GPS控制测量及地形图测绘新技术培训.doc

GPS控制测量及地形图测绘新技术培训 第一部分　GPS测量 －、GNSS的概念 说起卫星定位导航系统，人们就会想到GPS，但是现在，伴随着众多卫星定位导航系统的兴起，全球卫星定位导航系统有了一个全新的称呼： GNSS系统——GNSS是Global Navigation Satellite System全球卫星导航系统的缩写。GNSS系统全球卫星导航系统卫星导航系统 1. GNSS系统介绍 主要功能1.导航 2.测量 3.授时 全天候；成果精度高；劳动强度低，自动 化程度高；真三维坐标 ①美国全球定位系统（Global Positioning System） 是第二代卫星导航系统。是在子午仪卫星导航系统第代的基础上发展的，它采纳了子午仪系统的成功经验。和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。全球定位系统的空间部分使用24颗高度约2.02万公里的卫星组成。21+3颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为55度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（DOP）。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。 ②格洛纳斯全球卫星系统 “格洛纳斯GLONASS”是俄语中“全球卫星导航系统GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTE”的缩写。作用类似于美国的GPS、欧洲的伽利略卫星定位系统。最早开发于苏联时期，后由俄罗斯继续该计划。俄罗斯 1993年开始独自建立本国的全球卫星导航系统。按计划，该系统将于2007年年底之前开始运营，届时只开放俄罗斯境内卫星定位及导航服务。到2009年年底前，其服务范围将拓展到全球。该系统主要服务内容包括确定陆地、海上及空中目标的坐标及运动速度信息等。 GLONASS的工作卫星有21颗，分布在3个轨道平面上，同时有三颗备份星。这三个轨道平面两两相隔120度，同平面内的卫星之间相隔45度。每颗卫星都在高19100公里、64.8度倾角的轨道上运行。卫星运行周期11小时15分钟。 　　地面控制部分全部都位于前苏联领土境内，地面控制中心和时间标准位于莫斯科，遥测和跟踪站位于圣彼得堡、Ternopol、Eniseisk和共青城。 Galileo系统是欧洲计划建设的新一代民用全球卫星导航系统，预计2008年系统建成并投入运营。星座由30颗卫星组成。采用中等地球轨道，均匀分布在高度约为2.3万公里的3个轨道面上，包括27颗工作星3颗备份卫星。位于3个倾角为56度的轨道平面内。系统的典型功能是信号中继，即向用户接收机的数据传输可以通过一种特殊的联系方式或其他系统的中继来实现，例如通过移动通信网来实现。“伽利略”接收机不仅可以接受本系统信号，而且可以接受GPS、“格纳斯”这两大系统的信号，并且具有导航功能与移动电话功能相结合、与其他导航系统相结合的优越性能。该系统除了30颗中高度圆轨道卫星外，还有2个地面控制中心。 “伽利略”系统将为欧盟成员国和中国的公路、铁路、空中和海洋运输甚至徒步旅行者有保障地提供精度为1米的定位导航服务，从而也将打破美国独霸全球卫星导航系统的格局。 北斗一号和北斗二号两代系统，是中国研发的卫星导航系统。北斗一号是一个已投入使用的区域性卫星导航系统，北斗二号则是一个正在建设中的全球卫星导航系统。“北斗二号”将由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，提供两种服务方式，即开放服务和授权服务，预计将于2020年前建成由30多颗卫星组成的、覆盖全球的卫星导航定位系统。 ⑤区域性卫星导航系统 3.GPS定位原理 是根据高速运动卫星的瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。GPS定位是根据测量中的距离交会定点原理实现的。如图所示，在待 测点设置GPS接收机，在某一时刻tk同时接收到3颗以上卫星S1、S2、S3所发出的信号。通过数据处理和计算，可求得该时刻接收机天线中心（测站点）至卫星的距离ρ1、ρ2、ρ3ρ4。根据卫星星历可查到该时刻颗卫星的三维坐标（Xj，Yj，Zj），j＝1，2，3，从而由下式解算出点的三维坐标（X，Y，Z）： ρ12=(?X-X1 )2+(?Y-Y1 )2+(?Z-Z1 )2 ρ22=(?X-X2 )2+(?Y-Y2 )2+(?Z-Z2 )2 ρ32=(?X-X3 )2+(?Y-Y3 )2+(?Z-Z3 )2 ρ2=(?X-X4 )2+(?Y-Y4 )2+(?Z-Z3 )2 4.GPS的定位模式 ①相对定位：相对定位是目前GPS测量中精度最高的一种定位方法，它广泛用于高精度测量工作中。由于GPS测量结果中不可避免地存在着种种误差；但这些误差对观测量的影响具有一定的相关性，所以利