第5章GPS介绍.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,一、GPS概述,（一）,GPS,及其背景,它的全称是卫星授时测距导航系统,/,全球定位系统,（,NAVSTAR/GPS,；,Navigation System timing And Ranging/Global Positioning System,）,GPS,是美国军方研制的第二代卫星导航系统,(1),全球通用，,24,小时可以定位，测速和授时,(2),确保美国军事安全，服务于全球战略,(3),导航精度可达,1020m,(4)1994,年,3,月,28,日建成，取代其它导航,系统,G,P,S,用,于,军,事,飞行高度,9,840,英尺/3,000米,系统特征,NNSS,GPS,载波频率GHz,0.15,0.40,1.23,1.58,卫星高度km,1070,20200,卫星数,6,21+3,卫星周期h,1:47,11:58,卫星钟稳定度,10,-11,10,-12,GPS与NNSS的主要特征比较,注：NNSS是美国于1964年建成的海军导航系统,系统特征,GLONASS,GPS,载波频率GHz,1.61,1.25,1.23,1.58,卫星高度km,19100,20200,卫星数,21+3,21+3,卫星周期h,11:15,11:58,卫星钟稳定度,10,-11,10,-12,GPS与GLONASS的主要特征比较,注：GLONASS是俄罗斯于1996年建成的全球定位系统,（二）GPS的特点,全球性，全天候，高精度，保密性,GPS,测量与经典测量方法的对比,：,不需要相互通视,观测作业不受天气条件的影响,网的质量与点位的分布情况无关,能达到大地测量所需要的精度水平,白天和夜间均可作业,经济效益显著,GPS用于大地测量,（三）GPS 的系统组成,空间部分,24颗GPS卫星组成,用户部分,GPS接收机,地面监控部分,1个主控站,5个监控站,3个注入站,注入站,监控站,主控站,注入站,空间星座部分：,提供星历和时间,信息,发射伪距和载波,信号,提供其它辅助信,息,地面控制部分：,中心控制系统,实现时间同步,跟踪卫星进行定轨,用户部分：,接收卫星信号,记录处理数据,提供导航定位信息,GPS 空间星座部分,24颗卫星(21+3),6个轨道平面,55轨道倾角,20200,km,轨道高度(地面高度),11小时58分(恒星时)轨道周期,5个多小时出现在地平线以上(每颗星),在全球各处能观测到高度角15的卫星 4 颗以上,GPS卫星,（,目前轨道上实际运行的卫星个数已经超过了32颗,）,GPS 卫星在轨道上的分布,GPS卫星的基本功能：,1、接受和存储有地面监控站发来的导航信息，接受并执行监控站的控制命令；,2、借助于卫星上设有的微处理机进行必要的数据处理工作；,3、通过星载的高精度铯原子钟和铷原子钟提供精密的时间标准；,4、向用户发送定位信息；,5、在地面监控站的指令下，通过推进器调整卫星的姿态和启用备用卫星。,GPS 地面监控部分,控 制 部 分,1 个 主 控 站,3 个 注入站,5 个 监 控 站,对于导航定位来说，GPS卫星是一动态的已知点，卫星的位置是依据卫星发射的星历（描述卫星运动及其轨道的参数）。每颗卫星的广播星历是由地面监控系统提供的。卫星上各种设备是否正常工作，以及能否一直沿着预定的轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制，另地面监控站还可以保持各卫星处于同一时间标准,GSP地面控制站,一个主控站,：,科罗拉多,斯必灵司,三个注入站：,阿松森,(A,scencion)大西洋,迭哥,伽西亚,(Diego Garcia),印度洋,卡瓦加兰,(,kwajalein,),太平洋,五个监测站,=,1,个,在,主控站,+3,个,在,注入站,+,夏威夷,(H,awaii),55,H,awaii,A,scencion,Diego Garcia,kwajalei,n,Colorado springs,GPS 用户部分,1.GPS接收机的功能,跟踪、接收、放大、处理卫星信号，测量出信号从卫星到天线的传播时间。,解译导航电文，实时解算测站三维位置。