《土木工程测量》PPT课件第7章-GPS测量基本知识

GPSGPS测量根本学问测量根本学问工程测量 第7章第7章 GPS测量根本学问7.1 概述7.2 GPS测量根本原理 7.3 GPS测量外业组织及实施传统测量手段传统测量手段传统测绘技术与现代测绘技术传统测绘技术与现代测绘技术英文全称是 NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Position System导航星测时与测距全球定位系统，简称 GPS 有时也被称作NAVSTAR GPS。美国国防部负责开发空基全天侯导航定位系统用以满足军方在地面或近地空间内猎取目标或载体的位置、速度和时间信息的要求也可为民间用户供给类似但受限的免费效劳 7.1 7.1 概概述述一、系统组成一、系统组成空间局部空间局部地面监控局部地面监控局部用户局部用户局部用户部分用户部分主控站主控站USCG空间部分空间部分地面天线地面天线一一 GPSGPS系统介绍系统介绍24-27颗卫星轨高：21000km 6个轨道平面一空间局部一空间局部主控站(1)+监控站(5)+注入站(3)二地面监控局部二地面监控局部主控站：处理各监控站对主控站：处理各监控站对GPSGPS的观测数据，计算出卫的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正数等；对卫星进展掌握，星的星历和卫星钟的改正数等；对卫星进展掌握，向卫星公布指令，主控站也具有监控站的功能。向卫星公布指令，主控站也具有监控站的功能。监控站：接收卫星信号，监测卫星的工作状态。监控站：接收卫星信号，监测卫星的工作状态。注入站：将主控站计算出的卫星星历和卫星钟改正注入站：将主控站计算出的卫星星历和卫星钟改正数等注入到卫星中数等注入到卫星中地面监控局部的功能地面监控局部的功能配有配有GPSGPS信号接收装置并利用信号接收装置并利用GPSGPS观测值来定位，观测值来定位，导航，定时的用户民用导航，定时的用户民用+军用军用三用户局部三用户局部1 1按工作原理分：按工作原理分：码相关型接收机码相关型接收机平方型接收机平方型接收机混合型接收机混合型接收机2 2按信号通道类型分：按信号通道类型分：多通道接收机多通道接收机序贯穿道接收机序贯穿道接收机多路复用通道接收机多路复用通道接收机3 3依据接收信号的频率分：依据接收信号的频率分：单频接收机单频接收机L1L1双频接收机双频接收机L1+L2L1+L24 4依据接收机的用途分：依据接收机的用途分：导航型导航型测量型测量型授时型授时型接收机的分类接收机的分类常用的接收机品牌常用的接收机品牌高精度测量型TrimbleLeicaAshtechTopcon导航型GarminMagellan作业范围：全球地面掩盖，无须通视作业范围：全球地面掩盖，无须通视作业时间：实时，全天候作业时间：实时，全天候成果精度：精度高成果精度：精度高劳动强度：自动化程度高劳动强度：自动化程度高三维坐标：真三维坐标三维坐标：真三维坐标GPSGPS的特点的特点GPSGPS测量的时间系统和坐标系统测量的时间系统和坐标系统时间系统：坐标系统:WGS-847.2 GPS7.2 GPS测量根本原理测量根本原理一、一、GPSGPS信号信号 GPSGPS卫星放射两种频率的载波信号：卫星放射两种频率的载波信号：L1L1：10.23MHZ*15410.23MHZ*154；波长；波长19cm19cmL2L2：10.23MHZ*12010.23MHZ*120；波长；波长24.42cm24.42cm在在L1L1和和L2L2上又分别调制了上又分别调制了:测距码测距码C/AC/A码，码，P P码码+数据码数据码C/AC/A码米：一个码元宽度对应距离码米：一个码元宽度对应距离293293米，测距误差米，测距误差1/1001/1002.932.93米米P P码米；一个码元宽度对应距离码米；一个码元宽度对应距离29.329.3米，测距误差米，测距误差1/1001/1000.2930.293米米L1L1载波相位载波相位L2L2载波相位载波相位导航电文星历实时播送星历导航电文星历实时播送星历+事后周密星历事后周密星历二二 、GPS定位的常用观测值L1L1载波相位观测值载波相位观测值L2L2载波相位观测值载波相位观测值调制在调制在L1L1上的上的C/AC/A码伪距码伪距调制在调制在L1L1上的上的P P码伪距码伪距调制在调制在L2L2上的上的P P码伪距码伪距L1L1上的多普勒频移上的多普勒频移L2L2上的多普勒频移上的多普勒频移 实际上，在进展实际上，在进展GPSGPS定位时，除了大量地使用上面的观测定位时，除了大量地使用上面的观测值进展数据处理以外，还常常使用由上面的假设干种观测值值进展数据处理以外，还常常使用由上面的假设干种观测值通过某些组合而形成的一些特殊观测值，如宽巷观测值通过某些组合而形成的一些特殊观测值，如宽巷观测值Wide-LaneWide-Lane、窄巷观测值、窄巷观测值Narrow-LaneNarrow-Lane、消退电离层延、消退电离层延迟的观测值迟的观测值Ion-FreeIon-Free来进展数据处理。