GPS原理和應用復習資料課件

1、Chapter 1 緒 論,一、基本概念 1 衛(wèi)星定位: 通過衛(wèi)星的瞬時位置利用空間距離后方交會的方法確定點位置。 2 衛(wèi)星定位基本觀測量：距離差、距離 （1）距離差定位方式： 雙曲面定位系統(tǒng)（NNSS、TSICADA） （2）距離定位方式： 球面定位系統(tǒng)（GPS、GLONASS、 Galileo、 BDSS） （3）GPS發(fā)展趨勢 GIS/GPS/RS 組成的3S集成系統(tǒng) GPS/INS 組合導航系統(tǒng) GNSS/全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng),1,GPS原理和應用復習資料,二、全球定位系統(tǒng)（GPS,1 功能特點： 三大功能：導航、定位、授時 2 應用范圍： 測量學、導航學及其相關學科領域 3 GPS組成：

2、 （1）GPS衛(wèi)星網(wǎng)及主要功能 21+3顆衛(wèi)星 （2）地面監(jiān)控系統(tǒng)及主要功能 主控站：1個、 注入站：3個、 監(jiān)控站：5個 （3）GPS信號接收機及定位方式,2,GPS原理和應用復習資料,Chapter 2 衛(wèi)星大地測量基礎,一、坐標系統(tǒng) 1 天球坐標系： （1）章動、歲差 （2）三種天球坐標系：瞬時真天球坐標系、瞬時平天球坐標系、協(xié)議天球坐標系 2 地球坐標系： （1）極移 （2）兩種地球坐標系：瞬時地球坐標系、協(xié)議地球坐標系 3 協(xié)議地球坐標系： （1）CTS-84坐標系 （2）WGS-84坐標系,3,GPS原理和應用復習資料,極移運動軌跡,4,GPS原理和應用復習資料,二、衛(wèi)星大地測量中

3、的時間系統(tǒng),1 世界時（UT） 2 原子時（AT） 3 協(xié)調(diào)世界時（UTC） 4 力學時（TD） 5 GPS時間（GPST,5,GPS原理和應用復習資料,三、衛(wèi)星運動,衛(wèi)星運動狀態(tài)：受地球、太陽、月球?qū)πl(wèi)星的引力，太陽光壓、地球潮汐力等影響。 衛(wèi)星受到的作用力： 1 地球質(zhì)心引力（中心力）-無攝運動、無攝軌道 2 攝動力（非中心力）-有攝運動、有攝軌道,6,GPS原理和應用復習資料,Chapter 3 GPS定位系統(tǒng)信號和接收機 的基本工作原理,GPS衛(wèi)星信號采用組合碼調(diào)制技術（偽隨機碼擴頻技術） 組合碼調(diào)制技術：將衛(wèi)星導航電文（基帶信號）經(jīng)偽隨機碼擴頻技術成為組合碼，再對L頻段的載波進行BP

4、SK調(diào)制（正交調(diào)制）。 作 用：提高系統(tǒng)導航定位精度，使系統(tǒng)具有很高的抗電子干擾能力和極強的保密能力。 分為二級調(diào)制:第一級是導航電文調(diào)制到測距隨機碼，第二級是測距碼調(diào)制到載波,7,GPS原理和應用復習資料,組合碼調(diào)制技術,8,GPS原理和應用復習資料,1 C/A碼：粗碼 P碼：精碼 GPS衛(wèi)星信號構成,一、偽隨機碼（PRNC,9,GPS原理和應用復習資料,1 導航電文：組成、格式 2 導航電文內(nèi)容 （1）遙測碼（TLM）；（2）轉(zhuǎn)換碼（HOW）；（3）第一數(shù)據(jù)塊（DATA1）；（4）第二數(shù)據(jù)塊（DATA2）；（5）第三數(shù)據(jù)塊（DATA3,二、導航電文（D碼,10,GPS原理和應用復習資料,三

