整個伽利略系統(tǒng)建成并投入使用；但由于多種原因一直在推遲2012年10月12日用“聯(lián)盟”火箭成功發(fā)射2顆伽利略系統(tǒng)衛(wèi)星伽利略計劃遇到的最大問題是缺錢。該計劃提出之初，歐盟和歐洲空間局的設(shè)想是，該項目的三分之二資金由私人投資者提供，其余三分之一由歐盟和歐洲空間局分擔(dān)。但私人投資遲遲不到位，而項目預(yù)算則從最初的77億歐元飆升到200多億歐元。2014年8月，伽利略全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)第二批一顆衛(wèi)星成功發(fā)射升空，太空中已有的6顆正式的伽利略系統(tǒng)衛(wèi)星

第十八頁，共110頁。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

預(yù)計35顆衛(wèi)星5顆定軌衛(wèi)星30顆動態(tài)衛(wèi)星包含通訊定位軍事等應(yīng)用功能北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自行研制開發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通訊系統(tǒng)（CNSS），是除美國的（GPS）、俄羅斯的GLONASS之后第三個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)?？稍谌蚍秶鷥?nèi)全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠的定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)，并兼具短報文通信能力。發(fā)射第一顆北斗導(dǎo)航試驗衛(wèi)星，之后陸續(xù)發(fā)射共4顆試驗衛(wèi)發(fā)射第一顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星2015年3月30日發(fā)射第17顆導(dǎo)航衛(wèi)星，7月25日18、19顆衛(wèi)星2015年9月30日發(fā)射了第20顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)新聞發(fā)言人表示，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將在2020年形成全球覆蓋能力?，F(xiàn)在公布北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的精度是25米，以后可達到10米，定位精度越高，應(yīng)用的范圍就越廣泛。我們現(xiàn)在發(fā)射了20顆衛(wèi)星。如果希望實現(xiàn)2020年覆蓋全球能力的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，至少需要發(fā)射30顆衛(wèi)星。衛(wèi)星發(fā)射越多，對精度貢獻越大。

第十九頁，共110頁。北斗與GPS主要區(qū)別覆蓋范圍：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)同步衛(wèi)星是覆蓋中國本土的區(qū)域衛(wèi)星數(shù)量和軌道雙向定位：知道你在哪里和我在哪里。短報文通信：北斗系統(tǒng)用戶終端具有雙向報文通信功能，用戶可以一次傳送40-60個漢字的短報文信息。系統(tǒng)容納的最大用戶數(shù)：每小時540000戶。生存能力:北斗如果主控站被炸毀則無法定位實時性：因為是雙向定位，時間延遲就更長了，因此對于高速運動體，就加大了定位的誤差

第二十頁，共110頁。第二十一頁，共110頁。GPS坐標表示如何表示地面任意一點的位置？第二十二頁，共110頁。坐標如何表示美劇《越獄》第二季十一集劇照第二十三頁，共110頁。GPS坐標系WGS-84：a=6378137m，f=1/298.257223563aba=長半軸b=短半軸balfH橢球模型第二十四頁，共110頁。WGS-84坐標系WGS-84坐標系是目前GPS所采用的坐標系統(tǒng)，GPS所發(fā)布的星歷參數(shù)和歷書參數(shù)等都是基于此坐標系統(tǒng)的。WGS-84坐標系統(tǒng)的全稱是WorldGeodicalSystem-84(世界大地坐標系-84),

它是一個地心地固坐標系統(tǒng)。WGS-84坐標系統(tǒng)由美國國防部制圖局建立，于1987年取代了當(dāng)時GPS所采用的坐標系統(tǒng)WGS-72坐標系統(tǒng)而成為現(xiàn)在GPS所使用的坐標系統(tǒng)。第二十五頁，共110頁。1954年北京坐標系

