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文档简介

1、原理2、我国GPS测量的常用坐标系3、GPS静态定位在测量中的应用4、南方测绘NG100一体化测量系统5、GPS高程GPS测量教学电子教案5/24/20231第一部分原理GPS测量的特点GPS的历史和背景GPS系统的组成GPS卫星GPS地面控制站GPS用户设备GPS系统现状GPS定位原理GPS测量10

小结5/24/202321

GPS测量的特点GPS测量与经典测量方法的对比1:

不需要相互通视

观测作业不受天气条件的影响

网的质量与点位的分布情况无关

能达到大地测量所需要的精度水平

白天和夜间均可作业

经济效益显著5/24/20233

(1)

GPS测量效率比传统方法有极大的提高

(2)无论作大面积控制和局部测量都是理想的仪器

(3)价格上具有更强的市场竞争能力

(4)任何条件下都有充分把握提供足够的精度GPS测量与经典测量方法的对比2:5/24/202342

GPS的历史和背景GPS是美国军方研制的第二代卫星导航系统(1)全球通用(2)24小时可以定位,测速和授时

(3)用户设备成本低廉(4)确保美国军事安全,服务于全球战略

(5)导航精度可达10—20m(6)取代现存各种导航系统这种设备可以用来武装战车,舰船和飞机,提高其作战能力,并可广泛用于地面部队,其作用已经在海湾战争中得到充分展示。5/24/20235系统特征NNSSGPS载波频率GHz0.15,0.401.23,1.58卫星高度km100020200卫星数5-621+3卫星周期min1:4711:58卫星钟稳定度10-1110-12GPS与NNSS的主要特征比较5/24/20236系统特征GLONASSGPS载波频率GHz1.61,1.251.23,1.58卫星高度km1910020200卫星数21+321+3卫星周期h11:1511:58卫星钟稳定度10-1110-13GPS与GLONASSS的主要特征比较5/24/20237技术背景(信号组成):P码和Y码C/A

码

L1L2防电子欺骗技术(AS)选择性服务政策(SA)*SA技术已经于2000年5月取消5/24/202383 GPS

系统的组成全球定位系统(GPS)由三个主要部分组成空间部分:提供星历和时间信息发射伪距和载波信号

提供其它辅助信息地面控制部分:中心控制系统实现时间同步跟踪卫星进行定轨用户部分:接收并测卫星信号记录处理数据提供导航定位信息5/24/202394

GPS卫星24颗卫星(21+3)6个轨道平面55º轨道倾角2万km轨道高度(地面高度)12小时(恒星时)轨道周期5个多小时出现在地平线以上(每颗星)目前轨道上实际运行的卫星个数已经超过了32颗7/21/2023105

GSP地面控制站55HawaiikwajaleinColoradospringsAscencion

DiegoGarcia一个主控站:科罗拉多•斯必灵司三个注入站:阿松森(Ascencion)迭哥•伽西亚(Diego

Garcia)卡瓦加兰(kwajalein)五个监测站=1个主控站+3个注入站+夏威夷(Hawaii)7/21/2023116

GPS用户设备测地型GPS接收机天线前置放大器电源部分导航型GSP接收机一般情况下无数据输出的记录存储设备(手持机)射电部分微处理器数据存器显示控制器供电信号信息命令数据供电,控制供电数据控制7/21/2023128

GPS定位原理卫星信号结构基准频率10.23MHZL11575.42MHZC/A码1.023MHZP•码10.23MHZL21227.60MHZP•码10.23MHZ

10

154

12050比特/S卫星信息电文(D码)每颗卫星都发射一系列无线电信号(基准频率ƒ0)两种载波(L1和L2)两种码信号(C/A码和P码)一组导航电文(信息码,D码)7/21/202313L1载波相位观测值L2载波相位观测值调制在L1上的C/A-code伪距调制在L2上的P-code伪距Dopple(多普勒)观测值7/21/202314对卫星进行测距GPS定位的各种常用观测量接收机对跟踪的每一颗卫星进行测距地心SiiP

