GPS卫星导航定位技术与方法

---word格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。制点的等级和个数有关，在安置好基准站并启动流动站后，必须用流动站分别到已知点上进行定位测量，以求得该点坐标，然后与该点的原有坐标相比，求出其差值，若差值很小（根据工程性质定），则不需改正，否则，必须将该点的原有坐标输入到TSC1控制器中进行改正。①测区内仅有一个已知控制点的情况。定位测量时，仅已知点上的精度最高,以本点为圆心，离此点越远，精度越低，理论上讲，在半径为10km的范围内，可达到2〜5cm左右精度。其坐标转换的方法是WGS—84和BJ54的坐标相减而得八X、AY、AZO②测区附近有二个已知控制点的情况（必须为整体平差结果）。定位测量时，仅两已知控制点和两点的连线上的精度最高，远离此直线则精度越低。③测区附近有三个已知控制点的情况（必须为整体平差结果）。如下图所示，定位测量时，仅三已知控制点和三角形内部的精度最高，远离此三角形则精度越低。④测区附近有四个已知点的情况（必须为整体平差结果）O如右图所示，定位测量时，若四个已知点均匀分布在测区四周，仅四个已知控制点和四边形内部的精度最高,远离四边形则精度越低。⑤当然还有多于四个已知控制点的情况，可根据以上内容进行分析。RTK技术的优点GPS参考站系统在控制测量中应用，除了常规的后处理方式来进行控制测量外，其更主要应用的就是利用GPS参考站系统RTK技术进行控制测量。：作业效率高位精度高，数据安全可靠，没有误差积累。只要满足RTK的基本工作条件，在参考站系统覆盖范围内，RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。降低了作业条件要求。和传统测量相比，网络RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小，在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区，只要满足网络RTK的基本工作条件，它也能轻松地进行快速的高精度定位作业。④RTK作业自动化、集成化程度高，测绘功能强大。RTK可胜任各种测绘内、外业。流动站利用内装式软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，使辅助测量工作极大减少，减少人为误差，保证了作业精度。⑤操作简便，容易使用，数据处理能力强。只要在设站时进行简单的设置，就可以边走边获得测量结果坐标或进行坐标放样。数据输入、存储、处理、转换和输出能力强，能方便快捷地与计算机、其它测量仪器通信。RTK定位测量外业准备的过程如下：.外业踏勘；.收集资料；.制定观测计划；.星历预报；.器材准备：经检定合格的GPS接收机（基准站+流动站（含TSC1））一套，12V60A电源（含充电器），数据链电台一套，手机或对讲机（每台GPS接收机上配一个），每台GPS接收机配观测记录手簿一本；.运输工具：自备汽车或租车。传统RTK：RTK（RealTimeKinematic）实时载波相位差分动态定位。传统RTK面临的问题1、作业距离有限：半径约10公里）2、作业过程中，不断移动基准站，架设中继站；所以通讯影响了传统RTK的工作效率。3、RTK定位精度：mh=1cm+DX2ppmmv=2cm+DX2ppm精度与站间距离成反比。4、没有数据完整性的监控，可靠性不够，粗差的出现。5、电源供给不便（基准站总在移动，只能用充电电池）RTK技术的发展方向：RTK流动站能够：1、高效率大范围、连续工作。2、精度高：各点精度高，而且均匀。3、用高精度实时动态RTK覆盖一个县、一个省、甚至一个国家。采用技术：1、基准参考站网络：以距离最远（70公里）的间隔来布设一系列基准参考站。2、增加控制站：综合数据处理、监控工作状况和数据质量。3、控制站和流动站之间通讯手段：UHF电台、GSM移动通讯网络。网络RTK的组成：1、参考站2、控制站3、流动站1、各参考站的工作1）观测（1）GPS观测数据：载波相位、伪距等。（2）误差改正参数：电离层折射对流层折射卫星轨道误差等2）数据传送：由地下电缆或无线电将以上数据和各参考站坐标传送给控制站。2、控制站的工作：综合各站的观测值，误差修正值，推算出总的误差改正模型。模型的系统误差包括：1）电离层2）对流层3）卫星轨道误差等3、流动站RTK和控制站交互工作原理：往：流动站对中央控制中心拨入他们的大概坐标。返：中央控制中心将误差改正模型推算出以这个大概坐标为基准的各种误差改正值，并用无线电发送出去。以这个大概坐标为基准的点叫虚拟参考站。4流动站工作：流动站会收到中央控制中心发射来的虚拟基准站的误差改正参数等。再进行RTK测量数据处理，进行测量、导航、放样等。GPS网络RTK技术-虚拟参考站法（VRS）GPS实时差分定位RTK技术是目前广泛使用的测量技术之一，但它的应用受到电离层延迟和对流层延迟的影响，使原始数据产生了系统误差并导致以下缺点：（1）用户需要架设本地参考站；（2）误差随距离的增加而增长；（3）误差增长使流动站和参考站的距离受到限制，一般小于15公里；（4）精度为1cm+1ppm，可靠性随距离增大而降低。GPS网络RTK技术的出现，弥补了GPS实时差分定位RTK技术的缺点，它代表了未来GPS发展的方向，由此可带来巨大的社会效益和经济效益。目前应用于GPS网络RTK数据处理的方法有：虚拟参考站法（VirtualReferenceStationVRS）、偏导数法、线性内插法和条件平差法，其中虚拟参考站法VRS技术最为成熟。虚拟参考站法VRS的实施将使一个地区的测绘工作成为一个有机的整体，改变了以往GPS作业单打独斗的局面，同时它使GPS技术的应用更为广泛，精度和可靠性得到进一步的提高，使许多从前难以完成的任务成为可能，最重要的是建立GPS网络的成本反而降低了很多。