衛(wèi)星導(dǎo)航定位的概述與應(yīng)用

南京理工大學(xué)課程論文課程名稱:論文題目:姓名:學(xué)號:成績:導(dǎo)航定位技術(shù)概論衛(wèi)星導(dǎo)航定位的概述與應(yīng)用目錄TOC\o"1-5"\h\z弓1言 3衛(wèi)星導(dǎo)航定位的概述 3\o"CurrentDocument"2.1多普勒效應(yīng) 3\o"CurrentDocument"2.2衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的組成 4\o"CurrentDocument"2.3衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn) 4\o"CurrentDocument"2.4衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的分類 4\o"CurrentDocument"2.5衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理 4\o"CurrentDocument"衛(wèi)星導(dǎo)航定位的應(yīng)用 5\o"CurrentDocument"3.1前沿的定位技術(shù) 5\o"CurrentDocument"3.2導(dǎo)航定位在大型領(lǐng)域方面的應(yīng)用 5

3.2.1國家大型測繪項(xiàng)目領(lǐng)域 63.2.2資源探測領(lǐng)域 63.2.3大壩、橋梁、高層建筑等變形監(jiān)測領(lǐng)域 63.2.4路線勘測方面 73.2.5交通運(yùn)輸方面 73.2.6城市綜合服務(wù)及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域方面 83.2.7電信、網(wǎng)絡(luò)以及攝影測量與遙感技術(shù)方面3=i3.2.7電信、網(wǎng)絡(luò)以及攝影測量與遙感技術(shù)方面3=i3.2.8導(dǎo)航定位在管線檢測維護(hù)上的應(yīng)用 9參考文獻(xiàn)： 9衛(wèi)星導(dǎo)航定位的概述與應(yīng)用引言衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)是一門綜合了機(jī)電、光學(xué)、數(shù)學(xué)、力學(xué)、控制及計(jì)算機(jī)等學(xué)科的尖端技術(shù)，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物。導(dǎo)航定位工程也應(yīng)用于各個領(lǐng)域，有航海、航天、航空領(lǐng)域，特別是軍事領(lǐng)域。衛(wèi)星導(dǎo)航定位的概述2.1多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)是波源和觀察者有相對運(yùn)動時，觀察者接收到波的頻率與波源發(fā)出的頻率并不相同的現(xiàn)象。1957年10月世界上第一顆人造地球衛(wèi)星上天，當(dāng)時美國約翰.霍普金斯大學(xué)(JohnsHopkinsUniversity)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的研究人員格爾亦(WillianH.Guier)博士和維森柏克(GeorgeC.Weiffenback)在觀察衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號時發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星距地面觀測站遠(yuǎn)近不同，其收發(fā)頻率也不相同。這種現(xiàn)象即“多普勒效應(yīng)”，無線電收發(fā)頻率差稱為“多普勒頻移”。2.2衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的組成衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是在準(zhǔn)確已知衛(wèi)星的運(yùn)行軌道的基礎(chǔ)上，以衛(wèi)星為空間基準(zhǔn)點(diǎn)，通過測量站的接收設(shè)備，測定測量站至衛(wèi)星的距離或多普勒頻移等觀測量來確定測量站的位置、速度。