GS測量原理與數(shù)據(jù)處理

GPS測量原理與數(shù)據(jù)處理

(本科)成都理工大學地球科學學院2023/5/191課程說明第一章緒論第二章坐標系統(tǒng)和時間系統(tǒng)第三章衛(wèi)星運動基礎及GPS衛(wèi)星星歷第四章GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號第五章GPS衛(wèi)星定位基本理論第六章GPS衛(wèi)星導航(自學)第七章GPS測量的誤差來源及其影響第八章HPS測量的設計與實施第九章GPS測量數(shù)據(jù)處理第十章GPS應用(自學)2023/5/192第一章緒論GPS定位技術的發(fā)展GPS系統(tǒng)的組成GPS在國民經(jīng)濟建設中的應用2023/5/193第一節(jié)GPS定位技術的發(fā)展早期的衛(wèi)星定位技術

1957年10月4日，世界上第一個地球人造衛(wèi)星發(fā)射成功，它是空間科學技術的發(fā)展迅速進入一個展新時代。衛(wèi)星定位技術是利用人造地球衛(wèi)星進行點位測量的。2023/5/194衛(wèi)星三角測量第一節(jié)GPS定位技術的發(fā)展2023/5/195子午衛(wèi)星導航系統(tǒng)的應用及其缺陷子午衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建立

1958年12月,美國海軍和JohnsHopkins大學應用物理實驗室開始聯(lián)合研制美國海軍導航衛(wèi)星系統(tǒng)（navynavigationsatellitesystem)-TRANSIT,簡稱NNSS系統(tǒng)。即海軍子午導航衛(wèi)星系統(tǒng)（NNSS）的布設，1964年建成并于1967年向民間用戶開放。第一節(jié)GPS定位技術的發(fā)展2023/5/196子午衛(wèi)星導航系統(tǒng)（TRANSIT）的系統(tǒng)特征：衛(wèi)星：6顆極地軌道：軌道高度1100KM

信號頻率：400MHz、150MHz

絕對定位精度1m，相對定位0.1-0.5m

定位原理：多普勒定位第一節(jié)GPS定位技術的發(fā)展2023/5/197多普勒定位技術

當波源與觀測者作相對運動時，波源發(fā)射頻率與觀測者接收頻率之間具有以下關系：第一節(jié)GPS定位技術的發(fā)展2023/5/198特點

衛(wèi)星不再作為一種單純的空間動態(tài)觀測目標,而是通過其軌道參數(shù)介入定位計算的動態(tài)已知點.

觀測不再采用傳統(tǒng)的幾何模式,而是通過地面測站接收衛(wèi)星發(fā)射的信號測定站星距離定位.第一節(jié)GPS定位技術的發(fā)展2023/5/199缺點:

衛(wèi)星顆數(shù)少,不能實現(xiàn)連續(xù)實時導航定位衛(wèi)星軌道高度低,難以實現(xiàn)精密定位信號頻率低,難以補償電力層效應影響第一節(jié)GPS定位技術的發(fā)展2023/5/191070年代中期，我國開始引進多普勒接收機，進行了西沙群島的大地測量基準聯(lián)測2023/5/1911GPS全球定位系統(tǒng)的建立美國在七十年代又開始研制第二代衛(wèi)星定位系統(tǒng)---全球定位系統(tǒng)（GPS）。第一節(jié)GPS定位技術的發(fā)展2023/5/1912GPS系統(tǒng)的研制計劃分3個階段實施原理與可行性試驗階段，1973年12月到1978年2月22日第一顆試驗衛(wèi)星發(fā)射成功，歷時5年。系統(tǒng)研制與試驗階段，1978年2月22日到1989年2月14日第一顆工作衛(wèi)星發(fā)射成功，歷時11年。工程發(fā)展與完成階段，1989年2月14日到1995年4月27日，歷時7年。第一節(jié)GPS定位技術的發(fā)展2023/5/1913GLONASS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)

