RTK原理及应用PPT精品文档

1、1,GPS定位原理及其在测量中的应用现状,2,目录,一.概述 二. GPS系统介绍 三.GPS原理 四. GPS在测量中的应用,3,1.近、现代的常规（地面）定位方法,采用的仪器设备 尺：铟钢尺 光学仪器：经纬仪，水准仪 激光和红外仪器：测距仪 综合多种技术的仪器：全站仪 无线电、微波仪器：Loran-C，雷达 观测方法 角度或方向观测 距离观测 距离差观测,一.概述,4,2. 常规（地面）定位方法的局限性,观测点之间需要保证通视 需要事先布设大量的地面控制点/地面站 无法同时精确确定点的三维坐标 难以确定地心坐标 平面、高程控制网破坏严重、很多点位难以寻找观测受气候、环境条件限制 控制网存在

2、误差积累、精度不高 控制网点位分布不均匀 平面点多在山顶并远离测区 平面与高程控制分离、没有统一的控制系统,一.概述,5,一.概述,3.GPS 技术的广泛应用,全球定位系统( Global Positioning System GPS) 是全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星 导航与定位系统。 在通信行业 ，交通、运输部门，地理信息系统 ，电子商务领域，电脑制造商、通信设备商 均有长足的应用 被誉为即通讯、互联网之后的第三个信息技术增长点,6,GPS优点：测站间无需通视 数学模型简单，且能同时确定点的三维坐标 易于实现全天候观测 在长距离上仍能获得高精度的定位结果 目前GPS应用现状： 绝

3、大部分的控制测量用GPS实现 RTK测量技术全面普及 高智能亚米级手持GPS应用展开 前景： 高精度、智能化、小巧化、网络化,4.GPS定位技术的优点和应用,一.概述,7,什么是全球定位系统 全球定位系统 GPS 的英文全称是 NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Position System（导航星测时与测距全球定位系统），简称 GPS 有时也被称作NAVSTAR GPS。根据Wooden 1985年所给出的定义：NAVSTAR全球定位系统（GPS）是一个空基全天侯导航系统，它由美国国防部开发，用以满足军方在地面或近地空间内获取在一个

4、通用参照系中的位置、速度和时间信息的要求,GPS定位系统的概述,二.GPS系统介绍,8,1. GPS的产生、发展及前景,二.GPS系统介绍,1957年10月，前苏联成功发射第一颗人造地球卫星。 美国约翰霍普金斯大学应用物理实验室研究发现，利用地面跟踪站上的多普勒测量资料可以精确度确定卫星轨道，而对一颗轨道已被准确确定的卫星进行多普勒测量的话，可以确定用户的位置。 上述发现为卫星定位系统的诞生奠定了基础,第一颗人造地球卫星,9,二.GPS系统介绍,1958年12月美国设计了子午卫星系统， 1964年1月该系统正式运行。1967年7月系统解密以供民用。 由于子午卫星系统存在上述局限性，1973年，

5、美国国防部开始开发新的卫星导航定位系统，并将其称为GPS（Navigation Satellite Timing And Ranging/ Global Positioning System），即导航星测时与测距全球定位系统。 1993年，系统具备了初步工作能力，开始投入使用。1995年7月17日，GPS达到完全运行能力。 到目前为止，依托GPS系统已经形成了一个巨大 的市场，尽管其他国家都在积极发展自己的定位系统，但GPS已经在卫星导航定位领域取得了霸主地位,2、发展及前景,10,二.GPS系统介绍,建立和维持全球性的参考框架 板块运动和监测 建立各级国家平面控制网 城市控制网、工程测量控制

6、网、工程测量 航空摄影测量、地籍测量、海洋测量,3. GPS在各个领域中的应用,军事 交通 测量 农业、林业 资源调查、环境监测 移动通信 物理研究（监测电离层延迟） 气象,11,二.GPS系统介绍,GLONASS全球卫星系统 前苏联研制，现由俄罗斯维护。目前该系统在轨卫星总数为颗，其中颗正常工作，颗正接受技术维护，另有颗处于“预备役”状态。 伽利略卫星导航定位系统 欧盟开发研制，目前仍在组建及试运行阶段预计2014年正式投入运营。 北斗卫星导航定位系统 北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，目前仍在组建中， 到2012年发射了第13颗导航卫星,4. 其他卫星导