我國目前廣泛采用的大地測量坐標系。該坐標系源自于原蘇聯(lián)采用過的1942年普爾科夫坐標系。原點在原蘇聯(lián)的普爾科夫，該坐標系采用的參考橢球是克拉索夫斯基橢球。第二十六頁，共110頁。1980年西安大地坐標系 1978年我國決定重新對全國天文大地網(wǎng)施行整體平差，并且建立新的國家大地坐標系統(tǒng)。原點在陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)北洪流村。整體平差在新大地坐標系統(tǒng)中進行，這個坐標系統(tǒng)就是1980年西安大地坐標系統(tǒng)。1980年西安大地坐標系統(tǒng)所采用的地球橢球參數(shù)的四個幾何和物理參數(shù)采用了IAG1975年的推薦值第二十七頁，共110頁。2000國家大地坐標系

經(jīng)國務(wù)院批準，根據(jù)《中華人民共和國測繪法》，我國自2008年7月1日起啟用2000國家大地坐標系。

2008年3月，由國土資源部正式上報國務(wù)院《關(guān)于我國采用2000國家大地坐標系的請示》，并于2008年4月獲得國務(wù)院批準。自2008年7月1日起，我國將全面啟用2000國家大地坐標系，國家測繪局受權(quán)組織實施。在我國建立、使用2000國家大地坐標系，需要將現(xiàn)有的參心坐標系下成果轉(zhuǎn)換到2000國家大地坐標系中。2000國家大地坐標系與現(xiàn)行國家大地坐標系轉(zhuǎn)換、銜接的過渡期為8年至10年。若現(xiàn)在仍采用現(xiàn)行的二維、非地心的坐標系，不僅制約了地理空間信息的精確表達和各種先進的空間技術(shù)的廣泛應(yīng)用，無法全面滿足當(dāng)今氣象、地震、水利、交通等部門對高精度測繪地理信息服務(wù)的要求，而且也不利于與國際上民航與海圖的有效銜接，因此采用地心坐標系已勢在必行。第二十八頁，共110頁。GPS高程和海拔高h=正常高H=橢球高(大地高)N=大地水準面高(正高)NNNhhhHHH地面橢球大地水準面第二十九頁，共110頁。大地高系統(tǒng)大地高系統(tǒng)是以參考橢球面為基準面的高程系統(tǒng)，某點的大地高是該點到通過該點的參考橢球的法線與參考橢球面的交點間的距離。大地高也稱為橢球高。大地高一般用符號H表示。大地高是一個純幾何量，不具有物理意義，同一個點在不同的基準下具有不同的大地高。第三十頁，共110頁。正高系統(tǒng)

正高系統(tǒng)是以大地水準面為基準的高程系統(tǒng)，某點的正高是該點到通過該點的鉛垂線與大地水準面的交點之間的距離。（大地水準面到參考橢球面的距離稱為大地水準面差距）第三十一頁，共110頁。正常高系統(tǒng)

正常高系統(tǒng)是以似大地水準面為基準的高程系統(tǒng)，某點的正常高是該點到通過該點的鉛垂線與似大地水準面的交點之間的距離。（似大地水準面到參考橢球面的距離稱為高程異常）常見的是56黃海高程系統(tǒng)和85國家高程系統(tǒng)第三十二頁，共110頁。定位是GPS的基本功能。GPS如何實現(xiàn)定位？GPS測量概述第三十三頁，共110頁。GPS測距原理五個邏輯步驟：三角測量測量距離精確定時衛(wèi)星監(jiān)控誤差剔除第三十四頁，共110頁。第一步：三角測量衛(wèi)星位置已知，我們的位置未知。

