GPS衛(wèi)星定位技術(shù)運(yùn)用課件

GPS衛(wèi)星定位技術(shù)運(yùn)用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)原理GPS衛(wèi)星定位基本原理:衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時(shí)間信息，用戶接收到這些信息后，經(jīng)過計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置，三維方向以及運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間信息。實(shí)際上是將衛(wèi)星作為動(dòng)態(tài)空間已知點(diǎn)，利用距離交會(huì)的原理確定接收機(jī)的三維位置。GPS衛(wèi)星定位常見的測量值GPS定位的各種常用的觀測量:1)L1載波相位觀測值2)L2載波相位觀測值3)調(diào)制在L1上的C/A-code偽距4)調(diào)制在L2上的P-code偽距5)Dopple觀測值GPS衛(wèi)星定位優(yōu)勢分析1、定位精度高應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)證明，GPS相對定位精度在50KM以內(nèi)可達(dá)10-6，100-500KM可達(dá)10-7，1000KM可達(dá)10-9。在300-1500m工程精密定位中，1小時(shí)以上觀測的解其平面其平面位置誤差小于1mm，與ME-5000電磁波測距儀測定得邊長比較，其邊長較差最大為0.5mm,較差中誤差為0.3mm。2、觀測時(shí)間短隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前，20KM以內(nèi)相對靜態(tài)定位，僅需15-20分鐘；快速靜態(tài)相對定位測量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距在15KM以內(nèi)時(shí)，流動(dòng)站觀測時(shí)間只需1-2分鐘，然后可隨時(shí)定位，每站觀測只需幾秒鐘。3、測站間無須通視GPS測量不要求測站之間互相通視，只需測站上空開闊即可，因此可節(jié)省大量的造標(biāo)費(fèi)用。由于無需點(diǎn)間通視，點(diǎn)位位置可根據(jù)需要，可稀可密，使選點(diǎn)工作甚為靈活，也可省去經(jīng)典大地網(wǎng)中的傳算點(diǎn)、過渡點(diǎn)的測量工作。GPS衛(wèi)星定位優(yōu)勢分析4、可提供三維坐標(biāo)經(jīng)典大地測量將平面與高程采用不同方法分別施測。GPS可同時(shí)精確測定測站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。目前GPS水準(zhǔn)可滿足四等水準(zhǔn)測量的精度。5、操作簡便隨著GPS接收機(jī)不斷改進(jìn)，自動(dòng)化程度越來越高，有的已達(dá)“傻瓜化”的程度；接收機(jī)的體積越來越小，重量越來越輕，極大地減輕測量工作者的工作緊張程度和勞動(dòng)強(qiáng)度。使野外工作變得輕松愉快。6、全天候作業(yè)目前GPS觀測可在一天24小時(shí)內(nèi)的任何時(shí)間進(jìn)行,不受陰天黑夜、起霧刮風(fēng)、下雨下雪等氣候的影響。GPS衛(wèi)星定位優(yōu)勢分析7、功能多、應(yīng)用廣GPS系統(tǒng)不僅可用于測量、導(dǎo)航，還可用于測速、測時(shí)。測速的精度可達(dá)0.1M/S，測時(shí)的精度可達(dá)幾十毫微秒。其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。GPS系統(tǒng)的應(yīng)用前景當(dāng)初，設(shè)計(jì)GPS系統(tǒng)的主要目的是用于導(dǎo)航，收集情報(bào)等軍事目的。但是，后來的應(yīng)用開發(fā)表明，GPS系統(tǒng)不僅能夠達(dá)到上述目的，而且用GPS衛(wèi)星發(fā)來的導(dǎo)航定位信號(hào)能夠進(jìn)行厘米級(jí)甚至毫米級(jí)精度的靜態(tài)相對定位，米級(jí)至亞米級(jí)精度的動(dòng)態(tài)定位，亞米級(jí)至厘米級(jí)精度的速度測量和毫微秒級(jí)精度的時(shí)間測量。