GPS原理-中海达2015年1215

概述

GPS是英文GlobalPositioningSystem的缩写,意为全球卫星定位系统。它是美国国防部为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的需要而建立的。该系统于1973年开始设计、研究，历时20年，耗资约200亿美元，于1993年6月系统建成并投入使用。它从根本上解决了人类在地球上的导航和定位问题，在军事和工农业等领域得到了广泛的应用。给导航和定位技术带来了巨大的变化。第一页，共110页。GPS系统的特点1、全球性，全天候工作：能为用户提供连续，实时的三维位置，三维速度和精密时间。不受天气的影响。

2、定位精度高：单机定位精度优于10米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。

3、功能多，应用广：随着人们对GPS认识的加深，GPS不仅在测量，导航，测速，测时等方面得到更广泛的应用，而且其应用领域不断扩大第二页，共110页。Yourlocationis:45o23.323’N126o02.162’WGPS系统构成整个系统有三部分构成：GPS星座地面监控站用户接收机第三页，共110页。GPS星座由均匀分布在6个轨道平面上的24颗卫星组成(第二代卫星升空后现在是28颗左右[增加了L5频段,L2频段加载C/A码])，轨道间交角60°其中两个与赤道面交角55°卫星距地面20200km,绕圆轨道一周需11小时58分，所以人们每天提前4分钟见到同一颗卫星。

第四页，共110页。GPS卫星的作用向用户连续不断地发送导航定位信号，并用导航电文报告自己的位置以及其它在轨卫星的位置接收地面注入站发送到卫星的导航电文和其它信息，并通过GPS信号发送给用户接收地面主控站发送到卫星的调度指令。第五页，共110页。地面监控站一个主控站：位于科罗拉多三个注入站：大西洋的阿松森、印度洋的迭戈·伽西亚、太平洋的卡瓦加兰五个监控站：除以上四个，还有在夏威夷一个第六页，共110页。地面监控站的作用收集数据：气象、卫星时钟、卫星工作状态编算导航电文：计算卫星星历、时钟改正、状态数据、信号传播改正诊断状态：监测地面系统、检验导航电文调度卫星：轨道改正、启用备用卫星GPS的控制部分由分布在全球的由若干个跟踪站所组成的监控系统。根据其作用的不同这些跟踪站又被分为主控站、监控站和注入站。主控站有一个位于美国克罗拉多Colorado的法尔孔Falcon空军基地。它的作用是根据各监控站根据GPS的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时它还对卫星进行控制，向卫星发布指令，当工作卫星出现故障时调度备用卫星替代失效的工作卫星工作；另外主控站也具有监控站的功能。监控站有五个除了主控站外还有四个分别位于夏威夷(Hawaii)、阿松森群岛(Ascencion)、迭哥伽西亚(DiegoGarcia)、卡瓦加兰(Kwajalein)。监控站的作用是接收卫星信号、监测卫星的工作状态。注入站有三个。它们分别位于阿松森群岛、迭哥伽西亚、卡瓦加兰。注入站的作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去。第七页，共110页。用户接收机部分基本部分：GPS接收机、GPS天线你的位置：45o45’17.42N126o41’18.87W辅助部分：电源,固定和对中装置（即角架、基座）等第八页，共110页。

用户设备部分：GPS测量概述第九页，共110页。GPS接收机捕获、跟踪卫星，接收GPS信号并将它变换、放大和处理，测量信号传播时间进以计算三维坐标、速度、时间接收机不仅需要机内软件，还需要GPS数据后处理软件包才完整按接收的载波频率类别多少，分为单频（L1）和双频（L1、L2）第十页，共110页。GPS信号载波信号：调制有导航电文和伪随机码，有两种：L1（19cm，1575.42MHz）；L2（24cm，1227.60MHz）伪随机码：是一个“开”、“关”脉冲的序列，由卫星产生并发送至用户接收机，调制导航电文形成组合码，C/A码和P码两种导航电文：关于卫星轨道、时钟改正和其它系统状态信息的低频信号第十一页，共110页。GPS发展历程无线电导航系统

