衛(wèi)星導航定位的概述與應用

南京理工大學課程論文課程名稱:論文題目:姓名:學號:成績:導航定位技術概論衛(wèi)星導航定位的概述與應用目錄TOC\o"1-5"\h\z弓1言 3衛(wèi)星導航定位的概述 3\o"CurrentDocument"2.1多普勒效應 3\o"CurrentDocument"2.2衛(wèi)星導航系統(tǒng)的組成 4\o"CurrentDocument"2.3衛(wèi)星導航系統(tǒng)的特點 4\o"CurrentDocument"2.4衛(wèi)星導航系統(tǒng)的分類 4\o"CurrentDocument"2.5衛(wèi)星導航定位原理 4\o"CurrentDocument"衛(wèi)星導航定位的應用 5\o"CurrentDocument"3.1前沿的定位技術 5\o"CurrentDocument"3.2導航定位在大型領域方面的應用 5

3.2.1國家大型測繪項目領域 63.2.2資源探測領域 63.2.3大壩、橋梁、高層建筑等變形監(jiān)測領域 63.2.4路線勘測方面 73.2.5交通運輸方面 73.2.6城市綜合服務及農(nóng)業(yè)領域方面 83.2.7電信、網(wǎng)絡以及攝影測量與遙感技術方面3=i3.2.7電信、網(wǎng)絡以及攝影測量與遙感技術方面3=i3.2.8導航定位在管線檢測維護上的應用 9參考文獻： 9衛(wèi)星導航定位的概述與應用引言衛(wèi)星導航定位技術是一門綜合了機電、光學、數(shù)學、力學、控制及計算機等學科的尖端技術，是現(xiàn)代科學技術發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物。導航定位工程也應用于各個領域，有航海、航天、航空領域，特別是軍事領域。衛(wèi)星導航定位的概述2.1多普勒效應多普勒效應是波源和觀察者有相對運動時，觀察者接收到波的頻率與波源發(fā)出的頻率并不相同的現(xiàn)象。1957年10月世界上第一顆人造地球衛(wèi)星上天，當時美國約翰.霍普金斯大學(JohnsHopkinsUniversity)應用物理實驗室的研究人員格爾亦(WillianH.Guier)博士和維森柏克(GeorgeC.Weiffenback)在觀察衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號時發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星距地面觀測站遠近不同，其收發(fā)頻率也不相同。這種現(xiàn)象即“多普勒效應”，無線電收發(fā)頻率差稱為“多普勒頻移”。2.2衛(wèi)星導航系統(tǒng)的組成衛(wèi)星導航系統(tǒng)是在準確已知衛(wèi)星的運行軌道的基礎上，以衛(wèi)星為空間基準點，通過測量站的接收設備，測定測量站至衛(wèi)星的距離或多普勒頻移等觀測量來確定測量站的位置、速度。衛(wèi)星導航系統(tǒng)實際上是以衛(wèi)星作為導航平臺的無線電導航系統(tǒng)。2.3衛(wèi)星導航系統(tǒng)的特點全球、全天候導航：衛(wèi)星導航范圍可以從地面、近地空間延伸到外層空間，衛(wèi)星發(fā)送的無線電信號不受氣象條件和晝夜影響，也不會因地形不同而變化。高精度多功能：衛(wèi)星導航系統(tǒng)除了能為用戶提供全球性、全天候、高精度的導航定位服務以外，還具有其他廣泛的應用。如通訊、授時、氣象預報等。2.4衛(wèi)星導航系統(tǒng)的分類按測量的導航定位參量分：測角系統(tǒng)②測距③測距離差④測距離和系統(tǒng)⑤測速或測距離變化率系統(tǒng)⑥測量多種參量的系統(tǒng)按工作方式可分：有源系統(tǒng)②無源系統(tǒng)2.5衛(wèi)星導航定位原理衛(wèi)星導航定位原理，簡單地來說，是利用幾何與物理的一些基本原理，利用空間分布的衛(wèi)星，以及衛(wèi)星與地面點間距離交會出地面點位置的方法。從幾何上來講，就是進行三維空間定位，得到三個位置面，三個位置面的交點即為用戶位置。