因此，GPS系統(tǒng)展現(xiàn)了極其廣闊的應(yīng)用前景。GPS衛(wèi)星定位運(yùn)用前景分析3、多元化空間資源環(huán)境的出現(xiàn)目前，GPS，GLONASS，INMARSAT等系統(tǒng)都具備了導(dǎo)航定位功能，形成了多元化的空間資源環(huán)境。這一多元化的空間資源環(huán)境，促使國際民間形成了一個(gè)共同的策略，即一方面對現(xiàn)有系統(tǒng)充分利用，一方面積極籌建民間GNSS系統(tǒng)，待到2010年前后，GNSS純民間系統(tǒng)建成，全球?qū)⑿纬蒅PS/GLONASS/GNSS三足鼎立之勢，才能從根本上擺脫對單一系統(tǒng)的依賴，形成國際共有、國際共享的安全資源環(huán)境。世界才可進(jìn)入將衛(wèi)星導(dǎo)航作為單一導(dǎo)航手段的最高應(yīng)用境界。國際民間的這一策略，反過來有影響和迫使美國對其GPS使用政策作出更開放的調(diào)整?？傊?，由于多元化空間資源環(huán)境的確立，給GPS的發(fā)展應(yīng)用創(chuàng)造了一個(gè)前所未有的良好的國際環(huán)境。4、發(fā)展GPS產(chǎn)業(yè)今后GPS將像目前汽車、無線電通信等一樣形成產(chǎn)業(yè)化。美國已將廣域增強(qiáng)系統(tǒng)WAAS（即將廣域差分系統(tǒng)中的發(fā)送修正數(shù)據(jù)鏈轉(zhuǎn)為地球同步衛(wèi)星發(fā)送，使地球同步衛(wèi)星也具有C/A碼功能，形成廣域GPS增強(qiáng)系統(tǒng)）計(jì)劃發(fā)展成國際標(biāo)準(zhǔn)。我國目前也有一些單位生產(chǎn)車載GPS系統(tǒng)。為發(fā)展我國的GPS產(chǎn)業(yè)，武漢已經(jīng)成立中國GPS工程中心。GPS衛(wèi)星定位運(yùn)用廣泛GPS的應(yīng)用將進(jìn)入人們的日常生活最近幾年，越來越多普通消費(fèi)者買得起的GPS接收器出現(xiàn)了。隨著技術(shù)的進(jìn)步，這些設(shè)備的功能越來越完善，幾乎每月都有新的功能出現(xiàn)，但價(jià)格在下跌，尺寸也越來越小了。兩三年前GPS設(shè)備還像藝術(shù)品一樣令人望而卻步，而現(xiàn)在消費(fèi)者終于可以擁有一款夢想已久的GPS接收器了，還帶有以前做夢也想不到的很多先進(jìn)的功能。消費(fèi)類GPS手持機(jī)的價(jià)格從幾百元到幾千元不等，它們基本上都有12個(gè)并行通道和數(shù)據(jù)功能。有些甚至能與便攜電腦相連，可以上傳/下載GPS信息，并且使用精確到街道級(jí)的地圖軟件，可以在PC的屏幕上實(shí)時(shí)跟蹤你的位置或自動(dòng)導(dǎo)航。GPS信號(hào)接收機(jī)在人們生活中的應(yīng)用，是一個(gè)難以用數(shù)字預(yù)測的廣闊天地，手表式的GPS接收機(jī)，將成為旅游者的忠實(shí)導(dǎo)游。盡管目前大多數(shù)人還不知道什麼是GPS，但有人預(yù)言，GPS將改變我們的生活方式。今后，所有運(yùn)載器，都將依賴于GPS。GPS就象移動(dòng)電話、傳真機(jī)、計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)對我們生活的影響一樣，人們?nèi)粘Ｉ顚㈦x不開它。GPS衛(wèi)星定位在我國的運(yùn)用新中國成立后，我國的航天科技事業(yè)在自立更生、艱苦創(chuàng)業(yè)的征途上，逐步建立和發(fā)展，躋身于世界先進(jìn)水平的行列，成為世界空間強(qiáng)國之一。從1970年4月把第一顆人造衛(wèi)星送入軌道以來，我國已成功地發(fā)射了三十多顆不同類型的人造衛(wèi)星，為空間大地測量工作的開展創(chuàng)造了有利條件。70年代后期，有關(guān)單位在從事多年理論研究的同時(shí)，引進(jìn)并試制成功了各種人造衛(wèi)星觀測儀器。其中有人衛(wèi)攝影儀、衛(wèi)星激光測距儀和多普勒接收機(jī)。