宾得励精GPS产品部产品培训

1原理部分GPS培训教材励精科技（上海）有限公司GPS产品部2概论1为什么要了解GPS？2历史和背景3系统的组成4GPS卫星5地面控制站6用户设备7系统现状8GPS定位原理9GPS测量10小结第一部分31为什么要向您推荐GPSGPS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4（1）GPS测量速度比传统方法有极为显著的提高（2）无论作大面积控制和局部测量都是理想的工具（3）从价格上说，她具有更强的市场竞争能力（4）任何条件下都有充分把握提供足够的精度所有这一切优越性宾得GPS测量系统都得到了显著证实！GPS测量与经典测量方法的对比：1为什么要向您推荐GPS52历史和背景GPS是美国军方研制的第二代卫星导航系统（1）全球通用（2）24小时可以定位，测速和授时（3）用户设备成本低廉（4）确保美国军事安全，服务于全球战略（5）导航精度可达10—20m（6）取代现存各种导航系统这种设备可以用来武装战车，舰船和飞机，提高其作战能力，并可广泛用于地面部队。其作用在海湾战争中已得到相当充分的显示。62历史和背景系统特征NNSSGPS载波频率GHz0.15,0.401.23,1.58卫星高度km100020200卫星数5-621+3卫星周期min1:4711:58卫星钟稳定度10-1110-13GPS与NNSS的主要特征7系统特征GLONASSGPS载波频率GHz1.61,1.251.23,1.58卫星高度km1910020200卫星数21+321+3卫星周期h11:1511:58卫星钟稳定度10-1110-13GPS与GLONASSS的主要特征2历史和背景8技术背景（信号组成）：C/A码L1P码和Y码L2防电子欺骗技术（AS）选择性服务政策（SA）*SA技术已经于2000年5月取消2历史和背景93GPS系统的组成全球定位系统（GPS）由三个主要部分组成空间部分：提供星历和时间信息发射伪距和载表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：接收并测卫星信号记录处理数据提供导航定位信息1024颗卫星（21+3）6个轨道平面55º轨道倾角2万km轨道高度（地面高度）12小时（恒星时）轨道周期5个多小时出现在地平线以上（每颗星）4GPS卫星现在在轨道实际运行的卫星个数超过32个115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（Ascencion)迭哥•伽西亚(DiegoGarcia)卡瓦加兰(kwajalein)五个监测站=1个主控站+3个注入站+夏威夷（Hawaii)55HawaiiAscencionDiegoGarciakwajaleinColoradosprings126用户设备－1通用接收机（定位型）：导航型接收机一般情况下无数据输出的记录存储设备（手持机）天线前置放大器电源部分射电部分微处理器数据存器显示控制器供电信号信息命令数据供电，控制供电数据控制138GPS定位原理（1）卫星信号结构基准频率10.23MHZL11575.42MHZC/A码1.023MHZP•码10.23MHZL21227.60MHZP•码10.23MHZ1015412050比特/S卫星信息电文（D码）每颗卫星都发射一系列无线电信号（基准频率ƒ）两种载波（L1和L2）两种码信号（C/A码和P码）一组导航电文（信息码，D码）14GPS定位的各种常用的观测量8GPS定位原理-2L1载波相位观测值L2载波相位观测值调制在L1上的C/A-code伪距调制在L2上的P-code伪距Dopple观测值15对卫星进行测距8GPS定位原理－3接收机对跟踪的每一颗卫星进行测距地心SiPijPjriRjRj=ri+Pij有关各观测量及已知数据如下：r—为已知的卫地矢量P—为观测量（伪距）R—为未知的测站点位矢量16------距离观测值的计算8GPS定位原理接收机至卫星的距离借助于卫星发射的码信号量测并计算得到的接收机本身按同一公式复制码信号比较本机码信号及到达的码信号确定传播延迟的时间t传播延迟时间乘以光速就是距离观测值=C•ttt178GPS定位原理－－单点定位结果的获取•单点定位解可以理解为一个后方交会问题•卫星充当轨道上运动的控制点，观测值为测站至卫星的伪距（由时延值推算得到）•由于接收机时钟与卫星钟存在同步误差•所以要同步观测4颗卫星，解算四个未知参数：纬度,经度,高程h,钟差t18－－GPS定位的误差源8GPS定位原理与GPS卫星有关的因素SA技术人为的降低广播星历精度（ε技术）卫星星历误差卫星钟差卫星信号发射天线相位中心偏差与传播途径有关的因素电离层延迟对流层延迟多路径效应与接收机有关的因素接收机钟差接收机天线相位中心误差接收机软件和硬件造成的误差199GPS测量－－采用载波相位观测值发自卫星的电磁波信号：•信号量测精度优于波长的1/100•载波波长（L1=19cm,L2=24cm)比C/A码波长(C/A=293m)短得多•所以，GPS测量采用载波相位观测值可以获得比伪距（C/A码或P码）定位高得多的成果精度L1载波L2载波C/A码P-码p=29.3mL2=24cmL1=19cmC/A=293m209GPS测量•可以消去卫星钟的系统偏差•可以消去接收机时钟的误差PikPljPijPjPlkPkSlSi•可以消去轨道（星历）误差的影响•可以削弱大气折射对观测值的影响－－组成星际站际两次差分观测值219GPS测量－－设法解算出初始整周未知数•测站对某一卫星的载波相位观测值由三部分组成（1）初始整周未知数n；（2）t0至ti时刻的整周记数Ci；（3）相位尾数i•如果信号没有失锁，则每一个观测值包含同一个初始整周未知数n•为了利用载波相位进行定位，必须设法先解算出初始整周未知数，取得总观测值n+Ci+iTime(0)AmbiguityTime(i)AmbiguityCountedCyclesPhaseMeasurement229GPS测量－－弄清楚初始整周未知数的确定与定位精度的关系精度m1.000.100.01整周未知数确定后整周未知数确定前经典静态定位00308058时间（分）•如果无法准确解出初始整周未知数，则定位精度难以优于±1m•随着初始整周未知数解算精度的提高，定位精度也相应提高•一旦初始整周未知数精确获得，定位精度不再随时间延长而提高•经典静态定位需要30-80分钟观测才能求定初始整周未知数快速静态定位将这个过程缩短到5-8分钟(双频接收机)快速静态定位23伪距差分这是应用最广的一种差分。