廣州華星GNSS培訓理論篇一、GNSS理論部分GNSS理論部分

GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem)是全球導航衛星系統的英文縮寫，它是所有全球導航衛星系統及其增強系統的集合名詞，是利用全球的所有導航衛星所建立的覆蓋全球的全天侯無線電導航系統。目前可供利用的全球衛星導航系統有美國的GPS和俄羅斯的GLONASS以及未來歐洲的Galileo。1.GNSS的現狀及未來GNSS的含義：美國的GPS：

GPS是英文GlobalPositioningSystem或NAVigationSatelliteTimingAndRangingGlobalPositionSystem的縮寫，即全球定位系統，是一個全球性、全天候、全天時、高精度的導航定位和時間傳遞系統。由27顆工作衛星和3顆備用衛星組成，分布在6個等間距的軌道平面上。采用碼分多址體制，每顆衛星的信號頻率和調制方式相同，不同衛星的信號靠不同的偽碼區分，現有30多顆衛星。

GPS自1973年開始設計、研制，歷時20年，于1993年全部建成，GPS系統由空間部分、地面控制部分和用戶部分所組成。

GNSS理論部分1.GNSS的現狀及未來

GLONASS:GLObalNAvigationSatelliteSystem的字頭縮寫，是前蘇聯從80年代初開始建設的與美國GPS系統相類似的衛星定位系統，也由衛星星座、地面監測控制站和用戶設備三部分組成。現在由俄羅斯空間局管理。擁有21顆工作衛星和3顆備用衛星，分布在3個軌道平面上。因GLONASS衛星一直處于降效運行狀態，現只有18顆衛星能夠正常工作。采用頻分多址體制，衛星靠頻率不同來區分，每組頻率的偽隨機碼相同。目前有18顆衛星可用。2011年之后將有24顆衛星可用。俄羅斯的GLONASS：GNSS理論部分1.GNSS的現狀及未來Galileo(伽利略）:

從1994年歐盟已開始對伽利略系統方案實施論證。2000年歐盟已向世界無線電委員會申請并獲準建立伽利略系統的L頻段的頻率資源。2002年3月歐盟15國交通部長一致同意伽利略系統的建設。該系統由27顆工作衛星和3顆備份衛星組成，衛星采用中等地球軌道，分布在3個軌道面上。預計2012年可投入使用。現在因為資金協調問題基本停滯了。歐盟的Galileo：GNSS理論部分1.GNSS的現狀及未來中國的北斗：北斗導航系統(COMPASS)，現有4顆地球同步衛星

快速定位：北斗導航系統可為服務區域內用戶提供全天候、高精度、快速實時定位服務簡短通信：北斗系統用戶終端具有雙向數字報文通信能力，可以一次傳送超過100個漢字的信息。精密授時：

未來中國的北斗空間段計劃由五顆靜止軌道衛星和三十顆非靜止軌道衛星組成，提供兩種服務方式，即開放服務和授權服務。GNSS理論部分1.GNSS的現狀及未來

GLONASS:GLObalNAvigationSatelliteSystem的字頭縮寫，是前蘇聯從80年代初開始建設的與美國GPS系統相類似的衛星定位系統，也由衛星星座、地面監測控制站和用戶設備三部分組成。現在由俄羅斯空間局管理。擁有21顆工作衛星和3顆備用衛星，分布在3個軌道平面上。因GLONASS衛星一直處于降效運行狀態，現只有18顆衛星能夠正常工作。采用頻分多址體制，衛星靠頻率不同來區分，每組頻率的偽隨機碼相同。目前有18顆衛星可用。2011年之前將有24顆衛星可用。俄羅斯的GLONASS：GNSS理論部分1.GNSS的現狀及未來定位精度高觀測時間短測站間無須通視可提供三維坐標操作簡便全天候作業功能多、應用廣免費2.GNSS的特點

