GPS卫星测量概述课件

GPS卫星测量原理D1070/30.PPT数据上传与下载用户部分控制部分主控站监控站注入站一句话原理:距离后方交会GPS星轨道GPS卫星测量原理贵州大学美国的GPS系统建立时间:上世纪70年代初构成:24颗卫星分布在6个近地轨道,轨道高度20183公里,轨道倾角55度,周期为11小时58分;原理:码分多址(CDMA),有L1(1575.42MHz)和L2(1227.60MHz)，两个频段,调制C/A码和P码,以SA(已取消)和AS进行加密目前设计精度:P码定位6米,C/A码定位12米提供服务:标准定位服务(SPS)和精确定位服务(PPS)使用椭球:WGS84授时方式:UTC现状:由于卫星设计寿命较长,故目前天上的卫星多于24颗(27)计划:在II代卫星上增加军用测距码(M),在L2载波增加C/A码(至2010年完成,提高单点定位精度,并增加频率);于在2005后发射的II代卫星上增加L5频段(至2014年完成);加快对III代卫星的开发研制.目前最为好用的全球卫星定位系统,其应用领域早已超出了导航/测绘等领域,成为世界一个新的应用研究方向,相信GPS的发展会给我们带来意想不到的东西.其他应用:欧洲的EGNOS,美国的WASS,日本的MTSAS广义差分应用贵州大学原点位于地球的质量中心X与Y轴彼此垂直并位于赤道平面上Z轴垂直X,Y轴所在平面，并与地球的自转轴相重合jlhPZXYWGS84介绍贵州大学“

地图投影是将球面上的子午圈(经圈)及平行圈(纬度圈)采用数学模型展开并表达在平面上。”

以地理坐标表达的每一个点都能够在平面上用一对东方向及北方向坐标来表示其位置。地图投影介绍高斯平面直角坐标GPS卫星测量原理贵州大学俄罗斯格拉斯系统GLONASS

建立时间:上世纪80年代初构成:24颗卫星分布在3个近圆轨道,轨道高度19100公里,轨道倾角65度,周期为11小时15分;原理:频分多址(FDMA),也有L1(1,602+0.5625MHz)和L2(1,246+0.4375MHz)，两个频段,调制S码和P码,不进行加密设计精度:平面16米,高程25米提供服务:标准定位服务(SPS)和精确定位服务(PPS)使用椭球:SGS-E90授时方式:UTC现状:由于卫星寿命较短(5年),故发射了80余颗卫星,仅有8颗左右能正常工作,在低纬度地区,其卫星可见较差,单独使用无法定位计划:用四年时间改造为GLONASS-M系统应用状况:除在高纬度地区外,GLONASS系统不具有实际用途,并不能对GPS系统大幅提高观测精度,也不能提高工作效率贵州大学中国的北斗系统建立时间:上世纪80年代提出(2003年正式运营)构成:2颗工作卫星一个备用卫星,均为同步卫星,两个轨道的交角为60度,工作频率：2491.75MHz;原理:主动式双向二维导航(上述其他系统均为被动式单向三维导航),可称为GEOSTAR快速双星导航.设计精度:100米,设立标校站后可达20米工作范围:北纬5°~55°，

东经70°~140°之间的心脏地区，上大下小，最宽处在北纬35°左右容量:每小时540000户提供服务:定位,通讯使用椭球/授时方式:资料不详使用方法:用户发出定位信号给地面控制站,控制站经身份确认后,发信号给卫星,卫星再将结果发送至接收机,时延较大.目前仍属军方使用,正逐步向民用开放,但由于其精度低,时延长,对于真正的民用而言,无实际使用价值出于对国家战略安全和利益的考虑，越来越多的国家正在研制自己的卫星定位系统，如日本正在开发新的定位系统----准天顶系统。贵州大学1960年第一次提出卫星定位的概念1964年美国海军Transit卫星定位系统开始投入运行主要为核潜艇开发；5颗极轨道卫星；只能测量Doppler频移1967-69年美国空军Timation卫星第一次利用星载精密时钟进行被动定位1973年正式开始研发和布署GPS系统1978年第一批4颗卫星发射成功1983年第一次公开GPS系统（此前为军事机密）1993年12月开始试运行阶段1995年4月开始正式运行。系统总投资120亿美圆，年运行费约4亿美圆。1999年公布GPS现代化计划美国的GPS发展历程(从多普勒卫星发展而来)贵州大学选择性服务政策(SA):