5、、GPS接收機,1 GPS接收機分類： （1）按通道工作原理分 （2）按用途分 （3）按載波頻率分 （4）按通道數(shù)分 2 基本結構 （1）天線 （2）主機 （3）電源,11,GPS原理和應用復習資料,Chapter 4 GPS定位的基本觀測量 及誤差分析,一、 GPS定位基本原理：= c.t 二、GPS定位觀測量 1 碼偽距：C/A 、P碼 2 載波相位：L1、L2 3 多普勒頻移：D1、D2,12,GPS原理和應用復習資料,三、GPS測量誤差來源,1 與衛(wèi)星有關的誤差： （1）衛(wèi)星鐘差 （2）衛(wèi)星星歷誤差 （3）地球自轉(zhuǎn)影響 （4）相對論效應影響 2 信號傳播誤差： （1）電離層折射影響 （

6、2）對流層折射影響 （3）多路徑效應,13,GPS原理和應用復習資料,3 觀測誤差和接收設備誤差,1）觀測誤差 （2）接收機鐘差 （3）天線相位中心偏差,14,GPS原理和應用復習資料,Chapter 5 GPS定位的基本原理和方法,靜態(tài)定位、動態(tài)定位 絕對定位、相對定位 測距碼定位、載波相位定位,一、測距碼偽距單點定位,1 原理：由衛(wèi)星發(fā)射的測距碼到觀測站的傳播時間（時間延遲）乘以光速所得到的量測距離。 = c.t 2 瞬時絕對定位精度 3 精度因子 DOP：PDOP、VDOP、HDOP、TDOP、GDOP,15,GPS原理和應用復習資料,二、載波相位測量,1 瞬時載波相位差 2 初始歷元整

7、周模糊度 3 瞬時載波相位定位,三、GPS相對定位 1 GPS靜態(tài)相對定位 2 GPS準動態(tài)相對定位 3 GPS動態(tài)相對定位,16,GPS原理和應用復習資料,四、差分觀測值,1 一次差分觀測值SD： （1）星際一次差分觀測值 （2）歷元間一次差分觀測值 （3）站際一次差分觀測值 2 二次差分觀測值DD： （1）站際、星際二次差分觀測值 （2）星際、歷元間二次差分觀測值 （3）站際、歷元間二次差分觀測值 3 三次差分觀測值TD： 星際、站際、歷元間三次差分觀測值,17,GPS原理和應用復習資料,五、GPS基線向量解算,1 基線向量平差解算方法 （1）按單基線解算 （2）聯(lián)合解算 2 基線向量質(zhì)量

8、評定 （1）基線長度中誤差（RMS） （2）雙差模糊度的整數(shù)性（RATIO） （3）同步觀測環(huán)閉合差 （4）異步觀測環(huán)閉合差 （5）重復基線閉合差,18,GPS原理和應用復習資料,六、GPS測量的周跳,1 周跳產(chǎn)生原因 1）由于頂空障礙物阻擋，造成衛(wèi)星信號暫時中斷； 2）由于電離層條件差、多路徑效應和衛(wèi)星高度過低等原因，造成衛(wèi)星信號的信噪比過低； 3）接收機軟件發(fā)生故障，導致錯誤的信號處理。 2 通常處理方法 （1）第一類周跳（數(shù)分鐘）：利用單差觀測值通過高階拉格朗日多項式進行擬合修復 （2）第二類周跳（兩歷元間）：利用單差觀測值擬合或雙差觀測值擬合,3 雙差固定解、雙差浮點解 （1）雙差固定

9、解 （2）雙差浮點解,19,GPS原理和應用復習資料,七、整周模糊度確定方法,1 經(jīng)典靜態(tài)相對定位法： （1）雙差固定解 （2）雙差浮點解 2 快速靜態(tài)解算法： （1）交換接收天線法 （2）P碼雙頻技術法 （3）馬吉爾配適濾波法 （4）搜索法（FARA技術） 3 動態(tài)法（OTF技術,20,GPS原理和應用復習資料,Chapter 6 GPS控制網(wǎng)建立,一、GPS控制網(wǎng)技術設計 GPS網(wǎng)的基準設計：位置基準、方位基準、尺度基準,二、 GPS控制網(wǎng)圖形設計 1 基本網(wǎng)形： （1）三角形網(wǎng) （2）環(huán)形網(wǎng) （3）星形網(wǎng) 2 GPS同步連接方式 （1）點連式（2）邊連式 （3）網(wǎng)連式（4）混合式,21,

