1原理及静态课稿

GPS定位原理概述,GPS的组成,GPSGlobal Positioning System即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系统，利用该系统，用户可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速；另外，利用该系统，用户还能够进展高精度的时间传递和高精度的周密定位。,空间局部,GPS的空间局部是由24颗GPS工作卫星所组成,把握局部,分为主控站、监控站和注入站.,用户局部,GPS信号,GPS卫星放射两种频率的载波信号，即频率为1575.42MHz的L1载波和频率为1227.60HMz的L2载波.在L1和L2上又分别调制着多种信号，这些信号主要有：,C/A码,C/A码又被称为粗捕获码，它被调制在L1载波上，是1MHz的伪随机噪声码PRN码，其码长为1023位周期为1ms。由于每颗卫星的C/A码都不一样，因此，我们常常用它们的PRN号来区分它们。C/A码是一般用户用以测定测站到卫星间的距离的一种主要的信号。,P码,P码又被称为精码，它被调制在L1和L2载波上，是10MHz的伪随机噪声码，其周期为七天。在实施AS时，P码与W码进展模二相加生成保密的Y码，此时，一般用户无法利用P码来进展导航定位。,Y码,见P码。,导航信息,导航信息被调制在L1载波上，其信号频率为50Hz，包含有GPS卫星的轨道参数、卫星钟改正数和其它一些系统参数。用户一般需要利用此导航信息来计算某一时刻GPS卫星在地球轨道上的位置，导航信息也被称为播送星历。,GPS定位的常用观测值,在GPS定位中，常常承受以下观测值中的一种或几种进展数据处理，以确定出待定点的坐标或待定点之间的基线向量：,L1载波相位观测值,L2载波相位观测值半波或全波,调制在L1上的C/A码伪距,调制在L1上的P码伪距,调制在L2上的P码伪距,L1上的多普勒频移,L2上的多普勒频移,GPS定位的误差源,我们在利用GPS进展定位时，会受到各种各样因素的影响。影响GPS定位精度的因素可以依据其具体来源分为以下四大类：,与GPS卫星有关的因素,与传播途径有关的因素,与接收机有关的因素,其它因素,与GPS卫星有关的因素,SA,SA是Selective Availability，意思是可选择的定位力气，SA的目的是对不同的用户供给不同精度的定位效劳。美国政府从其国家利益动身，通过降低播送星历精度技术、在GPS基准信号中参与高频抖动技术等方法，人为降低一般用户利用GPS进展导航定位时的精度。,卫星星历误差,在进展GPS定位时，是将GPS卫星当作动态的点，而计算在某时刻GPS卫星位置所需的卫星轨道参数是通过各种种类的星历1供给的，但不管承受哪种种类的星历，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。,卫星钟差,卫星钟差是GPS卫星上所安装的原子钟的钟面时与GPS标准时间之间的误差。,卫星信号放射天线相位中心偏差,卫星信号放射天线相位中心偏差是GPS卫星上信号放射天线的标称相位中心与其真实相位中心之间的差异。,与传播途径有关的因素,电离层延迟,由于地球四周的电离层对电磁波的折射效应，使得GPS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的频率以及电磁波传播途径上电子总含量有关。,对流层延迟,由于地球四周的对流层对电磁波的折射效应，使得GPS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传播途径上的温度、湿度和气压有关。,多路径效应,由于接收机四周环境的影响，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响，这就是所谓的多路径效应。,与接收机有关的因素,接收机钟差,接收机钟差是GPS接收机所使用的钟的钟面时与GPS标准时之间的差异。,接收机天线相位中心偏差,接收机天线相位中心偏差是GPS接收机天线的标称相位中心与其真实的相位中心之间的差异。