在基准站上，观测所有卫星，根据基准站已知坐标和各卫星的坐标，求出每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离。再与测得的伪距比较，得出伪距改正数，将其传输至用户接收机，提高定位精度。这种差分，能得到米级定位精度，如沿海广泛使用的“信标差分”24载波相位差分载波相位差分技术又称RTK（RealTimeKinematic）技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。即是将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。载波相位差分可使定位精度达到厘米级。大量应用于动态需要高精度位置的领域。25谢谢大家！26GPS用户培训教材GPS测量常用坐标介绍271.WGS-84WGS-84坐标是GPS所采用的坐标系统，GPS发布的星历参数是基于此坐标系的WGS-84的椭球参数：a=6378137m1/f=298.257223563282.北京-54北京-54坐标是目前我国使用比较广泛的大地测量坐标系，参考椭球是克拉索夫斯基椭球。其高程是以1956年黄海平均海水面为基准。北京-54的椭球参数：a=6378245m1/f=298.3293.CHINA-80CHINA-80坐标是目前我国新建的大地测量坐标系，其高程是以1956年黄海平均海水面为基准。CHINA-80的椭球参数：a=6378140m1/f=298.25730GPS用户培训教材－－GPS静态定位在测量中的应用31GPS静态定位主要用于建立各级控制网其优点如下：定位精度高，其基线的相对精度非常高选点灵活、不需要造标、费用低全天候作业观测时间短观测处理自动化GPS静态定位的主要应用领域：32在15º截止高度角以上不存在障碍物周围没有反射面，不致引起多路径效应安全避开过往行人和车辆，尽可能将接收机设置在毋须人员照看的地方附近不应该有强辐射源（如无线电台、电视发射天线等）可靠的电源供应足够的内存容量正确的配置参数(观测类型、记录速率)检查天线高和偏差仪器的正确检测GPS测量前应该考虑的问题：33布网方法：GPS网的精度指标，通常以网中相邻点之间的距离误差来表示的，其具体形式如下：=±a2+(b·d)2—距离中误差（mm）a—固定误差(mm)b—比例误差系数(ppm)d—相邻点的距离（Km）充分考虑建立GPS控制网的应用范围采用分级布网的原则GPS测量的精度标准34国家测绘局制订的我国“GPS测量规范”将GPS的精度分为A—E五级（见下表）。其中A、B两级一般是国家GPS控制网。C、D、E三级是针对局部性GPS网规定的。35表一GPS测量精度分级36表二GPS测量精度分级37表三GPS网中相邻点间距离38坐标系统与起算数据包括位置基准、方位基准和尺度基准。GPS点的高程应使一定数量的GPS点与水准点重合或对部分GPS点联测水准。选点原则与点位标志39设计的一般原则：应通过独立观测边构成闭合图形，以增加检核条件，提高网的可靠性。应尽量与原有地面控制网相重合，重合点一般不少于3个，且分布均匀。应考虑与水准点相重合，或在网中布设一定密度的水准联测点。点应设在视野开阔和容易到达的地方，联测方向。可在网点附近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。根据GPS测量的不同用途，GPS网的独立观测边均应构成一定的几何图形，基本形式有：三角形网环形网星形网40三角形网优点：图形几何结构强，具有良好的自检能力，经平差后网中相邻点间基线向量的精度均匀。缺点：观测工作量大。只有在网的精度和可靠性要求比较高时，才单独采用这种图形。41环形网优点：观测工作量较小，且具有较好的自检性和可靠性。缺点：非直接观测基线边（或间接边）精度较直接观测边低，相邻点间的基线精度分布不均匀。是大地测量和精密工程测量中普遍采用的图形。通常采用上述两种图形的混合图形。42星形网优点：观测中只需要两台GPS接收机，作业简单。缺点：几何图形简单，检验和发现粗差能力差。广泛用于工程测量、边界测量、地籍测量和碎部测量等。43GPS用户培训教材RTK野外实测操作44对这项工程进行仔细的全面规划设计考虑作业过程中应设点的数量以及所需的精度考虑联测已有的控制点考虑将结果转换成地方坐标考虑最佳的观测路线和计算路线对于高精度的测量，应将路线布设得尽可能的短使用临时参考站考虑独立检核的需要:在不同的观测时段中在一个点上设站两次闭合环在点间观测独立基线考虑使用两个参考站在良好的观测窗口下观测考虑可在夜间观测较长的路线全面规划设计45参考站周围没有反射面，不致引起多路径效应在15º截止高度角以上不存在障碍物安全避开过往行人和车辆，尽可能将接收机设置在毋须人员照看的地方附近不应该有强辐射源（如无线电台、电视发射天线等）可靠的电源供应足够的内存容量正确的配置参数(观测类型、记录速率)检查天线高和偏差46流动站在15º截止高度角以上不存在障碍物障碍物应不遮挡信号周围没有反射面，不致引起多路径效应附近不应该有强辐射源可靠的电源供应足够的内存容量正确的配置参数(观测类型、记录速率)检查天线高和偏差在良好的窗口下观测观察GDOP=8使用准动态指示器作为指南填写外业手簿47经验提示认真检查基座的整平和