測量教案8章GPS測量

1、第第7章章 全球定位系統(tǒng)（全球定位系統(tǒng)（ GPS）測量）測量 7.1 GPS 概述1 歷史和背景-了解n 1973年12月，美國國防部組織，開始研制新一代軍用衛(wèi)星導航系統(tǒng)GPS；（1964年第一代衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，美國海軍研制）n 89年2月14日發(fā)射第一顆GPS衛(wèi)星，94年3月28日發(fā)射完第24顆衛(wèi)星，全面建成；n目前空間衛(wèi)星星座由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成，記為（21+3），均勻分布在6個與赤道傾角為55的近似圓形軌道上，每個軌道4顆衛(wèi)星運行，距地表平均高度20200km，速度為3800m/s，運行周期為11h58min；n每顆衛(wèi)星覆蓋全球38的面積，保證在地球上任何地點、任何時

2、刻、高度15以上天空，能同時觀測到4顆以上衛(wèi)星，最多可觀測11顆。 歷史和背景GPS是美國軍方研制的第二代衛(wèi)星導航系統(tǒng)是美國軍方研制的第二代衛(wèi)星導航系統(tǒng) （1）非常時期除外，全球通用，以承諾精度提供 連續(xù)的導航定位服務； （2）24小時可以導航、定位、測速和授時； （3）用戶設備成本低廉； （4）確保美國軍事安全，服務于全球戰(zhàn)略； （5）導航精度可達10-20m； （6）取代現(xiàn)存各種導航系統(tǒng)； 可以用來武裝戰(zhàn)車，艦船和飛機，提高其作戰(zhàn)能力，并可廣泛用于地面部隊。在海灣等戰(zhàn)爭中已得到相當充分的顯示。2 GPS 衛(wèi)星分布3 GPS測量的優(yōu)勢-熟悉GPSGPS測量與經(jīng)典測量方法的對比：測量與經(jīng)典測量

3、方法的對比：測站之間無需相互通視，僅要求測站上空開闊即可（造標費用低、布網(wǎng)靈活）；全天候作業(yè)，觀測作業(yè)不受天氣條件的影響；網(wǎng)的質(zhì)量與點位的分布情況無關，圖形強度要求低；精度高，厘米級甚至毫米級精度的靜態(tài)相對定位精度水平（50km的基線，相對精度達10-6）；多功能，定位測量、導航、測速和測時，提供測站點的三維坐標（平面位置、高程）GPS測量速度快，比傳統(tǒng)方法有極為顯著的提高效益顯著，無論大面積控制和局部測量都是理想的工具4 GPS 系統(tǒng)的組成全球定位系統(tǒng)（全球定位系統(tǒng)（GPS）由三個主要部分組成）由三個主要部分組成地面控制站地面控制站-了解一個主控站一個主控站：科羅拉多斯必靈司三個注入站：三個

4、注入站：阿松森（Ascencion) 迭哥伽西亞(Diego Garcia) 卡瓦加蘭(kwajalein)五個監(jiān)測站五個監(jiān)測站=1個主控站+3個注入站+夏威夷（Hawaii)5555HawaiiAscencionDiego GarciakwajaleinColorado springsn主控站：主控站： 除協(xié)調(diào)和管理地面監(jiān)控系統(tǒng)外，主要任務：除協(xié)調(diào)和管理地面監(jiān)控系統(tǒng)外，主要任務：1）根據(jù)本站和其它監(jiān)測站的觀測資料，推算編制各衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)）根據(jù)本站和其它監(jiān)測站的觀測資料，推算編制各衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星鐘差和大氣修正參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳送到注入站。星鐘差和大氣修正參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳送到注入站。2）提供全

5、球定位系統(tǒng)的時間基準。各監(jiān)測站和）提供全球定位系統(tǒng)的時間基準。各監(jiān)測站和GPS衛(wèi)星的原子鐘，衛(wèi)星的原子鐘，均應與主控站的原子鐘同步，測出其間的鐘差，將鐘差信息編入均應與主控站的原子鐘同步，測出其間的鐘差，將鐘差信息編入導航電文，送入注入站。導航電文，送入注入站。3）調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星，使之沿預定軌道運行。）調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星，使之沿預定軌道運行。4）啟用備用衛(wèi)星代替失效工作衛(wèi)星）啟用備用衛(wèi)星代替失效工作衛(wèi)星n管理、協(xié)調(diào)地面監(jiān)控系統(tǒng)各部分的工作管理、協(xié)調(diào)地面監(jiān)控系統(tǒng)各部分的工作n編算廣播星歷編算廣播星歷 軌道參數(shù)、衛(wèi)星鐘改正數(shù)等軌道參數(shù)、衛(wèi)星鐘改正數(shù)等n調(diào)整衛(wèi)星狀態(tài)調(diào)整衛(wèi)星狀態(tài)n調(diào)度衛(wèi)星調(diào)度衛(wèi)星

