华测GPS静态培训.ppt
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1、华测静态数据处理,一、GPS基础部分 二、静态测量 三、华测GPS的使用 四、静态数据处理,主要内容,一、GPS基础部分,1. GPS的由来及特点 2. GPS的系统组成 3. GPS的定位原理 4. GPS的信号组成 5. GPS的误差来源 6. GPS的应用,美国国防部于1973年批准陆海空三军共同研制新一代卫星导航系统,全称为“授时与测距导航系统全球定位系统”(Navigation Timing and Ranging /Global Positioning System),简称为“全球定位系统(GPS)”。整个计划耗时20年,投资300亿美元,是继阿波罗登月、航天飞机之后的第三大空间工
2、程。,一、GPS基础部分,1. GPS的由来及特点,一、GPS基础部分,1. GPS的由来及特点,GPS定位技术有以下特点:,操作简便 全天候作业 功能多、应用广 免费,定位精度高 观测时间短 测站间无须通视 可提供三维坐标,2. GPS的系统组成,一、GPS基础部分,GPS由空间星座部分、地面监控部分和用户部分三部分组成: 空间星座部分:,由24颗卫星组成,其中包括3颗备用卫星。工作卫星分布在6个轨道面内,每个轨道面上有4颗卫星。卫星轨道面相对地球赤道面的倾角为55,各轨道平面升交点的赤经相差60,在相邻轨道上,卫星的升交距角相差30。轨道平均高度约为20200km,卫星运行周期为11h58
3、min。 现在GPS卫星大约有31颗。,2. GPS的系统组成,一、GPS基础部分,地面监控部分:,GPS的地面监控部分主要由分布在全球的5个地面站所组成,其中包括卫星监测站、主控站和注入站。,用户部分:,用户设备的主要任务是接收GPS卫星发射的信号,以获得必要的导航和定位信息及观测量,并经数据处理而完成导航和定位工作 。,3. GPS的定位原理,一、GPS基础部分,由于卫星的位置精确可知,在GPS观测中,我们可得到卫星到接收机的距离,利用三维坐标中的距离公式,利用3颗卫星,就可以组成3个方程式,解出观测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差,实际上有4个未知数,X、Y
4、、Z和钟差,因而需要引入第4颗卫星,形成4个方程式进行求解,从而得到观测点的经纬度和高程。,4. GPS的信号组成,一、GPS基础部分,GPS 卫星发射两种频率的载波信号即频率为1575.42MHz 的L1 载波和频率为1227.60HMz 的L2 载波。它们的频率分别是基本频率10.23MHz 的154 倍和120 倍。它们的波长分别为19.03cm 和24.42cm。在L1 和L2 上又分别调制着多种信号,这些信号主要有:,1、C/A 码 C/A 码又被称为粗捕获码,它被调制在L1 载波上。,2、P 码(Y 码) P 码又被称为精码。它被调制在L1 和L2 载波上。,3、导航信息(或称D
5、码) 导航信息被调制在L1 载波上,其信号频率为50Hz, 包含有GPS 卫星的轨道参数、卫星钟改正数和其它一 些系统参数。,5. GPS的误差来源,一、GPS基础部分,误差的分类 偶然误差(观测噪声)- Noise 一般优于波长/码元长度的1/100。 系统误差 - Bias 与卫星有关的误差 卫星星历(轨道)误差 卫星钟差 相对论效应 与传播途径有关的误差 电离层延迟误差 对流层延迟误差 多路径效应 与接收设备有关的误差 接收机钟差 天线相位中心偏差和变化 接收机不同通道间的信号延迟误差 其它 软件 模型误差,地球潮汐 GPS控制系统,5. GPS的误差来源-与卫星有关的,一、GPS基础部
