1、原理部分GPS培訓教材勵精科技上海GPS產品部.概論1 為什么要了解GPS？2 歷史和背景3 系統的組成4 GPS衛星5 地面控制站6 用戶設備7 系統現狀8 GPS定位原理9 GPS丈量10 小結第一部分.1 為什么要向您引薦 GPSGPS丈量與經典丈量方法的對比：不需求相互通視觀測作業不受天氣條件的影響網的質量與點位的分布情況無關能到達大地丈量所需求的精度程度白天和夜間均可作業經濟效益顯著.1 GPS丈量速度比傳統方法有極為顯著的提高2無論作大面積控制和部分丈量都是理想的工具 3從價錢上說，她具有更強的市場競爭才干4任何條件下都有充分把握提供足夠的精度 一切這一切優越性賓得 GPS 丈量系

2、統都得到了顯著證明！GPS丈量與經典丈量方法的對比：1 為什么要向您引薦 GPS. 2 歷史和背景GPS是美國軍方研制的第二代衛星導航系統1全球通用224小時可以定位，測速和授時3用戶設備本錢低廉4確保美國軍事平安，效力于全球戰略5導航精度可達1020m6取代現存各種導航系統 這種設備可以用來武裝戰車，艦船和飛機，提高其作戰才干，并可廣泛用于地面部隊。其作用在海灣戰爭中已得到相當充分的顯示。.2 歷史和背景系統特征NNSSGPS載波頻率GHz0.15,0.401.23,1.58衛星高度km100020200衛星數5-621+3衛星周期min1:4711:58衛星鐘穩定度10-1110-13GP

3、S與NNSS的主要特征.系統特征GLONASSGPS載波頻率GHz1.61,1.251.23,1.58衛星高度km1910020200衛星數21+321+3衛星周期h11:1511:58衛星鐘穩定度10-1110-13GPS與GLONASSS的主要特征2 歷史和背景.技術背景信號組成： C/A 碼 L1 P碼和Y碼 L2 防電子欺騙技術AS 選擇性效力政策SA*SA技術曾經于2000年5月取消2 歷史和背景.3 GPS 系統的組成全球定位系統GPS由三個主要部分組成空間部分： 提供星歷和時間信息 發射偽距和載表信號 提供其它輔助信息地面控制部分： 中心控制系統 實現時間同步 跟蹤衛星進展定軌用

4、戶部分： 接納并測衛星信號 記錄處置數據 提供導航定位信息.24顆衛星21+36個軌道平面55軌道傾角2萬km軌道高度地面高度12小時恒星時軌道周期5個多小時出如今地平線以上每顆星4 GPS衛星如今在軌道實踐運轉的衛星個數超越32個.5 地面控制站一個主控站：科羅拉多斯必靈司三個注入站：阿松森Ascencion) 迭哥伽西亞(Diego Garcia) 卡瓦加蘭(kwajalein)五個監測站=1個主控站+3個注入站+夏威夷Hawaii)55HawaiiAscencionDiego GarciakwajaleinColorado springs. 6 用戶設備1 通用接納機定位型：導航型接納機

5、普通情況下無數據輸出的記錄存儲設備手持機天線前置放大器電源部分射電部分微處置器數據存器顯示控制器供電信號信息命令數據供電，控制供電數據控制 . 8 GPS 定位原理1 衛星信號構造基準頻率10.23MHZ L11575 . 42 MHZ C/A碼 1.023MHZ P碼 10 . 23MHZL21227.60MHZP碼10.23MHZ1015412050比特/S衛星信息電文D碼 每顆衛星都發射一系列無線電信號基準頻率 兩種載波L1和L2 兩種碼信號C/A碼和P碼 一組導航電文信息碼，D碼. GPS定位的各種常用的觀丈量8 GPS 定位原理-2L1載波相位觀測值L2載波相位觀測值調制在L1上的C

