GPS系统介绍专题报告解读课件

寇瑞雄寇瑞雄第二组第二组 GPS系统介绍专题报告系统介绍专题报告5/22/20245/22/20241寇瑞雄第二组 GPS系统介绍专题报告8/3/20231GPS 的组成5/22/20245/22/20242GPS 的组成8/3/20232lGPSGPS（Global Positioning SystemGlobal Positioning System）l即全球定位系统，是由美国建立的一个卫即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航星导航定位系统，利用该系统，用户可以在全球定位系统，利用该系统，用户可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速；另外，利用该系统，用户航定位和测速；另外，利用该系统，用户还能够进行高精度的时间传递和高精度的还能够进行高精度的时间传递和高精度的精密定位。精密定位。GPS GPS 计划始于计划始于1973 1973 年，已于年，已于1994 1994 年进入年进入完全运行状态。完全运行状态。GPS GPS 的整个系由空间部分、的整个系由空间部分、地面控制部分和用户部分所组成：地面控制部分和用户部分所组成：5/22/20245/22/20243GPS（Global Positioning System）GPS 系统的组成空间部分：空间部分：空间部分：提供星历和时间信息提供星历和时间信息提供星历和时间信息 发射伪距和载表信号发射伪距和载表信号发射伪距和载表信号 提供其它辅助信息提供其它辅助信息提供其它辅助信息地面控制部分：地面控制部分：地面控制部分：中心控制系统中心控制系统中心控制系统 实现时间同步实现时间同步实现时间同步 跟踪卫星进行定轨跟踪卫星进行定轨跟踪卫星进行定轨用户部分用户部分用户部分：接收并测卫星信号接收并测卫星信号接收并测卫星信号 记录处理数据记录处理数据记录处理数据 提供导航定位信息提供导航定位信息提供导航定位信息5/22/20245/22/20244GPS 系统的组成空间部分：地面控制部分：用户部分：8/3/空间部分l24颗卫星（21+3）l6个轨道平面l55轨道倾角l20200km轨道高度（地面高度）l12小时（恒星时）轨道周期l5个多小时出现在地平线以上（每颗星）5/22/20245/22/20245空间部分24颗卫星（21+3）8/3/20235地面控制部分l一个主控站一个主控站一个主控站一个主控站：科罗拉多：科罗拉多 斯必灵司斯必灵司l三个注入站：三个注入站：三个注入站：三个注入站：阿松森（阿松森（A Ascencion)scencion)迭哥迭哥 伽西亚伽西亚(Diego Garcia)(Diego Garcia)卡瓦加兰卡瓦加兰(kwajalein)(kwajalein)l五个监测站五个监测站五个监测站五个监测站=科罗拉多州、夏威夷、阿松森科罗拉多州、夏威夷、阿松森群岛、迭哥伽西亚和卡瓦加兰群岛、迭哥伽西亚和卡瓦加兰55HawaiiAscencionDiego GarciakwajaleinColorado springs5/22/20245/22/20246地面控制部分一个主控站：科罗拉多斯必灵司55HawaiiA 用户部分 通用接收机（定位型）：导航型接收机一般情况下无数据输出的记录存储设备天线天线天线天线前置放大器前置放大器前置放大器前置放大器电源部分电源部分电源部分电源部分射电部分射电部分射电部分射电部分微处理器微处理器微处理器微处理器 数据存器数据存器数据存器数据存器 显示控制器显示控制器显示控制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 5/22/20245/22/20247 用户部分 通用接收机（定位型）：导航型接收机一般情况下无数GPS 信号 5/22/20245/22/20248GPS 信号 8/3/20238 GPS 卫星信号 卫星信号结构卫星信号结构 每颗卫星都发射一系列无线电信号（基准频率每颗卫星都发射一系列无线电信号（基准频率）两种载波（两种载波（L1和和L2）两种码信号（两种码信号（C/A码和码和P码）码）一组导航电文（信息码，一组导航电文（信息码，D码）码）基准频率基准频率10.23MHZ L11575.42 MHZ C/A码码 1.023MHZ P码码 10.23MHZL21227.60MHZ15412050比特比特/S卫星信息电文（卫星信息电文（D码）码）5/22/20245/22/20249 