导航卫星在我国海洋测绘的应用

2020/6/7,1,武汉苍穹数码仪器有限公司,武汉大学,导航卫星在我国海洋测绘中的应用,2020/6/7,2,我国海洋测绘的发展历程,按联合国海洋法公约规定，可划归中国的管辖海域约达300万平方公里。因此，在中国海洋21世纪议程中，明确地提出了建设海洋强国的战略任务，其要点是海洋经济区域建设、发展海洋产业、研究海洋科学技术问题、维护国家海洋权益和利益、加强海上力量建设等。由此看来，海洋测绘是建设海洋强国一项前期性和基础性的重大工程；点位测定，是为海洋测绘提供基准数据的超前性工作。在天空中飞行的100余颗导航卫星，能够为广阔海域实现快速而高精度的动、静态定位测量；例如，采用导航定位信号的载波相位测量数据解算，可以达到厘米级的动态定位测量精度。因此，导航卫星将为海洋强国建设发挥重大作用。,2020/6/7,3,GNSS三频接收机将为海域测量开创新篇章,GPS、GLONASS、Compass和Galileo系统，都为民间用户提供3个导航定位信号；需要指出的是，GLONASS现代化后，将提供8个CDMA信号，而与GPS/Compass/Galileo具有较好的兼容性。当用3个导航定位信号进行定位测量时，其优越性是：(1)、能够解算出消除了电离层效应影响的站星距离，进而显著提高用户的点位精度及其置信度；(2)、能够算得更长的宽巷载波相位测量波长(GPS可达5.865m)，以此提高在航解算(OTF)算法的解算速度，便于高动态用户获取高精度的实时点位坐标；(3)、能够为军事用户解算出更高精度和更置信的实时点位坐标，以此给高速飞行兵器的精密制导奠定坚实的数据基础。,2020/6/7,4,Rock系列产品简介,Rock系列产品是武汉苍穹数码仪器有限公司为海洋测绘专门研发设计的产品，它采用最新型高精度GNSSOEM主板，兼容单频和双频模式。可以通过RS232接口，有线网络，3G无线通讯网络进行实时数据传输，同时借助于高性能的内置处理器，可以实现高达20Hz的数据采样率。,2020/6/7,5,Linux操作系统于嵌入式Linux操作系统内核，是真正的多用户、多任务、多平台操作系统。系统稳定性强，管理功能、网络功能强大。使用嵌入式微处理器设计，体积小、功耗低、发热量少，适合长时间无人值守连续工作的需求。支持所有GNSS信号接收72个并行接收通道，可以最大限度地跟踪和观测所有可见GNSS卫星信号，包括现有的GPS和GLONASS卫星信号及尚在部署中的GPSL2C信号、未来的GPSL5和GALILEO卫星信号。可以获得比单独使用GPS多将近一倍的卫星，从而提高测量精度和实时RTK测量的性能。多任务同时运行在连续跟踪及记录卫星数据时还可同时供操作员下载内存的数据文件，同时计算及发布不同形式的RTK或RTD数据，且不会产生任何数据中断及遗失。工业级标准设计工业级设计，坚固铝合金外壳，全密封防水、防尘；仪器两端特殊软橡胶圈设计，防震性能高。海量数据存储、下载、传输数据以文件方式存储，可供本机复制下载或远程网页下载；并有循环存储功能。多种供电模式Rock内置四个独立电源端口，可接受7V36V电压输入，配备苍穹不间断电源系统，支持交流电、蓄电池、太阳能及风能供电，在任何环境都能保持连续不间断运行。不论任何原因引起掉电时，自动复位功能能够把接收机复原到最后的设置状态下，继续工作。,Rock产品的功能特性,2020/6/7,6,高精度测量技术Rock采用性能卓越的GNSS核心算法，测量数据具有最高等级的质量保证，在长基线、长时间观测的条件下，平面精度高达：，高程：兼容性Rock具有极佳的兼容性，GNSS原始数据可以通过实时输出RTCM3.0格式、RINEX格式、BINEX格式，实现和其他国内外已有CORS系统的无缝兼容，用于新建CORS系统或者扩容现有CORS系统。数据接口方案Rock配备7个RS232数据端口，能同时连接两套数据通讯设备来广播RTK或RTD数据；高精度原子钟、气象仪、倾斜仪等其他传感器设备均可以连接到Rock，气象、倾斜数据也可与GNSS数据同时记录在一起，并可自动一起下载到数据中心，为用户建立一个完善、多用途GNSS参考站提供了更大的灵活性。,Rock产品的优势所在,2020/6/7,7,Rock的定位原理,在海洋这个特殊环境里，我们Rock产品的通信方式无法施展其自身的优势，包括无线网络通信和无线电波通信，为了解决这一问题，我们的Rock产品的GPS主板都采用了兼容OmniSTAR星战差分服务的技术。OmniSTAR的应用横跨了众多工业，包括农业（精密耕作）、采矿业和大地测量等。航空业应用包括农作物灌溉和地理测量等。OmniSTAR提供三种GPS差分等级的服务：VBS、HP、和XP。OmniSTARHP服务在2（95%）的置信度下的水平位置偏差小于10cm，3（99%）的水平位置偏差小于15cm。它操作实时，不需要当地基准站或遥感链路。在利用向前发展的精密定位方面，OmniSTARHP确实比较超前。,2020/6/7,8,Rock的定位原理,Rock产品只需要付费开通OmniSTAR服务后，就可以无需任何其他设备支持，接收高精度星战差分信号，通过嵌入式算法程序经过转换后进行输出格式为NMEA的标准数据信息。其中NMEA-0183协议定义的语句非常多，但是常用的或者说兼容性最广的语句只有$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG、$GPGLL等。