6、n監(jiān)測站：監(jiān)測站：是主控站直接控制下的數(shù)據(jù)自動采集中心。站是主控站直接控制下的數(shù)據(jù)自動采集中心。站內(nèi)設有雙頻內(nèi)設有雙頻GPS接收機、高精度原子鐘、計算機接收機、高精度原子鐘、計算機1臺和若臺和若干臺環(huán)境數(shù)據(jù)傳感器。觀測資料由計算機進行初步處理，干臺環(huán)境數(shù)據(jù)傳感器。觀測資料由計算機進行初步處理，存儲并傳輸?shù)街骺卣?，以確定衛(wèi)星軌道。存儲并傳輸?shù)街骺卣?，以確定衛(wèi)星軌道。n對衛(wèi)星進行跟蹤觀測對衛(wèi)星進行跟蹤觀測n記錄氣象數(shù)據(jù)記錄氣象數(shù)據(jù)n將數(shù)據(jù)傳送到主控站將數(shù)據(jù)傳送到主控站n注入站注入站 主要任務是在主控站的控制下，將主控站推算和編制的主要任務是在主控站的控制下，將主控站推算和編制的衛(wèi)星星歷、鐘差、導航

7、電文和其它控制指令等，注入到相應衛(wèi)星星歷、鐘差、導航電文和其它控制指令等，注入到相應衛(wèi)星的存儲系統(tǒng)，并監(jiān)測注入信息的正確性。衛(wèi)星的存儲系統(tǒng)，并監(jiān)測注入信息的正確性。 整個整個GPS系統(tǒng)的地面監(jiān)控部分，除主控站外均無人值守。系統(tǒng)的地面監(jiān)控部分，除主控站外均無人值守。各站間用現(xiàn)代化通訊網(wǎng)絡聯(lián)系，在原子鐘和計算機的驅(qū)動和各站間用現(xiàn)代化通訊網(wǎng)絡聯(lián)系，在原子鐘和計算機的驅(qū)動和控制下，實現(xiàn)高度的自動化標準化?？刂葡拢瑢崿F(xiàn)高度的自動化標準化。5 用戶設備用戶設備-接收機接收機 通用接收機（定位型）導航型接收機一般情況下無數(shù)據(jù)輸出的記錄存儲設備供電信號信息命令數(shù)據(jù)供電，控制供電數(shù)據(jù)控制 GPS接收機、相應的數(shù)

8、據(jù)處理軟件。GPS接收機-接收天線、主機、電源。n捕獲衛(wèi)星信號，跟蹤并鎖定衛(wèi)星信號，n對接收到的信號進行處理，n測量出測距信號從衛(wèi)星傳播到接收機天線的時間間隔，n譯出衛(wèi)星廣播的導航電文，n實時計算接收機天線的三維坐標、速度和時間。n用途導航型、測地型和授時型；n載波頻率單頻接收機(用1個載波頻率)n雙頻接收機(用2個載波頻率)。GPS接收機任務 對衛(wèi)星進行測距5 GPS 定位原理1接收機對跟蹤的每一顆衛(wèi)星進行測距接收機對跟蹤的每一顆衛(wèi)星進行測距地心SiPijPj riRjRj = ri +Pij有關各觀測量及已知數(shù)據(jù)如下：有關各觀測量及已知數(shù)據(jù)如下：r 為已知的衛(wèi)地矢量P為觀測量（偽距）R為未

9、知的測站點位矢量XllVl Xl lllXllVlXllllllllVVVllVlllXlXXllVlXllllVllXllVlXllllllllVVVllVlllXlX距離 = 傳播時間 x 光速我我 們們 必必 定定 在在 以以 R1 為為 半半 徑徑 的的 球球 面面 的的 某某 個個 點點 上上R12 個個 球球 面面 相相 交交 成成 一一 個個 圓圓 弧弧點點 位位 被被 限限 制制 在在 一一 曲曲 線線 上上R1R23 個球面相交成一個點個球面相交成一個點3 個距離段可以確定緯度，經(jīng)度，和高程個距離段可以確定緯度，經(jīng)度，和高程點點 的的 空空 間間 位位 置置 被被 確確 定定

10、R1R2R3 GPS 定位原理2單點定位結果的獲取單點定位解可以理解為一個后方交會問題單點定位解可以理解為一個后方交會問題衛(wèi)星充當軌道上運動的控制點，觀測值為測站至衛(wèi)星的偽距（由衛(wèi)星充當軌道上運動的控制點，觀測值為測站至衛(wèi)星的偽距（由時間延遲值推算得到）時間延遲值推算得到）由于接收機時鐘與衛(wèi)星鐘存在同步誤差由于接收機時鐘與衛(wèi)星鐘存在同步誤差所以要同步觀測所以要同步觀測4顆衛(wèi)星，解算四個未知參數(shù)：緯度顆衛(wèi)星，解算四個未知參數(shù)：緯度 , 經(jīng)度經(jīng)度 , 高程高程 h , 鐘差鐘差 t南方測繪NGS9600測地型單頻靜態(tài)GPS接收機 n8.3 GPS定位的基本原理 n根據(jù)測距原理，GPS定位方式分為n