jPjriRjiiRj

=r

+P

j有关各观测量及已知数据如下:r—为已知的卫地矢量P—为观测量(伪距)R—为未知的测站点位矢量7/21/202315距离观桨测精值的炭计算接收沃机至劝卫星悦的距槐离借荣助于村卫星防发射魂的码街信号规量测隙并计原算得织到的接收剂机本畏身按科同一今公式抢复制玻码信叫号比较匠本机呆码信牵号及咸到达英的码唱信号锡确定兰传播凯延迟省时间

t传播醋延迟畏时间付乘以斜光速外就得瓦到距筛离观渣测值

=C•脖

辜t卫星钟调制的码信号接收机时钟复制的码信号

t

t5/1鞠7/燥2死023母16单点定奇位哲结果尺的获撑取单点男定位缺解可忘以理伴解为洲一个当测边辟后方封交会铸问题卫星现充当营轨道爹上运笑动的欧控制酬点,另观测绪值为察测站浇至卫剃星的锅伪距(由时原间延添迟计齐算得覆到)由于股接收帽机时硬钟与巾卫星依钟存碗在同移步误耐差,恋所以长要同象步观汉测4颗卫明星,

凭解算红四个薯未知昏参数笔:纬剑度φ,经度λ,大地熊高程h,钟差

t5/1乞7/谨2龟023死17GPS菌定位旗的误稠差源与GPS亡卫星梦有关证的因层素SA技术迅:人电为的鱼降低仆广播鹿星历筑精度(ε技术脂,20净00年5月取迁消)卫星滑星历叔误差卫星巴钟差卫星扭信号证发射砖天线刑相位仿中心圣偏差与传脾播途烫径有能关的房诚因素电离棕层延光迟对流然层延蛮迟多路淘径效蓬应与接编收机烟有关泽的因耍素接收既机钟着差接收夺机天捉线相浊位中即心误棵差接收栏机软愈件和吐硬件惭造成月的误翁差5/1窗7/社2预023天18距离观包测穿值的纳计算卫星钟调制的码信号接收机时钟复制的码信号

t

t接收渡机至匀卫星赏的距斩离借武助于倍卫星暑发射匀的码抢信号惕量测梢并计亩算得夜到的接收栽机本等身按葡同一昆公式阅复制附码信秒号比较获本机浑码信高号及迫到达嫌的码菊信号涨确定卷传播营延迟砌的时躬间

t5/1跪7/去2煤023预传播旨延迟害时间市乘以妨光速商就是少距离吊观测依值

=C•急

捏t199GP顾S测量卫星广授播的电磁东波信号:弊L1急载波

L2载波C/A锅码P-码λp=29散.3译m信号务量测躁精度骗优于准波长西的1/1蕉00伤载波卫波长(

L1=19冲cm湖,

煤L2=24暴cm垫)比C/刷A债码波牌长(邮

C/A间=29震3m糖)短得多港所以,线GPS仿测量患采用挡载波霸相位汗观测因值可身以获鞭得比至伪距(C/朴A码或P码)定位但高得较多的百测距体精度λL2=24蠢cm(1)话采用协载波锅相位祥观测轰值λL1=1老9cmλC/毙A=2闷93m5/1刮7/雀2返023厚20可以消有去果卫星凑钟的府系统膨偏差可以消疲去动接收鲁机时备钟的背误差iP

klP

jiP

jPjlP

kPkSlSi可以消纱去努轨道(星历)误差社的影响望可以削狱弱获大气稀折射任对观览测值摩的影览响(2)木组成联星际蹲站际贪两次脚差分宰观测欲值5/1申7/案2庸023舅21(3)劳设法翠解算梳出初苗始整烤周未愉知数Time

(0)Time

(i)AmbiguityAmbiguityCounted

CyclesPhase

Measurement测站技对某屠一卫造星的饶载波踏相位填观测普值由蛇三部属分组眨成(1)给初始亿整周密未知铸数n;(2)伯t祖0运至ti体时刻日的整幼周记尖数Ci;(3)遇相位色尾数ϕi如果残信号激没有拘失锁骗,则驾每一湖个观医测值蜡包含馋同一昏个初轻始整匪周未敬知数n为了漂利用蹄载波歼相位患进行贫定位养,必纪须设进法先匠解算红出初翻始整从周未废知数皂,取泊得总细观测值蒙n+C欠i+ϕi5/1桨7/草2膜023克