6、/A-code偽距調制在L2上的P-code偽距Dopple觀測值. 對衛星進展測距8 GPS 定位原理3接納機對跟蹤的每一顆衛星進展測距地心SiPijPj riRjRj = ri +Pij有關各觀丈量及知數據如下：r 為知的衛地矢量P為觀丈量偽距R為未知的測站點位矢量.-間隔觀測值的計算8 GPS 定位原理接納機至衛星的間隔借助于衛星發射的碼信號量測并計算得到的接納機本身按同一公式復制碼信號比較本機碼信號及到達的碼信號確定傳播延遲的時間t傳播延遲時間乘以光速就是間隔觀測值=C t衛星鐘調制的碼信號接納機時鐘復制的碼信號tt.8 GPS 定位原理單點定位結果的獲取單點定位解可以了解為一個后方交

7、會問題衛星充任軌道上運動的控制點，觀測值為測站至衛星的偽距由時延值推算得到由于接納機時鐘與衛星鐘存在同步誤差所以要同步觀測4顆衛星，解算四個未知參數：緯度 , 經度 , 高程 h , 鐘差 t.GPS定位的誤差源8 GPS 定位原理與GPS衛星有關的要素SA技術 人為的降低廣播星歷精度技術衛星星歷誤差衛星鐘差衛星信號發射天線相位中心偏向與傳播途徑有關的要素電離層延遲對流層延遲多途徑效應與接納機有關的要素接納機鐘差接納機天線相位中心誤差接納機軟件和硬件呵斥的誤差.9 GPS 丈量采用載波相位觀測值發自衛星的電磁波信號：信號量測精度優于波長的1/100載波波長L1=19cm, L2=24cm)比C

8、/A碼波長 (C/A=293m)短得多所以，GPS丈量采用載波相位觀測值可以獲得比偽距C/A碼或P碼定位高得多的成果精度L1載波L2載波C/A碼P-碼 p=29.3 m L2=24 cm L1=19c m C/A=293 m. 9 GPS 丈量可以消去衛星鐘的系統偏向可以消去接納機時鐘的誤差PikPljPijPjPlkPkSlSi可以消去軌道星歷誤差的影響可以減弱大氣折射對觀測值的影響 組成星際站際兩次差分觀測值.9 GPS 丈量設法解算出初始整周未知數測站對某一衛星的載波相位觀測值由三部分組成 1初始整周未知數n；2 t 0至t i 時辰的整周記數Ci；3相位尾數i假設信號沒有失鎖，那么每一

9、個觀測值包含同一個初始整周未知數n為了利用載波相位進展定位，必需設法先解算出初始整周未知數，獲得總觀測值n+Ci+ iTime (0)AmbiguityTime (i)AmbiguityCounted CyclesPhase Measurement.9 GPS 丈量弄清楚初始整周未知數確實定與定位精度的關系精度m1.000.10 0.01整周未知數確定后整周未知數確定前經典靜態定位00308058時間分假設無法準確解出初始整周未知數，那么定位精度難以優于1m隨著初始整周未知數解算精度的提高，定位精度也相應提高一旦初始整周未知數準確獲得，定位精度不再隨時間延伸而提高經典靜態定位需求30-80分鐘

10、觀測才干求定初始整周未知數 快速靜態定位將這個過程縮短到5-8分鐘(雙頻接納機)快速靜態定位.偽距差分這是運用最廣的一種差分。在基準站上，觀測一切衛星，根據基準站知坐標和各衛星的坐標，求出每顆衛星每一時辰到基準站的真實間隔。再與測得的偽距比較，得出偽距矯正數，將其傳輸至用戶接納機，提高定位精度。這種差分，能得到米級定位精度，如沿海廣泛運用的“信標差分.載波相位差分載波相位差分技術又稱RTKReal Time Kinematic技術，是實時處置兩個測站載波相位觀丈量的差分方法。即是將基準站采集的載波相位發給用戶接納機，進展求差解算坐標。載波相位差分可使定位精度到達厘米級。大量運用于動態需求高精度