GPS 卫星信号 卫星信号结构 每颗卫星都发定位原理5/22/20245/22/202410定位原理8/3/2023101颗卫星的信号确定了我们必定在以颗卫星的信号确定了我们必定在以R1为半径的为半径的球面的某个点上球面的某个点上R1 点位测定原理点位测定原理5/22/20245/22/2024111颗卫星的信号确定了我们必定在以R1为半径的球面的某个点上R由由2颗卫星的信号可以确定颗卫星的信号可以确定2个球面，它们相交个球面，它们相交成一个圆弧，点位被限制在一曲线上成一个圆弧，点位被限制在一曲线上R1R25/22/20245/22/202412由2颗卫星的信号可以确定2个球面，它们相交成一个圆弧，点位被3 个球面相交成一个点，个球面相交成一个点，3 个距离段可以确定个距离段可以确定纬度，经度和高程，点的空间位置被确定纬度，经度和高程，点的空间位置被确定R1R2R35/22/20245/22/2024133 个球面相交成一个点，3 个距离段可以确定纬度，经度和高程 接收机对跟踪的每一颗卫星进行测距接收机对跟踪的每一颗卫星进行测距地心SiPijPj riRjR Rj j=r=ri i+P+Piijj有关各观测量及已知数据如下：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对卫星进行测距5/22/20245/22/202414 接收机对跟踪的每一颗卫星进行测距地心SiPijPj riR距离观测值的计算接收机至卫星的距离借助于卫星发射的码信号量测并计算得到的接收机本身按同一公式复制码信号比较本机码信号及到达的码信号确定传播延迟的时间t传播延迟时间乘以光速就是距离观测值=C t卫星钟调制的码信号接收机时钟复制的码信号tt5/22/20245/22/202415距离观测值的计算接收机至卫星的距离借助于卫星发射的码信号量测单点定位结果的获取单点定位解可以理解为一个后方交会问题单点定位解可以理解为一个后方交会问题卫星充当轨道上运动的控制点，观测值为测站至卫星的伪距（由卫星充当轨道上运动的控制点，观测值为测站至卫星的伪距（由时延值推算得到）时延值推算得到）由于接收机时钟与卫星钟存在同步误差由于接收机时钟与卫星钟存在同步误差所以要同步观测所以要同步观测4颗卫星，解算四个未知参数：精度颗卫星，解算四个未知参数：精度 ,经度经度 ,高程高程 h,钟差钟差 t5/22/20245/22/202416单点定位结果的获取单点定位解可以理解为一个后方交会问题8/3采用载波相位观测值发自卫星的电磁波信号：信号量测精度优于波长的1/100载波波长（L1=19cm,L2=24cm)比C/A码波长 (C/A=293m)短得多所以，GPS测量采用载波相位观测值可以获得比伪距（C/A码或P码）定位高得多的成果精度L1载波载波L2载波载波C/A码码P-码码 p=29.3 m L2=24 cm L1=19c m C/A=293 m5/22/20245/22/202417采用载波相位观测值发自卫星信号量测精度优于波长的1/100L 组成星际站际两次差分观测值可以消去卫星钟的系统偏差可以消去卫星钟的系统偏差可以消去接收机时钟的误差可以消去接收机时钟的误差PikPljPijPjPlkPkSlSi可以消去轨道（星历）误差的影响可以消去轨道（星历）误差的影响可以削弱大气折射对观测值的影响可以削弱大气折射对观测值的影响5/22/20245/22/202418 组成星际站际两次差分观测值可以消去卫星钟的系统偏差PikP GPS 定位的误差源 1.1.与与GPS GPS 卫星有关的因素卫星有关的因素l l SA SA 美国政府从其国家利益出发，通过降低广播星历精度（美国政府从其国家利益出发，通过降低广播星历精度（技技术）、在术）、在GPS GPS 基准信号中加入高频抖动（技术）等方法，基准信号中加入高频抖动（技术）等方法，人为降低普通用户利用人为降低普通用户利用GPS GPS 进行导航定位时的精度。进行导航定位时的精度。l l卫星星历误差卫星星历误差 在进行在进行GPS GPS 定位时，计算在某时刻定位时，计算在某时刻GPS GPS 卫星位置所需的卫星位置所需的卫星轨道参数是通过各种类型的星历卫星轨道参数是通过各种类型的星历7 7 提供的，但不论提供的，但不论采用哪种类型的星历，所计算出的卫星位置都会与其真实采用哪种类型的星历，所计算出的卫星位置都会与其真实位置有所差异，这就是所谓的星历误差。位置有所差异，这就是所谓的星历误差。