GPS基本原理和使用方法.ppt

3S技术集成 之GPS原理和使用方法 全球定位系统（Global Positioning System,简称 GPS） GPS系统基本构成 GPS定位原理 • GPS定位的基本原理是空间后方交会， 以GPS卫星与用户接收机天线之间的空间 距离为基本观测量，根据已知的卫星瞬时 坐标来确定用户接收机所在的点位，即待 定点的三维坐标（x，y，z）GPS定位分为 伪距测量和载波相位测量两种GPS定位方法 • 1静态定位和动态定位 • 2绝对定位和相对定位 • 3差分定位 1静态定位和动态定位 •所谓静态定位，就是在进行GPS定位时，认为接收机的天线在整个观 测过程中的位置是保持不变的也就是说，在数据处理时，将接收机 天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量在测量中，静态定 位一般用于高精度的测量定位，其具体观测模式多台接收机在不同的 测站上进行静止同步观测，时间由几分钟、几小时甚至数十小时不等 •所谓动态定位，就是在进行GPS定位时，认为接收机的天线在整个观 测过程中的位置是变化的也就是说，在数据处理时，将接收机天线 的位置作为一个随时间的改变而改变的量动态定位是待定点相对于 周围固定点显著运动（相对于地球运动）的GPS定位方法，以车辆、舰船、飞机和航天器为载体，实时测定GPS信号接收机的瞬间位置。

绝对定位和相对定位 •绝对定位又称为单点定位，这是一种采用一台接收机进行定位的模式 ，它所确定的是接收机天线的绝对坐标其优点是作业方式简单，可 以单机作业绝对定位一般用于导航和精度要求不高的情况但由于 受卫星星历误差、大气延迟误差等影响，定位精度较低，一般为 25m~30m单点定位一般用于船舶、飞机、勘探、海洋作业等方面 •相对定位又称为差分定位，这种定位模式采用两台或两台以上的接收 机，同步跟踪相同的卫星信号，以确定接收机天线间的相对位置（三 维坐标或基线向量）的方法由于各台接收机同步观测相同卫星，这 样卫星钟的钟误差、卫星星历误差、大气延迟误差几乎相同，解算各 测点坐标时可有效消除或大幅度削弱，从而有较高的定位精度相对 定位一般采用载波相位测量，相对精度可达（5mm），一般在大地测量、精密工程测量等领域有广泛的应用 差分定位 • 差分定位是在已知三维坐标的基准站上设置GPS接收机， 求出观测值的校正值，并将校正值通过无线电通讯实时发 送给各待测点上，对其接收机的观测值进行修正来提高实 时定位精度的一种方法它采用的是单点定位模型，但同 时需要多台接受机，在基准站和流动站之间进行同步观测 ，利用误差的相关性来提高定位精度。

所以差分定位同时 具有单点定位和相对定位特性的定位模式 • GPS动态差分实时定位系统由三部分组成:(1)基准站：在 已知三维坐标的测站点上安置GPS接收机，接收卫星定位 信息，并实时提供差分修正信息;(2)流动站：GPS接收机 随待测点流动，接收卫星定位信息，并实时接收基准站输 来的修正信息进行实时定位;(3)无线电通讯链：将基准站 差分修正信息传输到流动站GPS定位误差 • 1与卫星有关的误差 :包括卫星星历误差和卫星钟误差卫星星历 误差将导致卫星位置误差其误差是由于系统的地面监控部分所给出 的卫星轨道预报值误差引起卫星钟差是真卫星系统时与卫星上的时 钟维持的钟面时之差此两者均属于系统误差，可采用数学模型改正 方法削弱或消除 • 与GPS卫星信号传播有关的误差:包括有电离层延迟、对流层延迟和信号多路径误差 • 与GPS卫星信号接收机有关的误差:包括接收机观测误差、接收机钟误差和接收机天线相位中心误差 GPS技术的应用 •GPS全球卫星定位系统是一种全天候、高精度的连续定位系统，且定 位精度高、仪器操作简便及方法灵活多样等特点，GPS精密定位技术 已经广泛地渗透到了经济建设和科学技术的许多领域。

