《GPS測量原理》課件

GPS測量原理全球定位系統(tǒng)(GPS)是一個利用衛(wèi)星網絡進行定位和導航的系統(tǒng)。通過接收多個衛(wèi)星的信號，可以計算出接收機的位置、速度和時間。GPS概述全球定位系統(tǒng)GPS是全球定位系統(tǒng)，美國國防部研發(fā)的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。GPS是利用衛(wèi)星信號進行導航定位的系統(tǒng)。三段式結構GPS系統(tǒng)由空間段、地面控制段、用戶接收段組成?？臻g段由31顆衛(wèi)星組成，地面控制段負責監(jiān)控和管理衛(wèi)星。GPS基本組成GPS衛(wèi)星GPS系統(tǒng)由多個衛(wèi)星組成，它們在軌道上運行，不斷向地面發(fā)送信號。GPS接收機GPS接收機接收來自衛(wèi)星的信號，并通過計算確定用戶的位置和時間。GPS控制中心GPS控制中心負責監(jiān)控衛(wèi)星運行，并管理整個系統(tǒng)。GPS衛(wèi)星系統(tǒng)GPS系統(tǒng)由三部分組成：空間部分、地面控制部分和用戶部分?？臻g部分由24顆GPS衛(wèi)星組成，分布在6個軌道面上，每個軌道面上有4顆衛(wèi)星。地面控制部分由主控站、監(jiān)測站和上傳站組成，負責對衛(wèi)星進行控制和監(jiān)測。用戶部分包括GPS接收機和相關的軟件，用來接收衛(wèi)星信號并進行數據處理。GPS衛(wèi)星系統(tǒng)的工作原理是利用衛(wèi)星的信號進行定位。每顆衛(wèi)星都會不斷地發(fā)出信號，其中包含衛(wèi)星的軌道信息、時間信息和衛(wèi)星的坐標信息。用戶端的接收機可以通過接收這些信號，計算出接收機到衛(wèi)星的距離，從而確定接收機的坐標。GPS測量原理1衛(wèi)星信號接收GPS接收機接收來自多顆衛(wèi)星的信號，并進行分析和處理。2時間同步接收機與衛(wèi)星之間的時間同步是關鍵步驟，確保測量結果的準確性。3距離計算接收機通過測量信號到達時間，計算接收機與衛(wèi)星之間的距離。4三維定位至少需要四顆衛(wèi)星的信號來確定接收機在三維空間中的位置。GPS測量誤差GPS測量會受到各種因素的影響，導致測量誤差。誤差來源描述衛(wèi)星軌道誤差衛(wèi)星軌道預測和實際軌道存在偏差。大氣誤差電離層和對流層會延遲信號傳播。接收機誤差接收機自身產生的誤差，如鐘差、多路徑效應等。多路徑誤差信號反射導致的誤差。GPS觀測量偽距偽距是指衛(wèi)星到接收機之間的距離。時間時間是指衛(wèi)星和接收機的鐘差。信號強度信號強度指接收到的衛(wèi)星信號的強度。其他觀測量例如，電離層延遲、對流層延遲等。偽距測量1衛(wèi)星信號接收接收來自GPS衛(wèi)星的信號2信號傳播時間測量信號從衛(wèi)星到接收機的時間3距離計算根據時間計算衛(wèi)星與接收機的距離4偽距測量結果稱為偽距，包含誤差偽距測量是利用GPS衛(wèi)星信號傳播時間來計算衛(wèi)星與接收機之間的距離。通過接收來自多個衛(wèi)星的信號，可以確定接收機的三維坐標。偽距測量是GPS定位技術的基礎。相位測量定義相位測量是一種高精度測量方法，通過測量接收機和衛(wèi)星之間信號的載波相位差來確定接收機的位置。原理衛(wèi)星發(fā)射的信號包含載波信號，其相位隨時間和距離而變化。通過比較接收機和衛(wèi)星之間的相位差，可以計算出接收機到衛(wèi)星的距離。優(yōu)勢相位測量比偽距測量精度更高，能夠實現厘米級甚至毫米級的定位精度。此外，相位測量不受大氣延遲的影響，更加穩(wěn)定可靠。應用相位測量在各種應用中發(fā)揮著重要作用，例如高精度地圖測繪、地殼運動監(jiān)測、精密工程測量等。載波相位定義載波相位是GPS信號在傳播過程中，波峰和波谷相對于初始時刻的相位變化。優(yōu)勢載波相位測量比偽距測量精度更高，可達到毫米級。應用載波相位測量廣泛應用于高精度測量，例如變形監(jiān)測、精密工程測量等。動態(tài)定位動態(tài)定位是指接收機在運動狀態(tài)下進行定位，實時確定接收機的位置和時間信息。與靜態(tài)定位相比，動態(tài)定位的精度和速度要求更高，同時也更復雜。1實時定位接收機持續(xù)接收衛(wèi)星信號2數據處理計算接收機位置、速度和時間3衛(wèi)星信號接收衛(wèi)星信號靜態(tài)定位1觀測時間長至少持續(xù)數小時2觀測點不動穩(wěn)定固定在同一位置3消除誤差觀測數據進行精密處理4定位精度高毫米級甚至厘米級靜態(tài)定位需要在固定位置進行長時間觀測。通過觀測數據處理，消除各種誤差，獲得高精度定位結果。