l l卫星钟差卫星钟差 卫星钟差是卫星钟差是GPS GPS 卫星上所安装的原子钟的钟面时与卫星上所安装的原子钟的钟面时与GPS GPS 标准时间之间的误差。标准时间之间的误差。l l卫星信号发射天线相位中心偏差卫星信号发射天线相位中心偏差 卫星信号发射天线相位中心偏差是卫星信号发射天线相位中心偏差是GPS GPS 卫星上信号发射卫星上信号发射天线的标称相位中心与其真实相位中心之间的差异。天线的标称相位中心与其真实相位中心之间的差异。5/22/20245/22/202419 GPS 定位的误差源 1.与GPS 卫星有l l电离层延迟电离层延迟 由于地球周围的电离层对电磁波的折射效应，使由于地球周围的电离层对电磁波的折射效应，使得得GPS GPS 信号的传播速度发生变化，这种变化称为电信号的传播速度发生变化，这种变化称为电离层延迟。电磁波所受电离层折射的影响与电磁波离层延迟。电磁波所受电离层折射的影响与电磁波的频率以及电磁波传播途径上电子总含量有关。的频率以及电磁波传播途径上电子总含量有关。l l对流层延迟对流层延迟 由于地球周围的对流层对电磁波的折射效应，使由于地球周围的对流层对电磁波的折射效应，使得得GPS GPS 信号的传播速度发生变化，这种变化称为对信号的传播速度发生变化，这种变化称为对流层延迟。电磁波所受对流层折射的影响与电磁波流层延迟。电磁波所受对流层折射的影响与电磁波传播途径上的温度、湿度和气压有关。传播途径上的温度、湿度和气压有关。l l多路径效应多路径效应 由于接收机周围环境的影响，使得接收机所接收由于接收机周围环境的影响，使得接收机所接收到的卫星信号中还包含有各种反射和折射信号的影到的卫星信号中还包含有各种反射和折射信号的影响，这就是所谓的多路径效应。响，这就是所谓的多路径效应。2.与传播途径有关的因素5/22/20245/22/202420电离层延迟2.与传播途径有关的因素8/3/202320l 接收机钟差接收机钟差 接收机钟差是接收机钟差是GPS GPS 接收机所使用的钟接收机所使用的钟的钟面时与的钟面时与GPS GPS 标准时之间的差异。标准时之间的差异。l 接收机天线相位中心偏差接收机天线相位中心偏差 接收机天线相位中心偏差是接收机天线相位中心偏差是GPS GPS 接收接收 机天线的标称相位中心与其真实的相位中机天线的标称相位中心与其真实的相位中心之间的差异。心之间的差异。l 接收机软件和硬件造成的误差接收机软件和硬件造成的误差 在进行在进行GPS GPS 定位时，定位结果还会受定位时，定位结果还会受到诸如处理与控制软件和硬件等的影响。到诸如处理与控制软件和硬件等的影响。3.与接收机有关的因素5/22/20245/22/2024213.与接收机有关的因素8/3/2023214.其它l GPS 控制部分人为或计算机造成的影响 由于GPS 控制部分的问题或用户在进行数据处理时引入的误差等。l数据处理软件的影响 数据处理软件的算法不完善对定位结果的影响。5/22/20245/22/2024224.其它8/3/202322GPS定位的坐标系统 协议天球坐标系协议地球坐标系协议天球坐标系和协议地球坐标系转换国家坐标系和地方坐标系 WGS坐标系5/22/20245/22/202423GPS定位的坐标系统 协议天球坐标系8/3/2023232424天球的概念 以地球质心为中心，半径为任意长的假想的球体。在天文学中一般均把天体投影到天球球面上，以球面坐标系来描述或研究天体的位置以及天体之间的关系。5/22/20245/22/20242424天球的概念 以地球质心为中心，半径为任意长的假想的天球球面坐标:赤经、赤纬、向径r原点：地球质量中心。赤经：天体子午面与春分点子午面的夹角。赤纬：天体与地心连线和天球赤道面的夹角。向径r：天体到地心的距离。5/22/20245/22/202425天球球面坐标:赤经、赤纬、向径r8/3/202325天球直角坐标：x、y、z。原点：地球质量中心。原点：地球质量中心。Z Z轴：指向北天极轴：指向北天极PnPn。X X轴：指向春分点。轴：指向春分点。Y Y轴：与轴：与X X、Z Z轴轴 构成右手坐标系。构成右手坐标系。5/22/20245/22/202426天球直角坐标：x、y、z。8/3/202326协议天球坐标系瞬时天球坐标系瞬时天球坐标系：z轴指向瞬时北天极，x轴指向瞬时春分点（真春分点）。平天球坐标系平天球坐标系：z轴指向平北天极，x轴指向平春分点。协议天球坐标系协议天球坐标系:1984年1月1日后，取2000年1月15日的平北天极为协议北天极，z轴指向协议北天极的天球坐标系称为协议天球坐标系，x轴指向协议春分点。