22(4)报弄清竹楚初旅始整达周未侦知数君的确宝定与来定位箭精度街的关浸系精度m1.0裂00.1你0整周未震知摄数确跑定后整周未硬知料数确设定前0.0冶1经典胃静态锋定位00305808时间(分)如果毙无法坊准确什解出桨初始渗整周总未知究数,衫则定飞位精仓度难糕以优库于±1m随着主初始瓦整周限未知寒数解赶算精血度的匠提高愈,定紫位精爪度也冒相应涝提高一旦戴初始熔整周阴未知掩数精在确获轻得,粉定位另精度食不再迎随时慈间延各长而错提高经典围静态秤定位裙需要30-若80情分钟闸观测集才能纪求定毁初始侵整周狗未知迷数快速去静态势定位快速魂静态构定位局将这招个过捉程缩穿短到5-8纱分钟(双频贤接收费机)5/1糠7/斥2王023计23伪距衰差分这是者应用恋最广端的一较种差眨分。张在基矛准站吉上,猴观测滋所有流卫星期,根赔据基快准站勿已知下坐标劳和各狂卫星亩的坐罚标,劳求出落每颗螺卫星劲每一浅时刻难到基斥准站棚的真心实距排离。条再与占测得蔽的伪袜距比倚较,渴得出锹伪距西改正屿数,泼将其选传输恳至用某户接框收机辨,提胁高定鄙位精贫度。这种时差分途,能萝得到猫米级叉定位进精度呈,如陆沿海各广泛蹦使用侵的“模信标挡差分”蛛5/1咸7/丙2输023撑24载波掀相位蝇差分载波忽相位泳差分僻技术速又称RTK习(片Rea蛙lT骆士ime萄Ki啦ne剂mat引ic棉)技术汉,是驶实时兼处理邀两个巨测站壁载波负相位纱观测醒量的揪差分山方法晴。即停是将莫基准胃站采壁集的能载波蚂相位书发送誉给用坡户接烈收机竟,进别行求笨差解仁算坐消标。载波且相位坏差分额可使证定位监精度魂达到喊厘米激级,趣已经加大量螺应用灾于需察要点扛位高拼精度播的动却态测议量领雅域。5/1备7/串2甚023牛25第二棒部分镰我国GPS鹿测量转的常况用坐榨标系1.W湖GS勺-记84WGS园-手84坐标沿是GPS葵所采晋用的述坐标泳系统富,GPS宵发布软的星历参般数墓都是速基于王此坐银标系摩的。WGS勾-当84的椭塔球参好数:

a=6织3硬78全13梨7m1/f狱=赌298遵.打25革72恼23狮563决2.1吸侵954揪北京懒坐标钻系195中4北京手坐标旋系是完目前域我国极使用云比较弯广泛摧的大桑地测量恢坐叼标系建,参僚考椭睡球是热克拉或索夫掀斯基独椭球吩。其殖高程是蝇以19精56年黄欣海平纪均海剖水面挪为基释准。5/1滔7/蜓克2笛023屡拉索采夫某斯基称椭球慨参数墨:a=6铜3升78县24瓦5m263.1楚9徒80西安统坐标膛系198裹0西安订坐标工系是锹我国蔽新建关的大腔地测辞量坐霉标系丽,参考验椭甲球是IU货GG储19痕75椭球纱,其高自程是耕以19星56年黄海勉平夺均海鬼水面价为基耻准。

IUG趴G来19隆75椭球平参数愈:a=6途3然78蜘14阶0m1/f柱=敬298她.肌257茅5/1敌7/逆2愤023低27第三部榆分GPS携静态仁定位起在测慎量中路的应合用1、GPS解静态叔定位混的主线要应咏用领域腐GPS配静态疮定位理主要炼用于蛙建立蛇各级很测量锋控制丽网,均其优狡点为:怕

定位营精度屋高,沸其基剑线的留相对记精度香非常专高

选点败灵活斥、不斩需要避造标凭、费惧用低

全天健候作旁业

观测肝时间卫短

观测辞处理膝自动化梳5/1征7/弄2马023登28

在15º斗截止坐高度芽角以碍上不赴存在侮障碍换物

周围没领有秃反射吨面,才不致瓜引起敬多路释径效剩应

安全避托开矿过往延行人谷和车斑辆,垄尽可讽能将锻接收淹机设觉置在额毋须倦人员项照看沾的地量方

附近不迁应猾该有沙强辐屯射源(如无男线电固台、巨电视余发射蓄天线淹等)

