《土木工程测量》PPT课件第7章-GPS测量基本知识.ppt

GPS测量基本知识,工程测量第7章,第7章GPS测量基本知识,7.1概述7.2GPS测量基本原理7.3GPS测量外业组织及实施,传统测量手段,传统测绘技术与现代测绘技术,英文全称是NAVigationSatelliteTimingAndRangingGlobalPositionSystem（导航星测时与测距全球定位系统），简称GPS有时也被称作NAVSTARGPS。美国国防部负责开发空基全天侯导航定位系统用以满足军方在地面或近地空间内获取目标或载体的位置、速度和时间信息的要求也可为民间用户提供类似但受限的免费服务,7.1概述,一、系统组成空间部分地面监控部分用户部分,一GPS系统介绍,24-27颗卫星轨高：21000km6个轨道平面,（一）空间部分,主控站(1)+监控站(5)+注入站(3),（二）地面监控部分,主控站：处理各监控站对GPS的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正数等；对卫星进行控制，向卫星发布指令，主控站也具有监控站的功能。监控站：接收卫星信号，监测卫星的工作状态。注入站：将主控站计算出的卫星星历和卫星钟改正数等注入到卫星中,地面监控部分的功能,配有GPS信号接收装置并利用GPS观测值来定位，导航，定时的用户（民用+军用）,（三）用户部分,（1）按工作原理分：码相关型接收机平方型接收机混合型接收机（2）按信号通道类型分：多通道接收机序贯通道接收机多路复用通道接收机,（3）根据接收信号的频率分：单频接收机（L1）双频接收机（L1+L2）（4）根据接收机的用途分：导航型测量型授时型,接收机的分类,常用的接收机品牌,高精度测量型TrimbleLeicaAshtechTopcon导航型GarminMagellan,作业范围：全球地面覆盖，无须通视作业时间：实时，全天候成果精度：精度高劳动强度：自动化程度高三维坐标：真三维坐标,GPS的特点,GPS测量的时间系统和坐标系统,时间系统：,坐标系统:WGS-84,7.2GPS测量基本原理,一、GPS信号GPS卫星发射两种频率的载波信号：L1：10.23MHZ*154；波长19cmL2：10.23MHZ*120；波长24.42cm在L1和L2上又分别调制了:测距码（C/A码，P码）+数据码C/A码（米）：一个码元宽度对应距离293米，测距误差（1/100）2.93米P码（米）；一个码元宽度对应距离29.3米，测距误差（1/100）0.293米L1载波相位L2载波相位导航电文（星历）（实时广播星历）+（事后精密星历）,二、GPS定位的常用观测值,L1载波相位观测值L2载波相位观测值调制在L1上的C/A码伪距调制在L1上的P码伪距调制在L2上的P码伪距L1上的多普勒频移L2上的多普勒频移实际上，在进行GPS定位时，除了大量地使用上面的观测值进行数据处理以外，还经常使用由上面的若干种观测值通过某些组合而形成的一些特殊观测值，如宽巷观测值（Wide-Lane）、窄巷观测值（Narrow-Lane）、消除电离层延迟的观测值（Ion-Free）来进行数据处理。,三GPS定位模式,定位模式绝对定位(静态与动态)相对定位(静态与动态)差分定位,四、伪距测量与载波相位测量,五、绝对定位,需要线性化该观测方程,六、相对定位,单差：,（一）与卫星有关的误差卫星轨道误差卫星钟差,七、GPS测量的误差来源,（二）与传播途径有关的误差电离层折射对流层折射多路径效应,（三）与接收设备有关的误差接收机钟差接收机软件和硬件产生的误差接收机天线相位中心的偏差及变化相对的天线相位中心的偏差及变化绝对的天线相位中心的偏差及变化,（四）其它影响,地球潮汐固体潮负荷潮（海潮，大气负荷）数据处理软件的影响数据处理软件的算法不完善,一、GPS控制网分类,一类是：国家或区域性的高精度的GPS控制网，相邻点的距离通常是从数千公里至数百公里，其主要任务是作为高精度三维国家大地测量控制网，以获得国家大地坐标系与世界大地坐标系的转换参数，为地学和空间科学等方面的科学研究工作服务；或者是对GPS网进行重复观测，用以研究地区性的板块运动或地壳形变规律等问题。另一类是：局部性的GPS控制网，包括城市或矿区GPS控制网，或其它工程控制网。相邻点间的距离为几公里至几十公里，其主要任务是直接为城市建设或工程建设服务。,7.3GPS测量外业组织及实施,7.3.1GPS网的技术设计,二、GPS控制网布设原则,GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形,以增加检核条件，提高网的可靠性。GPS网点应尽量与原有地面控制点相重合。重合点一般不应少于3个，且在网中应分布均匀，以便可靠地确定GPS网与地面网之间的转换参数。GPS网点应考虑与部分水准点相重合，以便为大地水准面的研究提供资料。为了便于观测和水准联测，GPS网点一般应设在视野开阔和容易到达的地方。为了便于用经典方法联测或扩展，可在网点附近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。方位点与观测站的距离一般要大于300m。,全球定位系统城市测量技术规程,三、GPS测量精度分级,四、GPS网形设计,五、选点和埋石视等级要求进行埋石,六、坐标系统和起算数据GPS测量结果：WGS-84坐标控制网成果：国家坐标或地方独立坐标,7.3.2外业组织1选择作业模式。2GPS卫星预报和观测调度计划。3天线安置。4观测作业。5观测记录与测量手簿。,7.3.3数据处理及成果检核,1GPS基线向量的计算及检核,2GPS网平差（无约束平差和约束平差）,3.提交成果,技术设计说明书卫星可见性预报表和观测计划GPS网示意图GPS观测数据GPS基线解算结果GPS基点的WGS-84坐标GPS基点的国家坐标中的坐标或地方坐标系中的坐标,GPS应用（简介）,一、军事方面的应用,1.导弹制导,2.炮兵定向,3.单兵导航,二、交通运输中的应用,1.车载导航系统,GPS+无线数据通讯技术GPS+便携电话GPS+卫星通讯电话GPS+无线电台应用：银行车、救护车、救火车、公共汽车、出租车、保险业。,电台,监视屏,计算机,