5/22/20245/22/202427协议天球坐标系瞬时天球坐标系：z轴指向瞬时北天极，x轴指向瞬协议天球坐标系到瞬时天球坐标系变换 岁差旋转变换 由于岁差导致地球自转轴的运动使两坐标系由于岁差导致地球自转轴的运动使两坐标系z z轴产轴产生夹角生夹角 ；同理，因岁差导致春分点的运动使两坐标系；同理，因岁差导致春分点的运动使两坐标系轴、轴、Z Z轴分别产生夹角。通过旋转变换得到这样两个轴分别产生夹角。通过旋转变换得到这样两个坐标系的变换式：坐标系的变换式：5/22/20245/22/202428协议天球坐标系到瞬时天球坐标系变换 岁差旋转变换8/3/2协议天球坐标系到瞬时天球坐标系变换 章动旋转变换5/22/20245/22/202429协议天球坐标系到瞬时天球坐标系变换 章动旋转变换8/3/2一：一：空间直角坐标系空间直角坐标系原点：一般取地球质心。Z轴：指向地球北极。X轴：指向格林威治子午线与地球赤道的交点。Y轴：构成右手坐标系。地球坐标系5/22/20245/22/202430一：空间直角坐标系原点：一般取地球质心。地球坐标系8/3/2二：协议地球坐标系 以协议地极为基准点的地球坐标系为协议地球坐标系。5/22/20245/22/202431二：协议地球坐标系 以协议地极为基准点的地球坐标系为协大地坐标系大地坐标系大地经度大地经度L L：过地面点的椭球子午过地面点的椭球子午 面与格林尼治平子午面之间的夹角。面与格林尼治平子午面之间的夹角。大地纬度大地纬度B B：过地面点的椭球法线过地面点的椭球法线 与椭球赤道面的夹角。与椭球赤道面的夹角。大地高大地高H H：地面点沿椭球法线地面点沿椭球法线 至椭球面的距离。至椭球面的距离。5/22/20245/22/202432大地坐标系大地经度L：过地面点的椭球子午 面与格林尼治平子午GPS-84坐标系统 lWGS-84 坐标系是目前GPS 所采用的坐标系统，GPS 所发布的星历参数就是基于此坐标系统的。WGS-84 坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z 轴指向BIH1984.0 定义的协议地球极方向，X 轴指向BIH1984.0 的启始子午面和赤道的交点，Y 轴与X 轴和Z 轴构成右手系。5/22/20245/22/202433GPS-84坐标系统 WGS-84 坐标系是目前GPS 所1954 年北京坐标系 l1954 1954 年北京坐标系是我国目前广泛采用的年北京坐标系是我国目前广泛采用的大地测量坐标系大地测量坐标系,采用的参考椭球是克拉索采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球，遗憾的是，该椭球并未依据夫斯基椭球，遗憾的是，该椭球并未依据当时我国的天文观测资料进行重新定位，当时我国的天文观测资料进行重新定位，而是由前苏联西伯利亚地区的一等锁，经而是由前苏联西伯利亚地区的一等锁，经我国的东北地区传算过来的，该坐标系的我国的东北地区传算过来的，该坐标系的高程异常是以前苏联高程异常是以前苏联1955 1955 年大地水准面重年大地水准面重新平差的结果为起算值，按我国天文水准新平差的结果为起算值，按我国天文水准路线推算出来的，而高程又是以路线推算出来的，而高程又是以1956 1956 年青年青岛验潮站的黄海平均海水面为基准。岛验潮站的黄海平均海水面为基准。5/22/20245/22/2024341954 年北京坐标系 1954 年北京坐标系是我国目前广泛l l 克拉索夫斯基椭球参数同现代精确的椭球参数的克拉索夫斯基椭球参数同现代精确的椭球参数的差异较大，并且不包含表示地球物理特性的参数，因差异较大，并且不包含表示地球物理特性的参数，因而给理论和实际工作带来了许多不便。而给理论和实际工作带来了许多不便。l l 椭球定向不十分明确，椭球的短半轴既不指向国椭球定向不十分明确，椭球的短半轴既不指向国际通用的际通用的CIO CIO 极，极，也不指向目前我国使用的也不指向目前我国使用的JYD JYD 极。极。参考椭球面与我国大地水准面呈西高东低的系统性倾参考椭球面与我国大地水准面呈西高东低的系统性倾斜，东部高程异常达斜，东部高程异常达60 60 余米，最大达余米，最大达67 67 米。米。