尤其是对经典 大地测量学的各个方面产生了极其深刻的影响它在大地测量学及其 相关学科领域，如地球动力学、海洋大地测量学、天文学、地球物理 勘察、资源勘察、航空与卫星遥感、工程变形测量、运动目标的测速 以及精密时间传递等方面的应用，充分显示了这一卫星定位技术的高 精密和高 •近年来，GPS精密定位技术在我国已得到蓬勃发展在我国，大地测 量、精密工程测量、地壳运动测、资源勘察和城市控制网的改善等方 面的应用及其所取得的成功经验，进一步展示了GPS精密定位技术的 显著优越性和巨大潜力 •随着3S（GPS、地理信息系统GIS、遥感技术RS）的集成，在国民经济 、军事、科研等众多领域的应用将产生巨大的社会效益和经济效益手持GPS (eTrex summit)功能简介 • eTrex summit是美国Garmin公司生 产的手持GPS系列之一，它体积小 、重量轻、功能强、携带方便，在 资源调查、矿产勘探、环境调查、 林业、交通、测量及导航方面具有 广泛的应用eTrex summit按键示意图 导航性能 • 航点：500个可命名及定义图标字符的航点 • 航迹：10条可自动生成的航迹 • 航线：1条包含50个航点的航线 • 旅行提示器：当前速度、平均速度、最大速 度、日出/日落时间、航程、航程时间、高度接收性能 • 接收机：并行12通道，共同跟踪切换，适 时修改当前位置 • 定位时间：热启动15秒、冷启动45秒、自 动定位<1.5分钟 • 数据更新率：1次/秒，连续更新 • 定位精度：<10M RMS 1-3M（差分定位） RMS • 动态性能：速度999节，加速度60M/S • 速度精度：0.1节RMS电源 • 电源：2节1.5伏AA电池 • 电池寿命：16小时（标准模式），22小时 （省电模式） • 功耗：0.35W • 锂电：内置锂电可用10年物理性能 • 尺寸：11.2×5.1×3.0 CM • 重量：150G（含电池） • 显示：LCD显示屏（5.4*2.7CM） • 温度：-15゜C～+70゜C • 辅助功能：通过接口与计算机交换数据， 进行存储、编辑等工作；选配天线、电源 数据线后可扩展领域，方便使用。

主要应用领域 • 林业 遥感 地质 矿产 城市建设 测量 石油 海洋 电力 旅游 铁路 公路 大地测绘 水力 国防 气象 农业 科学考察 环境保护……使用方法 • （1）开机 • “电源键”是GPS开机、关机的按钮使用时，将GPS正面 朝上置于水平状态，按住“电源键”1秒钟后，进入开机状态 ，接收卫星信号如果选择“一般表示”，则出现如下图的 画面；如果选择“详细表示”，则出现如下图的画面在卫 星状态画页，有上中下三个区域，分别显示ＧＰＳ接收机 的状态、搜索卫星情况及卫星信号强度 • 在上方的区域中，显示当前ＧＰＳ接收机的状态，包括自 动定位、获取卫星、三维导航、二维导航、信号低等信息 ，在显示三维导航或二维导航时，还显示当前的估计误差 在中间区域中，显示当前搜索GPS的情况，当某条信号 线为灰色时，表示正在追踪该卫星信号，当信号线为黑色 时，表示已经锁定该卫星在下方的区域中，显示当前Ｇ ＰＳ卫星信号的强度 eTrex summit按键示意图 正在搜索卫星信号……罗盘校正• 开机后，eTrex summit 必须进行罗盘校正才能够 正确地显示方向，首次使用或更换电池后，都需 要重新进行校正。