可靠的首电根源供盛应

足够的怜内湖存容都量

正确的徒配也置参数球(观测确类型倡、记相录速率气)

检查天抱线有高和院偏差

仪器的限正忘确检测面2、GPS疗测量启前注错意事项狼5/1所7/絮2援023科293、GPS侨布网绢方法

=±

a2

+

(b·d)2

—距离中误差(mm)b—比例误差系数(ppm)a—固定误差(mm)d—相邻点的距离(Km)

充分绞考虑杨建立GPS株控制肚网的剂应用陷范围

采用忍分级撞布网胜的原则吼

GPS葵测量昆的精材度标珍准GPS网的精度指标,通常以网中相邻点之间的距离误差来表示的,其具体形式如下:5/1里7/辉2秩023斩30国家测卸绘喘局19弊92年制哑订的真我国授第一碗部“GPS详测量厨规范”将GPS匀的精色度分促为A—E铺五级(见下熔表)。其贸中A、B两级一扎般堆是国镰家GPS便控制洞网。C、D、E三级秆是针览对局折部性GPS务网规抢定的梳。5/1唇7/贸2森023疼31

坐标疼系统蔑与起轧算数级据包括窑位置悼基准杯、方医位基祸准和毯尺度踏基准疮。

GPS缴点的坊高程应使匙一定舰数量宪的GPS园点与早水准离点重伍合或敌对部巧分GP房诚S点联司测水淘准。

选点矮原则猫与点瓜位标绕志5/1斯7/第2则023袄32GPS果网设愤计的尖一般猜原则

应通慎过独寄立观穿测边山构成裹闭合康图形救,以客增加克检核制条件牌,提页高网央的可患靠性悉。

应尽壁量与犹原有针地面撑控制豆网相隙重合宴,重被合点洽一般钱不少朗于3个,堤且分润布均巧匀。

应考斧虑与赤水准食点相络重合苦,够或在钳网中铺布设耐一定绪密度咳的水漏准联体测点痛。

点应顺设在判视野花开阔借和容抛易到酷达的愉地方右,联斗测方厅向。

可在沾网点锣附近售布设烤一通打视良木好的柔方位冈点,惜以建蹄立联仙测方墓向。根据GPS婚测量梁的不迈同用轻途,GPS伙网的麻独立笛观测紧边均尝应构芹成一角定的盐几何败图形宽,基验本形哪式有:翅

三角寻形网

环形饭网

星形详网5/1车7/介2根023阔33(1)壮、三购角形券网优点:沾图形几拣何历结构羡强,饱具有花较多嗓的检令核条浓件,平归差处后网区中相案邻点腐间基奴线向柳量的挣精度比暖较康均匀娘。缺点:最观测工字作装量大喷。一般只绿有爬在网淘的精爆度和病可靠鱼性要粘求比凉较高时茎,蹄才单公独采深用这夺种图者形。5/1预7/锅2贺023甚34(2)刘、环腾形网优点:挨观测工捆作汽量较早小,挤且具鸡有较士好的馆自检处性和可潜靠蹦性。缺点:件非直接驾观革测基凝线边(或间倍接边)精度赢较直接筋观司测边浓低,没相邻肢点间见的基帅线精灰度分布下不搭均匀趣。是大地蛾测蛇量和胖精密央工程纠测量司中普禾遍采桌用的图购形兽,通倚常采爆用上逐述两想种图兰形的臭混合图墙形伴。5/1肤7/戴2柔023浑35(3)付、星谈形网优点:款观测中六只狸需要轧两台GPS遮接收残机,翠作业梦简单。统缺点:甩几何图洪形朴简单脾,检滩验和自发现看粗差么能力差避。广泛用墓于器工程伤测量绿、边末界测毛量、违地籍轰测量和挎碎匀部测嘴量等蓄。5/1项7/阻2饼02缘瑞336第四膊部分NGS位1暴00一体透化测战量系统映特点将:单键杠操作听,简燥单明教了质量鼠可靠暂,基螺于国妖内首助台静沟态GPS棍数据费传输超采用爆标准化羡RS-说2斥32C贤接口野外盯性能哥极佳煤,防伟水耐春低温可与妻各种GPS漫进行泻联测拿解算数据专存储鸣可靠仍,可真长期搬断电自保存滑数据数据汁存储誓量大殊,可远长期卵连续建进行术数据理采集5/1丙7/仁2兰023她37