11、偽距定位、載波相位測量定位、GPS差分定位。n根據(jù)待定點位的運動狀態(tài)分為：靜態(tài)定位和動態(tài)定位。 n8.3.1 衛(wèi)星信號n載波、測距碼(C/A碼和P碼)、數(shù)據(jù)碼(導航電文或稱D碼)，n在同一個原子鐘頻率f0=10.23MHz下產(chǎn)生。 n(1) 載波信號載波信號n載波信號頻率用無線電波段的兩種不同頻率電磁波。nL1載波：f1=154f0=1575.42MHz，1=19.03cmnL2載波：f2=120f0=1227.60MHz，2=24.42cmn載波L1上調(diào)制有C/A碼、P碼和數(shù)據(jù)碼，n載波L2上只調(diào)制有P碼和數(shù)據(jù)碼。n測距碼由0，1組成的二進制編碼。n一位二進制數(shù)比特(bit)，n每秒鐘傳輸比

12、特數(shù)稱為數(shù)碼率。n衛(wèi)星的兩種測距碼C/A碼和P碼屬于偽隨機碼，n具有良好的自相關特性和周期性，容易復制。 n測距碼測距原理n衛(wèi)星時鐘控制發(fā)射某一結構測距碼，n經(jīng)t時間傳播后到達GPS接收機；nGPS接收機產(chǎn)生結構相同的測距碼復制碼n復制碼延遲時間后與接收的衛(wèi)星測距碼比較，n調(diào)整延遲時間使兩個測距碼完全對齊n復制碼延遲時間=t。nC/A碼碼元寬度對應的距離值293.1m，n衛(wèi)星與接收機測距碼對齊精度1/100，測距精度2.9m；nP碼碼元寬度對應距離29.3m，n衛(wèi)星與接收機測距碼對齊精度1/100，測距精度0.29m。nP碼測距精度高于C/A碼10倍，nC/A碼為粗碼，P碼為精碼。nP碼受美國

13、軍方控制，一般用戶只能用C/A碼測距。 n(2) 數(shù)據(jù)碼數(shù)據(jù)碼n導航電文，也稱為D碼，n包含了衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星工作狀態(tài)、時間系統(tǒng)、n衛(wèi)星時鐘運行狀態(tài)、軌道攝動改正、大氣折射改正n由C/A碼捕獲P碼的信息。n導航電文是二進制碼，n依規(guī)定的格式按幀發(fā)射，n每幀電文的長度為1500bit，播送速率為50bit/s。n8.3.2 偽距定位偽距定位n單點定位和多點定位。n單點定位GPS接收機安置在測點上n鎖定4顆以上的衛(wèi)星，n將接收到的衛(wèi)星測距碼與接收機產(chǎn)生的復制碼對齊n測量與鎖定衛(wèi)星測距碼到接收機的傳播時間tin求出衛(wèi)星至接收機的偽距，n從鎖定衛(wèi)星廣播星歷獲取衛(wèi)星的空間坐標，n用距離交會原理解算出天線所

14、在點的三維坐標。n偽距觀測方程有4個未知數(shù)，鎖定4顆衛(wèi)星時方程有唯一解n偽距觀測方程沒有考慮大氣電離層和對流層折射誤差、n星歷誤差影響，單點定位精度不高。nC/A碼定位的精度為25m，P碼定位的精度為10m。 n多點定位多臺GPS接收機(23臺)安置在不同測點上，n同時鎖定相同衛(wèi)星進行偽距測量，n大氣電離層和對流層折射誤差、n星歷誤差的影響基本相同，n計算各測點間的坐標差(x,y,z)時，n可消除上述誤差影響，n使測點之間的點位相對精度大大提高。 n8.3.3 載波相位定位載波相位定位n載波L1，L2的頻率比測距碼(C/A碼和P碼)頻率高，n波長比測距碼短很多,1=19.03 cm,2=24.

15、42cm。n使用載波L1或L2作測距信號，n將衛(wèi)星傳播到接收機天線的余弦載波信號n與接收機基準信號比相求出相位延遲計算偽距，n可獲得很高的測距精度。n如果測量L1載波相位移誤差為1/100，n偽距測量精度可達19.03cm/100=1.9mm。 n(2) 載波相位相對定位載波相位相對定位n用兩臺GPS接收機，分別安置在兩測點，n兩測點的連線基線。n同步接收衛(wèi)星信號，n用相同衛(wèi)星相位觀測值的線性組合n解算基線向量在WGS-84坐標系中的坐標增量(x,y,z)，n確定它們的相對位置。n若一個測點坐標已知，就可推算出另一個測點坐標。n根據(jù)相位觀測的線性組合形式，n載波相位相對定位單差法、雙差法和三差

