GPS原理和应用复习资料课件

1、Chapter 1 绪 论,一、基本概念 1 卫星定位: 通过卫星的瞬时位置利用空间距离后方交会的方法确定点位置。 2 卫星定位基本观测量：距离差、距离 （1）距离差定位方式： 双曲面定位系统（NNSS、TSICADA） （2）距离定位方式： 球面定位系统（GPS、GLONASS、 Galileo、 BDSS） （3）GPS发展趋势 GIS/GPS/RS 组成的3S集成系统 GPS/INS 组合导航系统 GNSS/全球导航卫星系统,1,GPS原理和应用复习资料,二、全球定位系统（GPS,1 功能特点： 三大功能：导航、定位、授时 2 应用范围： 测量学、导航学及其相关学科领域 3 GPS组成：

2、 （1）GPS卫星网及主要功能 21+3颗卫星 （2）地面监控系统及主要功能 主控站：1个、 注入站：3个、 监控站：5个 （3）GPS信号接收机及定位方式,2,GPS原理和应用复习资料,Chapter 2 卫星大地测量基础,一、坐标系统 1 天球坐标系： （1）章动、岁差 （2）三种天球坐标系：瞬时真天球坐标系、瞬时平天球坐标系、协议天球坐标系 2 地球坐标系： （1）极移 （2）两种地球坐标系：瞬时地球坐标系、协议地球坐标系 3 协议地球坐标系： （1）CTS-84坐标系 （2）WGS-84坐标系,3,GPS原理和应用复习资料,极移运动轨迹,4,GPS原理和应用复习资料,二、卫星大地测量中

3、的时间系统,1 世界时（UT） 2 原子时（AT） 3 协调世界时（UTC） 4 力学时（TD） 5 GPS时间（GPST,5,GPS原理和应用复习资料,三、卫星运动,卫星运动状态：受地球、太阳、月球对卫星的引力，太阳光压、地球潮汐力等影响。 卫星受到的作用力： 1 地球质心引力（中心力）-无摄运动、无摄轨道 2 摄动力（非中心力）-有摄运动、有摄轨道,6,GPS原理和应用复习资料,Chapter 3 GPS定位系统信号和接收机 的基本工作原理,GPS卫星信号采用组合码调制技术（伪随机码扩频技术） 组合码调制技术：将卫星导航电文（基带信号）经伪随机码扩频技术成为组合码，再对L频段的载波进行BP

4、SK调制（正交调制）。 作 用：提高系统导航定位精度，使系统具有很高的抗电子干扰能力和极强的保密能力。 分为二级调制:第一级是导航电文调制到测距随机码，第二级是测距码调制到载波,7,GPS原理和应用复习资料,组合码调制技术,8,GPS原理和应用复习资料,1 C/A码：粗码 P码：精码 GPS卫星信号构成,一、伪随机码（PRNC,9,GPS原理和应用复习资料,1 导航电文：组成、格式 2 导航电文内容 （1）遥测码（TLM）；（2）转换码（HOW）；（3）第一数据块（DATA1）；（4）第二数据块（DATA2）；（5）第三数据块（DATA3,二、导航电文（D码,10,GPS原理和应用复习资料,三

5、、GPS接收机,1 GPS接收机分类： （1）按通道工作原理分 （2）按用途分 （3）按载波频率分 （4）按通道数分 2 基本结构 （1）天线 （2）主机 （3）电源,11,GPS原理和应用复习资料,Chapter 4 GPS定位的基本观测量 及误差分析,一、 GPS定位基本原理：= c.t 二、GPS定位观测量 1 码伪距：C/A 、P码 2 载波相位：L1、L2 3 多普勒频移：D1、D2,12,GPS原理和应用复习资料,三、GPS测量误差来源,1 与卫星有关的误差： （1）卫星钟差 （2）卫星星历误差 （3）地球自转影响 （4）相对论效应影响 2 信号传播误差： （1）电离层折射影响 （

6、2）对流层折射影响 （3）多路径效应,13,GPS原理和应用复习资料,3 观测误差和接收设备误差,1）观测误差 （2）接收机钟差 （3）天线相位中心偏差,14,GPS原理和应用复习资料,Chapter 5 GPS定位的基本原理和方法,静态定位、动态定位 绝对定位、相对定位 测距码定位、载波相位定位,一、测距码伪距单点定位,1 原理：由卫星发射的测距码到观测站的传播时间（时间延迟）乘以光速所得到的量测距离。 = c.t 2 瞬时绝对定位精度 3 精度因子 DOP：PDOP、VDOP、HDOP、TDOP、GDOP,15,GPS原理和应用复习资料,二、载波相位测量,1 瞬时载波相位差 2 初始历元整

7、周模糊度 3 瞬时载波相位定位,三、GPS相对定位 1 GPS静态相对定位 2 GPS准动态相对定位 3 GPS动态相对定位,16,GPS原理和应用复习资料,四、差分观测值,1 一次差分观测值SD： （1）星际一次差分观测值 （2）历元间一次差分观测值 （3）站际一次差分观测值 2 二次差分观测值DD： （1）站际、星际二次差分观测值 （2）星际、历元间二次差分观测值 （3）站际、历元间二次差分观测值 3 三次差分观测值TD： 星际、站际、历元间三次差分观测值,17,GPS原理和应用复习资料,五、GPS基线向量解算,1 基线向量平差解算方法 （1）按单基线解算 （2）联合解算 2 基线向量质量