●罗兰--C

●Omega（奥米茄）

●多普勒系统卫星定位系统

●NNSS子午仪系统 ●GPS

●GLONASS系统 ●双星导航定位系统（北斗一号） ●加俐略系统

第十二页，共110页。GNSS原理概要什么是GNSS？全球卫星导航系统(GNSS)：一个能在地球表面或近地空间的任何地点为适当装备的用户提供24小时、三维坐标和速度以及时间信息的空基无线电定位系统，包括一个或多个卫星星座及其支持特定工作所需的增强系统。全球卫星导航系统全球导航卫星系统Global

Navigation

Satellite

System第十三页，共110页。广州中海达卫星导航技术股份有限公司GNSS系统北斗GPS伽利略格洛纳斯第十四页，共110页。多个卫星星座增强系统SBASGPSGLONASSBeiDouGalileo…GNSS内涵WAAS美国EGNOS欧洲MSAS日本SDCM俄罗斯GAGAN印度>100颗卫星GNSS原理概要第十五页，共110页。目前能使用的全球导航卫星系统美国GPS28颗卫星俄罗斯GLONASS30颗卫星欧盟伽利略30颗卫星中国北斗导航系统35颗卫星第十六页，共110页。GLONASS系统

GLONASS是GLObalNAvigationSatelliteSystem(全球导航卫星系统)的字头缩写，是前苏联从80年代初开始建设的与美国GPS系统相类似的卫星定位系统，也由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成。2007年运营，2009年覆盖全球，现在由俄罗斯空间局管理。

GLONASS系统的卫星星座由24颗卫星组成，均匀分布在3个近圆形的轨道平面上，每个轨道面8颗卫星，轨道高度19100公里，运行周期11小时15分，轨道倾角64.8°。

GLONASS卫星的载波上也调制了两种伪随机噪声码：S码和P码。

该系统系统单点定位精度水平方向为16m，垂直方向为25m。

2014年3月24日发射第一颗2014年6月15日发射第二颗2014年12月1日发射第三颗

据中新社报道：俄罗斯打算在2018年前建成一个由10颗军用卫星组成的统一的空间防御系统，为俄罗斯的导弹防御提供可靠的空间保障。

到2020年格洛纳斯精度将达到0.6米。第十七页，共110页。加俐略(Galileo)系统是将来精度最高的全开放的新一代定位系统伽利略系统曾经是中国摆脱依赖GPS的希望,参股5%,美国控股迫使中国走向自主研发系统组成：①卫星星座：由3个独立的圆形轨道，30颗卫星组成（27颗工作卫星，3颗备用卫星）。卫星的轨道倾角i=56°；卫星的公转周期T=14h23m14S恒星时；轨道高度H=23616km。②地面系统：在欧洲建立2个控制中心；在全球构建监控网。③定位原理：与GPS相同。④定位精度：导航定位精度比目前任何系统都高。计划实施：①1994年开始进入方案论证阶段；②2003年开始发射两颗试验卫星进入试验阶段；③预计2008年整个伽利略系统建成并投入使用；但由于多种原因一直在推迟2012年10月12日用“联盟”火箭成功发射2颗伽利略系统卫星伽利略计划遇到的最大问题是缺钱。该计划提出之初，欧盟和欧洲空间局的设想是，该项目的三分之二资金由私人投资者提供，其余三分之一由欧盟和欧洲空间局分担。但私人投资迟迟不到位，而项目预算则从最初的77亿欧元飙升到200多亿欧元。2014年8月，伽利略全球卫星导航系统第二批一颗卫星成功发射升空，太空中已有的6颗正式的伽利略系统卫星

第十八页，共110页。北斗卫星导航系统

预计35颗卫星5颗定轨卫星30颗动态卫星包含通讯定位军事等应用功能北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通讯系统（CNSS），是除美国的（GPS）、俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务，并兼具短报文通信能力。发射第一颗北斗导航试验卫星，之后陆续发射共4颗试验卫发射第一颗北斗导航卫星2015年3月30日发射第17颗导航卫星，7月25日18、19颗卫星2015年9月30日发射了第20颗北斗导航卫星导航系统新闻发言人表示，北斗卫星导航系统将在2020年形成全球覆盖能力。现在公布北斗卫星系统的精度是25米，以后可达到10米，定位精度越高，应用的范围就越广泛。我们现在发射了20颗卫星。如果希望实现2020年覆盖全球能力的卫星导航系统，至少需要发射30颗卫星。卫星发射越多，对精度贡献越大。

