gnss培训课件

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1、GNSSGNSS 培训课件培训课件主要内容主要内容1. 什么是 GNSS ?GNSS 现状3.RTK 简易 原理4.国内外知名制造商 GNSS 的全称是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System),它是泛指所有的卫星导航系统,包括全球的、区域的和增强的,如美国的 GPS、俄罗斯的 Glonass、欧洲的 Galileo、中国的北斗卫星导航系统,以及相关的增强系统,如美国的 WAAS(广域增强系统)、欧洲的 EGNOS(欧洲静地导航重叠系统)和日本的 MSAS(多功能运输卫星增强系统)等,还涵盖在建和以后要建设的其他卫星导航系统。国际 GNSS 系统是

2、个多系统、多层面、多模式的复杂组合系统,如下图所示。GPS GPS 是英文 Global Positioning System(全球定位系统)的简称。GPS 起始于 1958 年美国军方的一个项目,1964 年投入使用。20 世纪 70年代,美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统 GPS 。主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务,并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的,经过 20 余年的研究实验,耗资 300 亿美元,到 1994 年,全球覆盖率高达 98%的 24 颗GPS 卫星星座己布设完成。GLONASS 格洛纳斯 GLONASS 是俄文 GLObal

3、naya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistema 的头文字。其实, 格洛纳斯的正式组网比 GPS 还早, 这也是美国加快 GPS 建设的重要原因之一。不过苏联的解体让格洛纳斯受到很大影响,正常运行卫星数量大减,甚至无法为为俄罗斯本土提供全面导航服务,更不要说和 GPS 竞争。到了 21 世纪初随着俄罗斯经济的好转,格洛纳斯也开始恢复元气,推出了格洛纳斯-M 和更现代化的格洛纳斯-K 卫星更新星座。已经于 2011 年 1 月 1 日在全球正式运行。根据俄罗斯联邦太空署信息中心提供的数据(2012 年 10 月 10日),目前有 24 颗卫星正常工作、3 颗维修

4、中、3 颗备用、1 颗测试中。Galileo 伽利略卫星导航系统(Galileo satellite navigation system),是由欧盟研制和建立的全球卫星导航定位系统,该计划于 1999年 2 月由欧洲委员会公布,欧洲委员会和欧空局共同负责。系统由轨道高度为 23616km 的 30 颗卫星组成,其中 27 颗工作星,3 颗备份星。卫星轨道高度约 2.4 万公里,位于 3 个倾角为 56 度的轨道平面内。2012 年 10 月,伽利略全球卫星导航系统第二批两颗卫星成功发射升空,太空中已有的 4 颗正式的伽利略系统卫星,可以组成网络,初步发挥地面精确定位的功能。目前全世界使用的导航

5、定位系统主要是美国的 GPS 系统,欧洲人认为这并不安全。为了建立欧洲自己控制的民用全球卫星导航系统,欧洲人决定实施伽利略计划。伽利略系统的构建计划最早在 1999 年欧盟委员会的一份报告中提出,经过多方论证后,于 2002 年 3 月正式启动。系统建成的最初目标是 2008 年,但由于技术等问题,延长到了 2011 年。2010 年初,欧盟委员会再次宣布,伽利略系统将推迟到 72014 年投入运营。COMPASS 北斗卫星导航系统?BeiDou(COMPASS)Navigation Satellite System?是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统,缩写为 BDS。北斗卫

6、星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统(BDS),是继美全球定位系统(GPS)和俄 GLONASS 之后第三个成熟的卫星导航系统。 2012 年 12 月 27 日,北斗系统空间信号接口控制文件正式版正式公布,北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。北斗卫星导航系统和美国全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯系统及欧盟伽利略定位系统一起,是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。? 美国全球定位系统 GPS 关键词:胜在成熟布局:28 颗卫星其中 4 颗备用早已升空,分布在 6 条交点互隔 60 度的轨道面上,距离地面约 20000 千米。已经实现单机导航精度约为 10 米,综合定

