GNSS培訓(xùn)課件

1、GNSS培訓(xùn)課件 主要內(nèi)容主要內(nèi)容1. 什么是 GNSS ?GNSS 現(xiàn)狀3.RTK 簡(jiǎn)易 原理4.國(guó)內(nèi)外知名制造商 GNSS的全稱是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System),它是泛指所有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),包括全球的、區(qū)域的和增強(qiáng)的,如美國(guó)的GPS、俄羅斯的Glonass、歐洲的Galileo、中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),以及相關(guān)的增強(qiáng)系統(tǒng),如美國(guó)的WAAS(廣域增強(qiáng)系統(tǒng))、歐洲的EGNOS(歐洲靜地導(dǎo)航重疊系統(tǒng))和日本的MSAS(多功能運(yùn)輸衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng))等,還涵蓋在建和以后要建設(shè)的其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。國(guó)際GNSS系統(tǒng)是個(gè)多系統(tǒng)、多層面、多模式的復(fù)雜組合

2、系統(tǒng),如下圖所示。GPS GPS是英文Global Positioning System(全球定位系統(tǒng))的簡(jiǎn)稱。GPS起始于1958年美國(guó)軍方的一個(gè)項(xiàng)目,1964年投入使用。20世紀(jì)70年代,美國(guó)陸?？杖娐?lián)合研制了新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS 。主要目的是為陸?？杖箢I(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù),并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的,經(jīng)過(guò)20余年的研究實(shí)驗(yàn),耗資300億美元,到1994年,全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。GLONASS格洛納斯GLONASS是俄文GLObalnaya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistem

3、a的頭文字。其實(shí), 格洛納斯的正式組網(wǎng)比GPS還早, 這也是美國(guó)加快GPS建設(shè)的重要原因之一。不過(guò)蘇聯(lián)的解體讓格洛納斯受到很大影響,正常運(yùn)行衛(wèi)星數(shù)量大減,甚至無(wú)法為為俄羅斯本土提供全面導(dǎo)航服務(wù),更不要說(shuō)和GPS競(jìng)爭(zhēng)。到了21世紀(jì)初隨著俄羅斯經(jīng)濟(jì)的好轉(zhuǎn),格洛納斯也開始恢復(fù)元?dú)?推出了格洛納斯-M和更現(xiàn)代化的格洛納斯-K衛(wèi)星更新星座。已經(jīng)于2011年1月1日在全球正式運(yùn)行。根據(jù)俄羅斯聯(lián)邦太空署信息中心提供的數(shù)據(jù)(2012年10月10日),目前有24顆衛(wèi)星正常工作、3顆維修中、3顆備用、1顆測(cè)試中。Galileo 伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Galileo satellite navigation syst

4、em),是由歐盟研制和建立的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng),該計(jì)劃于1999年2月由歐洲委員會(huì)公布,歐洲委員會(huì)和歐空局共同負(fù)責(zé)。系統(tǒng)由軌道高度為23616km的30顆衛(wèi)星組成,其中27顆工作星,3顆備份星。衛(wèi)星軌道高度約2.4萬(wàn)公里,位于3個(gè)傾角為56度的軌道平面內(nèi)。2012年10月,伽利略全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)第二批兩顆衛(wèi)星成功發(fā)射升空,太空中已有的4顆正式的伽利略系統(tǒng)衛(wèi)星,可以組成網(wǎng)絡(luò),初步發(fā)揮地面精確定位的功能。目前全世界使用的導(dǎo)航定位系統(tǒng)主要是美國(guó)的GPS系統(tǒng),歐洲人認(rèn)為這并不安全。為了建立歐洲自己控制的民用全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),歐洲人決定實(shí)施伽利略計(jì)劃。伽利略系統(tǒng)的構(gòu)建計(jì)劃最早在1999年歐盟委員會(huì)的一