第十九页，共110页。北斗与GPS主要区别覆盖范围：北斗导航系统同步卫星是覆盖中国本土的区域卫星数量和轨道双向定位：知道你在哪里和我在哪里。短报文通信：北斗系统用户终端具有双向报文通信功能，用户可以一次传送40-60个汉字的短报文信息。系统容纳的最大用户数：每小时540000户。生存能力:北斗如果主控站被炸毁则无法定位实时性：因为是双向定位，时间延迟就更长了，因此对于高速运动体，就加大了定位的误差

第二十页，共110页。第二十一页，共110页。GPS坐标表示如何表示地面任意一点的位置？第二十二页，共110页。坐标如何表示美剧《越狱》第二季十一集剧照第二十三页，共110页。GPS坐标系WGS-84：a=6378137m，f=1/298.257223563aba=长半轴b=短半轴balfH椭球模型第二十四页，共110页。WGS-84坐标系WGS-84坐标系是目前GPS所采用的坐标系统，GPS所发布的星历参数和历书参数等都是基于此坐标系统的。WGS-84坐标系统的全称是WorldGeodicalSystem-84(世界大地坐标系-84),

它是一个地心地固坐标系统。WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立，于1987年取代了当时GPS所采用的坐标系统WGS-72坐标系统而成为现在GPS所使用的坐标系统。第二十五页，共110页。1954年北京坐标系

我国目前广泛采用的大地测量坐标系。该坐标系源自于原苏联采用过的1942年普尔科夫坐标系。原点在原苏联的普尔科夫，该坐标系采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球。第二十六页，共110页。1980年西安大地坐标系 1978年我国决定重新对全国天文大地网施行整体平差，并且建立新的国家大地坐标系统。原点在陕西省泾阳县永乐镇北洪流村。整体平差在新大地坐标系统中进行，这个坐标系统就是1980年西安大地坐标系统。1980年西安大地坐标系统所采用的地球椭球参数的四个几何和物理参数采用了IAG1975年的推荐值第二十七页，共110页。2000国家大地坐标系

经国务院批准，根据《中华人民共和国测绘法》，我国自2008年7月1日起启用2000国家大地坐标系。

2008年3月，由国土资源部正式上报国务院《关于我国采用2000国家大地坐标系的请示》，并于2008年4月获得国务院批准。自2008年7月1日起，我国将全面启用2000国家大地坐标系，国家测绘局受权组织实施。在我国建立、使用2000国家大地坐标系，需要将现有的参心坐标系下成果转换到2000国家大地坐标系中。2000国家大地坐标系与现行国家大地坐标系转换、衔接的过渡期为8年至10年。若现在仍采用现行的二维、非地心的坐标系，不仅制约了地理空间信息的精确表达和各种先进的空间技术的广泛应用，无法全面满足当今气象、地震、水利、交通等部门对高精度测绘地理信息服务的要求，而且也不利于与国际上民航与海图的有效衔接，因此采用地心坐标系已势在必行。第二十八页，共110页。GPS高程和海拔高h=正常高H=椭球高(大地高)N=大地水准面高(正高)NNNhhhHHH地面椭球大地水准面第二十九页，共110页。大地高系统大地高系统是以参考椭球面为基准面的高程系统，某点的大地高是该点到通过该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间的距离。大地高也称为椭球高。大地高一般用符号H表示。大地高是一个纯几何量，不具有物理意义，同一个点在不同的基准下具有不同的大地高。第三十页，共110页。正高系统

正高系统是以大地水准面为基准的高程系统，某点的正高是该点到通过该点的铅垂线与大地水准面的交点之间的距离。（大地水准面到参考椭球面的距离称为大地水准面差距）第三十一页，共110页。正常高系统

正常高系统是以似大地水准面为基准的高程系统，某点的正常高是该点到通过该点的铅垂线与似大地水准面的交点之间的距离。（似大地水准面到参考椭球面的距离称为高程异常）常见的是56黄海高程系统和85国家高程系统第三十二页，共110页。定位是GPS的基本功能。GPS如何实现定位？GPS测量概述第三十三页，共110页。GPS测距原理五个逻辑步骤：三角测量测量距离精确定时卫星监控误差剔除第三十四页，共110页。第一步：三角测量卫星位置已知，我们的位置未知。

