第六章 GPS测量简介

1、GPS测量定位技术精品课程第第六六章章 GPS GPS测量简介测量简介GPS测量定位技术精品课程第第六六章章 GPS GPS测量简介测量简介知识知识目标：目标： 了解了解：GPSGPS系统的组成系统的组成，GPSGPS定位的特点。定位的特点。 GPSGPS定位中各种误差的来源、性质、大小及对定定位中各种误差的来源、性质、大小及对定位结果产生的影响，地球坐标系的特点。位结果产生的影响，地球坐标系的特点。熟悉：熟悉：GPSGPS静态相对定位的作业流程。静态相对定位的作业流程。掌握掌握：GPSGPSRTKRTK的测量的原理，外业数据采集流程。的测量的原理，外业数据采集流程。能熟练操作能熟练操作GPS

2、GPSRTKRTK进行野外数据采集及坐标放样。进行野外数据采集及坐标放样。技能技能目标：目标： GPS测量定位技术精品课程GPS系统包括系统包括三大部分：三大部分：空间部分空间部分GPS卫星星座卫星星座地面监控部分地面监控部分地面监控系统地面监控系统用户设备部分用户设备部分GPS接收机及相应用户设备接收机及相应用户设备第一节第一节 GPSGPS系统的组成系统的组成GPS测量定位技术精品课程（一）（一）空间卫星部分空间卫星部分 24 24颗卫星颗卫星(21+3)(21+3) 6 6个轨道平面个轨道平面 55 55轨道倾角轨道倾角 2 2万万kmkm轨道高度轨道高度( (地面高度地面高度) ) 1

3、2 12小时小时( (恒星时恒星时) )轨道周期轨道周期 5 5个多小时出现在地平线以个多小时出现在地平线以上上( (每颗星每颗星) )一、美国的一、美国的GPSGPS系统系统构成构成GPS测量定位技术精品课程GPSGPS卫星的基本功能如下：卫星的基本功能如下：（1 1）接收和储存地面监控站发来的导航信息，接收并执）接收和储存地面监控站发来的导航信息，接收并执行监控站的控制命令；行监控站的控制命令；（2 2）借助于卫星上设有的微机处理机进行必要的数据处）借助于卫星上设有的微机处理机进行必要的数据处理工作；理工作；（3 3）通过星载的高精度铯原子钟和铷原子钟提供精密的）通过星载的高精度铯原子钟和

4、铷原子钟提供精密的时间标准；时间标准；（4 4）向用户发送定位信息；）向用户发送定位信息；（5 5）在地面监控站的指令下，通过推进器调整卫星的姿）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。态和启用备用卫星。GPS测量定位技术精品课程（二）（二）地面监控部分地面监控部分 5555HawaiiAscencionDiego GarciakwajaleinkwajaleinColorado springsGPSGPS地面监控系统包括地面监控系统包括1 1个主控站、个主控站、3 3个注入站和个注入站和5 5个监测站。个监测站。GPS测量定位技术精品课程地面监控系统的基本功能如下：地面

5、监控系统的基本功能如下：（1 1）主控站：根据所有观测资料编算各卫星的星历、卫）主控站：根据所有观测资料编算各卫星的星历、卫星钟差和大气层的修正参数，提供全球定位系统的时星钟差和大气层的修正参数，提供全球定位系统的时间基准，调整卫星运行的姿态，启用备用卫星。间基准，调整卫星运行的姿态，启用备用卫星。（2 2）注入站：在主控站的控制下，将主控站编算的卫星）注入站：在主控站的控制下，将主控站编算的卫星星历、钟差，以及导航电文和其他控制指令等注入相星历、钟差，以及导航电文和其他控制指令等注入相应的卫星存储系统，并监测注入信息的正确性。应的卫星存储系统，并监测注入信息的正确性。（3 3）监测站：对）监

6、测站：对GPSGPS卫星进行连续观测，以采集数据和卫星进行连续观测，以采集数据和监测卫星的工作状况，经计算机初步处理后，将数据监测卫星的工作状况，经计算机初步处理后，将数据传输到主控站。传输到主控站。GPS测量定位技术精品课程（三）（三）用户用户设备设备部分部分 GPSGPS信号接收机信号接收机 供电供电信号信号信息信息命令命令数据数据供电，控制供电，控制供电供电数据数据控制控制 用户设备部分的作用是接收、跟踪、变换和测量卫星所发射的用户设备部分的作用是接收、跟踪、变换和测量卫星所发射的信号，以达到导航和定位的目的。信号，以达到导航和定位的目的。GPS测量定位技术精品课程二、全球二、全球GPS

7、GPS系统系统1 1、美国的、美国的GPSGPS系统（系统（3131颗）颗）2 2、俄罗斯的、俄罗斯的GLONASSGLONASS系统（系统（2323颗）颗）3 3、欧洲的、欧洲的GalileoGalileo系统（系统（3030颗卫星，建设中）颗卫星，建设中）4 4、中国的北斗系统（、中国的北斗系统（3535颗卫星）颗卫星）5 5、日本的、日本的QZSSQZSS系统（系统（3 3颗卫星，建设中）颗卫星，建设中）6 6、印度的、印度的IRNSSIRNSS系统（系统（7 7颗卫星，建设中）颗卫星，建设中）GPS测量定位技术精品课程北斗卫星系统介绍视频北斗卫星系统介绍视频GPS测量定位技术精品课程三