16、法。n介紹前兩種。 n8.3.4 實時差分定位實時差分定位n在已知坐標點上安置一臺GPS接收機基準站n用已知坐標和衛(wèi)星星歷算出觀測值的校正值，n通過無線電通訊設備數(shù)據(jù)鏈，n將校正值發(fā)送給運動中的GPS接收機移動站n移動站用接收到的校正值對自身GPS觀測值進行改正，n消除衛(wèi)星鐘差、接收機鐘差、n大氣電離層和對流層折射誤差。n應用帶實時差分功能的GPS接收機才能夠進行。 南方測繪靈銳S82雙頻藍牙通訊RTK GPS接收機 n8.4 GPS測量的實施n方案設計、外業(yè)觀測和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。n全球定位系統(tǒng)城市測量技術規(guī)程n(1) 精度指標精度指標n使用載波相位靜態(tài)相對定位法，n用兩臺或兩臺以上GPS接收機

17、n同時對一組衛(wèi)星進行同步觀測。n控制網(wǎng)精度指標是以網(wǎng)中基線觀測誤差定義。nmD=a+b10-6Dna固定誤差， b比例誤差， D基線長。n(2) 觀測要求觀測要求n同步觀測時，n測站從開始接收衛(wèi)星信號到停止數(shù)據(jù)記錄觀測時段，n衛(wèi)星與接收機天線連線與水平面的夾角衛(wèi)星高度角，n點位圖形強度因子PDOPn一組衛(wèi)星與測站構成的幾何圖形形狀與定位精度關系數(shù)nPDOP與觀測衛(wèi)星高度角及觀測衛(wèi)星空間分布有關。n觀測衛(wèi)星高度角越小，分布范圍越大，PDOP值越小。n當衛(wèi)星高度角設置為15時，點位PDOP值不宜大于6。nGPS接收機鎖定一組衛(wèi)星后，n將自動計算出PDOP值并顯示在屏幕上。 n(3) 網(wǎng)形要求網(wǎng)形要

18、求nGPS接收機觀測，不要求各站點間相互通視。n網(wǎng)形設計，根據(jù)控制網(wǎng)用途、現(xiàn)有GPS接收機臺數(shù)n分兩臺接收機同步觀測、多臺接收機同步觀測、n多臺接收機異步觀測三種方案。n介紹兩臺接收機同步觀測方案。n1) 靜態(tài)定位n兩臺接收機輪流安置在每條基線端點n同步觀測4顆衛(wèi)星1h左右，n或同步觀測5顆衛(wèi)星20min左右。n用于精度要求較高的控制網(wǎng)，n如橋梁控制網(wǎng)或隧道控制網(wǎng)。 n2) 快速靜態(tài)定位n測區(qū)中部選一測點為基準站n安置一臺接收機，n連續(xù)跟蹤觀測5顆以上衛(wèi)星；n另一臺接收機n依次到其余各點流動設站觀測，n不必保持對所測衛(wèi)星連續(xù)跟蹤，n每點觀測12min。n用于控制網(wǎng)加密和一般工程測量n控制點選在

19、天空視野開闊、n交通便利、遠離高壓線、n變電所及微波輻射干擾源的地點nWGS-84坐標系n與測區(qū)坐標系的坐標轉(zhuǎn)換n至少有2個及以上的GPS控制網(wǎng)點n與測區(qū)坐標系的已知控制網(wǎng)點重合。n坐標轉(zhuǎn)換計算由GPS附帶數(shù)據(jù)軟件自動完成。n8.5 南方測繪靈銳S82雙頻GPS RTK操作簡介n靈銳S82 GPS RTK南方測繪2005年10月產(chǎn)品，n標準配置一個基準站+一個移動站，n可根據(jù)需要購買任意個移動站。n基準站由主機、數(shù)傳電臺、發(fā)射天線與電瓶組成；n每個移動站的設備一個主機與一個JETT手簿，n移動站電臺模塊放置在主機內(nèi)，n通過主機頂部的數(shù)據(jù)鏈天線接發(fā)數(shù)據(jù)，n手簿與接收機間通過內(nèi)置的藍牙卡進行數(shù)據(jù)通

20、訊。n技術參數(shù)n獨立24通道，L1/L2雙頻跟蹤信號，n靜態(tài)測量模式的平面精度5mm+1ppm，n高程精度為10mm+2ppm，n靜態(tài)作用距離80公里，靜態(tài)內(nèi)存32M；nRTK測量模式平面精度2cm+1ppm，n高程精度為5cm+1ppm，n數(shù)傳電臺的發(fā)射功率為25W/15W(H/L)。 n(3) 基本操作基本操作n靜態(tài)與動態(tài)兩種工作模式n等級控制測量選擇靜態(tài)模式，n碎部點坐標采集與工程放樣選擇動態(tài)模式。n靜態(tài)模式n儀器采集的衛(wèi)星數(shù)據(jù)自動存儲在主機內(nèi)的32MB閃存中，n數(shù)據(jù)采集間隔設為1s時，連續(xù)采集時間可達40h。n外業(yè)數(shù)據(jù)采集完后，n數(shù)據(jù)線連接主機USB口與PC機USB口，n操作Gpsad