GLONASS是前蘇聯(lián)建立的，該系統(tǒng)于1982年10月12日發(fā)射第一顆GLONASS衛(wèi)星,1996年蘇聯(lián)解體后由俄羅斯接替,該系統(tǒng)于1996年1月18日建成,整個系統(tǒng)開始正常運行.以下為背景資料第一節(jié)GPS定位技術的發(fā)展2023/5/19142023/5/191520約23傍/5訓/1害81620于23津/5謝/1稍81720殘23局/5破/1勿81820杜23岔/5棗/1秀81920肺23伙/5良/1揀82020般23炮/5艷/1痕821伽俐蛛略(G北al營il關eo）GN廢SS系統(tǒng)從19步94年開易始，奴歐盟啊進行暴伽俐攪略GN壯SS系統(tǒng)蔑的方切案論扭證，20堡00年歐梨盟在龍世界幻玉無線維電大芒會上流獲得掠了建只立GN捷SS系統(tǒng)新的L頻段概的頻鉗率資姻源。20瞎02年3月，丸歐盟15個國濫家交留通部濕長一磨致同盆意伽萌利略GN孤SS系統(tǒng)出建設蠅。第一運節(jié)GP象S定位常技術鮮的發(fā)爛展20弄23忙/5鎮(zhèn)/1傘82220刺23片/5陰/1接82320我23落/5壓/1粗824背景:歐洲Ga燃li筐le融o系統(tǒng)Ga侍li剪le餓o系統(tǒng)探由30顆衛(wèi)刪星組玻成，錫其中27顆工萍作星幅，3顆備全份星叼。衛(wèi)跳星分療布在3個中步地球禿軌道辟（ME旺O）上竭，軌稻道高堡度為23改61飛6千米顏，軌腫道傾沃角56度。職每個財軌道認上部脅署9顆工喝作星屋和1顆備稻份星嘉。Ga孕l(wèi)i柔le撒o系統(tǒng)貝吸取葬了GP辦S和GN涉ON數(shù)AS遮S的經(jīng)梨驗有柄如下足改進:信號懶發(fā)射永的強點度高有3個載挽波頻壩道有通宣信功蔬能(E按GN踩OS染)20粘23逢/5差/1侮82520恩23鐘/5炮/1丹82620商23弦/5足/1赴82720蓋23海/5燥/1出82820癥23裝/5球/1膀82920非23則/5升/1役83020躬23浙/5價/1鍋83120燦23皮/5缺/1園83220貧23扭/5辮/1而83320村23耳/5您/1暫83420淚23療/5歡/1煎835雙星耕導航遠定位食系統(tǒng)(北斗勝一號)20嚼00年底勺，我獅國發(fā)茫射了草兩顆筍“北煎斗導瓣航試發(fā)驗衛(wèi)咱星”柔，加梅上地旋面中兔心站孤和用鞏戶一秧起構(gòu)限成了教雙星飼導航付定位歉系統(tǒng)剃（北嚼斗一報號）輸。雙企星導嚇航定狂位系沃統(tǒng)空穗間部帳分由賭三顆登地球標靜止擱軌道愚衛(wèi)星燙（其舉中一簽顆在霧軌備魯用）展組成儀；地尋面中犬心站悅包括搖地面凈應用盟系統(tǒng)鐵和測剩控系影統(tǒng)，冶具有匠位置辜報告雖、雙怨向報嚴文通莫信及挪雙向寇授時船功能裝；用科戶部妨分即腥車輛傻、船瘦舶、浙飛機串以及瞎各軍簽種低踐動態(tài)閥及靜身態(tài)導余航定城位的賭擁護收。服擾務區(qū)驢域在液東經(jīng)70渠-1小45度，蘭北緯5-脖55度范匹圍。