GNSS理論部分1、軍事用途

GPS本身就是軍事競賽的產物。精碼保密，主要提供給本國和盟國的軍事用戶使用；粗碼提供給本國民用和全世界使用。2、民用導航占據了民用領域的絕大部分，一般精度要求不高，5-15米，飛機、輪船、車載定位等領域。3、測繪要求精度高，早期主要在石油部門使用，現在已在測繪相關行業中廣泛普及，成為一種新的測繪方式。4、GIS

現在處于起步階段，隨著數字地球、數字中國的進程，必將成為一個龐大的新興產業。3.GNSS產業構成

GNSS理論部分軍事測繪林業農業地質電力水利交通環保氣象地震石油通訊海洋城建科研院所院校醫療消防國土

GPS的應用是受到人的想象力的限制，GPS無所不在4.GNSS的應用行業GNSS理論部分5.衛星定位技術的發展GNSS理論部分RTK的發展：傳統的RTK技術—

電臺、GPRS/CDMA網絡RTK技術—CORS5.衛星定位技術的發展GNSS理論部分二、傳統RTK以及儀器的操作

常規的GPS測量方法，如靜態、快速靜態、動態測量都需要事后進行解算才能獲得厘米級的精度，而RTK是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態實時差分（Real-timekinematic）方法，是GPS應用的重大里程碑，它的出現為工程放樣、地形測圖，各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業作業效率。

傳統RTK的含義：1.傳統RTK的含義傳統RTK以及儀器操作在RTK作業模式下，基準站通過數據鏈將其觀測的星歷數據傳送給流動站。流動站通過數據鏈接收來自基準站的數據，同時采集GPS觀測數據，并在系統內進行實時處理，給出厘米級定位結果，歷時不到一秒鐘。流動站可處于靜止狀態，也可處于運動狀態，也可在動態條件下直接開機，并在動態環境下完成周模糊度的搜索求解。載整周末知數解固定后，即可進行每個歷元的實時處理，只要能保持5顆以上衛星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結果。RTK的工作原理2.傳統RTK的工作原理傳統RTK以及儀器操作

GPS衛星

發射天線基準站差分信號移動站數據鏈通訊：電臺模式：

3.傳統RTK的數據鏈傳統RTK以及儀器操作UHF(UltraHighFrequency)超高頻率，頻率300MHz-300KMHz（波長屬微波：波長1M-1MM，空間波，小容量微波中繼通信

）——410-430MHz/450-470MHzVHF(VeryHighFrequency)甚高頻（3MHz～30MHz

屬短波：波長100M-10M，空間波）——220-240MHz2.網絡模式：GPRS（GeneralPacketRadioService）中文是通用分組無線業務，是在現有的GSM系統上發展出來的一種新的分組數據承載業務；CDMA為碼分多址數字無線技術⑴電臺模式載波相位4.電臺模式傳統RTK以及儀器操作基準站移動站⑵

電臺模式特點作業距離一般距離為：0-20公里，特別是山區或城區傳播距離就會受到影響；電臺信號容易受干擾，所以要遠離大功率干擾源；電臺的架設對環境有非常高的要求，一般選在比較空曠，周圍沒有遮擋，且要基站架設的越高距離越遠；對于電瓶的電量要求較高，出外業之前電瓶一點要充滿或有足夠的電量；4.電臺模式傳統RTK以及儀器操作

網絡通訊模式特點距離遠攜帶方便優點：缺點：

在沒有手機信號的地方無法使用需要一定的費用、手機卡一般一個月都要流量<100元費用5.網絡模式傳統RTK以及儀器操作三、網絡RTK以及儀器的操作傳統RTK技術有著一定局限性,使得其在應用中受到限制,主要表現為：

1.用戶需要架設本地的參考站；

2.誤差隨距離增長；

3.誤差增長使流動站和參考站距離受到限制，距離越遠初始化時間越長；

4.可靠性和可行性隨距離降低。1.網絡RTK技術網絡RTK以及儀器操作

網絡RTK技術實際上是一種多基站技術，它在處理上利用了多個參考站的聯合數據。該系統不僅僅是GPS產品，而是集internet技術，無線通訊技術，計算機網絡管理和GPS定位技術于一身的系統，包括，通訊控制中心，固定站，用戶部分。