根據(jù)多年的觀測實(shí)踐，完成了全國天文大地網(wǎng)的整體平差，建立了1980年國家大地坐標(biāo)系，進(jìn)行了南海群島的聯(lián)測。80年代初，我國一些院校和科研單位已開始研究GPS技術(shù)。十多年來，我國的測繪工作者在GPS定位基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用開發(fā)方面作了大量工作。80年代中期，我國引進(jìn)GPS接收機(jī)，并應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。同時(shí)著手研究建立我國自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。至今十多年來，據(jù)有關(guān)人士估計(jì)，目前我國的GPS接收機(jī)擁有量約在4萬臺(tái)左右，其中測量類約500-700臺(tái)，航空類約幾百臺(tái)，航海類約3萬多臺(tái)，車載類數(shù)千臺(tái)。而且以每年2萬臺(tái)的速度增加。足以說明GPS技術(shù)在我國各行業(yè)中應(yīng)用的廣泛性。GPS衛(wèi)星定位在工程測量中的運(yùn)用在工程測量方面，應(yīng)用GPS靜態(tài)相對定位技術(shù)，布設(shè)精密工程控制網(wǎng)，用于城市和礦區(qū)油田地面沉降監(jiān)測、大壩變形監(jiān)測、高層建筑變形監(jiān)測、隧道貫通測量等精密工程。加密測圖控制點(diǎn)，應(yīng)用GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)(簡稱RTK)測繪各種比例尺地形圖和用于施工放樣。在航空攝影測量方面，我國測繪工作者也應(yīng)用GPS技術(shù)進(jìn)行航測外業(yè)控制測量、航攝飛行導(dǎo)航、機(jī)載GPS航測等航測成圖的各個(gè)階段。GPS衛(wèi)星定位在地球動(dòng)力學(xué)方面的運(yùn)用在地球動(dòng)力學(xué)方面，GPS技術(shù)用于全球板塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測和區(qū)域板塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測。我國已開始用GPS技術(shù)監(jiān)測南極洲板塊運(yùn)動(dòng)、青藏高原地殼運(yùn)動(dòng)、四川鮮水河地殼斷裂運(yùn)動(dòng)，建立了中國地殼形變觀測網(wǎng)、三峽庫區(qū)形變觀測網(wǎng)、首都圈GPS形變監(jiān)測網(wǎng)等。GPS技術(shù)已經(jīng)用于海洋測量、水下地形測繪。GPS衛(wèi)星定位在其他領(lǐng)域的運(yùn)用此外，在軍事部門、交通部門、郵電部門，地礦、煤礦、石油、建筑以及農(nóng)業(yè)、氣象、土地管理、金融、公安等部門和行業(yè)，在航空航天、測時(shí)授時(shí)、物理探礦、姿態(tài)測定等領(lǐng)域，也都開展了GPS技術(shù)的研究和應(yīng)用。在靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位應(yīng)用技術(shù)及定位誤差方面作了深入的研究，研制開發(fā)了GPS靜態(tài)定位和高動(dòng)態(tài)高精度定位軟件以及精密定軌軟件。在理論研究與應(yīng)用開發(fā)的同時(shí)，培養(yǎng)和造就了一大批技術(shù)人才和產(chǎn)業(yè)隊(duì)伍。美國的SA和AS政策GPS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位精度很高，美國在1992年起實(shí)行了所謂的SA技術(shù)，即降低廣播星歷中衛(wèi)星位置的精度，降低星鐘改正數(shù)的精度，對衛(wèi)星基準(zhǔn)頻率加上高頻的抖動(dòng)（使偽距和相位的量測精度降低），后又實(shí)行了AS政策，即將P碼改變?yōu)閅碼，即對精密偽距測量進(jìn)一步限制，而美國軍方和特許用戶不受這些政策的影響。2000年5月1日，白宮宣布從午夜開始中止對GPS公眾服務(wù)信號(hào)降低精度（SA政策）的措施。民用GPS精度將會(huì)提高10倍以上。針