21、j軟件下載數(shù)據(jù)，n在Gpsadj中完成基線向量解算與網(wǎng)平差，獲得測點坐標。n動態(tài)模式n在JETT手簿上操作南方測繪工程之星軟件完成。n3) 使用工程之星使用工程之星2.0進行動態(tài)數(shù)據(jù)采集操作簡介進行動態(tài)數(shù)據(jù)采集操作簡介n基準站安置在已知點，n也可安置在測區(qū)范圍地勢較高的任意點n連接好電纜，打開基準站主機與數(shù)傳電臺電源，n打開移動站主機與JETT電源，n量取基準站和移動站的儀器高。n雙擊“工程之星2.0”桌面圖標，打開工程之星，n執(zhí)行下拉菜單“工具/其它/查看衛(wèi)星圖”命令，n觀看當前接收到的衛(wèi)星狀態(tài)。 n儀器開機后，數(shù)傳電臺頻道設置、n移動站與手簿間藍牙通訊及衛(wèi)星搜索與鎖定n均由工程之星自動完成

22、，n無須用戶干預。當有4顆及以上數(shù)量的衛(wèi)星信號時，n能很快進入“固定解”狀態(tài)，n顯示三維坐標為移動站在前次測量時所設坐標系。 固定解數(shù)據(jù)鏈信號n 新建工程新建工程n執(zhí)行“工程/新建工程”命令，n按提示輸入新建工程名、選擇橢球參數(shù)n與高斯投影參數(shù)，n在“SystemCFJobs”路徑下建立“051124”文件夾，n用以保存本次新建工程051124的全部數(shù)據(jù)。n 校正校正nGPS所測坐標是WGS-84坐標，n要將其變換為用戶坐標系的坐標，n坐標測量前應先求坐標變換參數(shù)。n執(zhí)行“工具/校正向?qū)А泵?，n按屏幕提示即可完成校正操作，n有1點、2點和3點校正法，n最好選擇3點校正法，為提高校正的精度，n

23、3個已知坐標點應均勻分布在測區(qū)外圍。n 野外數(shù)據(jù)采集野外數(shù)據(jù)采集n移動站安置在需要采集的碎部點上，n狀態(tài)為“固定解”，HRMS與VRMS的值較小時按鍵，n輸入點名、移動站天線高與點編碼，n點擊“確定”按鈕將圖示坐標存入n“SystemCFJobs051124data051124.RTK”文件n 野外采集數(shù)據(jù)的坐標變換與輸出野外采集數(shù)據(jù)的坐標變換與輸出n采集的碎部點坐標數(shù)據(jù)n以經(jīng)緯度數(shù)據(jù)格式保存在051124.RTK文件中，n應執(zhí)行下拉菜單“工具/數(shù)據(jù)后處理”命令，n將其輸出為.dat文件格式，n將轉(zhuǎn)換后的坐標保存在qh-506.dat文件中，nqh-506.dat不能用于CASS的展點操作。

24、n執(zhí)行“工程/文件輸出”命令，n在數(shù)據(jù)格式下拉列表框中選擇數(shù)據(jù)格式“點名,編碼,y,x,H”，n點擊“源文件”按鈕，n在彈出對話框中選擇qh-506.dat文件；n點擊“目標文件”按鈕，n在彈出對話框鍵入文件名qh-506x.datn作為保存輸出數(shù)據(jù)的文件，點擊“轉(zhuǎn)換”按鈕，n完成數(shù)據(jù)文件輸出。n 坐標數(shù)據(jù)文件復制到坐標數(shù)據(jù)文件復制到PC機機n用串口線連接好JETT手簿COM口與PC機COM口，n在PC機上雙擊同步軟件Microsoft ActiveSync桌面圖標n在JETT手簿上雙擊“連接PC機”桌面圖標n連接Microsoft ActiveSync，致力測繪數(shù)字化第第7 7章章 全球定位

25、系統(tǒng)（全球定位系統(tǒng)（GPSGPS）定位原理簡介）定位原理簡介 GPSGPS作業(yè)原理GPS定位的誤差源8 GPS 定位原理v 與GPS衛(wèi)星有關的因素SA技術 人為的降低廣播星歷精度（技術）衛(wèi)星星歷誤差衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星信號發(fā)射天線相位中心偏差v 與傳播途徑有關的因素電離層延遲對流層延遲多路徑效應v 與接收機有關的因素接收機鐘差接收機天線相位中心誤差接收機軟件和硬件造成的誤差距離觀測值的計算8 GPS 定位原理v 接收機至衛(wèi)星的距離借助于衛(wèi)星發(fā)射的碼信號量測并計算得到的v 接收機本身按同一公式復制碼信號v 比較本機碼信號及到達的碼信號確定傳播延遲的時間tv 傳播延遲時間乘以光速就是距離觀測值=C t衛(wèi)星