l l 该坐标系统的大地点坐标是经过局部分区平差得该坐标系统的大地点坐标是经过局部分区平差得到的，因此，全国的天文大地控制点实际上不能形成到的，因此，全国的天文大地控制点实际上不能形成一个整体，区与区之间有较大的隙距，如在有的接合一个整体，区与区之间有较大的隙距，如在有的接合部中，同一点在不同区的坐标值相差部中，同一点在不同区的坐标值相差1-2 1-2 米，不同分米，不同分区的尺度差异也很大，而且坐标传递是从东北到西北区的尺度差异也很大，而且坐标传递是从东北到西北和西南，后一区是以前一区的最弱部作为坐标起算点，和西南，后一区是以前一区的最弱部作为坐标起算点，因而一等锁具有明显的坐标积累误差。因而一等锁具有明显的坐标积累误差。1954 年北京坐标系存在着很多缺点 5/22/20245/22/202435 克拉索夫斯基椭球参数同现代精确的椭球参数的差异较大，并1980 年西安大地坐标系 l l1978 1978 年，我国决定重新对全国天文大地网施行整体年，我国决定重新对全国天文大地网施行整体平差，并且建立新的国家大地坐标系统，整体平差在平差，并且建立新的国家大地坐标系统，整体平差在新大地坐标系统中进行，这个坐标系统就是新大地坐标系统中进行，这个坐标系统就是1980 1980 年年西安大地坐标系统。西安大地坐标系统。1980 1980 年西安大地坐标系统所采年西安大地坐标系统所采用的地球椭球参数的四个几何和物理参数采用了用的地球椭球参数的四个几何和物理参数采用了IAG IAG 1975 1975 年的推荐值，椭球的短轴平行于地球的自转轴年的推荐值，椭球的短轴平行于地球的自转轴（由地球质心指向（由地球质心指向1968.0 JYD 1968.0 JYD 地极原点方向），起地极原点方向），起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面，椭球面同始子午面平行于格林尼治平均天文子午面，椭球面同似大地水准面在我国境内符合最好，高程系统以似大地水准面在我国境内符合最好，高程系统以1956 1956 年黄海平均海水面为高程起算基准。年黄海平均海水面为高程起算基准。5/22/20245/22/2024361980 年西安大地坐标系 1978 年，我国决定重新对全国2000国家大地坐标系l20002000国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国的国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国的具体体现，其原点为包括海洋和大气的整个地球具体体现，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。的质量中心。Z Z轴指向轴指向BIH1984.0BIH1984.0定义的协议极地定义的协议极地方向（方向（BIHBIH国际时间局），国际时间局），X X轴指向轴指向BIH1984.0BIH1984.0定定义的零子午面与协议赤道的交点，义的零子午面与协议赤道的交点，Y Y轴按右手坐标轴按右手坐标系确定。系确定。20082008年年7 7月月1 1日起日起启用。启用。20002000国家大地坐国家大地坐标系采用的地球椭球参数如下：标系采用的地球椭球参数如下：l长半轴长半轴 a=6378137m a=6378137ml扁率扁率f=1/298.257222101f=1/298.257222101l地心引力常数地心引力常数GM=3.9860044181014m3s-2GM=3.9860044181014m3s-2l自转角速度自转角速度=7.292l1510-5rad s-1=7.292l1510-5rad s-15/22/20245/22/2024372000国家大地坐标系2000国家大地坐标系是全球地心坐标系卫星轨道图卫星轨道图5/22/20245/22/202438卫星轨道图8/3/202338GPS 静态定位在测量中的应用 lGPS 静态定位在测量中主要用于测定各种用途的控制点。其中，较为常见的方面是利用GPS 建立各种类型和等级的控制网，在这些方面，GPS 技术已基本上取代了常规的测量方法，成为了主要手段。较之于常规方法，GPS 在布设控制网方面具有以下一些特点：5/22/20245/22/202439GPS 静态定位在测量中的应用 GPS 静态定位在测量中主要l l测量精度高：测量精度高：GPS GPS 观测的精度要明显高于一般的常观测的精度要明显高于一般的常规测量手段，规测量手段，GPS GPS 基线向量的相对精度一般在基线向量的相对精度一般在10-10-5 10-95 10-9之间，这是普通测量方法很难达到的。之间，这是普通测量方法很难达到的。