1.網絡RTK技術網絡RTK以及儀器操作網絡RTK的優勢無需架設參考站，省去了野外工作中的值守人員和架設參考站的時間，降低了作業成本，提高了生產效率；傳統“1+1”GNSS接收機真正等于2，生產效率雙倍提高；不需要在四處找控制點；擴大了作業半徑，網絡覆蓋范圍內能夠得到均等的精度；在CORS覆蓋區域內，能夠實現測繪系統和定位精度的統一，便于測量成果的系統轉換和多用途處理；1.網絡RTK技術網絡RTK以及儀器操作網絡RTK概念依靠網絡將基準站連接到計算中心，聯合若干基準站數據解算或消除電離層、對流層等影響，以提高RTK定位可靠性和精度的方法特點從RTK的點到基準站覆蓋的區域（面）資源共享：基準站共享，數據共享用戶界面：統一，可控網絡RTK系統簡圖基本原理目標：減少或消除誤差的影響電離層延遲：建立區域電離層模型或通過誤差內插進行消除對流層延遲：模型消除或誤差內插消除衛星軌道和鐘差：可利用精密星歷消除RTK技術的測量速度

RTK技術的測量速度主要由初始化所需時間決定，初始化所需時間又由RTK技術差別（各種機型有不同的快速解算技術）、接收衛星的數量和質量、RTK數據鏈傳輸質量等因素決定，快速解算技術越先進，在一定的高度角下接收到的衛星數量越多、質量越好，RTK數據鏈傳輸質量越高，初始化所需時間就越短。在良好的環境條件下，RTK初始化所需時間一般為幾十秒；不良環境條件下（尚滿足RTK基本工作條件)幾分鐘到十幾分鐘，甚至不能測量。基本原理-常規RTK與網絡RTK的比較可靠性與可用性的比較網絡RTK測量技術的優點與傳統的RTK相比，儀器的操作不同：不用架設基準站設置IP地址輸入用戶名和密碼RTK技術優點

1作業效率高。在一般的地形地勢下，高質量的RTK設站一次即可測完10km半徑的測區，大大減少了傳統測量所需的控制點數量和測量儀器的“搬站”次數，僅需一人操作，在一般的電磁波環境下幾秒鐘即得一點坐標，作業速度快，勞動強度低，節省了外業費用，提高了勞動效率。

2定位精度高，數據安全可靠，沒有誤差積累。只要滿足RTK的基本工作條件，在一定的作業半徑范圍內（一般為10km），RTK的平面精度和高程精度都能達到厘米級。

3降低了作業條件要求。RTK技術不要求兩點間滿足光學通視，只要求滿足“電磁波通視”，因此，和傳統測量相比，RTK技術受通視條件、能見度、氣候、季節等因素的影響和限制較小，在傳統測量看來由于地形復雜、地物障礙而造成的難通視地區，只要滿足RTK的基本工作條件，它也能輕松地進行快速的高精度定位作業。

4操作簡便，容易使用，數據處理能力強。只要在設站時進行簡單的設置，就可以邊走邊獲得測量結果坐標或進行坐標放樣。數據輸入、存儲、處理、轉換和輸出能力強，能方便快捷地與計算機實現數據傳輸。RTK的不足及其解決辦法

1受衛星狀況限制。當衛星系統位置對美國是最佳的時候，世界上有些國家在某一確定的時間段仍然不能很好地被衛星所覆蓋，容易產生假值。另外，在高山峽谷深處及城市高樓密布區，衛星信號被遮擋時間較長，使一天中可作業時間受限制。產生假值問題采用RTK測量成果的質量控制方法可以發現。作業時間受限制可由選擇作業時間來解決。

2天空環境影響。白天中午，受電離層干擾大，共用衛星數少，常接受不到5顆衛星，因而初始化時間長甚至不能初始化，也就無法進行測量。在同樣的條件和同樣的地點上進行RTK測量，上午11點之前和下午13：30分之后，RTK測量結果準而快，而中午時分，很難進行RTK測量。可見選擇作業時段的重要性。