对工阿程进号行仔素细的尸全面拳规划拉设计

考虑防作业喷过程碰中应置设点异的数扶量以卸及所奏需的喂精度

考虑改联测赔已有肾的控某制点

考虑贫将结利果转圣换成贷地方祥坐标

考虑谷最佳斧的观青测路铁线和靠计算闹路线

对于法高精物度的征测量柄,应砖将路跨线布址设得扔尽可展能的短疏

使用格临时怒参考瓦站

考虑正独立联检核懂的需覆要:

在不妨同的奇观测责时段税中在葱一个擦点上叛设站闭两次

闭合扔环

在点要间观星测独赠立基刺线

考虑絮使用写两个档参考帽站1、全厦面规萍划设向计5/1喊7/犹2垄023纪382、参升考站

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足够剧的内妇存容司量

正确缝的配帜置参拌数(观测附类型柔、记园录速鸽率)

检查跑天线洞高和锯偏差5/1扬7/晨2幕023柿393、流益动站在15º档截止在高度闷角以旨上不扯存在坊障碍甚物障碍眉物应代不遮套挡信发号周围迫没有滔反射下面,齐不致伴引起均多路屑径效纸应附近言不应钩该有泽强辐挠射源可靠箩的电外源供剂应足够枕的内冰存容瞧量正确究的配拘置参家数(观测凭类型端、记雾录速箱率)检查惧天线数高和节偏差在良即好的杀窗口糟下观问测卫星电几何壶强度污因子GD贞OP≤弓8使用跟准动夫态指忽示器语作为株指南填写爹外业傲手簿5/17/州2敌023缴404、经亚验提盛示认真盼检查配基座欧的整昆平和鹿对中肿设施劳是否雅完好正确严地整成平和宝对中检查每高度裕读数烦和天估线偏辆差高程胞出错听将影筑响整胶个测邪量结窄果!用无姿线电槐通讯慎设备捐保持杰参考娃站和校流动度站之鹿间的格联系为了慈取得馋最高曾的精络度指磨标,尖应考区虑传励感器宪的定钉向5/1拆7/汪2帜023勉415、野幸外记材录手衬簿内坊容点标限识:日期:传感盆器序键列号:作业言员:控制解器序疾列号:记忆驶卡编予号:设站炊类型:天线条高读奏数:天线钢高偏休差:跟踪击开始旅时间:跟踪与结束别时间:观测照历元崇数:观测烫卫星焰数:GDO施P:绝导航铁定位咬解:经度.纬度.高程5/1那7/级2别023歼426、解师释和敲存储娇结果对于竭不超溜过限紧值(2甜0K冈m)的基锋线,整周省未知街数应狱能成台功解枕算出厅来对于蜜超过哲限值(2定0K僻m)的基着线,不解著算整流周未弹知数签而采逆用L3解对于衫不超巷过限秋值(2毕0K东m)的基辈线:使用FA窗RA整周旗未知每数搜担索技骨术进行劈燕快速催静态约测量已解根算出忌整周慎未知耍数(A班=Y寺):FA狠RA找到邪最或辣然解衰,结扒果一承般应锈满足纸技术牵指标未解鞠算出匠整周省未知茶数(A杆=N卷):提供寻浮点雄解结果撕若超愧出技墓术指罩标,检查继记录第文件锯,考钩虑增扣加先裂验标焦准差伸并重液新计仍算5/1叛7/忌2俩023夏43对于贷超过缓限值(2盖0K柜m)的基威线:采用叫静态址法而君不用FA松RAL趟3遇解,不解甩算整溜周未号知数智,若速采集陶足够傲的观声测数挂据,第结果团一般畅应满再足技刮术指敏标长基蓄线需受要长盈时间哭观测检查程两次高定位禽解,独立鸽基线竟等存储哨满足地精度献要求蚀的结邻果若有暴多组得解时咳坐标盏取中戒数5/1示7/畜2浓023奸447、临原时参鲁考站从效耳率和辜精度饱出发鼓,最售好从傍几个钩临时湾参考铅站观摇测短印基线涝而不切要从少一个宴中心液点观脏测长把基线愉。例子R….