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1、*, Page 1四大GNSS及GPS的 基本原理与测测量应应用*, Page 2主要内容二三四大GNSS简简介GPS的组组成及基本原理 GPS的测测量应应用一*, Page 3一、四大GNSS*, Page 4GPS(Global Positioning Systems)l美国国防部开发的第二代空间定位系统l特点由21+3颗卫星组成分布在6个轨道平面上轨道高度20200Km运行周期11小时58分民用定位精度为10m左右导航精度10 - 20 m 坐标系统为WGS-84全球、全天候工作 ，定位精度高 ，功能多，应用广*, Page 5GPS现现状l完成时间： 1994年l最新进展：2010年5
2、月13日，美国发射了首颗改 进型GPS二代导航卫星GPS-2F，其后还将在本 年度再发射两颗。GPS-2F卫星具有更强的抗干 扰和抗打击能力，寿命也延长到15年。与此同 时，为满足未来30年系统技术扩展和用户需求 而制定的第三代GPS计划也有提前部署的可能。*, Page 6格洛纳纳斯（GLONASS）l由24颗卫星组成，分布在3个轨道平面上，每 个轨道面有8 颗卫星l轨道高度19100Km，运行周期11小时15分l定位精度可达1米，速度误差仅为15厘米/秒l前苏联地心坐标系（PE-90）l卫星平均在轨寿命较短,没有开发民用市场*, Page 7格洛纳纳斯现现状l完成时间： 1996年l最新进
3、展：截至2010年2月，共有18颗卫星处于 在轨运行状态。由于GLONASS卫星寿命短，组 网后因为种种原因不能及时替代，从1999年起处 于瘫痪状态，不能单独提供全球导航卫星服务 。俄罗斯计划2010年将分3次发射共9颗格洛纳 斯卫星，使这一系统恢复正常。*, Page 8伽利略（GALILEO）l由30颗卫星组成，分布在3个轨道，轨道高度 24126Kml 与GPS相比： 覆盖面积将是GPS系统的两倍 地面定位误差不超过1米，GPS只能找 到街道，而伽利略系统则能找到车库门 伽利略系统使用多种频段工作，在民用 领域比GPS更经济、更透明、更开放*, Page 9伽利略现现状l完成时间：最初
4、预计2012年 完成全球覆盖l最新进展：2002年启动的欧洲 伽利略系统一直不够顺利，计 划超支和成员国之间利益分配 问题导 致该计划滞后于原计 划近6年。今年11月，联盟火 箭计划发射两颗伽利略在轨实 验卫星。*, Page 10北斗（COMPASS）l颗静止轨道卫星+颗非静止轨道卫星l采用中国2000大地坐标系（CGS2000）l开放服务： 定位精度: 10 m 测速精度: 0.2 m/s 授时精度: 20 ns*, Page 11北斗现现状l完成时间： 预计2012 年实现亚 太地区覆盖， 2020年完成全球覆盖l最新进展：北京时间11 月1号0时26分，我国在 西昌卫星发射中心成功 将
5、第6颗北斗导航卫星送 入太空，这是我国今年 连续发 射的第4颗北斗 卫星。*, Page 12北斗介绍绍*, Page 13二、GPS的组组成及基本原 理 *, Page 14GPS系统组统组 成地面控制部分：中心控制系统实现时间 同步跟踪卫星进行定轨空间间部分：提供星历和时间 信息发射伪距和载表信号提供其它辅助信息用户设备户设备 部分： 接收卫星信号 记录处 理数据*, Page 15GPS系统组统组 成空间间部分l24颗卫星（21+3）l6个轨道平面l55轨道倾角l20200km轨道高度（地面 高度）l11小时58分轨道周期l5个多小时出现在地平线 以上每天提前4分钟出现l在地球上任何地方
6、可以同 时观测 到4-11颗高度角 15以上的卫星。*, Page 16GPS系统组统组 成地面控制部分Colorado springs5 5HawaiiAscencionDiego Garciakwajaleinl 1个主控站:Colorado springs(科罗罗拉多.斯平士)。l 3个注入站:Ascencion(阿森松群岛)、 Diego Garcia( 迭哥伽西亚)、kwajalein(卡瓦加兰)。l 5个监控站： 以上主控站、注入站及Hawaii(夏威夷) 。*, Page 17GPS系统组统组 成地面控制部分l 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
7、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 。 l 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。l 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。*, Page 18GPS系统组统组 成用户设备户设备 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 *
8、, Page 19GPS系统组统组 成用户设备户设备 部分l手持导航型GPS机，精度5-15m*, Page 20GPS系统组统组 成用户设备户设备 部分l测量型GPS接收机，最高精度1mm+1ppm天 线线天 线线主机箱 记记 录录 簿主机电电 源电电台*, Page 21GPS基本原理测测距XllVlXllllllllVVVllVlllXlXXllVlXllllllllVVVllVlllXlX距离 = 信号传输时间传输时间 x 光的速度*, Page 22GPS基本原理二维维三边测边测 量法北京西安广州武汉汉*, Page 23GPS基本原理三维维三边测边测 量法我们处们处 在以 RI 为