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)際上是以衛(wèi)星作為導(dǎo)航平臺的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。2.3衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)全球、全天候?qū)Ш剑盒l(wèi)星導(dǎo)航范圍可以從地面、近地空間延伸到外層空間，衛(wèi)星發(fā)送的無線電信號不受氣象條件和晝夜影響，也不會因地形不同而變化。高精度多功能：衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)除了能為用戶提供全球性、全天候、高精度的導(dǎo)航定位服務(wù)以外，還具有其他廣泛的應(yīng)用。如通訊、授時、氣象預(yù)報(bào)等。2.4衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的分類按測量的導(dǎo)航定位參量分：測角系統(tǒng)②測距③測距離差④測距離和系統(tǒng)⑤測速或測距離變化率系統(tǒng)⑥測量多種參量的系統(tǒng)按工作方式可分：有源系統(tǒng)②無源系統(tǒng)2.5衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理，簡單地來說，是利用幾何與物理的一些基本原理，利用空間分布的衛(wèi)星，以及衛(wèi)星與地面點(diǎn)間距離交會出地面點(diǎn)位置的方法。從幾何上來講，就是進(jìn)行三維空間定位，得到三個位置面，三個位置面的交點(diǎn)即為用戶位置。前提條件：衛(wèi)星位置已知，把衛(wèi)星看作是動態(tài)已知點(diǎn)，利用已知的衛(wèi)星位置來求得站星距離（測站點(diǎn)與衛(wèi)星之間的距離），利用多個距離測量值進(jìn)行地面點(diǎn)的定位，要實(shí)現(xiàn)同步必須具有統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)，從解析幾何角度出發(fā)，GPS定位包括確定一個點(diǎn)的三維坐標(biāo)與實(shí)現(xiàn)同步四個未知參數(shù)，因此必須通過測定到至少4顆衛(wèi)星的距離才能定位。距離測量主要采用兩種方法：一是測量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達(dá)用戶接收機(jī)的傳播時間，即偽據(jù)測量；二是測量具有載波多普勒頻移的GPS衛(wèi)星載波信號與接收機(jī)產(chǎn)生的參考載波信號之間的相位差，即載波相位測量。通過4顆或4顆以上的衛(wèi)星同時進(jìn)行偽距或相位的測量，即可推算出接收機(jī)的三維位置。GPS定位根據(jù)測距的原理與方法不同，分為偽距法定位與載波相位測量定位。采用偽距觀測量定位速度最快，而采用載波相位觀測量定位精度最高。對于地面點(diǎn)接收機(jī)而言，根據(jù)其運(yùn)動狀態(tài)可將GPS定位分為靜態(tài)定位和動態(tài)定位，靜態(tài)定位是指將接收機(jī)安置在固定不動的待定點(diǎn)上觀測數(shù)分鐘或更長時間，以確定該點(diǎn)的三位坐標(biāo)，又稱為絕對定位。若將兩臺或更多臺接收機(jī)置于不同點(diǎn)上，通過一段時間的觀測確定點(diǎn)間的相對位置關(guān)系，稱為相對定位。動態(tài)定位是指至少有一臺接收機(jī)處于運(yùn)動狀態(tài)，確定各觀測時刻運(yùn)動中的接收機(jī)的絕對或相對位置關(guān)系。衛(wèi)星導(dǎo)航定位的應(yīng)用3.1前沿的定位技術(shù)精密單點(diǎn)定位技術(shù)PPP（PrecisePointPositioning）。即利用預(yù)報(bào)或事后精密星歷（如IGS預(yù)報(bào)精密星歷或IGS事后精密星歷），同時利用某種方式得到的精密衛(wèi)星鐘差替代用戶GPS單點(diǎn)定位方程中的衛(wèi)星鐘差參數(shù)，用戶利用單臺雙頻GPS接收機(jī)的非差相位和偽距觀測值在數(shù)千萬平方公里甚至全球范圍內(nèi)的任意位置進(jìn)行分米級實(shí)時動態(tài)定位或事后厘米級快速靜態(tài)定位。網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)-VRS（VirtualReferenceStation）。