我临时中参考击站举例:蛛用静托态或养或快手速静鬼态的未方法哪建立6个临爸时参觉考站采用液两次倚定位沫或互睡相独公立的付基线万检核辉临时到参考缘瑞站组涂成的袭网从临蒙时参橡考站加出发险用快邀速静搂态辐彩射状企基线寇测定少的新掘点考虑甜关键害点的稻检核5/1接7/卫2僻023宗458、数贷据输纺入和湿计算数据传授输枣时检吨查和焦编辑暑修改:点标识螺高度读魂数谁和天绪线偏帜差起始点魄的WGS拦隙84坐标备份原吹始奥数据即和项吃目仔细考光虑命以下蚀的因亲素:如何最那佳梅计算割网至少需脖要叔一个锣点的WG幻玉S麦84精度捏在10米左纺右同现有再的割控制洁网的殿联接转换地制方善坐标五的需言求计算临雁时薪参考为点构上成的靠网计算从雪临阀时参词考站虾出发羞的新激点长基线花短基线轰数据处芽理杰参数5/1倘7/惑2设023击469、选券择良疗好的廊窗口适合妻快速零静态晓的窗孔口4颗以侨上的絮卫星袜,高吴度角友大于15º摧GDO罪P≤自8当可卵能时:5颗以摔上的愈卫星GDO骄P≤隆4疏高度改角大浑于20º愿避免燥峰值怨期间场观测用卫骗星的梳空间模轨迹伞图检刑查障唱碍物氧,若清某颗荣卫星敏被挡认住重喂新计避算小心4颗或5颗卫挎星中捆高度瞒角小索于20º邻的两叉颗卫着星5/1销7/条2四023做4710、时土间和键基线披长度观测献时间陵取决谷于:基线讨长度卫星丧数卫星招几何骑图形(GD舍OP)定电离毁层电离傅层扰锐动随画时间毛、日付夜、棚月、龄年、占地点业而变幕化,静态扩或快色速静啦态最时短观肃测时锤间不权要少艰于15字分帆钟。根据关实践擦经验幕,基无线观瓜测时艘间应造该是似基线温长度润每公邀里5万分钟韵加上多最短坏15僵分钟黎。若(笔快速)她静梁态单抛频数佳据只胸有9岗分钟祸,SK范I-恢Pro缺省猛情况降下不悄解算私整周撕未知捏数。一旦神正确奋解算御出整透周未掏知数粱,通航常基赶线精观度在5档-嗽10mm+挎2练ppm后左右伶。5/1隙7/兵2皂023车4811、基线仅长与惯同步主观测泊时间堡长纱短的甚关系根据经榴验论,不导同基势线长删所需贝同步苗观测疑时间润如下垒:1~2责公里45~蹈60转分钟2~5直公里60~闸90叠分钟5~1符0公里90~薯1竿20分钟10~乱20杠公里120痰分钟笼以上单频GPS昨一般纳只测20公里梅以内盗的基罚线5/1悬7/存2嫂023言49采用责相对张定位目方法GPS冻测量歇不要曲求各离点之仓间相圆互通爬视GPS刑测量梳可以挨全天洞候进行阿观测品时间青短GPS厉测量够的数偏据是坊自动茄记录琴的12、采食用相敬对定睡位方法纷5/1康7/铸2父023云5013、同旦步多么边形移闭合额差的听检查在计笑算基明线向冰量时虎,除鼻根据窑一定播的指孙标对呜计算靠结果夕进行想检查道外,武一般拼还进行筑皱以下简几项库检核:鸟同步扛多边转形闭忍合差添的检械查n边形工环闭米合差睛应满讲足:

WX=

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+Wy

+Wz

≤

2

2

2

为相应尤级元别规丘定的浮观测酬精度(按平列均边诉长算)重复协观测核边的俯检查同一条衣边楼任意卡两个做时段添的结泉果互颗差应灭小于GPS鼓接收灯机标桌称精犹度的2

2晶倍。5/1炮7/以2惧023包

513.非同耗步观访测多昼边形匪闭合减差的抬检查由若干聪条薯独立灯的GPS破边构狐成的群非同属步观旱测n边形钓环闭蛇合差幕的检川查罗。Wx

3

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