前提條件：衛(wèi)星位置已知，把衛(wèi)星看作是動態(tài)已知點，利用已知的衛(wèi)星位置來求得站星距離（測站點與衛(wèi)星之間的距離），利用多個距離測量值進行地面點的定位，要實現(xiàn)同步必須具有統(tǒng)一的時間基準，從解析幾何角度出發(fā)，GPS定位包括確定一個點的三維坐標與實現(xiàn)同步四個未知參數(shù)，因此必須通過測定到至少4顆衛(wèi)星的距離才能定位。距離測量主要采用兩種方法：一是測量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達用戶接收機的傳播時間，即偽據(jù)測量；二是測量具有載波多普勒頻移的GPS衛(wèi)星載波信號與接收機產(chǎn)生的參考載波信號之間的相位差，即載波相位測量。通過4顆或4顆以上的衛(wèi)星同時進行偽距或相位的測量，即可推算出接收機的三維位置。GPS定位根據(jù)測距的原理與方法不同，分為偽距法定位與載波相位測量定位。采用偽距觀測量定位速度最快，而采用載波相位觀測量定位精度最高。對于地面點接收機而言，根據(jù)其運動狀態(tài)可將GPS定位分為靜態(tài)定位和動態(tài)定位，靜態(tài)定位是指將接收機安置在固定不動的待定點上觀測數(shù)分鐘或更長時間，以確定該點的三位坐標，又稱為絕對定位。若將兩臺或更多臺接收機置于不同點上，通過一段時間的觀測確定點間的相對位置關系，稱為相對定位。動態(tài)定位是指至少有一臺接收機處于運動狀態(tài)，確定各觀測時刻運動中的接收機的絕對或相對位置關系。衛(wèi)星導航定位的應用3.1前沿的定位技術精密單點定位技術PPP（PrecisePointPositioning）。即利用預報或事后精密星歷（如IGS預報精密星歷或IGS事后精密星歷），同時利用某種方式得到的精密衛(wèi)星鐘差替代用戶GPS單點定位方程中的衛(wèi)星鐘差參數(shù)，用戶利用單臺雙頻GPS接收機的非差相位和偽距觀測值在數(shù)千萬平方公里甚至全球范圍內(nèi)的任意位置進行分米級實時動態(tài)定位或事后厘米級快速靜態(tài)定位。網(wǎng)絡RTK技術-VRS（VirtualReferenceStation）。就是在一定區(qū)域內(nèi)建立多個（一般為三個或三個以上）基準站，對該地區(qū)構成網(wǎng)狀覆蓋，并以這些基準站中的一個或多個為基準，計算和發(fā)播改正信息，對該地區(qū)內(nèi)的衛(wèi)星定位用戶進行實時改正的定位方式，又稱為多基準站RTK。與常規(guī)（即單基準站）RTK相比；該方法的主要優(yōu)點：覆蓋面廣，定位精度高，可靠性高，可實時提供厘米級定位；網(wǎng)絡RTK系統(tǒng)的結構如下圖所示，包括3個部分：控制中心，固定站和用戶部分。3.2導航定位在大型領域方面的應用正是由于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)具有全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，贏得廣大測繪工作者的信賴，并成功地應用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導航和管制、地殼運動監(jiān)測、工程建設、市政規(guī)劃、海洋開發(fā)、資源勘察、地球動力學等多種學科。目前，導航定位技術已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟建設、國防建設、科學研究和人民生活等方方面面。3.2.1國家大型測繪項目領域我國先后于1992年、1996年建立了由28個點組成的國家A級衛(wèi)星定位控制網(wǎng)和由730個點組成的國家B級衛(wèi)星定位控制網(wǎng)，首次整合和統(tǒng)一平差后形成了2000個國家衛(wèi)星定位大地控制網(wǎng)，并于2004年完成與天文大地網(wǎng)的平差，成為我國現(xiàn)代測繪的基本框架。進入21世紀，可以說GPS定位技術已完全取代了用測角，測距手段建立大地控制網(wǎng)的常規(guī)大地測量方法。我們一般將應用GPS衛(wèi)星定位技術建立的控制網(wǎng)叫做GPS網(wǎng)。