7、位的话,精度可达厘米级和毫米级。但民用领域开放的精度约为 10 米。特性:三星定位,军民两用。由于 GPS 定位技术涉及军事用途,美国限制非特许用户利用 GPS 定位精度。GPS 系统除在设计方面采取了许多保密性措施外,还对不同的用户提供不同的服务方式。目前正在试验下一代卫星导航系统。俄罗斯“格洛纳斯”系统 GLONASS 关键词:抗干扰能力强布局:已有 28 颗卫星其中 4 颗备用,导航精度在 5 至 6 米左右,预计2015 年可实现导航精度达 1 米左右。但民用领域开放的精度约为 10 米。特性:三星定位,精度比 GPS 低,军民两用,采用两种频率信号。工作不稳定,卫星工作寿命短。进展:

8、苏联国防部于 20 世纪 80 年代初开始建设全球卫星导航系统。于1995 年投入使用,现在由俄罗斯联邦航天局管理。卫星的设计经历了无数次改进,格洛纳斯 K 自 2011 年起服务范围拓展到全球。格洛纳斯是继 GPS 之后第二个军民两用的全球卫星导航系统。俄联邦宣称格洛纳斯系统军民两用,不带任何限制、不引入 SA 机制,也不计划对用户收费。? 欧洲“伽利略”系统 GALILEO 关键词:纯民用领域布局:计划 30 颗卫星其中 3 颗备用,卫星轨道位置比 GPS 略高,离地面高度 24126 千米。定位误差不超过 1 米。目前,只有 26 颗投入应用,还有 4 颗在轨验证 IOV 卫星正在生产之

9、中,将于近期发射入轨。伽利略提供的公开服务定位精度通常为 15-20 米和 5-10 米两种档次。公开特许服务有局域增强时能达到 1 米,商用服务有局域增强时为 10 厘米。特性:三星定位,专门为民用。将来精度最高的全开放的新一代定位系统。可为地面用户提供 3 种类型的信号供选择,其中包括免费信号、加密且需交费才能使用的信号、加密且可以符合更高要求的信号。进展:欧空局与欧盟在 1999 年合作启动,2005 年首颗试验卫星成功发射,2008 年开通定位服务。中国“北斗”系统 COMPASS 关键词:互动性和开放性布局:由 5 颗静止轨道卫星和 30 颗非静止轨道卫星组成,定位精度 10米。目前

10、 10 颗卫星开始应用,定位精度只达到 25 米。特性:双星定位,民用为主,军事能力有限。北斗卫星导航系统的三大挑战第一、部署进度的比拼。GPS 在这方面遥遥领先,格洛纳斯正在恢复建设中,伽利略遭遇资金困境,北斗系统若要抢占市场,在系统部署方面面临挑战。第二、卫星性能的竞争。导航卫星设计和研制水平决定着系统的性能,目前北斗卫星设计已经达到国外导航卫星水平,在未来发展中要不断自主创新,争取在国际导航卫星研制领域处于领先地位。第三、系统发展的博弈。卫星导航系统需要国家持续的经费投入、人才培养、产业推广,是一个长期工程,比拼的是综合国力。RTK 简易原理为什么要采用 R T K 测量?绝对定位精度不

11、能满足要求。? 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 (Real - time kinematic ) 方 法 , 是GPS 应 用 的 重 大 里 程 碑 , 它 的 出 现 为 工 程 放样 、 地 形 测 图 , 各 种 控 制 测 量 带 来 了 新 曙光 , 极 大 地 提 高 了 外 业 作 业 效 率 。RTK 的工作原理 RTK 的工作原理是将一台接收机置于基准站上,另一台或几台接收 机置于流动站上,基准站和流动站同时接收同一时间、同一 GPS 卫星发射的信号,基准