就是在一定區(qū)域內(nèi)建立多個（一般為三個或三個以上）基準(zhǔn)站，對該地區(qū)構(gòu)成網(wǎng)狀覆蓋，并以這些基準(zhǔn)站中的一個或多個為基準(zhǔn)，計(jì)算和發(fā)播改正信息，對該地區(qū)內(nèi)的衛(wèi)星定位用戶進(jìn)行實(shí)時改正的定位方式，又稱為多基準(zhǔn)站RTK。與常規(guī)（即單基準(zhǔn)站）RTK相比；該方法的主要優(yōu)點(diǎn)：覆蓋面廣，定位精度高，可靠性高，可實(shí)時提供厘米級定位；網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖所示，包括3個部分：控制中心，固定站和用戶部分。3.2導(dǎo)航定位在大型領(lǐng)域方面的應(yīng)用正是由于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)具有全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點(diǎn)，贏得廣大測繪工作者的信賴，并成功地應(yīng)用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動監(jiān)測、工程建設(shè)、市政規(guī)劃、海洋開發(fā)、資源勘察、地球動力學(xué)等多種學(xué)科。目前，導(dǎo)航定位技術(shù)已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)、科學(xué)研究和人民生活等方方面面。3.2.1國家大型測繪項(xiàng)目領(lǐng)域我國先后于1992年、1996年建立了由28個點(diǎn)組成的國家A級衛(wèi)星定位控制網(wǎng)和由730個點(diǎn)組成的國家B級衛(wèi)星定位控制網(wǎng)，首次整合和統(tǒng)一平差后形成了2000個國家衛(wèi)星定位大地控制網(wǎng)，并于2004年完成與天文大地網(wǎng)的平差，成為我國現(xiàn)代測繪的基本框架。進(jìn)入21世紀(jì)，可以說GPS定位技術(shù)已完全取代了用測角，測距手段建立大地控制網(wǎng)的常規(guī)大地測量方法。我們一般將應(yīng)用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)建立的控制網(wǎng)叫做GPS網(wǎng)。與此同時，建成了連續(xù)運(yùn)行的衛(wèi)星定位觀測站30多個，其中7個納入國際IGS（地理信息系統(tǒng)）網(wǎng)站，國家A級和B級GPS大地控制網(wǎng)的建成，標(biāo)志著我國具有分米級絕對精度的三維大地控制坐標(biāo)系統(tǒng)已基本建立，它將成為我國空間技術(shù)和空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、動態(tài)實(shí)時定位等技術(shù)提供一個精確可靠的參考系。此外，中國國家A級和B級GPS大地控制網(wǎng)中大部分點(diǎn)位，均用水準(zhǔn)進(jìn)行了聯(lián)測，以確定它們的正常高。同時不少網(wǎng)點(diǎn)也和原有的用經(jīng)典方法測定的大地點(diǎn)和沿海的驗(yàn)潮站等進(jìn)行了聯(lián)測。所有這些將成為我國地殼運(yùn)動監(jiān)測，中國局部大地水準(zhǔn)面的求定、新老大地網(wǎng)的拼接和轉(zhuǎn)換，以及全球變化中海平面上升的監(jiān)測提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為21世紀(jì)前期的中國經(jīng)濟(jì)和社會持續(xù)發(fā)展做作出貢獻(xiàn)，從根本上解決了我國使用參考框架的問題。3.2.2資源探測領(lǐng)域在地質(zhì)調(diào)查和找礦工作中，導(dǎo)航定位技術(shù)的應(yīng)用提高了野外地質(zhì)調(diào)查和找礦工作的定位精度和自動化程度。它與GIS、RS（遙感）及計(jì)算機(jī)等高新技術(shù)相結(jié)合，為基礎(chǔ)地質(zhì)研究、地質(zhì)找礦提供了地球化學(xué)依據(jù)。差分衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)已被用于海洋物探定位和海洋石油鉆井平臺定位，為發(fā)現(xiàn)海底儲油構(gòu)造和實(shí)施監(jiān)測平臺的安全可靠性發(fā)揮關(guān)鍵性作用。