26、鐘調(diào)制的碼信號接收機時鐘復制的碼信號tt9 GPS 測量采用載波相位觀測值發(fā)自衛(wèi)星的電磁波信號：信號量測精度優(yōu)于波長的1/100載波波長（L1=19cm, L2=24cm)比C/A碼波長 (C/A=293m)短得多所以，GPS測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載波載波L2載波載波C/A碼碼P-碼碼 p=29.3 m L2=24 cm L1=19c m C/A=293 m 9 GPS 測量可以消去衛(wèi)星鐘的系統(tǒng)偏差可以消去衛(wèi)星鐘的系統(tǒng)偏差可以消去接收機時鐘的誤差可以消去接收機時鐘的誤差PikPljPijPjPlkPkSlSi可以消去軌道（星歷）誤差的影響

27、可以消去軌道（星歷）誤差的影響可以削弱大氣折射對觀測值的影響可以削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偽距差分這是應用最廣的一種差分。在基準站上，觀測所有衛(wèi)星，根據(jù)基準站已知坐標和各衛(wèi)星的坐標，求出每顆衛(wèi)星每一時刻到基準站的真實距離。再與測得的偽距比較，得出偽距改正數(shù)，將其傳輸至用戶接收機，提高定位精度。這種差分，能得到米級定位精度，如沿海廣泛使用的“信標差分”載波相位差分n載波相位差分技術又稱RTK（Real Time Kinematic）技術，是實時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法。即是將基準站采集的載波相位發(fā)給用戶接收機，進行求差解算坐標。n載波相位差分可使定位精度達

28、到厘米級。大量應用于動態(tài)需要高精度位置的領域。GPS相對定位原理 利用GPS進行絕對定位時，定位精度受衛(wèi)星軌道誤差、鐘差及信號傳播誤差等因素影響，盡管其中的一些系統(tǒng)誤差，可以通過模型加以消除，但殘差仍不可忽視。實踐表明，目前靜態(tài)絕對定位精度為米級，動態(tài)絕對定位精度僅為10-40 m。 GPS相對定位也叫差分GPS定位，是目前GPS定位中精度最高的一種，廣泛用于大地測量、精密工程測量、地球動力學研究和精密導航。 定義：確定進行同步觀測的接收機之間相對位置的定位方法，稱為相對定位。n優(yōu)點：精度高n缺點：多臺接收共同作業(yè)，作業(yè)相對復雜n應用：高精度測量定位動態(tài)相對定位 用一臺接收機安置在基準站上固定

29、不動，另一臺接收機安置在運動載體上，兩臺接收機同步觀測相同衛(wèi)星，以確定運動點相對基準站的實時位置。 動態(tài)相對定位根據(jù)采用的觀測量不同，分為以測碼偽距為觀測量的動態(tài)相對定位和以測相偽距為觀測量的動態(tài)相對定位。 測碼偽距動態(tài)相對定位，目前實時定位精度為米級。以相對定位原理為基礎的實時差分GPS可有效減弱衛(wèi)星軌道誤差、鐘差、大氣折射誤差以及SA政策影響，定位精度遠遠高于測碼偽距動態(tài)絕對定位。常規(guī)常規(guī)GPS的測量方法，如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測的測量方法，如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量都需要量都需要事后事后進行解算才能獲得進行解算才能獲得厘米級厘米級的精度，而的精度，而RTK是能夠在是能夠在野外實時野外實時

30、得到得到厘米級厘米級定位精度的測量方法，它定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態(tài)采用了載波相位動態(tài)實時差分實時差分(Real - time kinematic)方法，是方法，是GPS應用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、應用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測圖，各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了地形測圖，各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。外業(yè)作業(yè)效率。RTK定位時要求定位時要求基準站基準站接收機實時地把接收機實時地把觀測數(shù)據(jù)觀測數(shù)據(jù)(偽距觀測值，相位觀測值偽距觀測值，相位觀測值)及已知數(shù)據(jù)傳輸給及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動站接收機。流動站接收機。什么是什么是RTK技術技術

31、發(fā)射電臺GPS主機基準站基準站移動站移動站GPS主機RTK測量原理圖測量原理圖采集器接收電臺kinematicRTK流動站基準站基準站電臺 兩個關鍵因兩個關鍵因素素一一. .整周模糊度的解算，即整周模糊度的解算，即OEMOEM板的工作性能問題。板的工作性能問題。二二. .數(shù)據(jù)的傳輸技術即通訊方式的可靠性問題。數(shù)據(jù)的傳輸技術即通訊方式的可靠性問題。 數(shù)據(jù)的通訊方式?jīng)Q定了數(shù)據(jù)的通訊方式?jīng)Q定了RTKRTK系統(tǒng)的作用距離和工作穩(wěn)定性，系統(tǒng)的作用距離和工作穩(wěn)定性，現(xiàn)有的通訊方式有現(xiàn)有的通訊方式有: : 1. 1.數(shù)傳電臺數(shù)傳電臺 2.2.網(wǎng)絡通訊網(wǎng)絡通訊數(shù)傳電數(shù)傳電臺臺n數(shù)據(jù)質(zhì)量高，但有距數(shù)據(jù)質(zhì)量高，但