我們接收機位于以衛(wèi)星為中心，以我們離衛(wèi)星的距離為半徑的球面上。

兩個衛(wèi)星球面相交成一個圓，我們就在這個圓上。

如果又測得了第三顆衛(wèi)星的距離，那我們的位置范圍就縮小到了兩個點上。

由于技術(shù)原因，還需要測第四顆衛(wèi)星，這樣就知道我們的位置了！第三十五頁，共110頁。廣州中海達衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司GPS定位原理空間距離交會法定位d3在太空中！第三十六頁，共110頁。GPS定位原理第三十七頁，共110頁。廣州中海達衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司GPS定位原理GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點的位置。如圖所示，假設(shè)t時刻在地面待測點上安置GPS接收機，可以測定GPS信號到達接收機的時間△t，再加上接收機所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定以下四個方程式）第三十八頁，共110頁。第二步距離測量衛(wèi)星和我們接收機的距離怎么得來的呢？很簡單，衛(wèi)星信號傳播的速度可以光速計，那么,速度x時間=距離.關(guān)鍵是時間怎么測量第三十九頁，共110頁。信號傳播時間怎么來？假設(shè)衛(wèi)星和接收機同時產(chǎn)生同樣的偽隨機碼對比這兩個碼得出GPS信號傳播的延遲就是傳播歷經(jīng)的時間（通常很短）再用這個時間乘以光速得出距離第四十頁，共110頁。第三步精確定時時間測量的精確與否關(guān)系重大，誤差千分之一秒，距離誤差可達200m！原子鐘:(100萬年差0.1秒)原子鐘不是依靠原子能工作的，之所以得名是因為它們使用一種特殊原子的振動作為它們的節(jié)拍器。這種定時形式比人們開發(fā)出來的時鐘更穩(wěn)定、更精確。這么高精度的東西價值40～50萬元！不可能作為民用接收機的配件！第四十一頁，共110頁。第四步衛(wèi)星監(jiān)控衛(wèi)星的確切位置DOD(美國國防部)事先已經(jīng)確定好了，坐標系也是確定的，這樣就能定出我們接收機的位置DOD還會連續(xù)不斷地監(jiān)控衛(wèi)星軌道的誤差，并把這些誤差傳到接收機里，我們不用擔(dān)心衛(wèi)星方面的問題！第四十二頁，共110頁。第五步誤差剔除GPS誤差源：衛(wèi)星時鐘影響小軌道誤差影響小電離層影響大對流層影響大接收機噪音影響較小多路徑影響較大第四十三頁，共110頁。第四十四頁，共110頁。第四十五頁，共110頁。優(yōu)點：全天侯使用、無需通視、作用范圍廣、精度高、操作方便缺點：受環(huán)境影響較大、不能有遮擋GNSS產(chǎn)品應(yīng)用的優(yōu)缺點

第四十六頁，共110頁。常見定位技術(shù)根據(jù)定位模式：單點定位（絕對定位）相對定位差分定位根據(jù)定位時接收機天線的運動狀態(tài)：靜態(tài)定位動態(tài)定位根據(jù)定位時效：實時定位事后定位根據(jù)觀測值類型：偽距測量載波相位測量第四十七頁，共110頁。單點定位（絕對定位）定義是以地球質(zhì)心為參照點，在一個測站上只需一臺接收機，獨立確定待定點在WGS-84坐標系中的絕對位置。其特點：只需一臺接收機作業(yè)，組織實施簡單；但定位精度較低（受星歷誤差、星鐘誤差及衛(wèi)星信號在大氣傳播中的的延遲誤差的影響比較顯著）。該定位模式在船舶、飛機的導(dǎo)航，地質(zhì)礦產(chǎn)勘探，暗礁定位，建立浮標，海洋捕魚及低精度測量領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。第四十八頁，共110頁。精密單點定位技術(shù)(PrecisePointPositioning，簡稱PPP技術(shù))是當(dāng)前GPS界研究的熱點之一。它是相對于一般的單點定位而言的。利用GPS的精密星歷和鐘差文件，以載波相位和偽距為觀測資料，進行獨立的單點精密定位。目前，根據(jù)一天的觀測值所求得的點位的平面位置精度可達2－3cm，高程精度可達3－4cm?，F(xiàn)處于研究、發(fā)展階段，將有廣泛的應(yīng)用前景。精密單點定位第四十九頁，共110頁。相對定位定義確定進行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。換句話說相對定位的目的在于確定兩點間的矢量，通常稱為基線。特點優(yōu)點：定位精度高缺點：多臺接收共同作業(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)航第五十頁，共110頁。靜態(tài)相對定位普通靜態(tài)定位(1)作業(yè)方式:

采用兩臺（或兩臺以上）接收設(shè)備，分別安置在一條或數(shù)條基線的兩個端點，同步觀測4顆以上衛(wèi)星，每時段長45分鐘至2個小時或更多。

(2)精度:

基線的相對定位精度可達5mm+1ppm·D，D為基線長度（KM）。(3)適用范圍:

建立全球性或國家級大地控制網(wǎng)，建立地殼運動監(jiān)測網(wǎng)、建立長距離檢校基線、進行島嶼與大陸聯(lián)測、鉆井定位及精密工程控制網(wǎng)建立等。(4)注意事項:

所有已觀測基線應(yīng)組成一系列封閉圖形，以利于外業(yè)檢核，提高成果可靠度。并且可以通過平差，有助于進一步提高定位精度。第五十一頁，共110頁。靜態(tài)相對定位快速靜態(tài)定位(1)作業(yè)方法:在測區(qū)中部選擇一個基準站，并安置一臺接收設(shè)備連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星；另一臺接收機依次到各點流動設(shè)站，每點觀測數(shù)分鐘。(2)精度:流動站相對于基準站的基線中誤差為5mm±1ppm·D。(3)應(yīng)用范圍:控制網(wǎng)的建立及其加密、工程測量、地籍測量、大批相距百米左右的點位定位。(4)注意事項:在測量時段內(nèi)應(yīng)確保有5顆以上衛(wèi)星可供觀測；流動點與基準點相距應(yīng)不超過20km；流動站上的接收機在轉(zhuǎn)移時，不必保持對所測衛(wèi)星連續(xù)跟蹤，可關(guān)閉電源以降低能耗。(5)優(yōu)缺點:優(yōu)點：作業(yè)速度快、精度高、能耗低；缺點：二臺接收機工作時，構(gòu)不成閉合圖形，可靠性差。第五十二頁，共110頁。動態(tài)相對定位☆差分GPS（DGPS）:以測距碼為根據(jù)的實時動態(tài)相對定位，精度低；☆

RTK:以載波為根據(jù)的實時動態(tài)相對定位，可獲得厘米級精度。實時動態(tài)相對定位第五十三頁，共110頁。常見差分定位系統(tǒng):

1、信標差分2、星站差分

3、RTK4、CORS

第五十四頁，共110頁。信標差分系統(tǒng)

為了適應(yīng)國民經(jīng)濟、國際貿(mào)易和社會發(fā)展的需要、滿足航行在我國主要港口、重要水道和沿岸的運輸船舶，以及國防、海洋測繪、海洋是有及海洋漁業(yè)海上交通安全、疏浚、引航等多種高精度用戶的需求，由國家交通部安全監(jiān)督局布局規(guī)劃了我國在沿海海域的無線電差分指向標信號。信標即上面提到的差分改正信號。遍及中國沿海的各信標臺站都在實時的不間斷發(fā)布信標信號。這樣，一旦您擁有了一臺信標接收機，再配合GPS接收機使用，您就可以得到高精度的實時定位結(jié)果?！皢螜C”即可得到小于一米的定位精度。第五十五頁，共110頁。WAAS–