11、位置的領域。.謝謝大家！.GPS用戶培訓教材GPS丈量常用坐標引見.1.WGS-84 WGS-84坐標是GPS所采用的坐標系統，GPS發布的星歷參數是基于此坐標系的WGS-84的橢球參數： a=6378m 1/f=298.257223563.2.北京-54 北京-54坐標是目前我國運用比較廣泛的大地丈量坐標系，參考橢球是克拉索夫斯基橢球。其高程是以1956年黃海平均海水面為基準。北京-54的橢球參數： a=6378245m 1/f=298.3.3.CHINA-80 CHINA-80坐標是目前我國新建的大地丈量坐標系，其高程是以1956年黃海平均海水面為基準。CHINA-80的橢球參數： a=6

12、378140m 1/f=298.257.GPS用戶培訓教材GPS靜態定位在丈量中的運用. GPS靜態定位主要用于建立各級控制網其優點如下：定位精度高，其基線的相對精度非常高選點靈敏、不需求造標、費用低全天候作業觀測時間短觀測處置自動化GPS靜態定位的主要運用領域：.在 15 截止高度角以上不存在妨礙物周圍沒有反射面，不致引起多途徑效應平安避開過往行人和車輛，盡能夠將接納機設置在毋須人員照看的地方附近不應該有強輻射源如無線電臺、電視發射天線等可靠的電源供應足夠的內存容量正確的配置參數 (觀測類型、記錄速率)檢查天線高和偏向儀器的正確檢測GPS丈量前應該思索的問題：.布網方法： GPS網的精度目的

13、，通常以網中相鄰點之間的間隔誤差來表示的，其詳細方式如下：=a2 + (bd)2間隔中誤差mm a固定誤差(mm)b比例誤差系數(ppm) d相鄰點的間隔Km充分思索建立GPS控制網的運用范圍 采用分級布網的原那么 GPS丈量的精度規范.國家測繪局制定的我國“GPS丈量規范將GPS的精度分為AE五級見下表。其中A、B兩級普通是國家GPS控制網。C、D、E三級是針對部分性GPS網規定的。.表一GPS丈量精度分級.表二GPS丈量精度分級.表三GPS網中相鄰點間間隔 . 坐標系統與起算數據包括位置基準、方位基準和尺度基準。 GPS點的高程應使一定數量的GPS點與水準點重合或對部分GPS點聯測水準。

14、選點原那么與點位標志. 設計的普通原那么： 應經過獨立觀測邊構成閉合圖形，以添加檢核條件，提高網的可靠性。 應盡量與原有地面控制網相重合，重合點普通不少于3個，且分布均勻。 應思索與水準點相重合 ，或在網中布設一定密度的水準聯測點。 點應設在視野開闊和容易到達的地方，聯測方向。 可在網點附近布設一通視良好的方位點，以建立聯測方向。 根據GPS丈量的不同用途，GPS網的獨立觀測邊均應構成一定的幾何圖形，根本方式有：三角形網環形網星形網.三角形網優點： 圖形幾何構造強，具有良好的自檢才干，經平差后網中相鄰點間基線向量的精度均勻。缺陷： 觀測任務量大。 只需在網的精度和可靠性要求比較高時，才單獨采用

15、這種圖形。.環形網優點： 觀測任務量較小，且具有較好的自檢性和可靠性。缺陷： 非直接觀測基線邊或間接邊精度較直接觀測邊低，相鄰點間的基線精度分布不均勻。是大地丈量和精細工程丈量中普遍采用的圖形。通常采用上述兩種圖形的混合圖形。.星形網優點： 觀測中只需求兩臺GPS接納機，作業簡單。缺陷： 幾何圖形簡單，檢驗和發現粗差才干差。 廣泛用于工程丈量、邊境丈量、地籍丈量和碎部丈量等。.GPS用戶培訓教材RTK野外實測操作. 對這項工程進展仔細的全面規劃設計 思索作業過程中應設點的數量以及所需的精度 思索聯測已有的控制點 思索將結果轉換成地方坐標 思索最正確的觀測道路和計算道路 對于高精度的丈量，應將道