l l选点灵活、不需要造标、费用低：选点灵活、不需要造标、费用低：GPS GPS 测量不要求测量不要求测站间相互通视，不需要建造觇标，作业成本低，测站间相互通视，不需要建造觇标，作业成本低，大大降低了布网费用。大大降低了布网费用。l l全天侯作业：在任何时间、任何气候条件下，均可全天侯作业：在任何时间、任何气候条件下，均可以进行以进行GPS GPS 观测，大大方便了测量作业，有利于按观测，大大方便了测量作业，有利于按时、高效地完成控制网的布设。时、高效地完成控制网的布设。l l观测时间短：采用观测时间短：采用GPS GPS 布设一般等级的控制网时，布设一般等级的控制网时，在每个测站上的观测时间一般在在每个测站上的观测时间一般在12 12 个小时左右，个小时左右，采用快速静态定位的方法，观测时间更短。观测、采用快速静态定位的方法，观测时间更短。观测、处理自动化采用处理自动化采用GPS GPS 布设控制网，观测工程和数据布设控制网，观测工程和数据处理过程均是高度自动化的。处理过程均是高度自动化的。5/22/20245/22/202440测量精度高：GPS 观测的精度要明显高于一般的常规测量手段，布设GPS 网的工作步骤 5/22/20245/22/202441布设GPS 网的工作步骤 8/3/202341第二部分、第二部分、GPSGPS静态测量及数据处理静态测量及数据处理 5/22/20245/22/202442第二部分、GPS静态测量及数据处理 8/3/202342 概概 述述一、一、GPS GPS静态测量概念静态测量概念 在进行在进行GPSGPS定位时，接收机的天线在整个观测定位时，接收机的天线在整个观测过程中的位置是保持不变的。在数据处理时，将接收过程中的位置是保持不变的。在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量。机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量。其具体观测模式多台接收机在不同的测站上进行静止其具体观测模式多台接收机在不同的测站上进行静止同步观测，时间由几分钟、几小时甚至数十小时不等；同步观测，时间由几分钟、几小时甚至数十小时不等；接收机测得卫星发送的伪距、载波相位等信号观测值；接收机测得卫星发送的伪距、载波相位等信号观测值；再将观测值下载到计算机中处理；一般要通过基线处再将观测值下载到计算机中处理；一般要通过基线处理、网平差、坐标转换和高程转换求出高精度的网点理、网平差、坐标转换和高程转换求出高精度的网点坐标。在测量中，静态定位测量方式一般用于高精度坐标。在测量中，静态定位测量方式一般用于高精度的测量定位：如主要用于各种等级的大地测量跟踪网、的测量定位：如主要用于各种等级的大地测量跟踪网、基准网、工程控制网、变形监测网等的测量。基准网、工程控制网、变形监测网等的测量。二、二、GPSGPS静态测量主要由三个过程来完成静态测量主要由三个过程来完成 1 1）测前工作；）测前工作；2 2）实施测量；）实施测量；3 3）数据处理）数据处理5/22/20245/22/202443 概 述一、GPS静态测量概念8/3/202343第一节、测前工作一、项目的提出：一项一、项目的提出：一项GPSGPS测量工程项目，往往是由工测量工程项目，往往是由工程发包方、上级主管部门或其他单位或部门提出，由程发包方、上级主管部门或其他单位或部门提出，由GPSGPS测量队伍具体实施。对于一项测量队伍具体实施。对于一项GPSGPS测量工程项目，测量工程项目，一般有如下一些要求：一般有如下一些要求：l l测区位置及其范围测区位置及其范围l l用途和精度等级用途和精度等级l l点位分布及点的数量点位分布及点的数量l l提交成果的内容提交成果的内容l l时限要求时限要求l l投资经费投资经费5/22/20245/22/202444第一节、测前工作一、项目的提出：一项GPS测量工程项目，往往第二节、测量实施一、实地了解测区情况 点位情况（点的位置、上点的难度等）、测区内经济发展状况、民风民俗、交通状况、测量人员生活安排等。二、卫星状况预报：需要评估障碍物对GPS观测可能产生的不良影响。三、确定作业方案：根据卫星状况、测量作业的进展情况、以及测区的实际情况，确定出具体的布网和作业方案。5/22/20245/22/202445第二节、测量实施一、实地了解测区情况8/3/202345第三节、数据处理 静态相对测量数据处理基本步骤：粗加工、预静态相对测量数据处理基本步骤：粗加工、预处理、基线解算、处理、基线解算、GPSGPS网与地面网的联合网平差处理、网与地面网的联合网平差处理、坐标转换和高程转换。