gps技术原理

GPS理论培训,GPS技术概要与RTK的应用,一、GPS技术概要二、GPS技术发展三、GPS测地应用 四、RTK技术的应用五、GPS的局限性,GPS 是英文Global positioning system的首字母缩写词 它是美国国防部 1974 年前后开发的一个军用卫星导航系统，提供: 全球覆盖能力 每天 24 小时服务 成本低廉的最终用户设备 确保军方安全 10-20 m 导航点位精度 0.1 m/s 速度测定精度 1995 年 6 月投入全面运转,一、GPS技术概要,一、GPS技术概要,GPS系统的组成1、空间部分 2、地面控制部分 3、用户部分,空间部分,用户部分,地面控制部分,一、GPS技术概要,宣称由 24 颗卫星组成 目前有 27 颗卫星处于工作状态 分布在 6 个轨道平面上 轨道平面的倾角为55 ° 轨道矢径大约为 26.600 km 轨道曲线的形状几乎为圆形 轨道周期为 12 小时 每天提前 4 分钟可以看到相同的星座分布 提前量 4 分/天, 2 小时/月, 24 小时/年 卫星的设计寿命为 7.5 年,一、GPS技术概要,1.1 GPS技术使测地工作发生重大变革 采数手段的变革电子式（GPS接收机.）光机电式（全站仪）光机式（经纬仪.）机械式（钢尺.）,一、GPS技术概要,1.1 GPS技术使测地工作发生重大变革 作业方式的变革手工式操作（观测、记录、计算）自动 化程度高,一、GPS技术概要,1.1 GPS技术使测地工作发生重大变革 对环境的适应力强全天侯作业（昼、夜、阴、晴、雨、雾、雪） 全空域（全球、地面、水上、空间）只要求对空可见，无须横向通视,一、GPS技术概要,1.1 GPS技术使测地工作发生重大变革 高精度、高速度、实时性、适用性亚毫米级精度大坝形变观测，. 动态采数测量车载、船载、机载. 实时定位施工放样. 适用性广泛控制测量、碎部测量、.,一、GPS技术概要,1.2 时间同步是GPS的核心概念,空间距离后方交会, GPS定位的基本原理是,1= dx12+dy12+dz12,1,2= dx22+dy22+dz22,3= dx32+dy32+dz32,2,3,一、GPS技术概要,1.2 时间同步是GPS的核心概念, GPS测量是以精密测时 来实现精密测距, = t c,载波相位测距方式,码相位测距方式,一、GPS技术概要,1.2 时间同步是GPS的核心概念, 时间同步是 GPS定位测量的先决条件,单点定位至少同步三颗卫星,相对定位至少同步四颗卫星,二、GPS技术发展趋势,2.1 国际多极化政治促使多星座系统的出现 GPS系统美国为军事目的而研制的全球定位系统，正在运转。 GLONASS系统前苏联研制的全球定位系统，在轨卫星尚未到位。 Galileo系统欧盟正在筹建的卫星导航系统。 GNSS系统国际民航组织拟建的系统。 我国在建的同步双星定位系统。,二、GPS技术发展趋势,2.2 多星座系统综合应用是全球定位发展的趋势 多星座系统将提供多种信号资源。 可用卫星增多，提高了定位的精度、可靠性、可用性。,二、GPS技术发展趋势,2.3 SA/AS政策促进广域差分系统的发展 SA政策降低C/A码定位精度，限制民用。 AS政策对P码的进一步加密。 差分GPS抵御SA政策而提出的措施。使单点定位提高到米级/亚米级精度。 广域差分GPS令米级/亚米级单点定位精度的应用领域拓展到全球范围。,二、GPS技术发展趋势,2.4 美国GPS政策的调整 已于2000.5.1宣布撤消SA政策。 将在L2频道上加载C/A码，削减电离层影响。 将增设L5频道，播送广域差分信息。 保持在轨卫星至少26颗。 提出应用模块与开放系统的接收机标准化、通用化产品概念。,三、GPS测地应用,3.1 GPS应用在不断拓宽, 大地控制测量静态作业模式, 地壳形变监测连接跟踪观测, 建(构)筑物变形观测连续跟踪观测, 工程控制测量静态、快速静态, 水下地形测量差分（DGPS）技术, 地形碎部测量RTK技术, 工程施工放样RTK技术, GIS数据采集动态模式、RTK技术、DGPS,三、GPS测地应用,3.2 GPS应用中的若干问题, GPS观测条件观测参数、环境条件, GPS同步观测的成果是基线向量X、Y、Z, 基线质量与可靠性固定解、闭合差检核, 已知点的配置约束平差，使用精度, 高程拟合方法；已知点的分布、数量、精度, GPS网的质量基线质量、多余量及分布, 自由网平差保持GPS观测的原本精度,4.1 RTK精度、效率、实时性的结合 静态模式高精度、效率低、不实时 快速静态中高精度、效率有提高、不实时 后处理动态中精度、中效率、不实时 实时动态RTK中精度、效率高、实时性好,四、 RTK技术的应用,4.2 RTK技术要点 引入数据链电台实时性 采用 OTF 算法提高效率 使用电子手簿提供介面 配套手簿软件增强能力,四、 RTK技术的应用,4.3 RTK的作业原理,GPS主机,发射电台,电台发射天线,基准站,GPS天线,GPS天线,电台接收天线,电子手簿,接收电台,GPS主机,流动站,四、 RTK技术的应用,五、GPS的局限性,1、期望值与环境条件 GPS定位技术的兴起引发测地技术的重大变革 GPS接收机是测地采数工具（仪器） 测量精度取决于设备状况、环境条件、操作技术 电离层、多路径效应是 GPS 测量的天灾 SA / AS 政策的启用是 GPS 定位的人祸 不能期望GPS测量完美无缺 GPS应用重视技术观念与技术措施,五、GPS的局限性,2、电离层与太阳黑子 双频观测可消减电离层延迟的 95 %以上 太阳黑子活动使电离层电子密度倍增，严重影响测距精度 1999 2001是太阳黑子活动周期年，对GPS 测量产生不定期影响 太阳黑子活动期，通信受阻; 静态可能产生 0.1- 0.3m的误差; RTK不能有效初始化。,五、GPS的局限性,3、多路径效应 GPS 电磁波经地面物体反射 水域、建筑物有强反射作用 对GPS相对定位影响达分米级 硬件措施有扼流圈天线、抑径盘 软件措施有边缘相关技术、窄相关技术 选好点位，减少多路径影响,五、GPS的局限性,4、遮挡条件 接收来自天空卫星的信号，要求对空通视 而常规测量则要求横向通视 越接近天顶方向的卫星信号质量越好 高大建筑物、山体、树干是GPS信号的硬遮挡，无法穿透 能否收到足够的卫星是GPS定位的原理要求 GPS在城区与密林区的应用有一定局限性,谢 谢！,