5、份報(bào)告中提出,經(jīng)過(guò)多方論證后,于2002年3月正式啟動(dòng)。系統(tǒng)建成的最初目標(biāo)是2008年,但由于技術(shù)等問(wèn)題,延長(zhǎng)到了2011年。2010年初,歐盟委員會(huì)再次宣布,伽利略系統(tǒng)將推遲到7>2014年投入運(yùn)營(yíng)。COMPASS北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)?BeiDou(COMPASS)Navigation Satellite System?是中國(guó)正在實(shí)施的自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),縮寫為BDS。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)(BDS),是繼美全球定位系統(tǒng)(GPS)和俄GLONASS之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。 2012年12月27日,北斗系統(tǒng)空間信號(hào)接口控制文件正式版正式

6、公布,北斗導(dǎo)航業(yè)務(wù)正式對(duì)亞太地區(qū)提供無(wú)源定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和美國(guó)全球定位系統(tǒng)、俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)及歐盟伽利略定位系統(tǒng)一起,是聯(lián)合國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航委員會(huì)已認(rèn)定的供應(yīng)商。? 美國(guó)全球定位系統(tǒng)GPS關(guān)鍵詞:勝在成熟布局:28顆衛(wèi)星其中4顆備用早已升空,分布在6條交點(diǎn)互隔60度的軌道面上,距離地面約20000千米。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)單機(jī)導(dǎo)航精度約為10米,綜合定位的話,精度可達(dá)厘米級(jí)和毫米級(jí)。但民用領(lǐng)域開放的精度約為10米。特性:三星定位,軍民兩用。由于GPS定位技術(shù)涉及軍事用途,美國(guó)限制非特許用戶利用GPS定位精度。GPS系統(tǒng)除在設(shè)計(jì)方面采取了許多保密性措施外,還對(duì)不同的用戶提供不同的服務(wù)方式。

7、目前正在試驗(yàn)下一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。俄羅斯“格洛納斯”系統(tǒng)GLONASS關(guān)鍵詞:抗干擾能力強(qiáng)布局:已有28顆衛(wèi)星其中4顆備用,導(dǎo)航精度在5至6米左右,預(yù)計(jì)2015年可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航精度達(dá)1米左右。但民用領(lǐng)域開放的精度約為10米。特性:三星定位,精度比GPS低,軍民兩用,采用兩種頻率信號(hào)。工作不穩(wěn)定,衛(wèi)星工作壽命短。進(jìn)展:蘇聯(lián)國(guó)防部于20世紀(jì)80年代初開始建設(shè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。于1995年投入使用,現(xiàn)在由俄羅斯聯(lián)邦航天局管理。衛(wèi)星的設(shè)計(jì)經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次改進(jìn),格洛納斯K自2011年起服務(wù)范圍拓展到全球。格洛納斯是繼GPS之后第二個(gè)軍民兩用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。俄聯(lián)邦宣稱格洛納斯系統(tǒng)軍民兩用,不帶任何限制、不引入S

8、A機(jī)制,也不計(jì)劃對(duì)用戶收費(fèi)。? 歐洲“伽利略”系統(tǒng)GALILEO關(guān)鍵詞:純民用領(lǐng)域布局:計(jì)劃30顆衛(wèi)星其中3顆備用,衛(wèi)星軌道位置比GPS略高,離地面高度24126千米。定位誤差不超過(guò)1米。目前,只有26顆投入應(yīng)用,還有4顆在軌驗(yàn)證IOV衛(wèi)星正在生產(chǎn)之中,將于近期發(fā)射入軌。伽利略提供的公開服務(wù)定位精度通常為15-20米和5-10米兩種檔次。公開特許服務(wù)有局域增強(qiáng)時(shí)能達(dá)到1米,商用服務(wù)有局域增強(qiáng)時(shí)為10厘米。特性:三星定位,專門為民用。將來(lái)精度最高的全開放的新一代定位系統(tǒng)。可為地面用戶提供3種類型的信號(hào)供選擇,其中包括免費(fèi)信號(hào)、加密且需交費(fèi)才能使用的信號(hào)、加密且可以符合更高要求的信號(hào)。進(jìn)展:歐空局

