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GPS卫星定位技术*GPS卫星定位技术1GPS卫星定位技术GPS卫星定位技术*GPS卫星定位技术2目录一、卫星定位技术概况 二、GPS定位的基本方法 三、GPS测量设计与实施 四、RINEX格式讲解 五、GPS基线解算 六、GPS控制网平差 七、GPS数据处理软件操作 八、GPS定位的新应用 九、GPS测量规范解析GPS卫星定位技术*GPS卫星定位技术3一、卫星定位技术概况n全球定位系统 ØGPS - 美国 ØGLONASS - 俄罗斯 ØGALILEO - 欧盟 ØCOMPASS - 中国n区域导航系统 ØWAAS – 美国 ØEGNOS – 欧盟 ØGAGAN – 印度 ØQZSS – 日本GNSSGPS卫星定位技术GPS§ GPS卫星星座（http://www.gps.gov/） § 设计星座(21+3) § 21颗正式工作卫星 § 3颗活动备用信息 § 6个轨道面 § 平均轨道高度20200km § 轨道倾角55 § 周期11h 58min § 信号 (CDMA) § L1: 1575.42MHz § L2: 1227.60MHz § L5: 1176.45MHz § 坐标系 § WGS-84 § 当前健康卫星数 § 30颗*GPS卫星定位技术4GPS卫星定位技术§ GPS卫星类型§ 实验卫星 § BLOCK I (1978-1985)§ 正式卫星 § BLOCK II (1989-1990) § BLOCK IIA (1990-1997) § BLOCK IIR (1997-2004) § BLOCK IIR-M (2005-2009) § BLOCK IIF (2010- )§ 未来计划 § BLOCK IIIA (2014)*GPS卫星定位技术5GPS卫星定位技术GLONASS§ GLONASS卫星星座(http://www.glonass-center.ru/en/) § 设计星座 § 24颗 § 3个轨道面 § 平均轨道高度19100km § 轨道倾角64.8 § 周期11h 15min 44s § 信号 (FDMA) § L1=1602+k·0.5625MHz § L2=1246+k·0.4375MHz § L3=1202.025MHz § 坐标系 § PZ 90  PZ 90.02 § 当前星座情况 § 23颗健康卫星*GPS卫星定位技术6GPS卫星定位技术§ GLONASS卫星§ 第一代卫星 § Uragan/GLONASS § FDMA § 1982年第一次发射 § 第二代卫星 § Uragan-M/GLONASS-M) § FDMA § 2001第一次发射 § 第三代卫星 § Uragan-K/GLONASS-K § CDMA+FDMA § 即将于2010年12月25日发射*GPS卫星定位技术7GPS卫星定位技术§ GLONASS卫星数量*GPS卫星定位技术8GPS卫星定位技术§ 地面控制部分--均在俄罗斯境内*GPS卫星定位技术9GPS卫星定位技术GALILEO§ Galileo卫星星座(http://www.esa.int/esaNA/galileo.html) § 设计星座 (27+3) § 27颗正式工作卫星 § 3颗活动备用信息 § 3个轨道面 § 平均轨道高度23222km § 轨道倾角56 § 信号 (CDMA) § E1=1575.42MHz § E6=1278.75MHz § E5=1191.795MHz § E5a=1176.450MHz § E5b=1207.14MHz § 坐标系 § GTRF § 当前星座情况 § 2颗实验卫星 GLOVE-A/B*GPS卫星定位技术10GPS卫星定位技术COMPASS§ COMPASS北斗卫星星座( § 设计星座 (27+5+3) § 27颗 MEO § 5颗 GEO § 3颗 