濫定位針精度刺為：潑平面20赤m,高程躁為10寇m第一毛節(jié)GP朵S定位抵技術施的發(fā)慎展20非23爐/5昨/1懂836背景:我國旦的北朋斗雙錢星系套統(tǒng)我國躬自主鑒研制虎的第辟一代判導航狐系統(tǒng)課目前單已經(jīng)態(tài)投入仿運行斧，可億以實池現(xiàn)對瓣整個候國家崖領域貍以及撈周邊固地區(qū)偷的精粥確定罰位，暖而且庸還可子以實針現(xiàn)簡褲單的幅報文期通信繩。但亡由于少一些鏈特定顯條件枯的制餅約，禿第一教代導旦航系斥統(tǒng)不翻能滿代足國暫內(nèi)對芹導航就定位末服務亭日益唐增加以的（拍包括退民用籃和軍揭事）醒需求枝，因邪此我嚷國已笑著手腰論證牙和建誤立功榆能更般為完框善的歲第二軟代導歡航系銀統(tǒng)。20合23疑/5擺/1窯8371.苗BD–1我國器自行漆研制棄的兩撇顆北周斗導煙航試川驗衛(wèi)變星已稼分別絹于20旬00年10月31日和12月20日從撇西昌膊衛(wèi)星榆發(fā)射未中心蛇升空吊并準爆確進彈入預躺定的汪地球鳴同步血軌道攏（東妹經(jīng)80o和14扎0o的赤上道上狗空）探，此他外另午一顆述備用傳衛(wèi)星眼也被塘送入扶預定趙軌道慌（東部經(jīng)11短0.埋5o的赤耽道上線空）陷，組木成了麗我國濁第一舍代衛(wèi)形星導前航定老位系撫統(tǒng)——BD–1的衛(wèi)美星星拋座。與GP滔S、GL艘ON激AS紙S、Ga窯li稍le芳o等國本外的肆衛(wèi)星舍導航宵系統(tǒng)去相比跑，BD–1有自邊己的現(xiàn)優(yōu)點先。如軍投資失少，冠組建剪快；帥具有昨通信或功能號；捕偷獲信錢號快驕等。灘但也語存在任著明遼顯的愿不足差和差跳距，振如用欠戶隱盞蔽性食差；管無測巨高和油測速極功能聰；用鴉戶數(shù)魯量受月限制館；用軌戶的億設備斑體積貓大、急重量朱重、秒能耗墓大等偷。第一休節(jié)GP烘S定位帝技術梢的發(fā)饅展20網(wǎng)23曉/5爸/1圍838目前BD–1的民提用工眾作主戀要是勺由北膀京神事州天墓鴻科劃技有遵限公乏司承單擔的射。應己用重孫點放菌在交頌通運舒輸業(yè)選，因旦為北擁斗特郵別適螞用公份路運意輸和丟水路搖運輸委以及閑通信垂領域紙，BD–1是海羨事衛(wèi)揚星In兩ma邊rs算at的很避好的狹替代挽品。孫但由沃于BD–1前期霉穩(wěn)定顯性不例夠好床、用島戶終者端的誦價格拍貴以尊及缺栽乏相端關的燒行業(yè)眉標準鍬等方瓜面的趨問題幟，推禽廣應起用工姥作并同不理圓想。第一沾節(jié)GP她S定位法技術棋的發(fā)皂展20爸23喜/5滋/1峽839北斗錢一代剃導下航衛(wèi)慎星系駕統(tǒng)組幅成示期意圖第一辯節(jié)GP姨S定位鼻技術羊的發(fā)堪展20她23譽/5弟/1腳8402.倦BD–2為了歌使我盤國的令衛(wèi)星煙導航朽定位險系統(tǒng)建的性彩能有申實質(zhì)單性的榜提高爐，中嫂央已這決定杜研制裳組建蛋第二裕代北搭斗衛(wèi)晝星導音航定典位系生統(tǒng)（BD–2）。銜從導順航體搶制、肌測距我方法檢、衛(wèi)侄星星嶼座、似信號著結(jié)構(gòu)衣及接卵收機眠等方漂面進福行全登面改觀進。洞衛(wèi)星私星座脂計劃陷由GE粥O衛(wèi)星看，IG耐SO衛(wèi)星商和ME獸O衛(wèi)星組成兇。此慌項工滴作將咱成為”十一羞五”期間松的一襲項重何要工場作。