與此同時，建成了連續(xù)運行的衛(wèi)星定位觀測站30多個，其中7個納入國際IGS（地理信息系統(tǒng)）網(wǎng)站，國家A級和B級GPS大地控制網(wǎng)的建成，標志著我國具有分米級絕對精度的三維大地控制坐標系統(tǒng)已基本建立，它將成為我國空間技術和空間基礎數(shù)據(jù)、動態(tài)實時定位等技術提供一個精確可靠的參考系。此外，中國國家A級和B級GPS大地控制網(wǎng)中大部分點位，均用水準進行了聯(lián)測，以確定它們的正常高。同時不少網(wǎng)點也和原有的用經(jīng)典方法測定的大地點和沿海的驗潮站等進行了聯(lián)測。所有這些將成為我國地殼運動監(jiān)測，中國局部大地水準面的求定、新老大地網(wǎng)的拼接和轉換，以及全球變化中海平面上升的監(jiān)測提供基礎數(shù)據(jù)，為21世紀前期的中國經(jīng)濟和社會持續(xù)發(fā)展做作出貢獻，從根本上解決了我國使用參考框架的問題。3.2.2資源探測領域在地質(zhì)調(diào)查和找礦工作中，導航定位技術的應用提高了野外地質(zhì)調(diào)查和找礦工作的定位精度和自動化程度。它與GIS、RS（遙感）及計算機等高新技術相結合，為基礎地質(zhì)研究、地質(zhì)找礦提供了地球化學依據(jù)。差分衛(wèi)星導航定位技術已被用于海洋物探定位和海洋石油鉆井平臺定位，為發(fā)現(xiàn)海底儲油構造和實施監(jiān)測平臺的安全可靠性發(fā)揮關鍵性作用。在土地資源調(diào)查中，有關部門成功研制了基于GPS-PDA的被稱為“調(diào)查之星”的土地資源信息采集與處理技術系統(tǒng)，土地資源調(diào)查工作實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。3.2.3大壩、橋梁、高層建筑等變形監(jiān)測領域在三峽工程等大壩變形檢測中，衛(wèi)星導航定位監(jiān)測精度達到了毫米級。在滑坡檢測時，衛(wèi)星導航定位測量比常規(guī)的外觀測量在精度、監(jiān)測速度、時效性、效益等方面都有明顯的優(yōu)勢，滑坡變形監(jiān)測方法很多，但大體上可分為兩種類型。一種是采用特殊變形觀測專用儀器，如應變儀，傾斜儀，流體靜力水準儀等，直接測定斜坡的地應力變化、斜坡傾斜以及垂直位移；另一種就是采用精密大地測量方法測定坡體的水平與垂直位移，應用GPS定位技術檢測滑坡變形，屬于精密大地測量方法，與常規(guī)大地測量方法相比，GPS定位技術用于監(jiān)測滑坡體水平和垂直位移不僅可以達到和常規(guī)大地測量相媲美的精度，還有更利于直接分析滑坡體的位移情況，更準確地分析滑坡體的空間唯一規(guī)律，更節(jié)省了人力物力，又可保證觀測精度的均勻可靠。在監(jiān)測和控制地面沉降方面也得到了廣泛應用，上海市由于在世界上率先建立了包括衛(wèi)星定位系統(tǒng)在內(nèi)的健全的地面沉降監(jiān)測網(wǎng)絡，監(jiān)測和控制地面沉降工作取得了舉世矚目的成績。上海GPS地面沉降監(jiān)測網(wǎng)分多級布設，GPS固定站由白鶴、外高橋、地質(zhì)大廈與崇明島等四點組成，基準網(wǎng)由34個網(wǎng)點組成，平均邊長24KM，作為監(jiān)測上海市地面沉降的基本框架。監(jiān)測網(wǎng)附和在基準網(wǎng)上，布點密度根據(jù)對外環(huán)線內(nèi)、外的不同分辨率要求，適當進行加密。網(wǎng)中國家GPSA級網(wǎng)點SHAO、小閘基巖標、白鶴與外高橋，可構成監(jiān)測網(wǎng)的參考基準。3.2.4路線勘測方面線路勘測是鐵路、交通、輸電、通信等工程建設中重要的工作。以往大多采用傳統(tǒng)的控制測量、工程測量方法進行控制網(wǎng)建立及施測，由于該類測量控制網(wǎng)大多以狹長形式布設，并且周圍已知控制點很少，使得傳統(tǒng)測量方法在網(wǎng)形布設、誤差控制等多方面帶來很大問題。同時傳統(tǒng)方法作業(yè)時間也比較長，直接影響了工程建設的正常進展。