GPS全球定位系统【PPT】(60页).ppt

globalpositionsystem、GlobalPositionSystem、概述，GPS是navigationsatellitetimmingandranging/globalpositioningsystem的缩写五角大楼的设立主要是为了满足军事部门对海洋、陆地和航空设施的高精度导航和定位要求。在1973年美军成立联合计划局的同时，批准GPS研究工作的1993年系统竣工之前，20年内花费了300亿美元，成为阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的第三大宇宙计划。它从根本上解决了地球上人类的探索和定位问题，在军事和工业农业等领域得到了广泛应用。导航和定位技术带来了巨大的变化。GPS系统分别由空间星座部分、地面监视部分和用户设备部分组成。宇宙星座和地面监视部分由五角大楼控制，用户使用GPS接收器接收卫星信号，进行高精度精密定位和高精度时间传递。目前有20多个GPS卫星复盖全球，每个卫星在2个频段上不停地向地球广播调制的卫星信号。在地球上的任何位置都能连续同时观测至少4个GPS卫星，从而确保了全球连续24小时的三维定位，并具有良好的抗干扰性和机密性。因此，全球定位系统成为美国导航技术现代化最重要的标志，继本世纪阿波罗登月计划和航天飞机计划之后，被评为美国的另一大技术成就。GPS系统特性，1，全球，全天候运行：为用户提供持续的实时三维位置，三维速度和精密的时间。不受天气影响。2，高位置精度：单位置精度优于10米，通过差分定位，以最大cm和毫米级别工作。3、更多功能，广泛应用：随着人们对GPS的认识的加深，GPS不仅在测量、导航、速度测量、测量时间等方面应用得更广，其应用领域还在不断扩大。GPS开发过程，无线导航系统。罗兰-c 欧米加系统卫星定位系统。NNSS子午线系统第一阶段从1973年到1979年，发射了4颗试验卫星。开发了地面接收器，建立了地面跟踪网络。第二阶段是全面发展和实验阶段。从1979年到1984年又发射了7颗试验卫星，开发了多种用途的接收器。实验结果表明，GPS定位精度远远超过设计标准。第三个阶段是实用的网络阶段。1989年2月4日，第一颗GPS工作卫星成功发射，表明GPS系统进入了施工阶段。1993年底实用的GPS网络(21 3)GPS星座建成后，按照计划更换故障的卫星。GPS发展历史，无线导航系统罗兰-c 奥米加多卜系统卫星定位系统NNSS子午线系统GPSGLONASS系统双卫星导航定位系统(北斗1) GNSS加略系统现在由俄罗斯航天局管理。GLONASS系统的卫星星座均匀分布在接近圆形的3个轨道平面上，每个轨道面8个卫星，轨道高度19100公里，运行周期11小时15分钟，轨道倾斜64.8。与美国的GPS系统不同，GLONASS系统使用跳频多路径(FDMA)方法，不同的载波频率是不同的卫星(GPS是代码分段多连接(CDMA)，并根据调制代码区分卫星。每个GLONASS卫星发射两个托架的频率分别为L1=1，602 0.5656565k (MHz)和L2=1，246 0.4375k(MHz)。其中k=1 24是每个卫星的频率号。所有GPS卫星的载波频率都相同，L1=1575.42MHz和L2=1227.6MHz。GLONASS卫星的载波也有两种伪随机噪声代码被调制：s代码和p代码。GLONASS系统理论上有24个卫星，但由于卫星使用寿命和资金不足，目前只有8个。GLONASS系统单点定位精度为水平方向16米，垂直方向25米。GPS开发历史，无线导航系统罗兰-c 奥米加系统卫星定位系统NNSS子午线系统GPSGLONASS系统双卫星导航和定位系统(北斗一号)GNSS系统，系统配置：卫星轨道倾斜I=56卫星的公转周期T=14h23m14S恒星城；轨道高度H=23616km。