廣域增強系統(tǒng)WideAreaAugmentationSystemSBAS–星基增強系統(tǒng)WAAS是美國聯(lián)邦航空局及美國交通部為提升飛行精確度而發(fā)展出來的，因為目前單獨使用GPS并無法達到聯(lián)邦航空局針對精確飛行導(dǎo)航所設(shè)定的要求。WAAS包含了約25個地面參考站臺，位置散布于美國境內(nèi)，負責(zé)監(jiān)控GPS衛(wèi)星的資料。其中兩個分別位于美國東西岸的主站臺搜集其它站臺傳來的資料，并據(jù)此計算出GPS衛(wèi)星的軌道偏移量、電子鐘誤差，以及由大氣層及電離層所造成的訊息延遲時間，匯整后經(jīng)由兩顆位在赤道上空之同步衛(wèi)星的其中之一傳播出去。此WAAS訊號的發(fā)送頻率與GPS訊號的頻率相同，因此任何具備WAAS功能的GPS機臺都可接收此訊號，并藉此修正定位信息。WAAS可以校正由電離層干擾、時序控制不正確以及衛(wèi)星軌道錯誤等因素所造成的GPS訊號誤差，也能提供各衛(wèi)星是否正常運轉(zhuǎn)之信息。雖然WAAS目前尚未正式通過美國航空局的飛行使用認證，但此系統(tǒng)已開放給一般民眾使用第五十六頁，共110頁。

星站差分系統(tǒng)組成

系統(tǒng)有五個部分組成：

1、參考站；

2、數(shù)據(jù)處理中心；

3、注入站；

4、地球同步衛(wèi)星；

5、用戶站。

目前全球發(fā)展的SBAS系統(tǒng)有：美國的廣域增強系統(tǒng)(WAAS)覆蓋美洲大陸歐空局接收衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(EGNOS)覆蓋歐洲大陸

日本的多功能衛(wèi)星增強系統(tǒng)（MSAS）覆蓋亞洲大陸。第五十七頁，共110頁。（數(shù)據(jù)鏈）載波相位差分原理:基準站載波相位觀測值、已知坐標

將接收的載波相位與來自基準站的載波相位組成相位差分觀測值，通過實時處理確定用戶站的坐標。接收GPS衛(wèi)星的載波相位。用戶接收機基準站:已知坐標(X0,Y0,Z0)RTK工作原理第五十八頁，共110頁。

基準站接收機設(shè)在參考點位上，連續(xù)接收所有可視GPS衛(wèi)星信號，并將測站坐標、觀測值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及接收機工作狀態(tài)通過數(shù)據(jù)鏈發(fā)送出去，流動站接收機在跟蹤GPS衛(wèi)星信號的同時接收來自基準站的數(shù)據(jù)，求載波相位整周模糊度，在通過相對定位模型獲取所在點相對基準站的坐標和精度指標。在系統(tǒng)內(nèi)進行實時處理，給出厘米級定位結(jié)果。RTK系統(tǒng)RTK(RealTimeKinematic)

--實時動態(tài)載波相位差分定位技術(shù)第五十九頁，共110頁。RTK傳輸差分模式對比1、電臺傳輸差分數(shù)據(jù)傳統(tǒng)的差分數(shù)據(jù)傳輸模式：差分數(shù)據(jù)通過電臺傳到移動站優(yōu)點：信號穩(wěn)定，速度快缺點：距離受地形限制，作用距離較近（一般小于15KM）2、網(wǎng)絡(luò)傳輸差分數(shù)據(jù)（GPRS\GSM\CDMA）新的差分數(shù)據(jù)傳輸模式：差分數(shù)據(jù)通過手機網(wǎng)絡(luò)傳到移動站優(yōu)點：距離不受受地形限制，作用距離遠。（手機網(wǎng)絡(luò)信號，不受距離限制，因為主板解算原因，解算距離可達30KM）缺點：信號受手機網(wǎng)絡(luò)信號質(zhì)量影響RTK組成部分第六十頁，共110頁。RTK數(shù)據(jù)鏈示意圖第六十一頁，共110頁。連續(xù)運行參考站（CORS）VRS