9、與歐盟在1999年合作啟動(dòng),2005年首顆試驗(yàn)衛(wèi)星成功發(fā)射,2008年開通定位服務(wù)。中國(guó)“北斗”系統(tǒng)COMPASS關(guān)鍵詞:互動(dòng)性和開放性布局:由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成,定位精度10米。目前10顆衛(wèi)星開始應(yīng)用,定位精度只達(dá)到25米。特性:雙星定位,民用為主,軍事能力有限。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的三大挑戰(zhàn)第一、部署進(jìn)度的比拼。GPS在這方面遙遙領(lǐng)先,格洛納斯正在恢復(fù)建設(shè)中,伽利略遭遇資金困境,北斗系統(tǒng)若要搶占市場(chǎng),在系統(tǒng)部署方面面臨挑戰(zhàn)。第二、衛(wèi)星性能的競(jìng)爭(zhēng)。導(dǎo)航衛(wèi)星設(shè)計(jì)和研制水平?jīng)Q定著系統(tǒng)的性能,目前北斗衛(wèi)星設(shè)計(jì)已經(jīng)達(dá)到國(guó)外導(dǎo)航衛(wèi)星水平,在未來(lái)發(fā)展中要不斷自主創(chuàng)新,爭(zhēng)取在國(guó)際導(dǎo)航衛(wèi)

10、星研制領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。第三、系統(tǒng)發(fā)展的博弈。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)需要國(guó)家持續(xù)的經(jīng)費(fèi)投入、人才培養(yǎng)、產(chǎn)業(yè)推廣,是一個(gè)長(zhǎng)期工程,比拼的是綜合國(guó)力。RTK簡(jiǎn)易原理為什么要采用 R T K測(cè)量?絕對(duì)定位精度不能滿足要求。? RTK 是 能 夠 在 野 外 實(shí) 時(shí) 得 到 厘 米 級(jí) 定 位 精度 的 測(cè) 量 方 法 , 它 采 用 了 載 波 相 位 動(dòng) 態(tài) 實(shí)時(shí) 差 分 (Real - time kinematic ) 方 法 , 是GPS 應(yīng) 用 的 重 大 里 程 碑 , 它 的 出 現(xiàn) 為 工 程 放樣 、 地 形 測(cè) 圖 , 各 種 控 制 測(cè) 量 帶 來(lái) 了 新 曙光 , 極 大 地 提 高 了

11、 外 業(yè) 作 業(yè) 效 率 。RTK的工作原理RTK的工作原理是將一臺(tái)接收機(jī)置于基準(zhǔn)站上,另一臺(tái)或幾臺(tái)接收 機(jī)置于流動(dòng)站上,基準(zhǔn)站和流動(dòng)站同時(shí)接收同一時(shí)間、同一GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào),基準(zhǔn)站所獲得的觀測(cè)值與已知位置信息進(jìn)行比較,得到GPS差分改正值。然后將這個(gè)改正值通過(guò)數(shù)據(jù)鏈及時(shí)傳遞給共視衛(wèi)星的流動(dòng)站精化其GPS觀測(cè)值,從而得到經(jīng)差分改正后流動(dòng)站較準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)位置。2. 傳統(tǒng)RTK的工作原理傳統(tǒng)RTK以及儀器操作 差分的數(shù)據(jù)類型有偽距差分、坐標(biāo)差分(位置差分)和載波相位差分三類。前兩類定位誤差的相關(guān)性,會(huì)隨基準(zhǔn)站與流動(dòng)站的空間距離的增加而迅速降低。故RTK采用第三類方法 。RTK的觀測(cè)模型為:c?