地面系统：在欧洲建立两个控制中心；在全世界建立监视网。定位原理：与GPS相同。位置准确度：导航位置准确度现在高于任何系统。执行计划：1994年开始进入节目演示阶段。2003年，在测试阶段，两颗测试卫星开始发射。2008年整个伽利略(GNSS)系统竣工并投入运行。GPS系统的组成，GPS由3个独立部分组成：宇宙部分：21个工作卫星，3个备用卫星。地面控制系统：1个主控制站、3个输液站和5个监控站。用户设备部分：接收GPS卫星传输信号以获取所需的导航和位置信息，并通过数据处理完成导航和定位任务。GPS接收器硬件通常包括主机、天线和电源。空间部分，GPS的空间部分由24个GPS工作卫星组成。其中21颗是可用于导航的卫星，3颗是活动的备用卫星。24颗卫星分布在坡度为55的6个轨道上，围绕地球运行。当卫星的运行周期约为12个恒星时，每个GPS工作卫星都会发送GPS用户用于执行任务的导航信号。目前可用的卫星通常超过28颗。卫星信号，L1-frequenz(1575.42 MHz)=19.05 CMC/a-codep-code卫星天文历L2-frequenz(1227.60 MHz)=24.44分为主站、监控站和注入站。主站在美国科罗拉多的法尔肯法尔康空军基地。卫星的天体力和卫星钟的校准参数等，在每个监视站根据GPS观测资料计算，通过注入站注入卫星，就是其作用。他控制卫星，指示卫星后，如果工作卫星发生故障，就让替代卫星代替发生故障的工作卫星投入工作卫星。主服务器还具有监视工作站功能。监视站有5个。此外，在夏威夷、阿森群岛、迭戈加西亚、卡瓦加兰岛。监视所的作用是接收卫星信号，监视卫星的运行状态。注射所有3个。来自阿顺森群岛、迪戈西亚和卡瓦加兰。注入站的作用是将主机站计算的卫星天体力和卫星时钟的校准数等注入卫星。用户部分、GPS用户部分由GPS接收器、数据处理软件和计算机等相应的用户设备组成。接收GPS卫星发出的信号，进行定位导航等工作，是其作用。GPS定位原理、伪距测量原理、伪距：卫星发送的测距码信号到达GPS接收器的传播时间乘以光速测量的距离。D=ctt=t2-t1，单点位置，可以先确定GPS卫星位置。第二，如果我们能精确地测量我们所在位置a和卫星之间的距离，那么a点必须位于围绕卫星测量的距离半径的球体上。此外，如果测量从点a到其他卫星的距离，则点a必须位于前后两个球体相交的圆环上。您还可以测量与第三颗卫星的距离，以确定a点仅相当于三个球体相交的两个点。根据一些地理知识，很容易排除不合理的位置之一。GPS系统在每个卫星上都有非常精密的原子钟，经常由监测站校准。卫星发送导航信息，发送准确的时间信息。GPS接收器接收此信息，并与自己的手表同步，从而获得正确的时间。GPS接收器的时钟不能像卫星一样设置昂贵的原子钟，因此在计算过程中使用第四个卫星校准GPS接收器的时钟。单点定位精度，15 30m，测量GPS定位原理，载波相位精密距离测量差分技术相对位置，差分GPS定位技术，差分技术长期使用。这实际上测量了一个桩号处两个目标的视图测量、两个桩号处一个目标的视图测量或一个桩号处一个目标的两个视图测量之间的差异。其目的是删除公共项目，包括公共错误和公共参数。随着GPS技术的发展和完善，随着应用的进一步发展，利用GPS技术提高位置性能的关注度越来越高。利用一台GPS基准接收机和实时或后处理技术的用户接收机，可以消除用户测量时的常见错误源电离层和对流层效应，消除卫星时钟错误和天文力错误，因此差分GPS技术的开发变得越来越重要。差分GPS定位技术，GPS定位过程中有三个错误。部分是每个用户接收器共有的，例如卫星时钟故障、星历故障、电离层故障、对流层故障等。第二部分是用户无法测量或校正模型计算的传播延迟误差。第三部分是每个用户接收器固有的错误，如内部噪声、信道延迟、多路径效果等。差异技法的第一部分误差可以完全消除，第二部分误差大部分可以消除。