,2020/6/7,9,NMEA协议定义,$GPGGA（定位信息）例：$GPGGA,092204.999,4250.5589,S,14718.5084,E,1,04,24.4,19.7,M,0000*1F字段0：$GPGGA，语句ID，表明该语句为GlobalPositioningSystemFixData（GGA）GPS定位信息字段1：UTC时间，hhmmss.sss，时分秒格式字段2：纬度ddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）字段3：纬度N（北纬）或S（南纬）字段4：经度dddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）字段5：经度E（东经）或W（西经）字段6：GPS状态，0=不可用(FIXNOTvalid)，1=单点定位(GPSFIX)，2=差分定位(DGPS)，3=无效PPS，4=实时差分定位（RTKFIX），5=RTKFLOAT，6=正在估算字段7：正在使用的卫星数量（00-12）（前导位数不足则补0）字段8：HDOP水平精度因子（0.5-99.9）字段9：海拔高度（-9999.9-99999.9）字段10：地球椭球面相对大地水准面的高度字段11：差分时间（从最近一次接收到差分信号开始的秒数，如果不是差分定位将为空）字段12：差分站ID号0000-1023（前导位数不足则补0，如果不是差分定位将为空字段13：校验值,2020/6/7,10,NMEA协议定义,$GPRMC（推荐定位信息数据格式）例：$GPRMC,024813.640,A,3158.4608,N,11848.3737,E,10.05,324.27,150706,A*50字段0：$GPRMC，语句ID，表明该语句为RecommendedMinimumSpecificGPS/TRANSITData（RMC）推荐最小定位信息字段1：UTC时间，hhmmss.sss格式字段2：状态，A=定位，V=未定位字段3：纬度ddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）字段4：纬度N（北纬）或S（南纬）字段5：经度dddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）字段6：经度E（东经）或W（西经）字段7：速度，节，Knots字段8：方位角，度字段9：UTC日期，DDMMYY格式字段10：磁偏角，（000-180）度（前导位数不足则补0）字段11：磁偏角方向，E=东W=西字段16：校验值,2020/6/7,11,NMEA协议定义,$GPVTG（地面速度信息）例：$GPVTG,89.68,T,M,0.00,N,0.0,K*5F字段0：$GPVTG，语句ID，表明该语句为TrackMadeGoodandGroundSpeed（VTG）地面速度信息字段1：运动角度，000-359，（前导位数不足则补0）字段2：T=真北参照系字段3：运动角度，000-359，（前导位数不足则补0）字段4：M=磁北参照系字段5：水平运动速度（0.00）（前导位数不足则补0）字段6：N=节，Knots字段7：水平运动速度（0.00）（前导位数不足则补0）字段8：K=公里/时，km/h字段9：校验值,2020/6/7,12,NMEA协议定义,$GPGLL（地理定位信息）例：$GPGLL,4250.5589,S,14718.5084,E,092204.999,A*2D字段0：$GPGLL，语句ID，表明该语句为GeographicPosition（GLL）地理定位信息字段1：纬度ddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）字段2：纬度N（北纬）或S（南纬）字段3：经度dddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）字段4：经度E（东经）或W（西经）字段5：UTC时间，hhmmss.sss格式字段6：状态，A=定位，V=未定位字段7：校验值,2020/6/7,13,Rock工作原理,Rock接收机通过嵌入式算法程序得到差分数据信息，并转换成标准数据格式输出，输入到多波束测深仪，然后其测量每个波束声波信号的旅行时间和反射角度，结合定位数据，测船的姿态数据，声速数据来计算每个波束测量的水深。多波束测深技术与单波束相比较而言，多波束技术具有测量效率高，对水下地形全覆盖的特点。进一步发展立体测图和自动成图。可以测绘各种比例尺的水下地形图，还可以用于扫海测量，探测海底障碍物以及高精度水下工程测量。,2020/6/7,14,Rock工作原理,多波束换能器在信号控制器的控制下向下发射扇形脉冲信号，声信号经海水传播到海底，经过反射和散射返回换能器，换能器的多阵列接收单元利用窗口原理接收回波信号，并形成一系列波束。形成后的波束信号经放大，滤波和带通处理后返回数据采集和处理计算机进行处理和存储。运动传感器等附属设备同步测量换能器的姿态参数并传输给数据采集和处理计算机。多波束测量软件将采集到的测深数据，定位数据和换能器的姿态数据按照时间标签进行合并和对测深数据进行改正，从而得到每一个波束的精确水深。,2020/6/7,15,Rock工作示意图,2020/6/7,16,软件工作界面截图,2020/6/7,17,数据输出截图,2020/6/7,18,展望海洋测绘