6、分,卫星星历(轨道)误差 广播星历(预报星历)与精密星历(后处理星历) 应对方法 精密定轨 轨道松驰 相对定位 卫星钟差 应对方法 钟差多项式 - t=a0+a1(t-t0)+a2(t-t0)2 参数 物理同步误差与数学同步误差 相对论效应 狭义相对论效应 与钟的运动速度有关,使星钟变慢 广义相对论效应 与钟所处位置的重力位有关,使星钟变快 应对方法 事先调整钟速,根据卫星轨道进行修正,5. GPS的误差来源与传播路径有关的,一、GPS基础部分,电离层延迟 电离层 自由电子 与信号的频率有关 与信号频率的平方成反比(色散效应) 与信号传播途径上的电子密度有关,而电子密度又与高度、时间、季节、地
7、理位置、太阳活动等有关 电离层对载波和测距码的影响,大小相等,符号相反 应对方法 模型改正 单层电离层模型 双频改正 相对定位 对流层延迟 对流层 对流层延迟的干分量与湿分量 相对于GPS信号,与信号的频率无关(非色散) 应对方法 相对定位 模型改正 多路径效应 多路径效应 应对方法 观测地点的选择、接收设备的性能、长时间观测、数据处理方法,5. GPS的误差来源与接收机硬件有关的,一、GPS基础部分,接收机钟差 天线相位中心的偏差与变化 天线的几何中心、平均相位中心 天线相位中心的偏差 天线相位中心的变化 应对方法 天线定向(相对定位) 模型改正 接收机通道间的延迟误差,6. GPS的应用,
8、一、GPS基础部分,1、军事用途 GPS本身就是军事竞赛的产物。精码保密,主要提供给本国和盟国的军事用户使用;粗码提供给本国民用和全世界使用。 2、民用导航 占据了民用领域的绝大部分,一般精度要求不高,5-15米,飞机、轮船、车载定位等领域。 3、测绘 要求精度高,早期主要在石油部门使用,现在已在测绘相关行业中广泛普及,成为一种新的测绘方式。 4、GIS 现在处于起步阶段,随着数字地球、数字中国的进程,必将成为一个庞大的新兴产业。,6. GPS的应用,一、GPS基础部分,军事 测绘 林业 农业 地质 电力 水利 交通 环保 气象 地震 石油 通讯 海洋 城建 科研院所 院校 医疗 消防 国土,
9、GPS的应用是受到人的想象力的限制, GPS无所不在,二、静态测量,静态测量的含义 GPS的精度等级 静态控制网的布设,二、静态测量,这种模式采用两台(或两台以上)GPS接收机,分别安置在一条或数条基线的两端,同步观测4颗以上卫星,每时段根据基线长度和测量等级观测相应的时间。这种模式一般可以达到5mm十1ppm的相对定位精度。,1.静态测量含义,常规静态测量 快速静态测量,静态测量,二、静态测量,2.GPS的精度等级-1,国家测绘局1992年制定的我国第一部全球定位系统(GPS)测量规范将GPS的测量精度分为A、B、C、D、E五级。其中A、B两级一般是国家GPS控制网。我国的国家GPS网就是按
10、照这一精度标准设计的。C、D、E三级是针对局部性GPS网规定的。,GPS网相邻点的平均边长 km,相邻点最小距离可为平均距离的1/3-1/2,最大距离可为平均距离的2一3倍。,二、静态测量,2.GPS的精度等级-2,为了适应生产建设的需要,有关部门制定了全球定位系统城市测量技术规程,按城市或工程GPS网中相邻点的平均距离和精度划分为二、三、四等和一、二级,在布网时可以逐级布网、越级布网或布设同级全面网 。,二、静态测量,2.GPS的精度等级-3,根据公路及桥梁隧道等构造的特点及不同要求,GPS 控制网分为一级二级三级四级共四个等级。,静态控制测量主要工作过程: 第一 测前工作 - 项目的提出、
11、技术设计(网的布设)、资料 整理仪器的检验、踏勘、选点埋石 第二 实施测量 - 实地观测 第三 数据处理 第四 测后工作,二、静态测量,3.静态控制网的布设-1,一、GPS基础部分,3.静态控制网的布设-2,静态测量网的布设方式,1 点连式 2 边连式 混连式 星形网 导线网 环形网,其中:点连式、星形网、导线网附合条件少,精度低;边连式附合条件多,精度高,但工作量大;边点混合连接式和环形网形式灵活,附合条件多,精度较高,是常用的布设方案。,1,2,3,4,5,6,一、GPS基础部分,选点的基本要求,A 周围应便于安置接收设各和操作,视野开阔,视场内障碍物的高 度角不宜超过15; B 远离大功
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