32、有距離限制。離限制。n電臺的能力強弱可以電臺的能力強弱可以直接影響到直接影響到RTKRTK的測量的測量效果。效果。GSM電電臺臺 n借助借助GSMGSM通訊網(wǎng)絡，實時數(shù)據(jù)傳輸，相當于移通訊網(wǎng)絡，實時數(shù)據(jù)傳輸，相當于移動電話。動電話。n優(yōu)點：優(yōu)點：1.1.實時性非常好實時性非常好2.2.數(shù)據(jù)鏈傳輸距離沒有限制數(shù)據(jù)鏈傳輸距離沒有限制 3.3.由于采用數(shù)字通信，抗干擾能力特強。由于采用數(shù)字通信，抗干擾能力特強。n缺點缺點: :1.1.費用高費用高2.2.只能一對一只能一對一, ,不能多臺同時作業(yè)不能多臺同時作業(yè)GPRS /CDMA數(shù)數(shù)據(jù)鏈據(jù)鏈nGPRS/CDMAGPRS/CDMA是一種新型的分組數(shù)據(jù)

33、傳輸業(yè)是一種新型的分組數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務，是務，是GSMGSM網(wǎng)絡數(shù)據(jù)業(yè)務的延伸和升級網(wǎng)絡數(shù)據(jù)業(yè)務的延伸和升級n采用采用IPIP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡協(xié)議，可在移動狀態(tài)下數(shù)據(jù)網(wǎng)絡協(xié)議，可在移動狀態(tài)下進行高速數(shù)據(jù)傳輸，最高速率可達到進行高速數(shù)據(jù)傳輸，最高速率可達到170Kb/s170Kb/snGPRS/CDMAGPRS/CDMA電臺替代了傳統(tǒng)模式的電臺，電臺替代了傳統(tǒng)模式的電臺，作用距離無限延長，任何地點均可享受作用距離無限延長，任何地點均可享受對等的對等的RTKRTK基站數(shù)據(jù)服務。基站數(shù)據(jù)服務。GPRS系統(tǒng)的第一種系統(tǒng)的第一種模式模式RTK基準站電腦（寬帶或ADSL）移動站移動站移動站移動站GPRS系統(tǒng)的第二種系

34、統(tǒng)的第二種模式模式GPRS RTK基準站GPRS服務器移動站移動站移動站移動站網(wǎng)絡網(wǎng)絡RTK技術技術-CORS什么是什么是CORSCORS 連續(xù)運行參考站系統(tǒng)可以定義為一個或若干個固定的、連續(xù)運行參考站系統(tǒng)可以定義為一個或若干個固定的、連續(xù)運行的連續(xù)運行的GPSGPS參考站，利用現(xiàn)代計算機、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)參考站，利用現(xiàn)代計算機、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)(LAN(LANWAN)WAN)技術組成的網(wǎng)絡，實時地向不同類型、不同需技術組成的網(wǎng)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(jīng)過檢驗的不同類型的求、不同層次的用戶自動地提供經(jīng)過檢驗的不同類型的GPSGPS觀測值觀測值( (載波相位，偽距

35、載波相位，偽距) )，各種改正數(shù)、狀態(tài)信息，以及其，各種改正數(shù)、狀態(tài)信息，以及其他有關他有關GPSGPS服務項目的系統(tǒng)。服務項目的系統(tǒng)。 n由于傳統(tǒng)的由于傳統(tǒng)的RTKRTK技術需要有測區(qū)附的控制點的點位數(shù)據(jù)技術需要有測區(qū)附的控制點的點位數(shù)據(jù). .針對針對當前項目需要架設基準站當前項目需要架設基準站. .以及考慮到初使化時間以及考慮到初使化時間, ,改正模型改正模型等各方面的因素等各方面的因素, ,基于網(wǎng)絡基于網(wǎng)絡RTKRTK技術建立的技術建立的CORSCORS系統(tǒng)對于大中系統(tǒng)對于大中城市的基礎測繪來說是實用且經(jīng)濟的城市的基礎測繪來說是實用且經(jīng)濟的. .CORS分類分類 單基站系統(tǒng)單基站系統(tǒng):就