由于VRS技术的种种先进性，一经问世就受到世界各国的广泛关注，并得到积极的实施，德国、瑞士等一些国家的VRS网络已经建成或正在建成。我国的深圳市第一个建成了VRS技术卫星定位服务系统，为深圳市的经济发展、城市信息化和数字化发挥了重要的作用。VRS系统集GPS、Internet、无线通讯和计算机网络管理技术于一身。整个系统是由若干个（三个以上）连续运行的GPS基准站和一个GPS网络控制中心构成。VRS的系统构成VRS的系统构成由GPS固定基准站系统、数据传输系统、GPS网络控制中心系统、数据发播系统和用户系统等五部分组成。VRS的工作原理一个VRS网络由三个以上的固定基准站组成，站与站之间的距离可达70km，固定基准站负责实时采集GPS卫星观测数据并传送给GPS网络控制中心，由于这些固定基准站有长时间的观测数据，故点位坐标精度很高。（传统高精度GPS网络，站间距离不超过10-20公里）。固定基准站与控制中心之间可通过光缆、ISDN或普通电话线相连，将数据实时的传送到控制中心。控制中心是整个系统的核心。它既是通讯控制中心，也是数据处理中心。它通过通讯线（光缆，ISDN，电话线）与所有的固定参考站通讯，接收固定参考站发来的所有数据，也接收从流动站发来的概略坐标，然后根据用户位置，自动选择最佳的一组固定站数据，整体改正GPS轨道误差、电离层、对流层和大气折射引起的误差，将经过改正后的高精度的RTCM差分信号通过无线网络（GSM，CDMA，GPRS等）发送给用户，与移动用户通讯。这个差分信号的效果相当于在移动站旁边，生成一个虚拟的参考基站，从而解决了RTK作业距离上的限制问题，并保证了用户的精度。VRS的系统构成及工作原理用户部分就是用户的GPS接收机，加上无线通讯的调制解调器。根据自己的不同需求，放置在不同的载体上。接收机通过无线网络将自己初始位置发给控制中心，并接收中心的差分信号，生成厘米级的位置信息。所以控制中心的软件GPS—NET即是数据处理软件，也是系统管理软件。由计算机实时系统控制整个系统的正常运行，它执行下列任务：⑴导入并检查原始数据的质量；⑵存储并压缩RINEX数据；⑶改正天线的相位中心；⑷区域系统误差模型化及估算；⑸为流动站接收机创建虚拟参考站位置；⑹产生流动站所在位置上的RTK改正数据流；⑺RTK数据以RTCM或TrimbleCMR格式传播。VRS的系统构成及工作原理GPS流动站先向控制中心发送标准的NMEA位置信息，告之其概略位置，控制中心收到信息后重新计算所有GPS数据，内插到与流动站相匹配的位置，再向流动站发送改正过的RTCM信息，流动站可位于VRS网络中的任何位置，这样RTK的系统误差就被消减。可以看出，VRS系统实际上是一种多基站技术。它在处理上利用了多个参考站的联合数据。与传统的RTK相比，VRS系统的优势有以下几点：.VRS系统的覆盖范围大VRS网络可以有多个站，但最少需要3个。若按边长70km计算，一个三角形可覆盖面积为2200km2。实际上，VRS系统可提供两种不同精度的差分信号，分别为厘米级和亚米级。我们所论述的是1-2个厘米的高精度，而若是用低精度，则站与站之间的距离可以拓展到几百公里。.相对传统RTK，提高了精度传统的RTK随着测量距离的增加，误差会随之增大，而在VRS系统的网络控制范围内，精度始终可以保持在1〜2个厘米。.可靠性也随之提高采用了多个参考站的联合数据，大大提高可靠性。.更广的应用范围可适用于城市规划，市政建设，交通管理，机械控制，气象，环保，农业以及所有在室外进行的勘测工作。VRS技术的出现，标志着高精度GPS的发展进入了一个新的阶段。这种网络RTK技术，集最新兴的计算机网络管理技术、INTERNET技术、无线通讯技术和TRIMBLE优秀的GPS定位技术于一身，应用了最先进的多基站RTK算法，是GPS技术的突破。它将使GPS的应用领域极大的扩展，代表着GPS发展的方向。RTK技术的优点GPS参考站系统在控制测量中应用，除了常规的后处理方式来进行控制测量外，其更主要应用的就是利用GPS参考站系统RTK技术进行控制测量。：作业效率高位精度高，数据安全可靠，没有误差积累。只要满足RTK的基本工作条件，在参考站系统覆盖范围内，RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。降低了作业条件要求。和传统测量相比，网络RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小，在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区，只要满足网络RTK的基本工作条件，它也能轻松地进行快速的高精度定位作业。④RTK作业自动化、集成化程度高，测绘功能强大。RTK可胜任各种测绘内、外业。流动站利用内装式软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，使辅助测量工作极大减少，减少人为误差，保证了作业精度。⑤操作简便，容易使用，数据处理能力强。只要在设站时进行简单的设置，就可以边走边获得测量结果坐标或进行坐标放样。数据输入、存储、处理、转换和输出能力强，能方便快捷地与计算机、其它测量仪器通信。第十一章GPS卫星导航定位技术的应用GPS定位技术在测绘学中的主要应用范围包括：大地测量、地球动力学研究，区域性测量控制网的联测；海洋测量，精密工程测量、工程变形监测和地籍测量等；在导航中的应用包括车辆、船只和飞机的精密导航、测速，以及运动目标的监控与管理等。除此之外，GPS定位技术在运动载体的姿态测量、弹道导弹的制导，近地卫星的定轨，精密授时，以及气象学和大气物理学的研究等领域，也显示出