–

VirtualReferenceStation原理利用基準站網(wǎng)計算出用戶附近某點（虛擬參考站）各項誤差改正，再將它們加到利用虛擬參考站坐標和衛(wèi)星坐標所計算出的距離之上，得出虛擬參考站上的虛擬觀測值，將其發(fā)送給用戶，進行實時相對定位。特點精度和可靠性高屬網(wǎng)絡(luò)RTK第六十二頁，共110頁。動態(tài)相對定位☆Stop&Go（準動態(tài)定位）:(1)作業(yè)方法:

在測區(qū)選擇一個基準點，安置接收機工連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星；將另一臺流動接收機先置于1號站觀測；在保持對所測衛(wèi)星連續(xù)跟蹤而不失鎖的情況下，將流動接收機分別在2，3，4……各點觀測數(shù)秒鐘。(2)精度:基線的中誤差約為1～2cm。(3)應(yīng)用范圍:

開闊地區(qū)的加密控制測量、工程測量及碎部測量及線路測量等。(4)注意事項:

應(yīng)確保在觀測時斷上有5顆以上衛(wèi)星可供觀測；流動點與基準點距離不超過20

km；觀測過程中流動接收機不能失鎖，否則應(yīng)在失鎖的流動點上延長觀測時間1～2min。事后動態(tài)相對定位第六十三頁，共110頁?！?/p>

PPK（PostProcessKinematic)(1)作業(yè)方法:

建立一個基準點安置接收機連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星；流動接收機先在出發(fā)點上靜態(tài)觀測數(shù)分鐘；然后流動接收機從出發(fā)點開始連續(xù)運動；按指定的時間間隔自動運動載體的實時位置。作業(yè)布置如圖所示(2)精度:

相對于基準點的瞬時點位精度20mm±1ppm·Dcm。(3)應(yīng)用范圍:

精密測定運動目標的軌跡、測定道路的中心線、剖面測量、航道測量等。(4)注意事項:

需同步觀測5顆衛(wèi)星，其中至少4顆衛(wèi)星要連續(xù)跟蹤；流動點與基準點距離不超過20

km。動態(tài)相對定位事后動態(tài)相對定位第六十四頁，共110頁。第六十五頁，共110頁。主機主機延長桿手簿對中桿三腳架基座差分天線差分天線基站移動站RTK組成部分第六十六頁，共110頁。RTK測量的概念基準站實時地將測量的載波相位觀測值、偽距觀測值、基準站坐標等用無線電傳送給運動中的流動站，流動站接收后將載波相位觀測值實時進行差分處理得到兩站相對坐標；加上基準站坐標得出流動站W(wǎng)GS－84坐標通過轉(zhuǎn)換參數(shù)求出當(dāng)?shù)刈鴺讼迪碌娜S坐標第六十七頁，共110頁。RTK點位選擇基準站上空開闊，以保證對衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤和衛(wèi)星信號的質(zhì)量基準站周圍200m內(nèi)無大功率無線電發(fā)射設(shè)施、高壓輸電線，減少電磁波對衛(wèi)星信號的干擾基準站遠離高層建筑、大片水域等，減少多路徑影響基準站應(yīng)該交通便利、易于保存第六十八頁，共110頁。GPS的參數(shù)轉(zhuǎn)換第六十九頁，共110頁。投影概念

地圖投影是將地球面上的經(jīng)緯網(wǎng)描述到平面上的數(shù)學(xué)方法，使用地圖投影，可以將地球表面完整的表示在平面上，但是是通過對投影范圍內(nèi)某一區(qū)域的均勻拉伸和對另外一區(qū)域內(nèi)的均勻縮小實現(xiàn)的。

投影正算投影反算BLH---------〉平面上xyh平面上xyh----------〉BLH第七十頁，共110頁。常見投影（一）按變形性質(zhì)分類等角投影角度變形不大的投影等距離投影面積變形不大的投影等面積投影角度變形增大的趨向面積變形增大趨向第七十一頁，共110頁。常見投影（二）

平面投影圓錐投影圓柱投影第七十二頁，共110頁。常見投影（三）TM投影-橫軸莫卡托投影(等角橫切圓柱投影)