来进展数据处理。三三 GPSGPS定位模式定位模式定位模式定位模式确定定位确定定位(静态与动态静态与动态)相对定位相对定位(静态与动态静态与动态)差分定位差分定位四、伪距测量与载波相位测量四、伪距测量与载波相位测量五、确定定位五、确定定位需要线性化需要线性化该观测方程该观测方程六、相对定位六、相对定位单差：一与卫星有关的误差一与卫星有关的误差卫星轨道误差卫星轨道误差卫星钟差卫星钟差七、七、GPSGPS测量的误差来源测量的误差来源二与传播途径有关的误差二与传播途径有关的误差电离层折射电离层折射对流层折射对流层折射多路径效应多路径效应三与接收设备有关的误差三与接收设备有关的误差接收机钟差接收机钟差接收机软件和硬件产生的误差接收机软件和硬件产生的误差接收机天线相位中心的偏差及变化接收机天线相位中心的偏差及变化相对的天线相位中心的偏差及变化相对的天线相位中心的偏差及变化确定的天线相位中心的偏差及变化确定的天线相位中心的偏差及变化四其它影响四其它影响地球潮汐固体潮负荷潮海潮，大气负荷数据处理软件的影响数据处理软件的算法不完善 一、GPS掌握网分类一类是：国家或区域性的高精度的GPS掌握网，相邻点的距离通常是从数千公里至数百公里，其主要任务是作为高精度三维国家大地测量掌握网，以获得国家大地坐标系与世界大地坐标系的转换参数，为地学和空间科学等方面的科学争论工作效劳；或者是对GPS网进展重复观测，用以争论地区性的板块运动或地壳形变规律等问题。另一类是：局部性的GPS掌握网，包括城市或矿区GPS掌握网，或其它工程掌握网。相邻点间的距离为几公里至几十公里，其主要任务是直接为城市建设或工程建设效劳。7.3 GPS7.3 GPS测量外业组织及实测量外业组织及实施施7.3.1 GPS7.3.1 GPS网的技术设计网的技术设计二、二、GPSGPS掌握网布设原则掌握网布设原则 1.GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形,以增加检核条件，提高网的牢靠性。2.GPS网点应尽量与原有地面掌握点相重合。重合点一般不应少于3个，且在网中应分布均匀，以便牢靠地确定GPS网与地面网之间的转换参数。3.GPS网点应考虑与局部水准点相重合，以便为大地水准面的争论供给资料。4.为了便于观测和水准联测，GPS网点一般应设在视野开阔和简洁到达的地方。5.为了便于用经典方法联测或扩展，可在网点四周布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。方位点与观测站的距离一般要大于300m。级别项目二等三等四等一级二级固定误差a/mm1010101015比例误差系数b/ppm25101020相邻点平均距离/km95211闭合环或附合路线的边数/条68101010全球定位系统城市测量技术规程全球定位系统城市测量技术规程 三、三、GPSGPS测量精度分级测量精度分级 四、四、GPSGPS网形设计网形设计五、选点和埋石五、选点和埋石 视等级要求进展埋石视等级要求进展埋石六、坐标系统和起算数据六、坐标系统和起算数据 GPS GPS测量结果：测量结果：WGS-84WGS-84坐标坐标 掌握网成果：国家坐标或地方独立坐标掌握网成果：国家坐标或地方独立坐标7.3.2 7.3.2 外业组织外业组织1 1选择作业模式。选择作业模式。2 2GPSGPS卫星预报和观测调度打算。卫星预报和观测调度打算。3 3天线安置。天线安置。4 4观测作业。观测作业。5 5观测记录与测量手簿。观测记录与测量手簿。7.3.3 7.3.3 数据处理及成果检核数据处理及成果检核1GPS基线向量的计算及检核2GPS网平差无约束平差和约束平差3.提交成果n技术设计说明书n卫星可见性预报表和观测打算nGPS网示意图nGPS观测数据nGPS基线解算结果nGPS基点的WGS-84坐标nGPS基点的国家坐标中的坐标或地方坐标系中的坐标 GPSGPS应用简介应用简介一、军事方面的应用一、军事方面的应用1.1.制导制导2.2.炮兵定向炮兵定向3.3.单兵导航单兵导航二、交通运输中的应用二、交通运输中的应用1.1.车载导航系统车载导航系统GPS+无线数据通讯技术GPS+便携 GPS+卫星通讯 GPS+无线电台应用：银行车、抢救车、救火车、公共汽车、出租车、保险业。电台电台监视屏监视屏计算机计算机2.2.动态目标监控动态目标监控3.3.车辆跟踪系统车辆跟踪系统4.4.飞机导航飞机导航5.5.水路交通水路交通三、测绘领域中的应用三、测绘领域中的应用IGS的GPS卫星跟踪网络1.1.地球动力学板块运动监测地球动力学板块运动监测2.2.形变监测形变监测四、四、GPSGPS与精准农业与精准农业五、五、GPSGPS周密定轨周密定轨A地基GPS大气探测GPS掩星空基GPS探测六、大气科学六、大气科学