在土地資源調(diào)查中，有關(guān)部門成功研制了基于GPS-PDA的被稱為“調(diào)查之星”的土地資源信息采集與處理技術(shù)系統(tǒng)，土地資源調(diào)查工作實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。3.2.3大壩、橋梁、高層建筑等變形監(jiān)測領(lǐng)域在三峽工程等大壩變形檢測中，衛(wèi)星導(dǎo)航定位監(jiān)測精度達(dá)到了毫米級。在滑坡檢測時，衛(wèi)星導(dǎo)航定位測量比常規(guī)的外觀測量在精度、監(jiān)測速度、時效性、效益等方面都有明顯的優(yōu)勢，滑坡變形監(jiān)測方法很多，但大體上可分為兩種類型。一種是采用特殊變形觀測專用儀器，如應(yīng)變儀，傾斜儀，流體靜力水準(zhǔn)儀等，直接測定斜坡的地應(yīng)力變化、斜坡傾斜以及垂直位移；另一種就是采用精密大地測量方法測定坡體的水平與垂直位移，應(yīng)用GPS定位技術(shù)檢測滑坡變形，屬于精密大地測量方法，與常規(guī)大地測量方法相比，GPS定位技術(shù)用于監(jiān)測滑坡體水平和垂直位移不僅可以達(dá)到和常規(guī)大地測量相媲美的精度，還有更利于直接分析滑坡體的位移情況，更準(zhǔn)確地分析滑坡體的空間唯一規(guī)律，更節(jié)省了人力物力，又可保證觀測精度的均勻可靠。在監(jiān)測和控制地面沉降方面也得到了廣泛應(yīng)用，上海市由于在世界上率先建立了包括衛(wèi)星定位系統(tǒng)在內(nèi)的健全的地面沉降監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測和控制地面沉降工作取得了舉世矚目的成績。上海GPS地面沉降監(jiān)測網(wǎng)分多級布設(shè)，GPS固定站由白鶴、外高橋、地質(zhì)大廈與崇明島等四點(diǎn)組成，基準(zhǔn)網(wǎng)由34個網(wǎng)點(diǎn)組成，平均邊長24KM，作為監(jiān)測上海市地面沉降的基本框架。監(jiān)測網(wǎng)附和在基準(zhǔn)網(wǎng)上，布點(diǎn)密度根據(jù)對外環(huán)線內(nèi)、外的不同分辨率要求，適當(dāng)進(jìn)行加密。網(wǎng)中國家GPSA級網(wǎng)點(diǎn)SHAO、小閘基巖標(biāo)、白鶴與外高橋，可構(gòu)成監(jiān)測網(wǎng)的參考基準(zhǔn)。3.2.4路線勘測方面線路勘測是鐵路、交通、輸電、通信等工程建設(shè)中重要的工作。以往大多采用傳統(tǒng)的控制測量、工程測量方法進(jìn)行控制網(wǎng)建立及施測，由于該類測量控制網(wǎng)大多以狹長形式布設(shè)，并且周圍已知控制點(diǎn)很少，使得傳統(tǒng)測量方法在網(wǎng)形布設(shè)、誤差控制等多方面帶來很大問題。同時傳統(tǒng)方法作業(yè)時間也比較長，直接影響了工程建設(shè)的正常進(jìn)展。目前，GPS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于線路控制測量和路線放樣，它具有常規(guī)測量技術(shù)不可比擬的技術(shù)優(yōu)勢：速度快、精度高、不必要求點(diǎn)間通視。在線路初測時一般應(yīng)采用靜態(tài)GPS定位技術(shù)建立首級控制已建立，以建立RTK作業(yè)的基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)，然后再進(jìn)行道路定測。目前的RTK技術(shù)產(chǎn)品一般都具有坐標(biāo)放樣、直線及圓曲線測設(shè)等功能，因此能夠進(jìn)行定線工作。首先應(yīng)在室內(nèi)根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算出各待定點(diǎn)的坐標(biāo)，包括整樁、曲線主點(diǎn)、橋位等加樁，然后將這些數(shù)據(jù)送到手持機(jī)中，有了坐標(biāo)以后在實(shí)測前還應(yīng)作坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參觀的計(jì)算，以便把GPS測量結(jié)果轉(zhuǎn)換到工程采用的坐標(biāo)系統(tǒng)。