高斯投影

高斯投影三度帶3*N舉例：哈爾濱中央子午線126，沈陽123，中間分界就是124度30分

高斯投影六度帶6*N-3

自定義高斯投影自定義

UTM–通用橫軸莫卡托投影

墨卡托投影（等角正切圓柱投影）墨卡托投影沒有角度變形,保持了方向和相互位置關(guān)系的正確。常用作航海圖和航空圖第七十三頁，共110頁。高斯-克呂格(Gauss-Kruger)投影（一）是一種“等角橫切圓柱投影”。德國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、天文學(xué)家高斯（CarlFriedrichＧauss，1777一1855）于十九世紀二十年代擬定，后經(jīng)德國大地測量學(xué)家克呂格（JohannesKruger，1857～1928）于1912年對投影公式加以補充，故名高斯-克呂格投影。設(shè)想用一個圓柱橫切于球面上投影帶的中央經(jīng)線，按照投影帶中央經(jīng)線投影為直線且長度不變和赤道投影為直線的條件，將中央經(jīng)線兩側(cè)一定經(jīng)差范圍內(nèi)的球面正形投影于圓柱面。然后將圓柱面沿過南北極的母線剪開展平，即獲高斯一克呂格投影平面。第七十四頁，共110頁。高斯-克呂格(Gauss-Kruger)投影（二）高斯一克呂格投影后，除中央經(jīng)線和赤道為直線外，其他經(jīng)線均為對稱于中央經(jīng)線的曲線。高斯-克呂格投影沒有角度變形，在長度和面積上變形也很小，中央經(jīng)線無變形，自中央經(jīng)線向投影帶邊緣，變形逐漸增加，變形最大處在投影帶內(nèi)赤道的兩端。由于其投影精度高，變形小，而且計算簡便（各投影帶坐標一致，只要算出一個帶的數(shù)據(jù)，其他各帶都能應(yīng)用），因此在大比例尺地形圖中應(yīng)用，可以滿足軍事上各種需要，并能在圖上進行精確的量測計算。第七十五頁，共110頁。高斯-克呂格(Gauss-Kruger)投影（三）高斯-克呂格投影坐標

高斯-

克呂格投影是按分帶方法各自進行投影，故各帶坐標成獨立系統(tǒng)。以中央經(jīng)線投影為縱軸(x),

赤道投影為橫軸(y),兩軸交點即為各帶的坐標原點。縱坐標以赤道為零起算，赤道以北為正，以南為負。我國位于北半球，縱坐標均為正值。橫坐標如以中央經(jīng)線為零起算，中央經(jīng)線以東為正，以西為負，橫坐標出現(xiàn)負值，使用不便，故規(guī)定將坐標縱軸西移500公里當(dāng)作起始軸，凡是帶內(nèi)的橫坐標值均加

500公里。由于高斯-克呂格投影每一個投影帶的坐標都是對本帶坐標原點的相對值，所以各帶的坐標完全相同，為了區(qū)別某一坐標系統(tǒng)屬于哪一帶，在橫軸坐標前加上帶號，如(4231898m,21655933m)，其中21即為帶號。第七十六頁，共110頁。平面坐標轉(zhuǎn)換平面坐標轉(zhuǎn)換至少需要

兩個已知點四個參數(shù)X0平移Y0平移θ坐標軸旋轉(zhuǎn)K尺度

正常情況下為0.999x或1.000x第七十七頁，共110頁。四參轉(zhuǎn)換步驟

基準轉(zhuǎn)換定義投影水平平差旋轉(zhuǎn)平移縮放垂直平差第七十八頁，共110頁。水平平差=GPS觀測值=控制點第七十九頁，共110頁。旋轉(zhuǎn)第八十頁，共110頁。平移第八十一頁，共110頁?？s放