3數據鏈傳輸受干擾和限制、作業半徑比標稱距離小的問題。RTK數據鏈傳輸易受到障礙物如高大山體、高大建筑物和各種高頻信號源的干擾，在傳輸過程中衰減嚴重，嚴重影響外業精度和作業半徑。在地形起伏高差較大的山區和城鎮密樓區數據鏈傳輸信號受到限制。解決這類問題的有效辦法是把基準站布設在測區中央的最高點上。

4高程異常問題。RTK作業模式要求高程的轉換必須精確，但我國現有的高程異常圖在有些地區，尤其是山區，存在較大誤差，在有些地區還是空白，這就使得將GPS大地高程轉換至海拔高程的工作變得相當困難，精度也不均勻。

5電量不足問題。RTK耗電量較大，需要多個大容量電池、電瓶才能保證連續作業，在電力供應缺乏的偏遠作業區受到限制。

6精度和穩定性問題。RTK測量的精度和穩定性都不及全站儀，特別是穩定性方面，這是由于RTK較容易受衛星狀況、天氣狀況、數據鏈傳輸狀況影響的緣故，要解決此類問題，要在布控制點時多布置一些“多余”控制點，作為RTK測量成果質量控制的檢核點。

RTK技術主要應用范圍測圖根點（精度均勻，效率高）地形測圖（效率高，一人即可操作）工程放樣（實時顯示位置信息，可進行復雜的線路測量，只需要輸入線路要素即可生成復雜的道路曲線）無驗潮測水深水下地形測量隨著RTK技術的出現，使得水上測量采用GPS無驗潮測量方式工作（RTK方式）成為可能。采用此種方式不僅可以避免定位系統和測深系統之間的延遲誤差，而且由于無驗潮，使得內業處理更簡單、方便

.2.CORS系統網絡RTK以及儀器操作

連續運行參考站(cors)也稱為臺站網，可定義為：一個或若干個固定的、連續運行的GNSS參考站，利用現代計算機、數據通信和互聯網(LAN／WAN)技術組成的網絡，實時地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動地提供經過檢驗的不同類型的GNSS觀測值(載波相位，偽距)，各種改正數、狀態信息，以及其他有關GNSS服務項目的系統。不同的地區CORS系統采用不同的網絡RTK技術：天寶VRS：深圳，北京，天津，上海，廣東，成都，杭州，長沙，青島萊卡MAX：江蘇，昆明

目前，國內外多CORS的研究主要集中在基礎設施建設、系統自動化管理、數據采集域分發、基于網絡的GNSS定位技術的開發等方面。先后出現了大量的CORS工程項目。一、其中具有代表性的全球和國家的項目包括：

⑴

IGS跟蹤站網絡⑵

美國NGSCORS⑶

歐洲EPN永久性連續網等二、國內主要有：

⑴中國地殼運動觀測網絡CMONOC⑵中國沿海無線電指向標－差分定位系統(RBN-DGPS)等項目

2.CORS系統網絡RTK以及儀器操作3.CORS系統組成網絡RTK以及儀器操作參考站+控制中心+用戶部分CORS綜合應用3.CORS系統應用網絡RTK以及儀器操作四、坐標轉換設置源坐標系統設置目標坐標系統參數轉換已知點校核坐標轉換1.主要坐標系統WGS84北京54西安80

長半軸637813763782456378140扁率常用的坐標系統

坐標轉換就是求出WGS-84和當地平面直角坐標系統之間的數學轉換關系（轉換參數）。坐標轉換２.坐標轉換的含義

在工程應用中使用GPS衛星定位系統采集到的數據是WGS-84坐標系數據,而目前我們測量成果普遍使用的是以1954年北京坐標系或是地方（任意當地）獨立坐標系為基礎的坐標數據。因此必須將WGS-84坐標轉換到BJ-54坐標系或地方(任意)獨立坐標系。坐標轉換的含義七換參數法定義：兩空間三維直角坐標系之間的平移，旋轉、縮放、參數、DX、DY、DZ、δx、δy、δz、k要求:三個BJ-54或GJ-80坐標起算點.環境:主要用于精度要求較高的控制測量，地形測量，施工放樣，作用范圍相對較大作業方法：將基準站架設于開闊，無干擾的已知點上，移動站在窄帶固定解狀態下，測出三組已知點的原始坐標，手簿進行參數求解后得出所需要的地方坐標