美国军方人为地降低民用用户的点定位精度。SA政策是通过制造卫星时钟信号的抖动和降低卫星轨道参数的精度来实现的。2000年5月1日正式关闭。但军方有能力对于指定区域人为降低定位精度。防电子欺骗技术

(AS):

通过对P码加密，使民用用户无法利用P码进行定位和捕获L2载波相位。2003年:

在之后发射的12颗BlockIIRGPS卫星上加载新的军用测距码（M码），在L2载波上加载C/A码，并增加信号发射功率。至2010年完成。2005年:

在之后发射的BlockIIFGPS卫星上增加L5载波（1176.45MHz）。至2014年完成。增加10亿美圆的投资，进行第三代GPS系统的研究和开发。GPS的服务政策GPS的最新计划贵州大学

GPS需要良好的对天通视接收天线的观测视野中不应该存在障碍物贵州大学基本的导航点位能够按后方交会的方式计算出来。卫星相当于处在运动“轨道上的控制点”。采用与时间相关的至每颗卫星的码观测向量。至少观测4颗卫星，我们就可以解算出4个未知参数：

测站的纬度、

经度、高程

及接收机的

时钟偏差GPS卫星测量原理贵州大学GPS是一种距离测量系统(D)。卫星及接收机中包含有稳定的频率标准。无线电信号发射的时间是已知的，它与接收瞬间的时钟偏差可以被计算出来

(T)。无线电的传播速度是已知的

(V)。因此测站与卫星之间的距离可以按下式计算出来:D=VxT由于任意时刻卫星的坐标是已知的，因此只要有足够数量的观测值，接收机天线的位置就可以计算出来。贵州大学测站至卫星的距离是采用卫星发射的码信号进行测量的。接收机也同步生成相同的码。通过相关分析，可以测出信号的传输时间，并根据光速计算出距离。卫星时钟接收机时钟t贵州大学与卫星有关的误差来源卫星轨道代表误差卫星时钟模型误差与接收机有关的误差源接收机时钟误差整周跳变天线相位中心的迁移同传输途径有关的误差电离层/对流层传输延迟同测站有关的误差测站近似坐标的精度与作业方式多路径误差贵州大学观测星座的几何图形强度(GDOP)：它是一种衡量三维定位精度水平的标志

差的GDOP好的GDOP理想的GDOP-一颗卫星位于天顶，与此同时，其余卫星均匀分布在指定观测高度角的地平圈上。贵州大学GPS测量获得的是WGS84坐标系统中的点位及坐标差。它们可以有两种表达方式：纬度、经度与高程的地理坐标方式，或者由X,Y和Z组成的地心坐标方式。以地心为中心的WGS84椭球是全球范围内与大地水准面拟合得最佳的参考椭球面。需要通过坐标转换和地图投影转换为地方坐标三种转换方式：一步法、两步法、经典法。视不同条件使用，可得到地方坐标系的最终成果。贵州大学静态测量动态测量台站应用GPS技术的发展:除硬件技术的发展外,主要是应用技术的拓展贵州大学相对于精度要求不是太高的单点定位而言,测量型GPS都是在差分技术下实现的(差分的含义是:两个测站接收的公共卫星在各种参数上具有相关性,通过参考站产生的改正数,提高另一点的观测精度)。也就是说基于基线测量,基线是从一个点(参考站)

测至另一个点(一个流动站)。GPS测量采用以下两种方法之一来完成：单机定位方法(静态)

野外直接采集记录来自卫星的原始数据,形成满足导航、指向等需要。后处理方法(静态)

野外采集记录来自卫星的原始数据,并在内业用软件加以处理。实时处理方法(动态)