適用于精密工程測量、地殼形變監(jiān)測等。實時動態(tài)定位連續(xù)觀測實時動態(tài)定位系統(tǒng)需要持續(xù)接收衛(wèi)星信號，以確定目標的位置。數據處理接收到的信號經過實時處理，計算目標的位置、速度和時間。數據傳輸處理后的位置信息實時傳輸給用戶，例如導航設備或控制中心。應用場景廣泛應用于車輛導航、船舶定位、航空管制、無人駕駛等領域。差分GPS11.提高精度差分GPS利用基準站數據來消除誤差，可以提高定位精度。22.減少誤差源差分GPS可以消除衛(wèi)星鐘差、大氣延遲等誤差源，提高測量精度。33.廣泛應用差分GPS應用廣泛，如工程測量、地圖測繪、導航等。基準站設置1選址要求選擇穩(wěn)定、開闊的地點，避免遮擋，確保信號接收良好。2設備安裝安裝GPS接收機、天線和電源系統(tǒng)，確保設備正常運行。3數據采集定期采集基準站數據，用于差分GPS計算，提高測量精度?；€觀測基線觀測是GPS測量中重要的步驟，用于確定兩個已知點之間的距離和方位角。通過精確測量兩個基準站之間的距離和方位角，可以建立起精準的坐標系，為后續(xù)的測量提供基礎。1觀測準備選擇合適的基準站，安裝和校準GPS接收機2數據采集同步記錄兩個基準站的GPS數據，并進行必要的預處理3數據處理利用數據處理軟件，計算基線向量，確定基線長度和方位角坐標轉換GPS測量結果通常以大地坐標表示，例如經度、緯度和高程。然而，實際應用中，經常需要將大地坐標轉換為其他坐標系，如平面直角坐標系。1目標坐標系例如平面直角坐標系2轉換參數包括七參數或三參數3源坐標系例如WGS-84坐標系大地坐標系定義大地坐標系是用于描述地球表面點位置的三維坐標系。它以地球中心為原點，以地球自轉軸為Z軸。類型大地坐標系分為地心坐標系和地表坐標系。地心坐標系以地球質心為原點，地表坐標系以參考橢球中心為原點。大地基準面參考面大地基準面是地球表面的一種數學模型，用于確定地球上各點的坐標位置。參考橢球體大地基準面通常以一個參考橢球體來表示，參考橢球體是一個數學定義的旋轉橢球體，其形狀和大小近似于地球。坐標系大地基準面定義了坐標系的原點和方向，并提供了一個統(tǒng)一的參考框架，用于確定地球上各點的經緯度和高程。投影坐標系投影坐標系將地球表面上的經緯度坐標轉換為平面坐標系。投影坐標系可以保持距離、面積、形狀或角度的比例。常用的投影坐標系包括高斯投影、UTM投影和蘭伯特投影。大地水準面地球表面大地水準面是地球表面重力等位面的一個特殊形狀。平均海平面大地水準面與平均海平面非常接近，它是一個不規(guī)則的曲面。地球表面與大地水準面大地水準面是地表上所有重力勢相等的點組成的封閉曲面，是測量中重要的參考面。大地水準面測量大地水準面的確定是通過對重力數據進行分析和計算得到。大地重力場地球重力場地球重力場是地球對所有物體的吸引力。地球形狀由于地球自轉，地球形狀并非完美的球體，而是兩極扁平、赤道隆起的橢球體。重力場分布地球重力場分布并不均勻，受地球內部質量分布的影響。測量應用精確測量大地重力場對于地球物理學研究、導航定位等領域至關重要。大地水準面高程大地水準面高程是指地面點到大地水準面的垂直距離，它是地球重力場的函數，受地球形狀和重力場的影響，是一個不規(guī)則的曲面。大地水準面高程是測量和制圖的重要參數，它可用于確定地面點的高度，并與其他坐標系進行轉換。100M全球范圍大地水準面高程在全球范圍內變化很大，最高可達8500米，最低可達-100米。10測量精度大地水準面高程的測量精度通常在10厘米以內。1應用場景大地水準面高程廣泛應用于工程建設、資源勘探、地形測繪等領域。正常高正常高是指從參考橢球面到大地水準面的距離，也稱為地球橢球高。它是大地測量學中的一個重要概念，用于描述地球表面不同點之間的高程差。正常高是在地球重力場模型中計算得到的，因此不受局部重力場的影響，具有較高的精度和穩(wěn)定性。正高正高是指點到大地水準面的垂直距離，即點在鉛垂線方向上的高度。正高是GPS測量中常用的高度系統(tǒng)，它反映了點相對于大地水準面的實際高度。0測量正高通常通過水準測量或GPS測量獲得。1參考正高以大地水準面作為參考面。2變化正高會隨著地球重力場的變化而變化。地形高定義地面點到參考橢球面的法線投影點之間的距離符號H特點受地形起伏影響，不連續(xù)，且不能直接用于大地測量計算大地高大地高是指地球橢球面到地面點沿法線方向的距離。它是GPS測量中常用的高度系統(tǒng)。大地高通常由GPS接收機直接測量得到，不需要進行任何轉換。大地高不受地球形狀和重力場的影響，具有相對穩(wěn)定的特性，適用于大范圍的地理信息系統(tǒng)和導航系統(tǒng)。GPS測量精度GPS測量精度受多種因素影響，包括衛(wèi)星數量、信號強度、大氣影響等。水平精度