8、、三、GPSGPS的应用的应用GPSGPS在军事中的应用在军事中的应用GPS导航的舰载飞弹 配备GPS的士兵 美国海军核潜艇 GPS测量定位技术精品课程GPSGPS在交通运输业中的应用在交通运输业中的应用车辆导航管理对航空器的定位及导航车辆导航配备 GPS 的巡警GPSGPS在测量中的应用在测量中的应用布设城市控制网、工程测量控制网，进行各种工程测量布设城市控制网、工程测量控制网，进行各种工程测量等等GPS测量定位技术精品课程GPSGPS在其他领域的应用在其他领域的应用GPS测量定位技术精品课程第二节第二节 GPS GPS轨道的大地参考坐标系轨道的大地参考坐标系 GPS使用的坐标系统为使用的坐

9、标系统为WGS84大地坐标系统。大地坐标系统。 我国国家坐标系统为：我国国家坐标系统为：1954年北京坐标系、年北京坐标系、1980年国家大地坐标系和年国家大地坐标系和2000国家大地坐标系。国家大地坐标系。WGS84大地坐标系统大地坐标系统国家坐标系或地方坐标系国家坐标系或地方坐标系GPS使用时需进行使用时需进行坐标转换坐标转换坐标转换坐标转换GPS测量定位技术精品课程 一、一、GPSGPS定位的概念定位的概念 GPSGPS定位的基本原理是以定位的基本原理是以GPSGPS卫星至用户接收机天卫星至用户接收机天线之间的距离（或距离差）为观测量，根据已知的卫星线之间的距离（或距离差）为观测量，根据

10、已知的卫星瞬时坐标，利用空间距离后方交会，确定用户接收机天瞬时坐标，利用空间距离后方交会，确定用户接收机天线所对应的观测站的位置。线所对应的观测站的位置。第三节第三节 GPS GPS定位的概念及特点定位的概念及特点二、二、GPSGPS定位的特点定位的特点1 1、定位精度高、定位精度高 2 2、观测时间短、观测时间短 3 3、测站间无须通视、测站间无须通视4 4、可提供三维坐标、可提供三维坐标 5 5、操作简便、操作简便 6 6、全天候作业、全天候作业7 7、功能多、应用广、功能多、应用广GPS测量定位技术精品课程第四节第四节 GPS GPS测量作业模式测量作业模式一、一、GPSGPS静态定位静

11、态定位 GPS GPS作业模式分为作业模式分为静态定位静态定位作业模式和作业模式和动态定位动态定位（RTKRTK）作业模式作业模式1 1、GPSGPS绝对定位（单点定位）绝对定位（单点定位） 定义：定义：当接收机处于静止状态的情况下，用以确定当接收机处于静止状态的情况下，用以确定观测站绝对坐标的方法称为静态绝对定位。观测站绝对坐标的方法称为静态绝对定位。 原理：原理：已知空间任意已知空间任意4 4颗卫星的三维坐标，根据空间颗卫星的三维坐标，根据空间距离后方交会原理，解算出观测站的三维坐标。此方法距离后方交会原理，解算出观测站的三维坐标。此方法精度较低，军用可以达到分米级，民用达到米级。一般精度

12、较低，军用可以达到分米级，民用达到米级。一般用于导航。用于导航。GPS测量定位技术精品课程2 2、GPSGPS相对定位相对定位 定义：定义：多台多台GPSGPS接收机安置在不同的观测站上，同步接收机安置在不同的观测站上，同步观测相同的观测相同的GPSGPS卫星，以确定个各测站在卫星，以确定个各测站在WGSWGS8484坐标系坐标系中的相对位置或基线向量的方法，称为静态相对定位。中的相对位置或基线向量的方法，称为静态相对定位。此方法是目前此方法是目前GPSGPS定位中精度最高的一种方法，广泛应定位中精度最高的一种方法，广泛应用于大地测量、精密工程测量、地球动力学研究等。用于大地测量、精密工程测量

13、、地球动力学研究等。GPS测量定位技术精品课程GPSGPS静态相对定位作业流程静态相对定位作业流程 用途：多用于大范围、高精度控制测量，精确测定待定点用途：多用于大范围、高精度控制测量，精确测定待定点的平面坐标（的平面坐标（X X、Y Y），精度达），精度达mmmm级。测定待定点的大地高，为级。测定待定点的大地高，为似大地水准面精化提供数据。似大地水准面精化提供数据。 题目：设题目：设A A、B B为已知点，为已知点，C C、D D、E E、F F为待定点，现有为待定点，现有3 3台双频台双频GPSGPS，请，请进行进行D D级静态测量技术设计。级静态测量技术设计。 1 2 3 4 ABCDE

