GPS技术培训.ppt

2004年8月9日 拓普康（中国）技术中心 86-10lokitang@263.net 一、GPS原理概述 第一阶段（1973--1979）：方案论证 初步试验、发射四颗试验卫星、试验样机研制、建立地面跟踪站网 第二阶段（1979--1987...）：试验阶段 发射7颗试验卫星、地面跟踪站网完善、接收机研制、试验观测（导航、授时和测量应用）。 第三阶段（1994-- …..）正式投入运行 1989年2月4日第一颗工作卫星发射，1993年底24颗工作卫星全部升空，完成组网1994年投入全面运行。 目前有在轨工作卫星27颗 用户部分 硬件（接收机及三角架、控制手簿、电台） 软件（静态后处理软件、RTK软件、成图软件等） GPS信号 载波L1 － 频率1575.42 MHz 波长 = 19.03 cm 调制了C/A码、P码－－测距码 导航电文（历书、广播星历、卫星钟差等） 载波L2 － 频率1227.60 MHz 波长 = 24.42 cm 调制了P码 导航电文（历书、广播星历、卫星钟差等） 卫星信号强度－信噪比SNR（dB） SNR越大表示信号强度越大 主要与以下因素有关： 1.障碍物遮挡 2.电离层活动 2.接收机主机－－主板 3.接收机天线（增益） 卫星信号越强，越有利于解算，精度也越高，一般高精度测量必需有5颗信号好的卫星。 GPS定位基本原理 伪距 － 接收机锁定卫星后，通过观测其测距码C/A码，可以得到卫星到接收机的距离，因为误差的存在，这个距离并不准，因而称为伪距。 广播星历 － 表述了卫星的运动方程，通过广播星历可以内插出任意时刻卫星的WGS84坐标。 卫星是“沿轨道运动的控制点”。 GPS定位基本原理 － 空间后方距离交会 载波相位测量 整周模糊度 1.载波相位测量即是对载波L1及L2的相位进行观测（测相）。 2.接收机到卫星的距离可表示为载波的N个整数波长，再加上不到一个波长（非常精确）。 3.这个N就称为整周模糊度，它必然是一个正整数。 4.解算时，如果整周模糊度求解为一个小数，得到的定位结果通常称为浮点解（Float），其精度为几十公分。 5.如果整周模糊度求解为一个整数，并经按一定的置信度检验为正确，得到的定位结果就称为固定解（Fixed）。 导航精度因子(DOP) GPS误差源 与卫星有关的误差 －卫星钟差、星历误差等 信号传播路径上的误差－主要指电离层误差、对流层误差、多路径效应等 仪器误差和观测误差－接收机钟差、信号测定的分辨率、天线相位中心的偏差等 GPS定位方式 绝对定位（单点定位）－10米左右的精度 相对定位（差分定位）－分为伪距差分、载波相位差分 只有载波相位差分测量才能达到测绘领域应用的高精度。 三差观测量 地心坐标系 - WGS84坐标系 原点位于地球质心,Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极(CTP)方向,X轴指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交点,Y轴与Z,X轴构成右手坐标系,采用WGS84椭球. 常用的参考椭球系统参数 WGS-84 WGS-84椭球： a=6378137.000, 1/f=298.257223563 1954北京坐标系 克拉索夫斯基椭球： a=6378245.000, 1/f=298.3 1980年国家大地坐标系 1980中国椭球（1975IUGG推荐值）： a=6378140.000, 1/f=298.257 经典的三维坐标转换 坐标换算(1) BLH ? XYZ X = (N + H) cosB cosL Y = (N + H) cosB sinL Z = [(N(1 - e2 ) + H)] N = a/ (1 - e2 sin2 B ) 1/2, e2 = (a2 - b2 ) / a2 坐标换算(2) BL - xy(高斯投影正算）: x = X0 + 0.5NsinBcosB?(L-L0) + …... y = NcosB ?(L-L0) + 1/6 Ncos3B ?(L-L0) (1-t2+η2) +…... 精度要求：x, y至0.001米, B, L至0.0001秒 二、GPS静态测量与数据处理 GPS静态测量作业步骤 三、GPS RTK测量