,2.GPS接收机的类型,3.GPS接收机的发展,1981年GPS接收机问世,测地型已从第一代发展到第三代,目前还在飞速发展,。,（2）按信号频率分：,单频（L1）,双频（L1和L2）,（1）按用途分：,导航型,授时型,测地型,GPS天线,部分,将微弱的卫星电磁波信号转变为电信号,并放大,GPS主机,部分,1.变频器,2.信号通道,3.微处理器,4.存储器,5.显示器,GPS电源,部分,（四）GPS的功能,导航,海空导航、车辆引行、导弹制导等,测速,其精度可达0.1m/s,测时与授时,其精度可达340ns（1纳秒=10,-9,秒）,定位,三、GPS卫星定位原理,GPS,定位的基本原理是：,利用三个以上卫星的已知空间位置，用空间距离交会法，求得地面待定点（接收机）的位置，这就是,GPS,卫星定位的基本原理但考虑到各种误差的影响，为了达到定位精度要求，至少需要同步观测,4,颗以上的卫,星。,卫星是高速运行的动态已知点，卫星的实时位置是由导航电文解算的，只要实时测量出测站（接受机天线中心）至卫星间的距离，就可以进行测站点的定位。公式如下,：,式中（x,J,，y,J,，z,J,）为三个卫星某时刻的位置（j=1,2,3）；,(x,P,，y,P,，z,P,)为测站点P点坐标；,(,1,，,2,，,3,)为卫星到接收机天线的,距离,依定位时的状态,动态定位,静态定位,依定位模式,绝对定位（单点定位）,相对定位,差分定位,依定位采用的观测值,伪距测量（伪距定位）,载波相位测量,依时效,实时定位,事后定位,（二）GPS测量定位的分类,四、GPS测量的实施,GPS测量实施的工作程序：方案技术设计、选点与建立标志、外业观测、成果检核与处理等阶段。,（一）、选点,由于GPS测量观测站之间无需相互通视，而且网的图形结构也比较灵活，所以选点工作远较经典控制测量的选点工作简便。但由于点位的选择对于保证观测工作的顺利进行和可靠地保证测量成果精度具有重要意义，所以，在选点工作开始之前，应充分收集和了解有关测区的地理情况以及原有测量标志点的分布及保持情况，以便确定适宜的观测站位置。选点工作通常应遵守的原则是：,1、观测站(即接收天线安置点)应远离大功率的无线电发射台和高压输电线，以避免其周围磁场对GPS卫星信号的干扰。接收机天线与其距离一般不得小于200m；,2、观测站附近不应有大面积的水域或对电磁波反射(或吸收)强烈的物体，以减弱多路径效应的影响；,3、观测站应设在易于安置接收设备的地方，且视野开阔。在视场内周围障碍物的高度角，一般应小于1015，以减弱对流层折射的影响；,4、观测站应选在交通方便的地方，并且便于用其它测量手段联测和扩展；,5、对于基线较长的GPS网，还应考虑观测站附近具有良好的通讯设施(电话与电报、邮电)和电力供应，以供观测站之间的联络和设备用电；,6、点位选定后(包括方位点)，均应按规定绘制点位注记，其主要内容应包括点位及点位略图，点位的交通情况以及选点情况等。,二、埋设标志,GPS网点一般应埋设具有中心标志的标石，以精确标志点位，点的标石和标志必须稳定坚固，以利于长久的保存和利用，在岩石地区也可直接在岩石上嵌入金属标志。在点位标石埋设结束后，应提交一下资料：,点之记；GPS网的选点网图；土地占用批准文件和测量标志委托保管书；选点和埋石工作技术总结。,三、观测,（一）观测依据的主要技术指标,（二）外业观测是指利用GPS接收机采集来自GPS卫星的电磁波信号，其作业过程大致可分为天线安置、接收机操作和观测记录。外业观测应严格按照技术设计时所拟定的观测计划进行实施，只有这样，才能协调好外业观测的进程，提高工作效率，保证测量成果的精度。为了顺利地完成观测任务，在外业观测之前，还必须对所选定的接收设备进行严格的检验。,四、数据处理,数据处理主要借助相应的GPS数据处理软件，各种软件的操作不同，但数据处理的主要步骤大致为:,（1）GPS数据的预处理，分析和评价观测数据的质量；数据预处理的目的是对数据进行平滑滤波检验，剔除粗差,（2）基线解算；是一个复杂的平差过程,（3）网平差；,（4）输出成果;将数据处理中生成的文件、资料和成果表一并输出。,小 结,1,、,GPS,的定位原理,2,、,GPS,的组成部分（空间部分、地面监控部分、用户设备部分）,3,、,GPS,接收机的组成,部分,