坐标转换和高程转换。一、粗加工（人工）一、粗加工（人工）1 1、原始观测数据的下装：在进行基线解算之前，首先、原始观测数据的下装：在进行基线解算之前，首先需要从接收机上下装原始的需要从接收机上下装原始的GPSGPS观测值数据：观测值数据：至少应当有：至少应当有：1 1）观测值文件；）观测值文件；2 2）星历参数文件；有）星历参数文件；有些接收机还另外列出了：测站信息文件、电离层参数些接收机还另外列出了：测站信息文件、电离层参数和和UTCUTC参数文件。参数文件。2 2、外业输入数据的检查与修改：在读入了、外业输入数据的检查与修改：在读入了GPSGPS观测值观测值数据后，就需要对观测数据进行必要的检查，检查的数据后，就需要对观测数据进行必要的检查，检查的项目包括：测站名、点号、测站坐标、天线高等。项目包括：测站名、点号、测站坐标、天线高等。5/22/20245/22/202446第三节、数据处理 静态相对测量数据处四）GPS网的设计准则l出发点：保证质量的前提下，尽可能地提高效出发点：保证质量的前提下，尽可能地提高效率，努力降低成本。因此，在进行率，努力降低成本。因此，在进行GPSGPS的设计的设计和测设时，既不能脱离实际的应用需求，盲目和测设时，既不能脱离实际的应用需求，盲目地最求不必要的高精度和高可靠性；也不能为地最求不必要的高精度和高可靠性；也不能为追求高效率和低成本，而放弃对质量的要求。追求高效率和低成本，而放弃对质量的要求。（一）提高（一）提高GPSGPS网可靠性的方法网可靠性的方法n n增加观测期数（增加独立基线数增加观测期数（增加独立基线数):):在布设在布设GPSGPS网时，适当增加观测期数（时段数）对网时，适当增加观测期数（时段数）对于提高于提高GPSGPS网的可靠性非常有效。因为，随网的可靠性非常有效。因为，随着观测期数的增加，所测得的独立基线数就着观测期数的增加，所测得的独立基线数就会增加，而独立基线数的增加，对网的可靠会增加，而独立基线数的增加，对网的可靠性的提高是非常有宜的。性的提高是非常有宜的。5/22/20245/22/202447四）GPS网的设计准则出发点：保证质量的前提下，尽可能地提高 五、五、GPSGPS静态测量的局限性静态测量的局限性1、GPS静态定位在测量中主要作用 测定各种用途的控制点。其中，较为常见的是利用GPS建立各种类型和等级的控制网：大地测量跟踪网、变形监测网、工程控制网等。2、局限性：（地形图测绘、工程放样）l时间长、效率低l数据后处理:无法实时精密地形测绘和放样l用于实时精密地形测绘和放样的GPS测量系统势在必行.5/22/20245/22/202448 五、GPS静态测量的局限性1、GPS静态定位在测量中主要作第三部分：第三部分：GPS RTK地形测量地形测量5/22/20245/22/202449第三部分：GPS RTK地形测量8/3/202349一 GPS RTKGPS RTK定位系统的定位系统的概述一、一、GPS RTKGPS RTK定位概念：定位概念：Realtime Realtime KinematicKinematic实时载波相位差分观测值动态实时载波相位差分观测值动态定位。定位。基准站实时地将测量的载波相位观测值、基准站实时地将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等用无线电传送伪距观测值、基准站坐标等用无线电传送给运动中的流动站，在流动站通过无线电给运动中的流动站，在流动站通过无线电接收机准站发射的信息，将载波相位观测接收机准站发射的信息，将载波相位观测值实时进行差分处理，得到基准站和流动值实时进行差分处理，得到基准站和流动站坐标差站坐标差X X，Y Y，Z Z；坐标差加上基；坐标差加上基准站坐标得到流动站每个点准站坐标得到流动站每个点WGS84WGS84坐标，坐标，通过坐标转换参数转换得出流动站每个点通过坐标转换参数转换得出流动站每个点的平面坐标的平面坐标x,yx,y和海拔高和海拔高h h。这个过程称作。这个过程称作GPS RTKGPS RTK定位过程。定位过程。GPS RTKGPS RTK定位技术定位技术主要用于地形测量和工程放样。主要用于地形测量和工程放样。5/22/20245/22/202450一 GPS RTK定位系统的概述8/3/20235二、二、GPS RTKGPS RTK定位系统的组定位系统的组成成 一）组成概述一）组成概述 1 1、GPSGPS接收机：能够测量到载波相位的接收机：能够测量到载波相位的GPSGPS接收机都接收机都能够进行能够进行RTKRTK定位，但是为了能够快速、准确的求解定位，但是为了能够快速、准确的求解整周模糊度，双频接收机比较理想。