第八十二頁，共110頁。水平殘差殘差第八十三頁，共110頁。高程擬合方法參數(shù)擬合法

a.常數(shù)擬合（少于3個已知點）

b.平面擬合(大于等于3個且分布較均勻的已知點）

c.曲面擬合(大于等于6個且分布較均勻的已知點）網(wǎng)格擬合法

EGM96模型似大地水準面精化成果第八十四頁，共110頁。橢球轉(zhuǎn)換不同橢球(坐標系)的轉(zhuǎn)換多應(yīng)用于WGS84

坐標與北京54，國家80，當(dāng)?shù)刈鴺酥g的轉(zhuǎn)換三參數(shù)（莫洛登斯基三參數(shù)）只有一個點就可以X0平移Y0平移Z0平移七個參數(shù)X0平移Y0平移Z0平移Xw旋轉(zhuǎn)Yw旋轉(zhuǎn)Zw旋轉(zhuǎn)K尺度計算方法：3個以上公共坐標(BLH或者XYZ)第八十五頁，共110頁。三參數(shù)和七參數(shù)三參數(shù)平移適合小范圍七參數(shù)平移、縮放、旋轉(zhuǎn)適合大范圍工程第八十六頁，共110頁。平面坐標系統(tǒng)第八十七頁，共110頁。不同(橢球)坐標系的轉(zhuǎn)換流程空間直角坐標(X,Y,Z)空間直角坐標(X,Y,Z)大地坐標(B,L,H)平面直角坐標(x,y,h)當(dāng)?shù)仄矫孀鴺?x,y)大地坐標(B,L,H)平面直角坐標(x,y,h)當(dāng)?shù)仄矫孀鴺?x,y)投影反算投影正算平面轉(zhuǎn)換平面轉(zhuǎn)換橢球轉(zhuǎn)換第八十八頁，共110頁。不同(橢球)坐標系的轉(zhuǎn)換流程幾種橢球轉(zhuǎn)換模型的特點：1.三參數(shù)法：七參數(shù)方法的簡化，只取X平移，Y平移，Z平移。只能適用于坐標軸旋轉(zhuǎn)很小的兩橢球間。大多運用于使用信標，SBAS差分等精度要求不高的工程。2.布爾莎七參數(shù)法：標準的七參數(shù)方法，使用X，Y，Z平移，X，Y，Z旋轉(zhuǎn)，K尺度。作用范圍較大和距離較遠，通常用于RTK模式或者RTD模式的WGS84到北京54和國家80的轉(zhuǎn)換，已知點要三個或三個以上。3.一步法參數(shù)形式和標準七參數(shù)一樣，X，Y，Z平移，X，Y，Z旋轉(zhuǎn)，K尺度?？梢砸徊酵瓿蒞GS84到當(dāng)?shù)氐胤阶鴺讼到y(tǒng)的轉(zhuǎn)換工作。也是要三個或三個以上已知點。

4.四參數(shù)使用x,y平移，a旋轉(zhuǎn)，k尺度，也是RTK常用的一種作業(yè)模式，只轉(zhuǎn)換平面坐標，需兩個或兩個以上平面已知點。若需高程，則還要提供水準點高程進行高程擬合。注意：各參數(shù)單位的不同，尤其是k值的不同。第八十九頁，共110頁。廣州中海達衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司RTK應(yīng)用數(shù)據(jù)采集坐標放樣第九十頁，共110頁。1、控制測量可切換成靜態(tài)模式做靜態(tài)GNSS控制測量，精度可以達到毫米級。RTK應(yīng)用第九十一頁，共110頁。2、測圖根點、地形測圖、工程放樣一人操作精度均勻工作效率高實時顯示位置信息導(dǎo)航信息RTK應(yīng)用第九十二頁，共110頁。3、水上工程測量水下地形測量隨著RTK技術(shù)的出現(xiàn)，使得水上測量采用GPS無驗潮測量方式工作成為可能。采用此種方式不僅可以避免定位系統(tǒng)和