第一鼓節(jié)GP揮S定位寫技術潔的發(fā)不展20茫23現(xiàn)/5均/1鋤841第二騎節(jié)GP徐S系統(tǒng)截組成GP紐奉S系統(tǒng)鏟包括筑三大節(jié)部分空間耐部分--牽--跟GP東S衛(wèi)星壩星座地面樸控制輝部分--濟--地面料監(jiān)控危系統(tǒng)用戶洪設備洽部分--則--首GP沙S信號腐接收若機20趣23悼/5虧/1濕84220董23笛/5匠/1帝843第二新節(jié)GP笑S系統(tǒng)葡組成GP笑S工作巡壽衛(wèi)星兇及其榨星座自19個78年2月22日第銀一顆GP殲S試驗嶼衛(wèi)星憲（PR包N4）入毒軌運兼行之病后，組到19愧85年10月9日最敏后一梨顆GP謎S試驗削衛(wèi)星圖入軌秘運行料為止著，總繁共發(fā)測射了11顆GP岡S試驗鞠衛(wèi)星蔑（Bl班oc挎k安I），擠其中棵由于雖發(fā)射慶故障卷以及窮衛(wèi)星最入軌揮后出領現(xiàn)的趕故障址，實恰際上望只有初部分GP賺S試驗構(gòu)衛(wèi)星各能夠使正常持工作腎。20大23遍/5澆/1漁844后來眠為了辰完善GP階S定位文系統(tǒng)材的功奔能，餐又研悅制并名陸續(xù)莫發(fā)射愛了Bl廊oc旗k芹II和Bl哀oc幸k限II漲A型GP拔S工作剛衛(wèi)星浴。第梁一顆GP分S工作飛衛(wèi)星縫（PR端N1紋4）是庭于19善89年2月14日發(fā)年射，閑于19讀96年9月12日發(fā)混射了默第27顆GP錯S工作貓衛(wèi)星愚（Bl彈oc烘k浸II蝴A，PR夏N3貴0），臘其中球有2顆衛(wèi)光星因債為故互障而爭不能辜正常愛工作喝，共小計有25顆GP饞S工作紀衛(wèi)星壓構(gòu)成貨了完集整的GP聽S工作月衛(wèi)星域星座斤，達護到“鞏全星到座狀關態(tài)”與，同械時所抄有的GP治S試驗晌衛(wèi)星澤停止順工作差，退丘出歷竹史舞檢臺。收并且們?yōu)榱嗣胍院笞M一格步發(fā)美展的呀需要買，將領采用嘩更為聰先進飄的Bl蔥oc慈k笨II膀R和Bl霜oc彎k彩II需F型衛(wèi)躬星第二嘆節(jié)GP立S系統(tǒng)衛(wèi)組成20朱23找/5胳/1思845目前扣覆蓋脊全球餓的“GP婆S全星柔座”，使粥得在畢地球散上任疲何地蓋方可蝴以同習時觀妹測到4-堆12顆高狀度角15以上承的衛(wèi)小星。GP標S衛(wèi)星紐奉分布回在6個近享圓形宜軌道誕面，膽高度倦在地晃面以咸上約20鎮(zhèn)20狹0k于m，軌礎道面蟻相對到于地倆球赤予道面深傾斜55角，陵衛(wèi)星陜運轉(zhuǎn)盼周期羊約11小時58分（持半個服恒星鹽日）肺。這被樣在系各地薯每天簽出現(xiàn)泉的衛(wèi)肯星情款況提來前4分鐘景與上佛一次劃的相標同。在GP戶S定位時系統(tǒng)枯中，GP與S衛(wèi)星晨的作躲用是滑：（1）向GP眨S用戶練播送飽導航霞電文宗，提貪供導滲航和冊定位發(fā)信息認。（2）執(zhí)雅行地嗎面監(jiān)芳控站稿的指積令，舊接收宅和儲熟存由碑地面固監(jiān)控很站發(fā)顛來的雕導航慌信息迫。（3）通潤過高坦精度灶衛(wèi)星紗鐘向胃用戶闊提供膝精密頁的時棄間標料準。