,GPS定位方法,GPS定位的方法是多种多样的，用户可以依据不同的用途承受不同的定位方法。GPS定位方法可依据不同的分类标准，作如下划分：,依据定位所承受的观测值,伪距定位,伪距定位所承受的观测值为GPS伪距观测值，所承受的伪距观测值既可以是C/A码伪距，也可以是P码伪距。伪距定位的优点是数据处理简洁，对定位条件的要求低，不存在整周模糊度的问题，可以特殊简洁地实现实时定位；其缺点是观测值精度低，C/A 码伪距观测值的精度一般为3米，而P码伪距观测值的精度一般也在30个厘米左右，从而导致定位成果精度低，另外，假设承受精度较高的P码伪距观测值，还存在AS的问题。,载波相位定位,载波相位定位所承受的观测值为GPS的载波相位观测值，即L1、L2或它们的某种线性组合。载波相位定位的优点是观测值的精度高，一般优于2个毫米；其缺点是数据处理过程简洁，存在整周模糊度的问题。,依据定位的模式,确定定位,确定定位又称为单点定位，这是一种承受一台接收机进展定位的模式，它所确定的是接收机天线确实定坐标。这种定位模式的特点是作业方式简洁，可以单机作业。确定定位一般用于导航和精度要求不高的应用中。,相对定位,相对定位又称为差分定位，这种定位模式承受两台以上的接收机，同时对一组一样的卫星进展观测，以确定接收机天线间的相互位置关系。,依据猎取定位结果的时间,实时定位,实时定位是依据接收机观测到的数据，实时地解算出接收机天线所在的位置。,非实时定位,非实时定位又称后处理定位，它是通过对接收机接收到的数据进展后处理以进展定位得方法。,依据定位时接收机的运动状态,动态定位,所谓动态定位，就是在进展GPS定位时，认为接收机的天线在整个观测过程中的位置是变化的。也就是说，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个随时间的转变而转变的量。动态定位又分为Kinematic和Dynamic两类。,静态定位,所谓静态定位，就是在进展GPS定位时，认为接收机的天线在整个观测过程中的位置是保持不变的。也就是说，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的转变而转变的量。在测量中，静态定位一般用于高精度的测量定位，其具体观测模式多台接收机在不同的测站上进展静止同步观测，时间由几分钟、几小时甚至数十小时不等。,GPS静态定位在测量中的应用,目前，GPS静态定位在测量中被广泛地用于大地测量、工程测量、地籍测量、物探测量及各种类型的变形监测等，在以上这些应用中，其主要还是用于建立各种级别、不同用途的把握网。,GPS静态定位在测量中的应用,GPS静态定位在测量中主要用于测定各种用途的把握点。其中，较为常见的方面是利用GPS建立各种类型和等级的把握网，在这些方面，GPS技术已根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在布设把握网方面具有以下一些特点：,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，GPS基线向量的相对精度一般在10-910-5之间，这是一般测量方法很难到达的。,选点灵敏、不需要造标、费用低,GPS测量，不要求测站间相互通视，不需要建筑觇标，作业本钱低，大大降低了布网费用。,全天侯作业,观测时间短,承受GPS布设一般等级的把握网时，在每个测站上的观测时间一般在12个小时左右，承受快速静态定位的方法，观测时间更短。,观测、处理自动化,承受GPS布设把握网，观测工程和数据处理过程均是高度自动化的。,布设GPS基线向量网的工作步骤,布设GPS基线向量网主要分测前、测中和测后三个阶段进展。,测前工作,工程的提出,一项GPS测量工程工程，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GPS测量队伍具体实施。对于一项GPS测量工程工程，一般有如下一些要求：,测区位置及其范围,测区的地理位置、范围，把握网的把握面积。,用途和精度等级,把握网将用于何种目的，其精度要求是多少，要求到达何种等级。