10、GPS原理和應用復習資料,三、GPS外業(yè)觀測,1 GPS衛(wèi)星預報 2 GPS觀測要求 3 GPS觀測成果檢驗 4 GPS數(shù)據(jù)處理流程,2 GPS同步觀測 （1）單基線數(shù)： （2）獨立基線數(shù)： （3）同步觀測環(huán)數(shù),22,GPS原理和應用復習資料,Chapter 7 GPS控制網(wǎng)的平差計算,一、參心坐標系 1 參心坐標系建立 （1）參心坐標系 （2）參心空間直角坐標系（X、Y、Z） （3）參心大地坐標系（B、L、H） （4）兩者的關系 2 參心坐標系定位 （1）雙平行定向條件 （2）單點定位 （3）多點定位,23,GPS原理和應用復習資料,二、高斯投影 1 高斯投影 2 高斯正、反算 3 投影分帶

11、 4 投影長度比,三、UTM投影 1 投影條件 2 與GUASS投影的關系,24,GPS原理和應用復習資料,四、國家坐標系,1 WGS-84坐標系 2 國家大地坐標系 （1）P54坐標系 （2） C80坐標系 （3）新P54坐標系,25,GPS原理和應用復習資料,五、不同坐標系的坐標轉(zhuǎn)換模型,1 布爾沙模型（B模型）： 原點不重合、坐標軸不平行、坐標尺度不一致 2 莫洛金斯基模型（M模型） ： 受尺度和旋轉(zhuǎn)影響的是任意點與某一參考點的坐標差 3 武測模型（W模型） ： 受尺度影響的是任意點與某一參考點的坐標差，而受旋轉(zhuǎn) 影響的是任意點的坐標 4 三種模型比較,26,GPS原理和應用復習資料,六

12、、轉(zhuǎn)換參數(shù)求解方法,1 三點法 2 多點法 VTV=min 3 嚴密平差法 VTPV=min,27,GPS原理和應用復習資料,七、GPS網(wǎng)平差,1 三維無約束平差 （1）空間直角坐標 （2）大地坐標 2 三維約束平差 （1）地面數(shù)據(jù) （2）基線向量觀測值 3 二維約束平差 （1）E0、E1、E2橢球 （2）E1橢球變換求二維基線向量 （3）E2橢球變換求二維基線向量,28,GPS原理和應用復習資料,4 地面起算控制點選取原則 5 地面起算控制點兼容性分析,29,GPS原理和應用復習資料,八、GPS水準,1 常用的高程系統(tǒng) （1）大地高系統(tǒng) （2）正高系統(tǒng) （3）正常高系統(tǒng) 2 確定大地水準面的

13、傳統(tǒng)方法 （1）天文大地水準法 （2）天文重力水準法 （3）重力場模型法 （4）司托克斯（G.G.Stokes）重力大地水準面模型法,30,GPS原理和應用復習資料,3 GPS高程擬合方法 （1）二次曲面擬合法： 利用二次曲面逼近小區(qū)域的（似）大地水準面進行擬合。 （2）多重二次曲面擬合法： 利用多重二次曲面逼近任何光滑的數(shù)學曲面或非數(shù)學定義的任意曲面進行擬合。 （3）薄板小撓度變形模型擬合法： 參照力學中數(shù)值計算的加權殘差法，利用自組織原理選取薄板受離散負載時的小撓度變形模型進行擬合。 4 常用的GPS高程擬合方法 （1）二次曲面擬合（n6） （2）平面擬合（n=3） （3）平移擬合（n3,31,GPS原理和應用復習資料,Chapt