7、航定位系统,12,5. 美国政府的GPS政策,最初， GPS的属于美国国防部，只对军方开放高精度定位服务，民用精度非常低（400米），后来由于形势的需要，GPS开放为军民共用高精度定位服务，但加入了AS(反电子欺骗 )和SA(可用性选择政策 ) 。海湾战争后，俄罗斯也开始组建自己的导航定位系统，为了抢占市场，美国取消AS(反电子欺骗 )和SA(可用性选择政策 )政策，进一步开放GPS系统，并组建了专门的管理委员会，保证民用用户的需求。 由于SA码的取消，GPS的民用进入爆发阶段，1996年全世界GPS相关的产值只有25亿美金，到现在已经超过1000亿美金。现在，GPS在民用领域已经取得了非常广

8、泛的应用。面对如此巨大的利润，美国已公开承诺绝不关闭GPS,二.GPS系统介绍,13,GPS的系统组成 由空间部分、地面部分和用户部分等组成,二.GPS系统介绍,14,空间部分 （Space Segment） GPS卫星星座 设计星座：21+3 21颗正式的工作卫星+3颗活动的备用卫星 6个轨道面，平均轨道高度20200km，轨道倾角55，周期11h 58min（顾及地球自转，地球-卫星的几何关系每天提前4min重复一次） 保证在24小时，在高度角15以上，能够同时观测到4至8颗卫星 当前星座：32颗,二.GPS系统介绍,15,GPS卫星 作用： 接收、存储导航电文 生成用于导航定位的信号（测

9、距码、载波） 发送用于导航定位的信号（采用双向调制法调制在载波上的测距码和导航电文） 接受地面指令，进行相应操作 其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。 主要设备 太阳能电池板 原子钟（2台铯钟、2台铷钟） 信号生成与发射装置,二.GPS系统介绍,16,地面监控部分 （Ground Segment） 主控站：1个 监测站：5个 注入站：3个 通讯与辅助系统,二.GPS系统介绍,17,主控站： 协调和管理地面监控系统: 1）根据观测资料，推算编制各卫星的星历、卫星钟 差和大气修正参数，并将数据传送到注入站。 2）提供全球定位系统的时间基准。 3）调整偏离轨道的卫星，使之沿预定轨道运行。 4）启用备用

10、卫星代替失效工作卫星 监测站：观测资料由计算机进行初步处理，存储并 传输到主控站，以确定卫星轨道。 1）对卫星进行跟踪观测 2）记录气象数据 3）将数据传送到主控站 注入站：主要任务是在主控站的控制下，将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其它控制指令等，注入到相应卫星的存储系统，并监测注入信息的正确性,二.GPS系统介绍,18,二.GPS系统介绍,19,二.GPS系统介绍,用户部分 组成： GPS接收机 数据处理软件 其它辅助设备,用户部分,20,GPS的定位原理 卫星不间断地发送自身地星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机地三维位置、三维方向以及运动速度和时间

11、信息。 GPS测量定位方法分类 定位模式 绝对定位（单点定位） 相对定位 定位时接收机天线的运动状态 静态定位天线相对于地固坐标系静止 动态定位天线相对于地固坐标系运动 获得定位结果的时效 事后定位 实时定位 观测值类型 伪距测量 载波相位测量,三.GPS定位原理,21,三.GPS定位原理,GPS的定位方法,根据模式的定位 绝对定位 ： 绝对定位又称为单点定位，这是一种采用一台接收机进行定位的模式。它所确定的是接收机天线的绝对坐标。这种定位模式的特点是作业方式简单，可以单机作业。绝对定位一般用于导航和精度要求不高的应用中。 相对定位 ： 相对定位又称为差分定位，这种定位模式采用两台以上的接收机

12、，同时对一组相同的卫星进行观测，以确定接收机天线间的相互位置关系。,22,三.GPS定位原理,GPS的定位方法,根据获取定位结果的时间定位 实时定位： 实时定位是根据接收机观测到的数据，实时地解算出接收机天线所在的位置。 非实时定位： 非实时定位又称后处理定位，它是通过对接收机接收到的数据进行处理后进行定位的方法,23,三.GPS定位原理,GPS的定位方法,根据定位时接收机的运动状态定位 动态定位 所谓动态定位，就是在进行 GPS 定位时，认为接收机的天线在整个观测进程中的位置是变化的。也就是说，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个随时间的改变而改变的量。 静态定位 所谓静态定位，就是在进行 GPS 定位时，认为接收机的天线在整个观测进程中的位置是保持不变的。也就是说，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量。在测量中，静态定位一般用于高精度的测量定位，其具体观测模式是多台接收机在不同的观测站上进行静止同步观测，观察时间有几分钟、几小时到数十