IGSO § 3个轨道面 § 平均轨道高度 § MEO 27878km § GEO/IGSO 42164km § 轨道倾角 § MEO & IGSO 55 § 信号 (CDMA) § B1=1575.42MHz § B2=1191.795MHz § B3=1268.52MHz § 坐标系 § 国家2000坐标系 § 当前星座情况 § 4颗 GEO，1颗 MEO，3颗 IGSO*GPS卫星定位技术11GPS卫星定位技术§ 北斗卫星星座发展 § 第一阶段-实验阶段 2000年以来，成功发射3颗GEO卫星，建成北斗 卫星导航试验系统。

系统能够提供基本的定 位、授时和短报文通信服务§2000年10月31日 140E §2000年12月21日 80E §2003年5月25日 110.5E*GPS卫星定位技术12GPS卫星定位技术§ 第二阶段-区域服务 ü 2012年 实现亚太地区的区域定位 ü 5颗地球静止轨道卫星 ü 3颗地球同步倾斜轨道卫星 ü 4颗中轨道卫星*GPS卫星定位技术13GPS卫星定位技术§ 第三阶段-全球服务 ü2020年前覆盖全球 ü5颗地球静止轨道卫星 ü3颗地球同步倾斜轨道卫星 ü24+3颗中轨道卫星*GPS卫星定位技术14GPS卫星定位技术CORS系统建设与大地水准面精化§ GPS连续运行参考站系统是在一定的区域内以 一定的间隔建设若干永久性连续运行的GPS卫 星定位跟踪站 § 通过数据通信网络，向各类需要测量定位、 导航、定时用户提供卫星跟踪数据，以满足 各类不同行业、不同用户对精密定位、快速 和实时定位、导航、时间同步的要求GPS卫星定位技术15●国家基准站网 ●区域基准站网 ●专业应用站网 *GPS卫星定位技术16市话网市话网市话网市话网市话网市 电 信 局监控分析中心卫星定位信号 发射台FM电台基准站1基准站2基准站3基准站4基准站5 进入移动电 话系统用户用户全向天线定向天线 ModemGPS卫星定位技术*GNSS最新进展及其在工程测量中的应用17http://igscb.jpl.nasa.gov/network/complete.htmlGPS卫星定位技术*GPS卫星定位技术18GPS卫星定位技术*GPS卫星定位技术19武汉市CORSGPS卫星定位技术*GPS卫星定位技术20GPS卫星定位技术*GPS卫星定位技术21GPS卫星定位技术*GPS卫星定位技术22项目项目内内 容容系统性能系统性能/ /技术指标技术指标服务范围导航各类导航、地理信息采集、更新定位陆（海）测量定位、施工放样和变形监测等系统精度导航水平≤ 1m垂直≤ 3m定位 水平≤ 2cm 垂直≤ 3cm可用性导航95.0% (365天内) (未顾及公网可用性)； 95.0% ( 1天内)定位95.0% (365天内)；95.0% ( 1天内)完好性报警时间＜ 6秒误报概率＜ 0.3%兼容性采用国际标准原始数据格式（RINEX）和实时差分改正数据（RTCM），与 各类GNSS接收机和后处理软件兼容。

GPS卫星定位技术*GPS卫星定位技术23GPS卫星定位技术*GPS卫星定位技术24§气象仪主机、电台、稳压电源§GPS主机、交换机、光纤盒、光 电转换器§UPS主机和UPS电池柜GPS卫星定位技术大地高、正高和正常高*GPS卫星定位技术25GPS卫星定位技术*GPS卫星定位技术26卫星 重力地形 数据地面 重力精密 GPS精密 水准重力似大地水准面离散GPS水准测量 似大地水准面融合精密似大地水准面（国家高程基准）似大地水准面的实现为利用GPS快速确定正常高提供了保障*GPS卫星定位技术27GPS卫星定位技术二、GPS定位的基本方法1. GPS信号及其误差源2. GPS单点定位技术3. GPS相对定位技术4. GPS差分定位技术5. GPS RTK定位*GPS卫星定位技术28GPS卫星定位技术1、GPS信号及其误差源*GPS卫星定位技术29Block II/IIA/IIR Dual