有了轉(zhuǎn)換參數(shù)便可在野外進(jìn)行測設(shè)工作。3.2.5交通運(yùn)輸方面衛(wèi)星導(dǎo)航定位等相關(guān)集成技術(shù)已能夠營建智能交通系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)并得到廣泛應(yīng)用。衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)已普遍應(yīng)用于公安、銀行、醫(yī)療、消防等部門的緊急救援或報(bào)警，部分用于汽車、船舶的導(dǎo)航、監(jiān)控，廣泛應(yīng)用于物流配送中心，并在車載導(dǎo)航方面取得重大發(fā)展。在不同的航路段以及不同的應(yīng)用場合，對導(dǎo)航系統(tǒng)的精度、完備性、可用性、服務(wù)連續(xù)性的要求不盡相同，但都要求保證飛機(jī)飛行安全和有效利用空域。目前我國自己制造的遠(yuǎn)洋船舶不斷增加，世界各國的船舶也大量駛?cè)?，因此，這些船舶進(jìn)出港口的導(dǎo)航安全就十分重要，特別是在航道狹窄和能見度很低的氣象條件下，更顯得重要。所以，在當(dāng)今港口建設(shè)中，建立查分GPS導(dǎo)航和引航系統(tǒng)是十分重要的。在20世紀(jì)90年代興起的智能運(yùn)輸系統(tǒng)，正日益受到人們的關(guān)注，并已逐步應(yīng)用到交通、測繪、導(dǎo)航、公安等眾多領(lǐng)域。美國ROCKWELL公司正將GPS納入到交通電子產(chǎn)品中。該公司還利用GPS開發(fā)了PLO200SL車載通信系統(tǒng)，F(xiàn)LEETMASTER自動車輛定位系統(tǒng)(AVLS)。采用FLEETMASTER自動車輛定位系統(tǒng)裝備的車輛能獲得道路信息、路況信息與獲得實(shí)時交通控制。北美、日本和歐洲是智能交通管理發(fā)展較早、較快的地區(qū)，開發(fā)了相應(yīng)的汽車自動定位導(dǎo)航系統(tǒng)，有自動系統(tǒng)、顧問導(dǎo)航系統(tǒng)、庫存系統(tǒng)、車隊(duì)管理系統(tǒng)、便攜式系統(tǒng)。3.2.6城市綜合服務(wù)及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域方面北京、上海、深圳、成都、昆明、天津等城市的衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)和香港特別行政區(qū)衛(wèi)星定位參考網(wǎng)已先后建成，可分別滿足城市規(guī)劃、城市建設(shè)、城市管理、災(zāi)害監(jiān)測、科學(xué)研究等多方面的需求。電力、有線電視、城市地下管道已采用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)布設(shè)線路。隨著GPS技術(shù)的出現(xiàn)，GPS技術(shù)在土地資源調(diào)查中也獲得了廣泛的應(yīng)用。如目前根據(jù)土地資源調(diào)查的目的與精度要求，經(jīng)常將RTK測量技術(shù)應(yīng)用于土地資源調(diào)查。此時只要在基準(zhǔn)站上安置一臺GPS接收機(jī)，流動站僅需一人背著儀器在待測的碎步點(diǎn)上停留1~2s并同時輸入特征編碼，通過電子手簿，PDA或便攜機(jī)記錄，在點(diǎn)位精度合乎要求的情況下，則可將某一個區(qū)域內(nèi)的地形地物點(diǎn)位通過專業(yè)繪圖軟件繪制成地圖形。在土地資源調(diào)查精度要求不太高時，也可采用手持GPS接收機(jī)直接進(jìn)行。3.2.7電信、網(wǎng)絡(luò)以及攝影測量與遙感技術(shù)方面移動通信、電腦、衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)結(jié)合的各類移動信息終端日益普及，為位置信息相關(guān)服務(wù)(LBS)方面的應(yīng)用提供了巨大的發(fā)展平臺。其中的應(yīng)用產(chǎn)品把導(dǎo)航從車載向個人終端邁進(jìn)。攝影測量與遙感中的定位問題，通?？刹扇煞N不同的途徑實(shí)現(xiàn)。一種是通過各種直接測量的方法求定攝影機(jī)和傳感器的空間位置和姿態(tài)，并由此測量出相片上任意一點(diǎn)的坐標(biāo)；另一種是借助若干已知空間坐標(biāo)的地面控制點(diǎn)在