9、为半径的一个球面上R12 个球面相交得出一条曲线线R23 个球面相交于一个点3 个距离观测值观测值 可以解算出一个点的纬纬度、经经度与高程R3*, Page 24GPS基本原理定位过过程空间距离的量 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43观测4颗以上卫星 才能解算点位的 空间距离*, Page 25GPS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：
10、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*, Page 26*, Page 27GPS的测测量应应用单单点定位l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*, Page 28GPS的测测量应应用单单点定位精度l理论上说，利用 C/A 码进行单点定位精度可以达到 10 - 30ml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*, Page 29单单点定位的应应用自然资资源调查调
11、查城市规规划环环境调查调查*, Page 30GPS的测测量应应用相对对定位l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*, Page 31GPS的测测量应应用相对对定位的种类类动态（kinematic）DGPS-codeKGPS-phase静态（static）静态快速静态SRDGPS 单基站差分GPSLADGPS 区域差分GPSWADGPS 广域差分GPSWAAS 广域增强系统LAAS 区域增强系统Pseudo-Kinematic 虚拟动态测 量Semi-Kinemati
12、c 半动态测 量Real Time Kinematic 即时动态测 量*, Page 32GPS的测测量应应用静态态相对对定位l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0.51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。l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。l精度：可达到5mm+1ppm*, Page 33静态态相对对定位基线测线测 量基基线线线线向量向量BA A（dxdx、dydy、dz)dz)基准站移动站*, Page 34GPS的测测量应应用即时动态测时动态测 量（R
13、TK ）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。 *, Page 35GPS的测测量应应用即时动态测时动态测 量（RTK ）定位精度为厘米级RTK 基准站即时传递 改正值移动动站*, Page 36GPS的测测量应应用即时动态测时动态测 量（RTK ）*, Page 37GPS相对对定位的后处处理测测量方法静态态相对对定位模式流动动站动态动态 相对对定位模 式基准站*, Page 38GPS定位误误差分类类与GPS卫星有关
14、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 *, Page 39VRS测测量技术术GPS实时差分定位RTK技术的缺点： l用户需要架设本地参考站 l误差随距离的增加而增长 l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 l精度为10mm+1ppm，可靠性随距离增大而降低 *, Page 40VRS测测量技术术虚拟拟参考站方案中VRS的特点与技术优势术优势 ：虚拟参考站方案中，VRS的实施将使一个地区的测绘工作成为一个有机的整体，这改变了以
15、往GPS作业“单打独斗”的局面，同时它使GPS技术的应用更为广泛，使其精度和可靠性得到进一步提高，最重要的是建立GPS网络的成本降低了很多。我国深圳市第一个建成了VRS技术卫星定位服务系统 *, Page 41何谓谓VRS测测量技术术？l移动站并非接受某个实际基准站的实际观测资 料，而是 经过定位误差修正的虚拟观测 数据，也就是RTK主站， 并不是实际存在的实体主站，而是在移动站附近产生一 个经过人为加工的虚拟化主站，这种网络化的定位技术 称为虚拟参考站动态定位技术，简称VRS-RTKVRS-RTK+GPS卫星定位技术Mobile Phone行动式数据传输技 术+宽频网络数据 通讯技术*, P
16、age 42VRS测测量技术术控制中心固定站用户部分整个系统的核心 固定参考站是固定的GPS接收系统，分布在整个 网络中，一个VRS网络可包括无数个站 用户部分就是用户的接收 机，加上无线通讯的调制 解调器。 系 统统 构 成 GPS设备上网模块 无线上网设备及上网账号 VRS的接入账号 *, Page 43VRS测测量技术术原理与流程GPS基准站GPS基准站GPS基准站BS1BS2BS4BS3超短基线 VRS-RTK 解算RoverVRS虚拟基准站GPS基准站GPS基准站BS5BS6基准站间距約 50公里基 准 站 间 距 約 50 公 里控制及计算中心GSM/GPRS & NTRIP 通讯协讯协 定 ADSLADSL待测点位GPS GPS 单单单单点定位坐点定位坐标标标标 ( (NMEANMEA) ) 虚虚拟观测资拟观测资拟观测资拟观测资 料料(