目前，GPS技術已廣泛應用于線路控制測量和路線放樣，它具有常規(guī)測量技術不可比擬的技術優(yōu)勢：速度快、精度高、不必要求點間通視。在線路初測時一般應采用靜態(tài)GPS定位技術建立首級控制已建立，以建立RTK作業(yè)的基準站網(wǎng)絡，然后再進行道路定測。目前的RTK技術產(chǎn)品一般都具有坐標放樣、直線及圓曲線測設等功能，因此能夠進行定線工作。首先應在室內(nèi)根據(jù)設計數(shù)據(jù)計算出各待定點的坐標，包括整樁、曲線主點、橋位等加樁，然后將這些數(shù)據(jù)送到手持機中，有了坐標以后在實測前還應作坐標轉換參觀的計算，以便把GPS測量結果轉換到工程采用的坐標系統(tǒng)。有了轉換參數(shù)便可在野外進行測設工作。3.2.5交通運輸方面衛(wèi)星導航定位等相關集成技術已能夠營建智能交通系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)并得到廣泛應用。衛(wèi)星導航定位技術已普遍應用于公安、銀行、醫(yī)療、消防等部門的緊急救援或報警，部分用于汽車、船舶的導航、監(jiān)控，廣泛應用于物流配送中心，并在車載導航方面取得重大發(fā)展。在不同的航路段以及不同的應用場合，對導航系統(tǒng)的精度、完備性、可用性、服務連續(xù)性的要求不盡相同，但都要求保證飛機飛行安全和有效利用空域。目前我國自己制造的遠洋船舶不斷增加，世界各國的船舶也大量駛入，因此，這些船舶進出港口的導航安全就十分重要，特別是在航道狹窄和能見度很低的氣象條件下，更顯得重要。所以，在當今港口建設中，建立查分GPS導航和引航系統(tǒng)是十分重要的。在20世紀90年代興起的智能運輸系統(tǒng)，正日益受到人們的關注，并已逐步應用到交通、測繪、導航、公安等眾多領域。美國ROCKWELL公司正將GPS納入到交通電子產(chǎn)品中。該公司還利用GPS開發(fā)了PLO200SL車載通信系統(tǒng)，F(xiàn)LEETMASTER自動車輛定位系統(tǒng)(AVLS)。采用FLEETMASTER自動車輛定位系統(tǒng)裝備的車輛能獲得道路信息、路況信息與獲得實時交通控制。北美、日本和歐洲是智能交通管理發(fā)展較早、較快的地區(qū)，開發(fā)了相應的汽車自動定位導航系統(tǒng)，有自動系統(tǒng)、顧問導航系統(tǒng)、庫存系統(tǒng)、車隊管理系統(tǒng)、便攜式系統(tǒng)。3.2.6城市綜合服務及農(nóng)業(yè)領域方面北京、上海、深圳、成都、昆明、天津等城市的衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)和香港特別行政區(qū)衛(wèi)星定位參考網(wǎng)已先后建成，可分別滿足城市規(guī)劃、城市建設、城市管理、災害監(jiān)測、科學研究等多方面的需求。電力、有線電視、城市地下管道已采用衛(wèi)星導航技術布設線路。隨著GPS技術的出現(xiàn)，GPS技術在土地資源調(diào)查中也獲得了廣泛的應用。如目前根據(jù)土地資源調(diào)查的目的與精度要求，經(jīng)常將RTK測量技術應用于土地資源調(diào)查。此時只要在基準站上安置一臺GPS接收機，流動站僅需一人背著儀器在待測的碎步點上停留1~2s并同時輸入特征編碼，通過電子手簿，PDA或便攜機記錄，在點位精度合乎要求的情況下，則可將某一個區(qū)域內(nèi)的地形地物點位通過專業(yè)繪圖軟件繪制成地圖形。在土地資源調(diào)查精度要求不太高時，也可采用手持GPS接收機直接進行。3.2.7電信、網(wǎng)絡以及攝影測量與遙感技術方面移動通信、電腦、衛(wèi)星導航技術結合的各類移動信息終端日益普及，為位置信息相關服務(LBS)方面的應用提供了巨大的發(fā)展平臺。其中的應用產(chǎn)品把導航從車載向個人終端邁進。攝影測量與遙感中的定位問題，通常可采取兩種不同的途徑實現(xiàn)。一種是通過各種直接測量的方法求定攝影機和傳感器的空間位置和姿態(tài)，并由此測量出相片上任意一點的坐標；另一種是借助若干已知空間坐標的地面控制點在