36、是只有一個連續(xù)運行站。類似于就是只有一個連續(xù)運行站。類似于普通的普通的RTK,只不過基準站由一個連續(xù)運行的基準站只不過基準站由一個連續(xù)運行的基準站代替，基準站上有一個控制軟件實時監(jiān)控衛(wèi)星的狀代替，基準站上有一個控制軟件實時監(jiān)控衛(wèi)星的狀態(tài)，存儲和發(fā)送相關數(shù)據(jù)。態(tài)，存儲和發(fā)送相關數(shù)據(jù)。 多基站系統(tǒng)：分布在一定區(qū)域內(nèi)的多臺連續(xù)觀多基站系統(tǒng)：分布在一定區(qū)域內(nèi)的多臺連續(xù)觀測站，每一個觀測站都是一個單基站，同時每一個測站，每一個觀測站都是一個單基站，同時每一個單基站還有一個中央控制計算機控制。目前國產(chǎn)品單基站還有一個中央控制計算機控制。目前國產(chǎn)品牌中只有南方擁有這套軟件。牌中只有南方擁有這套軟件。多參考站

37、技術多參考站技術 最初的網(wǎng)絡最初的網(wǎng)絡RTKRTK是利用分布較為均勻的連續(xù)運行參考是利用分布較為均勻的連續(xù)運行參考站站(CORS)(CORS)進行單站控制，用戶站從一個參考站的有效精度進行單站控制，用戶站從一個參考站的有效精度范圍進入另一個參考站的精度范圍，嚴格意義上講是多參范圍進入另一個參考站的精度范圍，嚴格意義上講是多參考站常規(guī)考站常規(guī)RTKRTK，如果要使基線精度優(yōu)于，如果要使基線精度優(yōu)于3 3厘米，需要在一個厘米，需要在一個區(qū)域內(nèi)密集的布設參考站，站間距離應小于區(qū)域內(nèi)密集的布設參考站，站間距離應小于30km30km。精度隨。精度隨著基線的增長而衰減，且分布不均勻，如果要求按一定精著基線

38、的增長而衰減，且分布不均勻，如果要求按一定精度覆蓋整個區(qū)域，需要架設較多的參考站。度覆蓋整個區(qū)域，需要架設較多的參考站。多參考站技術多參考站技術 多參考站常規(guī)多參考站常規(guī)RTKRTK模式雖然在一個較大范圍內(nèi)滿足了模式雖然在一個較大范圍內(nèi)滿足了精度要求，但需要的投資也是巨大的，我們完全可以在一精度要求，但需要的投資也是巨大的，我們完全可以在一個較大的范圍內(nèi)均勻稀松的布設參考站，利用參考站網(wǎng)絡個較大的范圍內(nèi)均勻稀松的布設參考站，利用參考站網(wǎng)絡的實時觀測數(shù)據(jù)對覆蓋區(qū)域進行系統(tǒng)誤差建模，然后對區(qū)的實時觀測數(shù)據(jù)對覆蓋區(qū)域進行系統(tǒng)誤差建模，然后對區(qū)域內(nèi)流動用戶站觀測數(shù)據(jù)的系統(tǒng)誤差進行估計，盡可能消域內(nèi)流動

39、用戶站觀測數(shù)據(jù)的系統(tǒng)誤差進行估計，盡可能消除系統(tǒng)誤差影響，獲得厘米級實時定位結果，網(wǎng)絡除系統(tǒng)誤差影響，獲得厘米級實時定位結果，網(wǎng)絡RTKRTK技技術的精度覆蓋范圍大大增大，且精度分布均勻。術的精度覆蓋范圍大大增大，且精度分布均勻。多參考站技術多參考站技術n應用多個參考站的觀測數(shù)據(jù)應用多個參考站的觀測數(shù)據(jù)n連續(xù)監(jiān)測多參考站的聯(lián)合數(shù)據(jù)連續(xù)監(jiān)測多參考站的聯(lián)合數(shù)據(jù)n系統(tǒng)誤差改正模型系統(tǒng)誤差改正模型: :n電離層電離層n對流層對流層n衛(wèi)星軌道誤差衛(wèi)星軌道誤差n多路徑多路徑n在每一個用戶的指定地點建立唯一的虛擬參考在每一個用戶的指定地點建立唯一的虛擬參考站站n向用戶發(fā)送向用戶發(fā)送RTCM RTCM 或或 CMR+ CMR+ 格式差分數(shù)據(jù)格式差分數(shù)據(jù) 虛虛擬擬參參考考站站方方式式圖圖解解GPS測量中常用的幾個坐標系統(tǒng)測量中常用的幾個坐標系統(tǒng)n1) WGS-84坐標系是目前坐標系是目前GPS所采用的坐標所采用的坐標系統(tǒng)，系統(tǒng)，GPS所發(fā)布的星歷參數(shù)就是基于此坐標所發(fā)布的星歷參數(shù)就是基于此坐標系統(tǒng)的。系統(tǒng)的。n2) 1954年北京坐標系是我國目前廣泛采用的年北京坐標系是我國目前廣泛采用的大地測量坐標系。該坐標系源自于原蘇聯(lián)采用大地測量坐標系。該坐標系源自于原蘇聯(lián)采用過的過的1942年普爾科夫坐標系。年普爾科夫坐標系。n