• 通过“翻页键”找到“菜单”界面在“菜单”选项中有“ 校准”子菜单项通过“向下键”选中该子菜单项， 按“输入键”进入“校准过程”界面，如图所示在该 界面中可以通过“向上键”、“向下键”选择“罗盘”或“ 高度计”菜单项，并按“输入键”进入“校准罗盘”界 面按“输入键”确认校准开始根据要求缓慢转 动GPS两周， “校准进程条”上会提示转速“正好” 、“太快”或“太慢”，如图所示 罗盘校准过程……存点与查点 • 通过“翻页键”进入“菜单”页面，选择“存点”菜单项，按“输 入键”进入“存点”页面，如图所示 • 在该页面中，包括该点的点号、高程和经纬度三项内容 按“输入键”确认存点每存贮一个航点，存点的点号会自 动累加你也可以把光标移到点号上，按“输入键”编辑输 入自定义的点号如果要取消存点可按“翻页键”返回上一 层 • 要查看其他点号信息，在“菜单”页面中选择“航点”子菜单 项,按“输入键”进入查询航点页面，如图所示如果你的点 位编号为数字（其他编号类型的操作方法一致），通过“ 向上键”或“向下键”选择“0—9”子菜单项，按“输入键”，这 时显示已存点的点位编号供你查询 存点和航点界面……导航功能• 在航点信息页面中，使用“上、下键”选择“ 去”子菜单项，按“输入键”即可进入“导航”面 页，如图所示。

• 在导航页面中，显示目的地的方位、距离 、速度及时间等信息如果用户到达目的 地，系统会出现提示：“到达目的地”正在导航……GPS坐标单位设置• GPS卫星星历是以美国WGS84坐标系为基础建立 的，而我国目前应用的地形图属于北京54坐标系 或西安80坐标系WGS84坐标系是以度、分、秒 （Hdddmmss.s）或度、分、分（ Hdddmm.mmm）为标准的坐标格式，而我国北 京54坐标系或西安80坐标系投影类型是高斯投影, 是以公里网格的形式表示的，并且由于不同坐标 系之间存在平移和旋转关系，如果想要美国GPS 显示北京54坐标系或西安80坐标系的坐标格式， 必须进行单位设置，包括位置格式和地图基准的 设置位置格式设置• a.按“翻页键”至主菜单画页，按上移或下移光标键 ，将光标移至“设置”处，按“输入键”进入单位设置 画面 • b.按上移或下移光标键，将光标移至“位置 距离” 处，按“输入键”进入“位置 距离”单位画面 • c. “位置格式”为坐标的显示格式，默认的格式为 经纬度，可以选择“度分秒” (hddd°mm′ss.s″)、“度 分” (hddd°mm.mmm′)或“度”(hddd.ddddd°)格式。

如果您需要使用“北京54”坐标，这一项要选择 “User Grid”，按“输入键”进入User UTM Grid画页 位置格式设置定位所在地位置格式设置……• 在User UTM Grid画页中，“LONGITUDE ORIGIN”项为当地所在的三度带或六度带的 中央子午线经度（例如在桂林市为E 111 ）SCALE”为投影比例，输入数字应为 “1.0000000”；“FALSE E”为东西偏差，输 入数字应为“500000.00”；“FALSE N” 为南 北偏差，输入数字应为“0.0” 地图基准设置 • 在“位置 距离”单位画面中，“地图基准”为 坐标的参考坐标系统，默认的坐标系统为 “WGS84” 如果您需要使用“北京54”坐标 ，这一项要选择“User”，按“输入键”进入 WGS84-Local画页在该页面中，有五个 参数需要输入，分别为DX，DY，DZ，DA ，DF，这五个参数值随所处地区不同而变 化，需要进行专门的计算才能获得根据 计算和实际验证，在桂林地区可以使用以 下参数：地图基准参数输入界面……桂林地区 地图基准参数DX=16DY=-95DZ=-55DA=-108DF=0.0000005手持GPS( eTrex summit)数据下载• 存储在GPS里的数据可用其附带的下载软 件-Mapsource下载，Mapsource是eTrex 系列手持式GPS数据的专用下载软件。

Mapsource中存储有世界各地的矢量化基 础地理地图，在任何一处采集的GPS点位 数据都可以通过下载，在相应的地图窗口 中显示出来，同时可以从地图中获取点位 信息 GPS数据下载方法 • 打开GPS，在功能菜单页面的“设置”选项中选择“ 接口”，在“输入/输出”格式中选择“GARMIN”，这 种格式用来与计算机交换航点、航线、航迹等信 息把GPS数据线与计算机的数据接口相连接后 ，打开Mapsource应用程序首先检测GPS是否 与计。