第二點節(jié)GP孕S系統(tǒng)賞組成20朗23步/5紫/1屑846GP偽S衛(wèi)星奪分布書圖第二溫節(jié)GP奪S系統(tǒng)冶組成20滋23勻/5冬/1旅847地面征監(jiān)控蔑系統(tǒng)五個抵地面司站組療成，泉其中斥包括繁主控晝站，蛋地面垮天線類站(注入才站)和監(jiān)媽測站燒。主控撇站的皮作用根據(jù)旗各個你監(jiān)測厭站所務測得街的觀券測數(shù)毀據(jù)，滲計算壇每顆GP窩S衛(wèi)星共的星壤歷、盡衛(wèi)星耗鐘差踩和大英氣層奴傳播冰改正詠，并枕按一謀定的頓形式輛編制款成導惹航電淡文，嬌傳送惠到注所入站詞。提供臉全球替定位雪系統(tǒng)咳的時嚼間基殖準。調(diào)整梅偏離晚軌道仔的衛(wèi)裳星，尾是指屈沿預盯定的仰軌道陽運行憲。起用撥備用酬衛(wèi)星秘以取撓代失惑效的瓦工作巴衛(wèi)星氧。第二田節(jié)GP難S系統(tǒng)刮組成20械23捷/5某/1關848第二慢節(jié)GP樓S系統(tǒng)池組成20每23算/5私/1早849注入問站的停作用將主稈控站伙傳來顆的導萄航電氏文，賢分別伶注入悅到相拐應的GP黑S衛(wèi)星村中，尋通過西衛(wèi)星霞將導夾航電挽文傳喚遞給制地面頁上的稈廣大萄用戶驢。由鈔于導擴航電啄文是GP腿S用戶余所需劣要的元一項蜂重要斤信息越，通處過導齊航電香文才橡能確廁定出GP策S衛(wèi)星胖在各潔時刻禾的具害體位噴置，須因此鄉(xiāng)豐注入猶站的旅作用示是很攝重要的的。第二咳節(jié)GP殃S系統(tǒng)專組成20爹23疊/5號/1章850監(jiān)測樓站的鹿主要隸任務是為夠主控始站編柜算導且航電果文提用供原綱始觀濤測數(shù)書據(jù)。壩每個拾監(jiān)測腦站上阻都有GP伏S信號炸接收戰(zhàn)機對丘所見情衛(wèi)星葛作偽脊距測隸量和穴積分絲式多普端勒觀塵測，貧采集山環(huán)境萍要素印等數(shù)叮據(jù)，午經(jīng)初焰步處示理后閉發(fā)往哭主控鈔站。第二放節(jié)GP仁S系統(tǒng)池組成20頁23躍/5鋪/1娘851用戶喬設備凝部分GP啟S的空益間部攝分和花地面釀監(jiān)控境部分首，為古用戶碰廣泛訴利用燙該系摟統(tǒng)進考行導矮航和備定位劑提供宜了基蛙礎。寺而用堆戶要絲式實現(xiàn)蒼利用GP佩S進行孝導航拘和定眾位的浸目的精，還聯(lián)需要接具備GP殿S信號弊接收殘機，薦即用蹈戶設努備部兵分。其作誼用是丘接收GP撲S衛(wèi)星亞發(fā)射月的信氏號，確獲得褲必要屈的導須航和版定位腎信息僵及觀廟測量傅，經(jīng)齡數(shù)據(jù)覆處理竊后獲蟻得觀洗測時腦刻接崗收機欣天線魂相位言中心只的位比置坐肅標。第二社節(jié)GP撤S系統(tǒng)丈組成20商23深/5己/1藝85220腐23貞/5筋/1壇85320課23誤/5來/1削854GP佩S系統(tǒng)漁的特弓點●定位迷精度舊高?，F(xiàn)似已完閘成的剖大量陽實驗史表明回，目禍前在遼小于50詞km的基利線上戲，其附相對藝定位辨精度?？蛇_1~至2×運10志-6，而哥在10繞0k剖m~學50只0k請m的基舅線上炎可達10毯-6銹~檔1座0-斬7。隨集著觀貓測技鬧術與嫩數(shù)據(jù)哥處理田方法蠻的改末善，疊可望授在大隙于10役00樂km的距夠離上仍，相蠅對定徹位精激度可渠達到陪或優(yōu)橡于10無-8。第二喉節(jié)G