8、评定 （1）基线长度中误差（RMS） （2）双差模糊度的整数性（RATIO） （3）同步观测环闭合差 （4）异步观测环闭合差 （5）重复基线闭合差,18,GPS原理和应用复习资料,六、GPS测量的周跳,1 周跳产生原因 1）由于顶空障碍物阻挡，造成卫星信号暂时中断； 2）由于电离层条件差、多路径效应和卫星高度过低等原因，造成卫星信号的信噪比过低； 3）接收机软件发生故障，导致错误的信号处理。 2 通常处理方法 （1）第一类周跳（数分钟）：利用单差观测值通过高阶拉格朗日多项式进行拟合修复 （2）第二类周跳（两历元间）：利用单差观测值拟合或双差观测值拟合,3 双差固定解、双差浮点解 （1）双差固定

9、解 （2）双差浮点解,19,GPS原理和应用复习资料,七、整周模糊度确定方法,1 经典静态相对定位法： （1）双差固定解 （2）双差浮点解 2 快速静态解算法： （1）交换接收天线法 （2）P码双频技术法 （3）马吉尔配适滤波法 （4）搜索法（FARA技术） 3 动态法（OTF技术,20,GPS原理和应用复习资料,Chapter 6 GPS控制网建立,一、GPS控制网技术设计 GPS网的基准设计：位置基准、方位基准、尺度基准,二、 GPS控制网图形设计 1 基本网形： （1）三角形网 （2）环形网 （3）星形网 2 GPS同步连接方式 （1）点连式（2）边连式 （3）网连式（4）混合式,21,

10、GPS原理和应用复习资料,三、GPS外业观测,1 GPS卫星预报 2 GPS观测要求 3 GPS观测成果检验 4 GPS数据处理流程,2 GPS同步观测 （1）单基线数： （2）独立基线数： （3）同步观测环数,22,GPS原理和应用复习资料,Chapter 7 GPS控制网的平差计算,一、参心坐标系 1 参心坐标系建立 （1）参心坐标系 （2）参心空间直角坐标系（X、Y、Z） （3）参心大地坐标系（B、L、H） （4）两者的关系 2 参心坐标系定位 （1）双平行定向条件 （2）单点定位 （3）多点定位,23,GPS原理和应用复习资料,二、高斯投影 1 高斯投影 2 高斯正、反算 3 投影分带

11、 4 投影长度比,三、UTM投影 1 投影条件 2 与GUASS投影的关系,24,GPS原理和应用复习资料,四、国家坐标系,1 WGS-84坐标系 2 国家大地坐标系 （1）P54坐标系 （2） C80坐标系 （3）新P54坐标系,25,GPS原理和应用复习资料,五、不同坐标系的坐标转换模型,1 布尔沙模型（B模型）： 原点不重合、坐标轴不平行、坐标尺度不一致 2 莫洛金斯基模型（M模型） ： 受尺度和旋转影响的是任意点与某一参考点的坐标差 3 武测模型（W模型） ： 受尺度影响的是任意点与某一参考点的坐标差，而受旋转 影响的是任意点的坐标 4 三种模型比较,26,GPS原理和应用复习资料,六

12、、转换参数求解方法,1 三点法 2 多点法 VTV=min 3 严密平差法 VTPV=min,27,GPS原理和应用复习资料,七、GPS网平差,1 三维无约束平差 （1）空间直角坐标 （2）大地坐标 2 三维约束平差 （1）地面数据 （2）基线向量观测值 3 二维约束平差 （1）E0、E1、E2椭球 （2）E1椭球变换求二维基线向量 （3）E2椭球变换求二维基线向量,28,GPS原理和应用复习资料,4 地面起算控制点选取原则 5 地面起算控制点兼容性分析,29,GPS原理和应用复习资料,八、GPS水准,1 常用的高程系统 （1）大地高系统 （2）正高系统 （3）正常高系统 2 确定大地水准面的

13、传统方法 （1）天文大地水准法 （2）天文重力水准法 （3）重力场模型法 （4）司托克斯（G.G.Stokes）重力大地水准面模型法,30,GPS原理和应用复习资料,3 GPS高程拟合方法 （1）二次曲面拟合法： 利用二次曲面逼近小区域的（似）大地水准面进行拟合。 （2）多重二次曲面拟合法： 利用多重二次曲面逼近任何光滑的数学曲面或非数学定义的任意曲面进行拟合。 （3）薄板小挠度变形模型拟合法： 参照力学中数值计算的加权残差法，利用自组织原理选取薄板受离散负载时的小挠度变形模型进行拟合。 4 常用的GPS高程拟合方法 （1）二次曲面拟合（n6） （2）平面拟合（n=3） （3）平移拟合（n3,31,GPS原理和应用复习资料,Chapt