16、路布設得盡能夠的短 運用暫時參考站 思索獨立檢核的需求: 在不同的觀測時段中在一個點上設站兩次 閉合環 在點間觀測獨立基線 思索運用兩個參考站 在良好的觀測窗口下觀測 思索可在夜間觀測較長的道路全面規劃設計.參考站周圍沒有反射面，不致引起多途徑效應在 15 截止高度角以上不存在妨礙物平安避開過往行人和車輛，盡能夠將接納機設置在毋須人員照看的地方附近不應該有強輻射源如無線電臺、電視發射天線等可靠的電源供應足夠的內存容量正確的配置參數 (觀測類型、記錄速率)檢查天線高和偏向.流動站在 15 截止高度角以上不存在妨礙物妨礙物應不遮擋信號周圍沒有反射面，不致引起多途徑效應附近不應該有強輻射源可靠的電源

17、供應足夠的內存容量正確的配置參數 (觀測類型、記錄速率)檢查天線高和偏向在良好的窗口下觀測察看 GDOP = 8運用準動態指示器作為指南填寫外業手簿.閱歷提示仔細檢查基座的整平和對中設備能否完好正確地整平和對中檢查高度讀數和天線偏向高程出錯將影響整個丈量結果!用無線電通訊設備堅持參考站和流動站之間的聯絡為了獲得最高的精度目的，應思索傳感器的定向.野外手簿點標識: 日期:傳感器序列號: 作業員：控制器序列號:記憶卡編號:設站類型:天線高讀數:天線高偏向:跟蹤開場時間:跟蹤終了時間:觀測歷元數:觀測衛星數:GDOP:導航定位解: 經度. 緯度. 高程備注:.解釋和存儲結果對于不超越限值(20Km)

18、的基線,整周未知數應能勝利解算出來對于超越限值(20Km)的基線,不解算整周未知數而采用L3解對于不超越限值(20Km)的基線:運用FARA整周未知數搜索技術進展快速靜態丈量已解算出整周未知數(A=Y):FARA 找到最或然解，結果普通應滿足技術目的未解算出整周未知數(A=N):提供浮點解結果假設超出技術目的, 檢查記錄文件，思索添加先驗規范差并重新計算.解釋和存儲成果續對于超越限值(20Km)的基線:采用靜態法而不用FARA L3 解, 不解算整周未知數，假設采集足夠的觀測數據，結果普通應滿足技術目的長基線需求長時間觀測檢查兩次定位解, 獨立基線等存儲滿足精度要求的結果假設有多組解時坐標取中

19、數.暫時參考站從效率和精度出發，最好從幾個暫時參考站觀測短基線而不要從一個中心點觀測長基線。 例子R.暫時參考站舉例:用靜態或或快速靜態的方法建立6個暫時參考站采用兩次定位或相互獨立的基線檢核暫時參考站組成的網從暫時參考站出發用快速靜態輻射狀基線測定的新點思索關鍵點的檢核.數據輸入和計算數據傳輸時檢查和編輯修正:點標識高度讀數和天線偏向起始點的 WGS 84 坐標備份原始數據和工程仔細思索以下的要素:如何最正確計算網至少需求一個點的 WGS 84 精度在10米左右同現有的控制網的聯接轉換地方坐標的需求計算暫時參考點構成的網計算從暫時參考站出發的新點長基線短基線數據處置參數.選擇良好的窗口適宜快

20、速靜態的窗口4 顆以上的衛星，高度角大于 15 GDOP = 8當能夠時:5 顆以上的衛星GDOP = 4高度角大于20 防止峰值期間觀測用衛星的空間軌跡圖檢查妨礙物，假設某顆衛星被擋住重新計算小心4顆或5顆衛星中高度角小于 20 的兩顆衛星.時間和基線長度觀測時間取決于:基線長度衛星數衛星幾何圖形(GDOP)電離層電離層擾動隨時間、日夜、月、年、地點而變化靜態或快速靜態最短觀測時間不要少于15分鐘。作為一個閱歷，基線觀測時間應該是基線長度每公里5分鐘加上最短15分鐘。假設快速靜態單頻數據只需9分鐘，SKI-Pro缺省情況下不解算整周未知數。一旦正確解算出整周未知數，通常基線精度在5-10mm