14、F作业流程：作业流程：将将3 3台仪器同时在台仪器同时在ABCABC点架站，同步采集点架站，同步采集1 1个小时数据。个小时数据。B B、C C点仪器不动，将点仪器不动，将A A点仪器换到点仪器换到F F点架站，同步采集点架站，同步采集1 1个小时数据。个小时数据。B B、F F仪器不动，将仪器不动，将C C点仪器换到点仪器换到E E点，点，同步采集同步采集1 1个小时数据。个小时数据。E E、F F仪器不动，将仪器不动，将B B点仪器换到点仪器换到D D点，点，同步采集同步采集1 1个小时数据，外业个小时数据，外业工作结束。工作结束。GPS测量定位技术精品课程二、二、GPSGPS动态定位（动

15、态定位（RTKRTK） 1 1、GPSGPSRTKRTK定位的概念定位的概念 基准站实时地将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站实时地将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等传输给运动中的流动站，流动站接收基准站基准站坐标等传输给运动中的流动站，流动站接收基准站信息，进行差分处理，得到基准站和流动站基线向量；基信息，进行差分处理，得到基准站和流动站基线向量；基线向量加上基准站坐标得到流动站每个点线向量加上基准站坐标得到流动站每个点WGSWGS8484坐标，坐标，通过坐标转换得到移动站的当地坐标，这个过程称为通过坐标转换得到移动站的当地坐标，这个过程称为RTKRTK定位过程。定位过程

16、。 常规常规GPSGPS动态定位（动态定位（RTKRTK）测量作业模式包括）测量作业模式包括RTKRTK静态定静态定位模式、位模式、RTKRTK准动态模式、准动态模式、RTKRTK动态模式（连续动态模式）。动态模式（连续动态模式）。GPS测量定位技术精品课程2 2、GPS-RTKGPS-RTK系统的组成系统的组成（1 1）GPSGPS接收机接收机 目前比较普及的是双频智能型目前比较普及的是双频智能型GPSGPS接收机，三星系接收机，三星系统，可以同时接收统，可以同时接收GPSGPS、GLONASSGLONASS、北斗，可以实时收、北斗，可以实时收到到2020颗以上的卫星。颗以上的卫星。进口品牌

17、有：天宝、徕卡、拓普康、宾得、索佳等。进口品牌有：天宝、徕卡、拓普康、宾得、索佳等。国产品牌有：中海达、南方、华测、苏光等。国产品牌有：中海达、南方、华测、苏光等。GPS测量定位技术精品课程（2 2）数据传输部分）数据传输部分无线电数据链无线电数据链 通过电台发射在基准站和移动台之间完成通讯。基准站发射通过电台发射在基准站和移动台之间完成通讯。基准站发射电台一般为外置的独立电台，移动台为内置电台。受到电台功电台一般为外置的独立电台，移动台为内置电台。受到电台功率限值，一般作业距离为率限值，一般作业距离为10km10km以内。以内。移动网络数据链移动网络数据链 通过手机网络进行数据传输，作业效率

18、和作业半径大大提高，通过手机网络进行数据传输，作业效率和作业半径大大提高，一般作业距离为一般作业距离为50km50km左右。左右。（3 3）电子手簿）电子手簿掌上电脑内置测量软件，与掌上电脑内置测量软件，与GPSGPS通过蓝牙连接，进行数据采集与处通过蓝牙连接，进行数据采集与处理。理。GPS测量定位技术精品课程3 3、RTKRTK的作业过程的作业过程（一）选择基准站点（一）选择基准站点基准站上空尽可能开阔，基准站天线的基准站上空尽可能开阔，基准站天线的515高度角以上高度角以上不能有成片的障碍物。不能有成片的障碍物。在基准站在基准站200米的范围内不能有强电磁波干扰源，如大功率无米的范围内不能

19、有强电磁波干扰源，如大功率无线电发射设施，高压输电线等。线电发射设施，高压输电线等。基准站应远离高层建筑、大面积水域。基准站应远离高层建筑、大面积水域。基准站应选择交通便利、易于保存，远离震动源的地方。基准站应选择交通便利、易于保存，远离震动源的地方。（二）基准站设置（二）基准站设置建立项目：填写项目名称、选择坐标系统、参考椭球、投影方式、建立项目：填写项目名称、选择坐标系统、参考椭球、投影方式、中央子午线等中央子午线等基准站通讯设置：选择网络通讯或电台模式，进行相应的参数设基准站通讯设置：选择网络通讯或电台模式，进行相应的参数设置。置。基准站坐标设置：基准站可以架设在已知控制点上或任意架站。基准站坐标设置：基准站可以架设在已知控制点上或任意架站。若架在已知控制点上则输入已知点坐标；若架在未知点上，则输若架在已知控制点上则输入已知点坐标；若架在未知点上，则输入该点的单点定位的入该点的单点定位的WGS84坐标。坐标。GPS测量定位技术精品课程（三）移动站设置（三）移动站设置建立项目：与基准站一致。建立项目：与基准站一致。基准站通讯设置：与基准站一致。基准站通讯设置：与基准站一致。数据采集：经过上两项的设置移动台可以获得固定解坐标，即为数据采集：经过上两项的设置移动台可以获得固定解坐标，即为设置成功，若得不到固定解则查找原因，重新设置。设置成