数据处理是在外业过程中进行的，并且瞬时给出较为精确的成果。公共卫星基线参考站流动站贵州大学这种传统的测量方法一般用于长基线并获取

3mm+0.5ppm的最高基线精度(

rms)。传统GPS基线测量方法，每条基线的观测时间至少在两小时以上。观测时间的长度与基线长度成正比。标准情况下，20Km以上的长边适合于采用这种测量方法。应用领域大面积的大地控制测量国家或洲际控制网联测板块运动的监测通过网平差取得最佳的精度准静态测量成都经纬以较短的观测时间测定边长20km以内的基线。精度为5mm+0.5ppm应用领域控制测量碎部地物测量，取代导线测量和小三角加密测量，GIS数据采集以及各种成批密集点位的测量工作优越性容易，迅速，高效率是短边测量的理想方法快速静态测量贵州大学GPS的静态测量模式外业观测连接较为简单无需数据连接内业处理基线处理(差分)平差处理坐标转换成果目前准静态和快速静态已无明显的界线(基线长度/观测时长)贵州大学GPS的动态测量模式RTK基于相位差分(厘米级),RTD/G基于测距码差分(分米级)架设在已知点上的参考站差分改正信息通过电台或GSM进行广播流动站通过电台或GSM接收差分信息接收机通过内置在机内的软件进行处理,实时显现成果贵州大学具有静态测量时间间隔的动态测量模式

精度可达

10mm+1ppm

静态测量模式部分流动站开始测量前需要解算出整周未知数.整周未知数可采用以下三种方法之一解算:运动状态下进行初始化静态初始化在已知点上进行初始化流动站初始化参考站准动态测量贵州大学流动站初始化参考站5动态测量模式部分一旦采集了足够解出整周未知数的数据,用户就可以移动接收机了。在整个测量过程中必须保持锁定4颗以上卫星每一个访问的点位只需要观测一个历元的数据如果卫星失锁了,那么系统需要重新进行初始化应用领域开阔地区的碎部测量及工程测量1234贵州大学RS500/MC500系统中心控制软件服务于大地测量、工程测量、水文测量、地籍测量、地壳形变和地面沉降监测、高精度导航、GIS数据采集、全天候大气水汽监测、电离层监测、以及地球动力学研究。香港GPS台站网GPS的广泛应用：区域性台站网贵州大学台站网:可简单的理解为基于网络技术的固定参考站网台站一号台站二号台站三号UHF数据链徠卡接收机控制中心-台站控制软件广播RTK改正數GPS原始数据自动按时通过电话网下载到控制中心Spider软件内，管理员也可同时遥控各台站的运行56K解调器

RTK改正数同時使用电话网作远程广播流动站用户利用GSM手机连接到各台站以接收RTK数据作实時厘米级定位静态测量用户可使用各台站的数据作基线处理贵州大学GNREFGNETGNSMARTPCRTCM_OUTGNSMARTPC参考站数据+改正数NMEA-通讯-误差模拟-数据筛选-改正数据生成-RTCM输出原始数据原始数据RTK贵州大学虚拟参考站VRS(Terrasat)空间改正参数FKP(Geo++)主副站方案(Leica)–流动站并不知道改正数是如何产生的–流动站并不知道改正数是如何产生的+流动站知道改正数是如何产生的–参考站网计算方法尚没有一个确认的标准–参考站网计算方法尚没有一个确认的标准+参考站网的计算无需任何标准–流动站有时无需参考站提供改正也能进行精确定位，但是它不能这样做+流动站有时无需参考站提供改正也能进行精确定位，但是它能够决定是否采用改正数+流动站有时无需参考站提供改正也能进行精确定位，但是它能够决定是否采用改正数–流动站往往只能收到少数几颗卫星的改正数+流动站能够接收到参考站跟踪的所有卫星信息+流动站能够接收到参考站跟踪的所有卫星信息–由于参考站不能解算出台站网中所有卫星的整周未知数，流动站往往只能收到少数几颗卫星的改正数，即使观测到5颗乃至6颗卫星，仍无法进行RTK作业+流动站有时只能接收到少数卫星的FKP改正数资料，但是它能够决定如何加以利用+流动站有时只能接收到少数卫星的FKP改正数资料，但是它能够决定如何加以利用–流动站的观测值对改正数没有任何作用+流动站对观测值的改正数具有积极的影响+流动站对观测值的改正数具有积极的影响–必须具有双向数据通信能力+只需要单向数据通信，但是双向数据通信同样也可以采用+只需要单向数据通信，但是双向数据通信同样也可以采用–用于各个流动站的改正数无法用于广播，也不适用于其他流动站+改正数信息适合于面向所有流动站广播+主副站方案非常接近FKP技术，改正数信息适合于面向所有流动站广播-目前没有国际公认的标准–目前这种技术也没有国际公认的标准–目前这种技术也没有国际公认的标准，但正在通过讨论趋向一致贵州大学中国地区

香港城市综合服务网(一期6个站)