整周模糊度，双频接收机比较理想。2 2、无线电数据链：、无线电数据链：1 1）基准站发射电台，一般为外置的独立电台。）基准站发射电台，一般为外置的独立电台。2 2）流动站接收电台，可以内置在）流动站接收电台，可以内置在GPSGPS接收机内部，也接收机内部，也有外置的独立电台。有外置的独立电台。3 3）中继站电台：可以转发接收站信号，）中继站电台：可以转发接收站信号，既接收机准既接收机准站发送的信号又将接收信号发送出去，一般是外置的站发送的信号又将接收信号发送出去，一般是外置的独立电台。独立电台。2 2、为减少各种电磁波对、为减少各种电磁波对GPSGPS卫星信号的卫星信号的干扰，在基准站周围约干扰，在基准站周围约200m200m的范围内不能有强电磁波的范围内不能有强电磁波干扰源，如大功率无线电发射设施、高压输电线等。干扰源，如大功率无线电发射设施、高压输电线等。5/22/20245/22/202451二、GPS RTK定位系统的组成 一）组成概述8/3/202第四部分：GPS RTK工程设计和放样5/22/20245/22/202452第四部分：GPS RTK工程设计和放样8/3/202352第一节、第一节、GPSGPS工程设计概述工程设计概述 工工程程建建设设的的基基本本过过程程为为：工工程程设设计计、工工程程放放样样和和工工程施工三个过程。程施工三个过程。一、工程设计概念一、工程设计概念 设设计计的的工工程程一一般般由由：点点、线线、面面、体体组组成成。但但在在放放样样过过程程中中一一般般具具体体放放样样到到点点上上，以以点点代代线线、以以点点代代面面、以以点点代代体体。这这些些能能够够代代表表工工程程的的点点称称作作工工程程特特征征点点或或要要素素点点。根根据据要要素素点点的的用用途途不不同同又又分分为为计计算算要要素素点和放样要素点。点和放样要素点。所所以以工工程程设设计计的的主主要要内内容容就就是是设设计计这这些些要要素素点点的的坐坐标标或或递递推推要要素素点点坐坐标标的的具具体体过过程程（具具体体模模型型）。例例如如GPS GPS RTKRTK道道路路放放样样要要素素点点为为：中中线线上上每每隔隔一一定定导导距距中中线线点点坐坐标标或或推推算算算算法法、边边线线上上每每隔隔一一定定导导距距边边线线点点坐坐标标或或推推算算算算法法。纵纵断断面面的的上上中中线线点点、边边线线点点的的高高称称或设计高程推算算法等。或设计高程推算算法等。5/22/20245/22/202453第一节、GPS工程设计概述 工程建设的基本过程为：二、二、GPS RTK工程设计的方式工程设计的方式 随着随着GPSGPS技术和应用的发展，配套的工程设计软技术和应用的发展，配套的工程设计软件也越来越完善；用于设计和指导放样的电子手簿的件也越来越完善；用于设计和指导放样的电子手簿的计算速度和内存都已经有了很大的发展。所以工程设计算速度和内存都已经有了很大的发展。所以工程设计的方式很全面：计的方式很全面：l l定义点：一般用于定义点的绝对坐标，适用情况如下：定义点：一般用于定义点的绝对坐标，适用情况如下：n n点数比较少而无法用规则的模型推算坐标的工程设点数比较少而无法用规则的模型推算坐标的工程设计。计。n n用其它软件设计的要素点用其它软件设计的要素点 。n n设计线的起点或终点坐标等。设计线的起点或终点坐标等。l l定义直线：适用于设计直线工程。定义直线：适用于设计直线工程。l l定义圆弧线：适用于设计圆弧线工程。定义圆弧线：适用于设计圆弧线工程。l l定义分界限、边界线。定义分界限、边界线。l l定义一条道路。定义一条道路。l l定义一个模板定义一个模板l l输入注解输入注解5/22/20245/22/202454二、GPS RTK工程设计的方式 随着GPS技术和三、工程放样三、工程放样 工工程程放放样样就就是是GPS GPS RTKRTK系系统统实实时时的的定定位位并并计计算算所所在在位位置置与与设设计计点点的的距距离离、设设计计点点的的方方位位，指指导导放放样样人人员员到到达达设设计计点点的的地地面面位位置置，测测量量该该点点的的三三维维坐坐标标，计计算算与与设计坐标的差异。设计坐标的差异。5/22/20245/22/202455三、工程放样 工程放样就是GPS RTK系统实时的定谢谢大家5/22/20245/22/202456谢谢大家8/3/202356