第三部分使用GPS接收器自身的技术指标载波相位和差分定位技术，测量精度为毫米级精度、GPS接收器分类、导航测量计时单频率L1双频L1L2、测量接收器、静态接收器RTD实时差分RealTimeDifferenceDGPS信标机RTK实时动态RealTimeKinematicRTG、 世界大地坐标系WGS-84UTM坐标系1954北京坐标系1980西安大地坐标系、WGS-84坐标系、WGS-84坐标系是当前GPS使用的坐标系，并且基于GPS发出的天文历参数和日历参数。 WGS-84坐标系的全称是世界地理系统-84(WorldGeodicalSystem-84)，是全球中心坐标系。WGS-84坐标系统是美国国防部制图管理局创建的，1987年取代了当时GPS使用的坐标系统WGS-72坐标系统，成为当前GPS使用的坐标系统。WGS-84坐标系的坐标原点位于地球的质心，z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极点方向，x轴指向BIH1984.0的推进子午线和赤道的交点，y轴和x轴和z轴构成右手系统。UTM坐标系，普通横墨水卡脱投影，1954北京坐标系，当前我国广泛使用的大地坐标系。这个坐标系起源于前苏联采用的1942年普尔科夫坐标系。这个坐标系中使用的参考椭球体是克拉索夫斯基椭球体。1980年西安地球坐标系，1978年，我国决定对全国天文地球网络进行全面调整，建立新的国家大地坐标系。整体调整是在1980年西安地球坐标系统新大地坐标系统中进行的。1980年西安大地坐标系中采用的地球椭球参数的四个几何和物理参数是IAG1975年建议值、GPS高程系统、大地高度系统、大地高度系统是基于参考椭球的高程系统，一点的大地高度是通过该点的参考椭球的法线与参考椭球交点之间的距离。大地测量高度也称为椭球体高度。大地测量面高度通常以符号h表示。大地高度是没有物理意义的纯几何量，相同的点在不同的基准面下具有不同的大地高度。正常高度系统，正常高度系统是大地水准面高程系统，是通过点的垂直线和大地水准面等交点的距离。坐标变换，7参数方法(x，y，H)(BLh)(XYZ)|(x，y，H)(x，y，H)，影响GPS测量的错误因素，大气的影响多路径效果多路径信号传播引起的这种干扰延迟效应称为多路径效应。静态测量、国家大地测量网络建设(二等以下)；建立桥梁测量、隧道测量等精密工程控制网络。建立各种加密控制网路，例如城市测量、布线点测量、道路测量、边界测量等。各种类型的变形监视等。静态测量阶段、数据收集现场调查检查设备设计现场观测处理技术概要结果提交、控制网络设计、图形设计原则、GPS网络应尽可能使用构成闭合地物(例如三角形、多边形或附着线)的单独观测边增加核查条件，以提高网络的可靠性。观测站点网点应尽可能与原始地面控制网点一致，重合点通常不超过3个(如果不足，则进行测量)，并且应均匀分布在web上，以便清楚地确定GPS网和地面网络之间的转换系数。此外，最好在网络上放置固定密度的级别关联点，以使用级别测量方法(或相当精确的方法)测量，或者提高高程测量的精度。观察站点通常需要位于视野开阔、交通便利的地方，以便于观察和水平联系，而为了方便与经典方法的联系或扩展，需要在GPS飞镖附近放置固定的视觉良好方向点，以建立联系方向。方位点和观测站的距离通常必须大于300米，后续GPS与实时动态GPS的最大区别在于不需要复杂的数据链。在硬件中，基准站和移动站都必须使用一个能够输出、记录和存储原始观测数据的GPS接收器，并且通常移动站必须能够记录测量点和路由信息。该软件需要用于将现场收集结果传输到计算机的数据传输软件和具有计算区域、距离等功能的后期差异数据处理软件。在后差异测量、前测试阶段，与静态测量不同，无需进行选择点掩埋石，但如果需要选择基站位置，后差异GPS要求对基站位置要求很高，并且通常由于以下原因，要求基站设置在天空开放、环境壁垒小、多路径影响严重的位置：在动态后差