GNSS及GPS的基本原理与测量应用.ppt

GPS系统组成——地面控制部分 主控站:它的作用是根据各监控站对GPS的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去 ；同时，它还对卫星进行控制，向卫星发布指令，当工作卫星出现故障时，调度备用卫星替代失效的工作卫星工作。 3个注入站:将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去。 5个监控站：接收卫星信号，监测卫星的接收卫星信号，监测卫星的工作状态 ，传送到主控站。 * GPS系统组成——用户设备部分 按照原理、用途、功能来分类 用途 载波频率 工作原理 导航型接收机 测地型接收机 平方型接收机 混合型接收机 干涉型接收机 单频接收机 双频接收机 通道种类 多通道接收机 序贯通道接收机 * GPS系统组成——用户设备部分 手持导航型GPS机，精度5-15m * GPS系统组成——用户设备部分 测量型GPS接收机，最高精度1mm+1ppm 天线 天线 主机箱 记录簿 主机 电源 电台 * GPS基本原理——测距 Xll Vl Xl lll l ll lV V Vll Vlll X lX Xll Vl Xl lll l ll lV V Vll Vlll X lX 距离 = 信号传输时间 x 光的速度 * GPS定位误差分类 与GPS卫星有关的误差 与传播途径有关的误差 与GPS 接收机有关的误差 卫星星历误差 卫星钟差 SA干扰误差 电离层折射 对流层折射 多路径效应 接收机钟差 接收机的位置误差 接收机天线相位中心偏差 * GPS基本原理——二维三边测量法 北京 西安 广州 武汉 * GPS基本原理——三维三边测量法 我们处在以 RI 为半径的一个球面上 R1 2 个球面相交得出一条曲线 R2 3 个球面相交于一个点 3 个距离观测值可以解算出一个点的纬度、经度与高程 R3 * GPS基本原理——定位过程 空间距离的量测为定位的基本 1 参数改正 5 观测卫星至地面点位的距离 2 利用接收卫星星历资料决定点位位置 4 3 观测4颗以上卫星才能解算点位的空间距离 * GPS基本原理——定位 卫星充当 “轨道控制站” 测量与时间相关的每一颗卫星的伪随机码 通常情况下，GPS接收机采用廉价的时钟。它们的精度远远低于卫星的机载时钟 无线电波以光速传播 (距离 = 速度 x 时间) 时钟误差与测距精度的关系： 1/10 秒时钟误差 = 30,000 Km 测距误差 1/1,000,000 秒时钟误差 = 300 m测距误差 * * GPS的测量应用——单点定位 单独一个观测站接受信号进行定位。从原理上类似于后方交会进行点的定位。 采用虚拟距离观测量 精度较差，仅能消除接收机时钟误差 * GPS的测量应用——单点定位精度 理论上说，利用 C/A 码进行单点定位精度可以达到 10 - 30m 在 SA 条件下进行单点定位： 平面位置的精度为 +/- 100 m 高程的精度则为 +/- 160 m * 单点定位的应用 自然资源调查 城市规划 环境调查 * GPS的测量应用——相对定位 确定同步跟踪相同的GPS卫星信号的若干台接收机之间的相对位置的定位方法。 至少一台接收机置于已知坐标点上，称为主站，置于未知点上的称为待测站或移动站。 精度较高 * GPS的测量应用——静态相对定位 方法：利用两套及以上的GPS接收机，分别安置在每条基线的端点上，同步观测四颗以上的卫星0.5～1小时，基线的长度在20公里以内。各基线构成网状的封闭图形，事后经过整体平差处理。 用途：是精度最高的作业模式。主要用于大地测量、控制测量、变形测量、工程测量。 精度：可达到5mm+1ppm * 静态相对定位——基线测量 基线向量 B A （dx、dy、dz) 基准站 移动站 * GPS的测量应用——即时动态测量（RTK） 常规的GPS测量方法，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，极大地提高了外业作业效率。 * GPS的测量应用——即时动态测量（RTK） 定位精度为厘米级 RTK 基准站 即时传递改正值 移动站 * GPS的测量应用——即时动态测量（RTK） * GPS相对定位的后处理测量方法 静态相对定位模式 流动站 动态相对定位模式 基准站 * VRS测量技术 GPS实时差分定位RTK技术的缺点： 用户需要架设本地参考站 误差随距离的增加而增长 误差增长使流动站和参考站的距离受到限制，一般 小于15公里 精度为10mm+1ppm，可靠性随距离增大而降低 * VRS测量技术 虚拟参考站方案中VRS的特点与技术优势：