要使一個坐標系統和另一個坐標系統產生關系，需要一組具有這兩套坐標系統下坐標的地面點。因此，就需要一組WGS-84坐標和一組當地平面坐標：北,東和高程。WGS-84當地平面坐標

３.坐標轉換的過程坐標轉換坐標投影：◆

橢球參數(長半軸和扁率)◆

中央子午線◆

投影面３.坐標轉換的過程坐標轉換如何求解中央子午線？

3度帶

6度帶水平

&垂直平差３.坐標轉換的過程坐標轉換四參數＋高程擬合將高斯坐標系轉換成當地坐標系，得到當地坐標四參數（轉換參數）高程擬合法定義：兩平面坐標系之間的平移，旋轉，縮放參數DX、DY、α、κ要求：至少兩個任意同一坐標系的坐標（通用方法）環境：適用于普通的工程測量，工程放樣作業方法：將基準站架在測區中央開闊處，移動站在窄帶固定解狀態下，測出兩組已知點的原始坐標，手簿進行參數求解后得出所需要的地方坐標一、水平平差至少2個水平控制點下面以5個點為例=GPS觀測值=控制點３.坐標轉換的過程坐標轉換３.坐標轉換的過程坐標轉換旋轉平移３.坐標轉換的過程坐標轉換３.坐標轉換的過程坐標轉換比例系數參數轉換結果（水平殘差）參數轉換更新后的結果包含了坐標殘差.為了理解我們轉換結果的好壞，我們需要理解這些殘差的含義.殘差殘差:

轉換參數執行后的格網平面坐標和GPS坐標的差值。３.坐標轉換的過程坐標轉換

殘差越小，說明轉換的參數越精確--GPS(WGS-84co-ordinates)和當地平面坐標之間的相對關系越好。殘差轉換結果（水平殘差）３.坐標轉換的過程坐標轉換

理想的殘差應該小于20mm，殘差將被均勻的分布在各個轉換點之間。

因此，我們最終坐標的最小精度應該是:

標準RTK測量的誤差加上最大的轉換殘差。３.坐標轉換的過程坐標轉換控制點的選取1.盡量避免單坐標轉換,因為坐標系統中存在旋轉,如果一定要用單坐標轉換,一定要注意旋轉大小,根據旋轉大小,控制作業范圍；

2.注意控制范圍,在一個測區要有足夠的控制點,并避免短邊控制長邊；★3.對于高程要特別注意控制點的線性分布(幾個控制點分布在一條線上),特別是做線路工程。如果區域比較大盡量使用多個點，可以根據參差剔去精度差得點，在多點的情況下高程擬合方式盡量選用平面擬合，六個以上使用曲面擬合。

4.注意坐標系統,中央子午線,投影面(特別是海拔比較高的地方),控制點與放樣點是否是一個投影帶；

5.如果一個區域比較大,控制點比較多,要分區做轉換,不要一個區域十幾個點或更多的點全部參與轉換；三參數法定義：兩空間三維直角坐標系之間的平移參數、DX、DY、DZ要求:一個BJ-54或GJ-80坐標起算點.環境:主要用于精度要求不高的水上定位測量，地形測量，或只有一個已知點的情況，精度隨著移動站距離的增加變大。一般三公里內精度優于5CM。作業方法：將基準站架設于開闊，無干擾的已知點上，設置--基準站—輸入已知點的當地坐標—選擇單點定位求解近似七參數，即可。移動站即可接收到標準的BJ-54或GJ-8