12、ddNddd?T t t r o p i o n p r e a l其中:3. 傳統(tǒng)RTK的數(shù)據(jù)鏈傳統(tǒng)RTK以及儀器操作數(shù)據(jù)鏈通訊:UHFUltra High Frequency超高頻率,頻率300MHz-1. 電臺(tái)模式: 300KMHz(波長(zhǎng)屬微波: 波長(zhǎng)1M-1MM,空間波,小容量微波中繼通信 )?410-430MHz /450-470MHzVHFVery High Frequency甚高頻(3MHz30MHz屬短波: 波長(zhǎng)100M-10M,空間波 )?220-240MHzGPRS(General Packet Radio Service)中文是通用分2網(wǎng)絡(luò)模式:組無(wú)線業(yè)務(wù),是在現(xiàn)有的GS

13、M系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)的一種新的分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù) ;CDMA為碼分多址數(shù)字無(wú)線技術(shù) 4. 電臺(tái)模式及具體操作傳統(tǒng)RTK以及儀器操作電臺(tái)模式電臺(tái)模式基準(zhǔn)站 移動(dòng)站4. 電臺(tái)模式及具體操作傳統(tǒng)RTK以及儀器操作電 電臺(tái)模式特點(diǎn) 臺(tái)模式特點(diǎn)1. 作業(yè)距離一般距離為:0-28公里,特別是山區(qū)或城區(qū)傳播距離就會(huì)受到影響;2. 電臺(tái)信號(hào)容易受干擾,所以要遠(yuǎn)離大功率干擾源;3. 電臺(tái)的架設(shè)對(duì)環(huán)境有非常高的要求,一般選在比較空曠,周圍沒(méi)有遮擋,且要基站架設(shè)的越高距離越遠(yuǎn);4. 對(duì)于電瓶的電量要求較高,出外業(yè)之前電瓶一定要充滿或有足夠的電量;5. 網(wǎng)絡(luò)模式及具體操作傳統(tǒng)RTK以及儀器操作網(wǎng)絡(luò)模 網(wǎng)絡(luò)模式: 式:GPR

14、S GPRS或 或CDMA CDMA Internet互聯(lián)網(wǎng)Internet互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器GPRS/CDMA撥號(hào)上網(wǎng)Internet 服務(wù)器 Internet GPRS/CDMA撥號(hào)上網(wǎng)5. 網(wǎng)絡(luò)模式及具體操作傳統(tǒng)RTK以及儀器操作網(wǎng)絡(luò)模式特點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)模式特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):距離遠(yuǎn)攜帶方便缺點(diǎn):容易造成差分?jǐn)?shù)據(jù)延遲 2 - 5秒在沒(méi)有手機(jī)信號(hào)的地方無(wú)法使用需要一定的費(fèi)用、手機(jī)卡一般一個(gè)月都要流量1 0 0 ? 2 0 0元費(fèi)用CORS連續(xù)運(yùn)行參考站cors,可定義為:一個(gè)或若干個(gè)固定的、連續(xù)運(yùn)行的GNSS參考站,利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)LAN/WAN技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò),實(shí)時(shí)地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動(dòng)地提供經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的不同類型的GNSS觀測(cè)值載波相位,偽距,各種改正數(shù)、狀態(tài)信息,以及其他有關(guān)GNSS服務(wù)項(xiàng)目的系統(tǒng)。1. 網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)網(wǎng)絡(luò)RTK以及儀器操作1.無(wú)需架設(shè)基準(zhǔn)站,省去了野外工作中的值守人員和架設(shè)參考站的時(shí)間,降低了作業(yè)成本,提高了生產(chǎn)效率;傳統(tǒng)“1+1”GNSS接收機(jī)真正等于2,生產(chǎn)效率雙倍提高 ;不需要在四處找控制點(diǎn);擴(kuò)大了作業(yè)半徑,網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)能夠得到均等的精度;在CORS覆蓋區(qū)域內(nèi),能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)繪系統(tǒng)和定位精度的統(tǒng)一,便于測(cè)量成果的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換和多用途處理;3. CORS系統(tǒng)組成網(wǎng)絡(luò)RTK以及儀器操作參考站及控制中心3. CORS系統(tǒng)組成網(wǎng)絡(luò)RTK以及儀器操