Frequency Semi- codeless P(Y)(Block IIR-M) Dual Frequency L1 C/A&L2CBlock IIF Three Frequency L1 C/A, L2C,&L5Block III L1C, L2C, L5, &L1 C/A CodeGPS卫星定位技术*GPS卫星定位技术30GPS卫星定位技术GPS测量误差源§ 与卫星有关的误差 § 卫星轨道误差 § 卫星钟差 § 相对论效应 § 与传播途径有关的误差 § 电离层延迟 § 对流层延迟 § 多路径效应 § 与接收设备有关的误差 § 接收机天线相位中心的偏移和变化 § 接收机钟差 § 接收机内部噪声*GPS卫星定位技术31GPS卫星定位技术§ 卫星星历（轨道）误差§广播星历: 20～30m 精密星历:  1cm§应对方法§精密定轨§差分定位*GPS卫星定位技术32GPS卫星定位技术§ 电离层延迟 § 模型改正 § Klobuchar § 实测网络模型 § 双频改正 § 利用双频观测值直接计算出延迟改正或组成无电 离层延迟的组合观测量 § 差分方法 § 对流层延迟 § 模型改正：Hopfield, Saastamoinen, Black § 差分方法*GPS卫星定位技术33GPS卫星定位技术§ 多路径效应 § 选择测站位置 § 采用扼流圈天线§ 钟差 § 待求参数 § 差分*GPS卫星定位技术34GPS卫星定位技术消除或消弱各种误差影响的方法(1)模型改正法§ 原理：利用模型计算出误差影响的大小，直 接对观测值进行修正 § 适用情况：对误差的特性、机制及产生原因 有较深刻了解，能建立理论或经验公式 § 所针对的误差源 §相对论效应 §电离层延迟 §对流层延迟 §卫星钟差*GPS卫星定位技术35GPS卫星定位技术(2)求差法§ 原理：通过观测值间一定方式的相互求差， 消去或消弱求差观测值中所包含的相同或相 似的误差影响 § 适用情况：误差具有较强的空间、时间或其 它类型的相关性(短距离)。

§ 所针对的误差源 §电离层延迟 §对流层延迟 §卫星轨道误差 §钟差*GPS卫星定位技术36GPS卫星定位技术(3)参数法§ 原理：采用参数估计的方法，将系统 性偏差求定出来 § 适用情况：对流层湿延迟，模糊度…*GPS卫星定位技术37GPS卫星定位技术2、GPS单点定位技术单点定位(绝对定位)是单独利用一台接收机确定 待定点在地固坐标系中绝对位置的方法 § 定位结果－与所用星历同属一坐标系的绝对坐 标 § 采用广播星历时属WGS-84 § 采用IGS – International GPS Service精密星历时为 ITRF – International Terrestrial Reference Frames § 特点 § 优点：一台接收机单独定位，观测简单，可瞬时定 位 § 缺点：精度主要受系统性偏差的影响，定位精度低*GPS卫星定位技术38GPS卫星定位技术*GPS卫星定位技术39单点定位有4个待 定参数，因而至 少需要同时观测4 颗以上的卫星， 才能同时确定出 所有的待定参数 GPS卫星定位技术*GPS卫星定位技术40§ 伪距单点定位： 是GPS全球定位系统的基本定位方法 ，通过测量信号从卫星到接收机的传播时间，得到卫 星与接收机之间的伪离，然后根据4颗以上卫星的距离 来解算接收机天线所在的位置坐标。

定位模型如下： § 观测方程§ 线性化误差方程GPS卫星定位技术*41法方程及其求解GPS卫星定位技术*42§ 精度评价与DOP值将地心坐标转换为站心坐标（地平坐标：E,N,U） --转换矩阵RGPS卫星定位技术*武汉大学,测绘学院,郭际明 (jmguo@)43对角线元素是确定各分量的精度因子， 其平方根记为DOP(Delusion Of Precision)，常用的DOP有： HDOP, VDOP, PDOP, TDOP, GDOPGPS卫星定位技术*武汉大学,测绘学院,郭。