,点位分布及点的数量,把握网的点位分布、点的数量及密度要求，是否有对点位分布有特殊要求的区域。,提交成果的内容,用户需要提交哪些成果，所提交的坐标成果分别属于哪些坐标系，所提交的高程成果分别属于哪些高程系统，除了提交最终的结果外，是否还需要提交原始数据或中间数据等。,时限要求,对提交成果的时限要求，即何时是提交成果的最终期限。,投资经费。,对工程的经费投入数量。,技术设计,负责GPS测量的单位在获得了测量任务后，需要依据工程要求和相关技术标准进展测量工程的技术设计。,测绘资料的搜集与整理,在开头进展外业测量之前，现有测绘资料的搜集与整理也是一项极其重要的工作。需要收集整理的资料主要包括测区及周边地区可利用的点的相关资料点之记、坐标等和测区的地形图等。,仪器的检验,对将用于测量的各种仪器包括GPS接收机及相关设备、气象仪器等进展检验，以确保它们能够正常工作。,踏勘、选点埋石,在完成技术设计和测绘资料的搜集与整理后，需要依据技术设计的要求对测区进展踏勘，并进展选点埋石工作。,测量实施,实地了解测区状况,由于在很多状况下，选点埋石和测量是分别由两个不同的队伍或两批不同的人员完成的，因此，当负责GPS测量作业的队伍到达测区后，需要先对测区的状况作一个具体的了解。主要需要了解的内容包括点位状况点的位置、上点的难度等、测区内经济进展状况、民风民俗、交通状况、测量人员生活安排等。这些对于今后测量工作的开展是特殊重要的。,卫星状况预报,依据测区的地理位置，以及最新的卫星星历，对卫星状况进展预报，作为选择适宜的观测时间段的依据。所需预报的卫星状况有卫星的可见性、可供观测的卫星星座、随时间变化的PDOP值、随时间变化的RDOP值等。对于个别有较多或较大障碍物的测站，需要评估障碍物对GPS观测可能产生的不良影响。,确定作业方案,依据卫星状况、测量作业的进展状况、以及测区的实际状况，确定出具体的作业方案，以作业指令的形式下达给各个作业小组，依据状况，作业指令可逐天下达，也可一次下达多天的指令。作业方案的内容包括作业小组的分组状况，GPS观测的时间段以及测站等。,外业观测,各GPS观测小组在得到作业指挥员所下达的作业指令后，应严格依据作业指令的要求进展外业观测。在进展外业观测时，外业观测人员除了严格依据作业标准、作业指令进展操作外，还要依据一些特殊状况，灵敏地实行应对措施。在外业中常见的状况有不能按时开机、仪器故障和电源故障等。,数据传输与转储,在一段外业观测完毕后，应准时地将观测数据传输到计算机中，并依据要求进展备份，在数据传输时需要比照外业观测记录手簿，检查所输入的记录是否正确。数据传输与转储应依据条件，准时进展。,基线处理与质量评估,对所获得的外业数据准时地进展处理，解算出基线向量，并对解算结果进展质量评估。作业指挥员需要依据基线解算状况作下一步GPS观测作业的安排。,重复确定作业方案、外业观测、数据传输与转储与基线处理与质量评估四步，直至完成全部GPS观测工作。,测后工作,结果分析网平差处理与质量评估,对外业观测所得到的基线向量进展质量检验，并对由合格的基线向量所构建成的GPS基线向量网进展平差解算，得出网中各点的坐标成果。假设需要利用GPS测定网中各点的正高或正常高，还需要进展高程拟合。,技术总结,依据整个GPS网的布设及数据处理状况，进展全面的技术总结。,成果验收,布网方法,GPS基线向量网的等级,依据我国1992年所公布的全球定位系统测量标准，GPS基线向量网被分成了A、B、C、D、E五个级别。以以以下图是我国全球定位系统测量标准中有关GPS网等级的有关内容。,GPS网的精度指标，通常是以网中相邻点之间的距离误差来表示的，其具体形式为：,其中，,：网中相邻点间的距离中误差(mm)；,：固定误差(mm)；,：比例误差(ppm)；,：相邻点间的距离(km)。,对于不同等级的GPS网，有以下的精度要求：,A级网一般为区域或国家框架网、区域动力学网；B级网为国家大地把握网或地方框架网；C级网为地方把握网和工程把握网；D级网为工程把握网；E级网为测图网。,美国联邦大地测量分管委员会Federal Geodetic Control Subcommittee-FGCS在1988年公布的GP