青马大桥监测网（29个站）澳门(一期1个站)

北京–与北京信息中心合作示范网（两个站）武汉-与武汉大学合作示范网（一个站）昆明–与昆明市勘察测绘研究院合作示范网(六个站)

重庆-与重庆市建委等部分合作数据城市网（五个站）

莫斯科丹麦美国福特公司贵州大学静态测量快速静态测量动态测量无静态初始化的动态测量实时测量网络GPS测量GPS的测量模式GPS接收机的分类单频接收机双频接收机RTK双频接收机RTD单(双)频接收机GIS接收机手持式接收机贵州大学目前，GPS仪器有两大类型一是：天线与接收机直接相连，称为一体化机二是：天线与接收机通过电缆相连，称为分体式机一体化机终端接收机天线分体式机GNSS部分--GPS接收机介绍贵州大学比较项目一体化机分体式机结构相对简单相对复杂技术更新不易实现软件更新故障分析无法判断交换检查可服务性不容易较为容易一体化机与分体式机的简单比较贵州大学GPS技术的关键：后处理或机载的基线解算能力是否能解算长基线，基线越长能力越强是否便于分析、剔除有误差的星历是否直观显示所有信息贵州大学未来的GPS将是：

多频系统、多星系统、台站系统的有机结合贵州大学未来的GPS将是：

多种功能仪器配合使用的有机结合全站仪（激光测距）陀螺仪GPS徕卡最新的统站仪/超站仪

SmartStation贵州大学徕卡于2004年3月推出了新一代的GPS产品—GPS1200GPS精度:·水平:10mm+1ppm,动态·高程:20mm+2ppm,动态·水平:5mm+0.5ppm,快速静态·高程:10mm+1ppm,快速静态·可信度:30公里达99.99%基于与联合作业XFUNCTION理念与TPS1200无缝连接基于高可靠性理念

SmartCheck自检技术基于高灵敏度接收理念

SmartTrack灵敏跟踪技术基于系统兼容性理念支持最多的第三方设备基于系统扩展性理念面向未来的设计基于高精度测量理念保持徕卡专业特色贵州大学1、超大VGA显示屏，不仅支持中文显示，更支持精细图形显示2、新颖的按键灯，夜晚作业更加轻松3、触摸屏设计，操作更加快捷简便4、更多快捷键设置，查看更多信息，便于实时监控作业质量5、可自定义格式输入输出，方便快捷贵州大学6、全新的防水、防尘、防摔设计（镁合金机身）达到军标：

MIL-STD-810F达到环境标准：ISO9022-10-08防水等级：IP66,IP67GNSS部分--leica的最新GPS产品贵州大学7、使用高效锂电供电充电器向下兼容GEB221容量3.8Ah,仅重195g最新的GEB121容量4.2Ah,重375g8、使用CF卡存储数据与全站仪共用DB数据库贵州大学9、准扼流圈天线意想不到的功效10、支持多种数据链GSM–西门子MC45,爱立信DM25(TDMA)电台–卫星3AS,太平洋PDL从蓝牙到第三方GSM贵州大学11、SmartTrack技术—跟踪微弱信号能力大幅提高12、SmartCheck技术—保证解算的正确性

重新锁定快于4秒钟,提高40%

连续重新解算,不出现误解

在20Hz保持毫米级精度支持0.1秒的刷新率

优秀的GPS测量技术SMARTCHECK优秀的长距离RTK技术贵州大学13、支持蓝牙技术—对第三方设备有最大的兼容性条码器,测深仪,地震仪等对任意设备支持ASCII格式使用具备蓝牙功能的新型DISTO测量隐蔽点贵州大学用户现在投资就意味着获得长远投资回报全面兼容L2C和L5信号完全兼容珈利略系统积极开发于GNSS系统完全适用于WASS和EGNOS完全兼容FTP和VRT参考站网数据14、完全面向未来的设计LeicaGeoOffice集GPS、全站仪、水准仪数据处理于一体，可进行联合数据的平差……特点:1.默认解算基线长度达80公里;2.更多的人工参数干预;3.更优秀的解算能力(用3分钟的观测历元可解算出15公里的基线);……15、功能强大的后处理软件贵州大学发展历程1967年参与621B项目(GPS全球定位系统的前身)1971年参与美国海军Timation卫星导航系统科研1976年研制完成并生产出多种型号的第一阶