12、站所获得的观测值与已知位置信息进行比较,得到GPS 差分改正值。然后将这个改正值通过数据链及时传递给共视卫星的流动站精化其 GPS 观测值,从而得到经差分改正后流动站较准确的实时位置。2. 传统 RTK 的工作原理传统 RTK 以及仪器操作 差分的数据类型有伪距差分、坐标差分(位置差分)和载波相位差分三类。前两类定位误差的相关性,会随基准站与流动站的空间距离的增加而迅速降低。故 RTK 采用第三类方法 。RTK 的观测模型为:c? ddNddd?T t t r o p i o n p r e a l其中:3. 传统 RTK 的数据链传统 RTK 以及仪器操作数据链通讯:UHFUltra Hig

13、h Frequency 超高频率,频率 300MHz-1. 电台模式: 300KMHz(波长属微波: 波长 1M-1MM,空间波,小容量微波中继通信 )?410-430MHz /450-470MHzVHFVery High Frequency 甚高频(3MHz30MHz属短波: 波长 100M-10M,空间波 )?220-240MHzGPRS(General Packet Radio Service)中文是通用分2 网络模式:组无线业务,是在现有的 GSM 系统上发展出来的一种新的分组数据承载业务 ;CDMA 为码分多址数字无线技术 4. 电台模式及具体操作传统 RTK 以及仪器操作电台模式电

14、台模式基准站 移动站 4. 电台模式及具体操作传统 RTK 以及仪器操作电 电台模式特点 台模式特点1. 作业距离一般距离为:0-28 公里,特别是山区或城区传播距离就会受到影响;2. 电台信号容易受干扰,所以要远离大功率干扰源;3. 电台的架设对环境有非常高的要求,一般选在比较空旷,周围没有遮挡,且要基站架设的越高距离越远;4. 对于电瓶的电量要求较高,出外业之前电瓶一定要充满或有足够的电量;5. 网络模式及具体操作传统 RTK 以及仪器操作网络模 网络模式: 式:GPRS GPRS 或 或 CDMA CDMA Internet 互联网Internet 互联网服务器GPRS/CDMA 拨号上

15、网Internet 服务器 Internet GPRS/CDMA 拨号上网 5. 网络模式及具体操作传统 RTK 以及仪器操作网络模式特点网络模式特点优点:距离远携带方便缺点:容易造成差分数据延迟 2 - 5 秒在没有手机信号的地方无法使用需要一定的费用、手机卡一般一个月都要流量 1 0 0 ? 2 0 0元费用 CORS 连续运行参考站 cors,可定义为:一个或若干个固定的、连续运行的 GNSS 参考站,利用现代计算机、数据通信和互联网 LAN/WAN技术组成的网络,实时地向不同类型、不同需求、不同层次的用户自动地提供经过检验的不同类型的 GNSS 观测值载波相位,伪距,各种改正数、状态信

16、息,以及其他有关 GNSS 服务项目的系统。1. 网络 RTK 技术网络 RTK 以及仪器操作1.无需架设基准站,省去了野外工作中的值守人员和架设参考站的时间,降低了作业成本,提高了生产效率;传统“1+1”GNSS 接收机真正等于 2,生产效率双倍提高 ;不需要在四处找控制点;扩大了作业半径,网络覆盖范围内能够得到均等的精度;在 CORS 覆盖区域内,能够实现测绘系统和定位精度的统一,便于测量成果的系统转换和多用途处理;3. CORS 系统组成网络 RTK 以及仪器操作参考站及控制中心 3. CORS 系统组成网络 RTK 以及仪器操作参考站 + 控制中心 + 用户部分 CORS3. CORS 系统组成网络 RTK 以及仪器操作综合应用 5. 国内外 GNSS 产品 GNSS 理论部分国外品牌国外品牌 GNSS 接收机 OEM 板卡GNSS 接收机 Trimble (美国天宝)天宝 Leica(瑞士莱卡) NovAtel Magellan 美国麦哲伦) Ashtech TOPCON(日本拓普康)Javad 5. 国内外 GNSS产品 GN