21、+2ppm左右。.基線長與同步觀測時間長短的關系大約不同基線長所需時間如下12公里 4560分鐘25公里 6090分鐘510公里 90120分鐘1020公里 120分鐘以上單頻GPS普通只測20公里以內的基線. 采用相對定位方法 GPS丈量不要求各點之間相互通視 GPS丈量可以全天候進展 觀測時間短 GPS丈量的數據是自動記錄的采用相對定位方法.在計算基線向量時，除根據一定的目的對計算結果進展檢查外，普通還進 行以下幾項檢核：1. 同步多邊形閉合差的檢查 n邊形環閉合差應滿足：WX = Xi n Wy = Yi n Wz = Zi n W = WX2 + Wy 2+ Wz 2 為相應級別規定的

22、觀測精度按平均邊長算同步多邊形閉合差的檢查.2.反復觀測邊的檢查 同一條邊恣意兩個時段的結果互差應小于GPS接納機標稱精度的 2 2 倍。.3.非同步觀測多邊形閉合差的檢查由假設干條獨立的GPS邊構成的非同步觀測 n 邊形環閉合差的檢查 。Wx 3 n Wy 3 n Wz 3 n 4. GPS丈量的外部檢查. 影響基線解算結果的要素主要有以下幾條： 基線解算時所設定的起點坐標不準確 起點坐標不準確，會導致基線出現尺度和方向上的偏向。 少數衛星的觀測時間太短，導致這些衛星的整周未知數無法準確確定 當衛星的觀測時間太短時，會導致與該顆衛星有關的整周未知數無法準確確定，而對與基線解算來講，對于參與計

23、算的衛星，假設與其相關的整周未知數沒有準確確定的話，就將影響整個 在整個觀測時段里，有個別時間段里周跳太多，致使周跳修復不完善 在觀測時段內，多途徑效應比較嚴重，觀測值的矯正數普遍較大對流層或電離層折射影響過大影響基線解算結果的要素主要有以下幾條：.影響GPS基線解算結果的判別 概述對于影響GPS基線解算結果要素，有些是較容易判別的，如衛星觀測時間太短、周跳太多、多途徑效應嚴重、對流層或電離層折射影響過大等；但對于另外一些要素卻不好判別了，如起點坐標不準確。 基線起點坐標不準確的判別對于由起點坐標不準確所對基線解算質量呵斥的影響，目前還沒有較容易的方法來加以判別，因此，在實踐任務中，只需盡量提

24、高起點坐標的準確度，以防止這種情況的發生。. 衛星觀測時間短的判別關于衛星觀測時間太短這類問題的判別比較簡單，只需查看觀測數據的記錄文件中有關對與每個衛星的觀測數據的數量就可以了。 周跳太多的判別對于衛星觀測值中周跳太多的情況，可以從基線解算后所獲得的觀測值殘差上來分析。處置軟件采用的是雙差觀測值，當在某測站對某顆衛星的觀測值中含有未修復的周跳時，與此相關的一切雙差觀測值的殘差都會出現顯著的整數倍的增大。. 多途徑效應嚴重、對流層或電離層折射影響過大的判別對于多途徑效應、對流層或電離層折射影響的判別，我們也是經過觀測值殘差來進展的。不過與整周跳變不同的是，當多途徑效應嚴重、對流層或電離層折射影響過大時，觀測值殘差不是象周跳未修復那樣出現整數倍的增大，而只是出現非整數倍的增大，普通不超越1周，但卻又明顯地大于正常觀測值的殘差。.應對措施 基線起點坐標不準確的應對方法要處理基線起點坐標不準確的問題，可以在進展基線解算時，運用坐規范確度較高的點作為基線解算的起點，較為準確的起點坐標可以經過進展較長時間的單點定位或經過與WGS-84坐標較準確的點聯測得到；也可以采用在進展整網的基線解算時，一切