我们接收机位于以卫星为中心，以我们离卫星的距离为半径的球面上。

两个卫星球面相交成一个圆，我们就在这个圆上。

如果又测得了第三颗卫星的距离，那我们的位置范围就缩小到了两个点上。

由于技术原因，还需要测第四颗卫星，这样就知道我们的位置了！第三十五页，共110页。广州中海达卫星导航技术股份有限公司GPS定位原理空间距离交会法定位d3在太空中！第三十六页，共110页。GPS定位原理第三十七页，共110页。广州中海达卫星导航技术股份有限公司GPS定位原理GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。如图所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式）第三十八页，共110页。第二步距离测量卫星和我们接收机的距离怎么得来的呢？很简单，卫星信号传播的速度可以光速计，那么,速度x时间=距离.关键是时间怎么测量第三十九页，共110页。信号传播时间怎么来？假设卫星和接收机同时产生同样的伪随机码对比这两个码得出GPS信号传播的延迟就是传播历经的时间（通常很短）再用这个时间乘以光速得出距离第四十页，共110页。第三步精确定时时间测量的精确与否关系重大，误差千分之一秒，距离误差可达200m！原子钟:(100万年差0.1秒)原子钟不是依靠原子能工作的，之所以得名是因为它们使用一种特殊原子的振动作为它们的节拍器。这种定时形式比人们开发出来的时钟更稳定、更精确。这么高精度的东西价值40～50万元！不可能作为民用接收机的配件！第四十一页，共110页。第四步卫星监控卫星的确切位置DOD(美国国防部)事先已经确定好了，坐标系也是确定的，这样就能定出我们接收机的位置DOD还会连续不断地监控卫星轨道的误差，并把这些误差传到接收机里，我们不用担心卫星方面的问题！第四十二页，共110页。第五步误差剔除GPS误差源：卫星时钟影响小轨道误差影响小电离层影响大对流层影响大接收机噪音影响较小多路径影响较大第四十三页，共110页。第四十四页，共110页。第四十五页，共110页。优点：全天侯使用、无需通视、作用范围广、精度高、操作方便缺点：受环境影响较大、不能有遮挡GNSS产品应用的优缺点

第四十六页，共110页。常见定位技术根据定位模式：单点定位（绝对定位）相对定位差分定位根据定位时接收机天线的运动状态：静态定位动态定位根据定位时效：实时定位事后定位根据观测值类型：伪距测量载波相位测量第四十七页，共110页。单点定位（绝对定位）定义是以地球质心为参照点，在一个测站上只需一台接收机，独立确定待定点在WGS-84坐标系中的绝对位置。其特点：只需一台接收机作业，组织实施简单；但定位精度较低（受星历误差、星钟误差及卫星信号在大气传播中的的延迟误差的影响比较显著）。该定位模式在船舶、飞机的导航，地质矿产勘探，暗礁定位，建立浮标，海洋捕鱼及低精度测量领域应用广泛。第四十八页，共110页。精密单点定位技术(PrecisePointPositioning，简称PPP技术)是当前GPS界研究的热点之一。它是相对于一般的单点定位而言的。利用GPS的精密星历和钟差文件，以载波相位和伪距为观测资料，进行独立的单点精密定位。目前，根据一天的观测值所求得的点位的平面位置精度可达2－3cm，高程精度可达3－4cm。现处于研究、发展阶段，将有广泛的应用前景。精密单点定位第四十九页，共110页。相对定位定义确定进行同步观测的接收机之间相对位置的定位方法，称为相对定位。换句话说相对定位的目的在于确定两点间的矢量，通常称为基线。特点优点：定位精度高缺点：多台接收共同作业，作业复杂数据处理复杂不能直接获取绝对坐标应用高精度测量定位及导航第五十页，共110页。静态相对定位普通静态定位(1)作业方式:

采用两台（或两台以上）接收设备，分别安置在一条或数条基线的两个端点，同步观测4颗以上卫星，每时段长45分钟至2个小时或更多。

(2)精度:

基线的相对定位精度可达5mm+1ppm·D，D为基线长度（KM）。(3)适用范围:

建立全球性或国家级大地控制网，建立地壳运动监测网、建立长距离检校基线、进行岛屿与大陆联测、钻井定位及精密工程控制网建立等。(4)注意事项:

所有已观测基线应组成一系列封闭图形，以利于外业检核，提高成果可靠度。并且可以通过平差，有助于进一步提高定位精度。第五十一页，共110页。静态相对定位快速静态定位(1)作业方法:在测区中部选择一个基准站，并安置一台接收设备连续跟踪所有可见卫星；另一台接收机依次到各点流动设站，每点观测数分钟。(2)精度:流动站相对于基准站的基线中误差为5mm±1ppm·D。(3)应用范围:控制网的建立及其加密、工程测量、地籍测量、大批相距百米左右的点位定位。(4)注意事项:在测量时段内应确保有5颗以上卫星可供观测；流动点与基准点相距应不超过20km；流动站上的接收机在转移时，不必保持对所测卫星连续跟踪，可关闭电源以降低能耗。(5)优缺点:优点：作业速度快、精度高、能耗低；缺点：二台接收机工作时，构不成闭合图形，可靠性差。第五十二页，共110页。动态相对定位☆差分GPS（DGPS）:以测距码为根据的实时动态相对定位，精度低；☆

RTK:以载波为根据的实时动态相对定位，可获得厘米级精度。实时动态相对定位第五十三页，共110页。常见差分定位系统:

1、信标差分2、星站差分

3、RTK4、CORS

第五十四页，共110页。信标差分系统

为了适应国民经济、国际贸易和社会发展的需要、满足航行在我国主要港口、重要水道和沿岸的运输船舶，以及国防、海洋测绘、海洋是有及海洋渔业海上交通安全、疏浚、引航等多种高精度用户的需求，由国家交通部安全监督局布局规划了我国在沿海海域的无线电差分指向标信号。信标即上面提到的差分改正信号。遍及中国沿海的各信标台站都在实时的不间断发布信标信号。这样，一旦您拥有了一台信标接收机，再配合GPS接收机使用，您就可以得到高精度的实时定位结果。“单机”即可得到小于一米的定位精度。第五十五页，共110页。WAAS–

广域增强系统WideAreaAugmentationSystemSBAS–星基增强系统WAAS是美国联邦航空局及美国交通部为提升飞行精确度而发展出来的，因为目前单独使用GPS并无法达到联邦航空局针对精确飞行导航所设定的要求。WAAS包含了约25个地面参考站台，位置散布于美国境内，负责监控GPS卫星的资料。其中两个分别位于美国东西岸的主站台搜集其它站台传来的资料，并据此计算出GPS卫星的轨道偏移量、电子钟误差，以及由大气层及电离层所造成的讯息延迟时间，汇整后经由两颗位在赤道上空之同步卫星的其中之一传播出去。此WAAS讯号的发送频率与GPS讯号的频率相同，因此任何具备WAAS功能的GPS机台都可接收此讯号，并藉此修正定位信息。WAAS可以校正由电离层干扰、时序控制不正确以及卫星轨道错误等因素所造成的GPS讯号误差，也能提供各卫星是否正常运转之信息。虽然WAAS目前尚未正式通过美国航空局的飞行使用认证，但此系统已开放给一般民众使用第五十六页，共110页。

星站差分系统组成

系统有五个部分组成：

1、参考站；

2、数据处理中心；

3、注入站；

4、地球同步卫星；

5、用户站。

目前全球发展的SBAS系统有：美国的广域增强系统(WAAS)覆盖美洲大陆欧空局接收卫星导航系统(EGNOS)覆盖欧洲大陆

日本的多功能卫星增强系统（MSAS）覆盖亚洲大陆。第五十七页，共110页。（数据链）载波相位差分原理:基准站载波相位观测值、已知坐标

将接收的载波相位与来自基准站的载波相位组成相位差分观测值，通过实时处理确定用户站的坐标。接收GPS卫星的载波相位。用户接收机基准站:已知坐标(X0,Y0,Z0)RTK工作原理第五十八页，共110页。

基准站接收机设在参考点位上，连续接收所有可视GPS卫星信号，并将测站坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态通过数据链发送出去，流动站接收机在跟踪GPS卫星信号的同时接收来自基准站的数据，求载波相位整周模糊度，在通过相对定位模型获取所在点相对基准站的坐标和精度指标。在系统内进行实时处理，给出厘米级定位结果。RTK系统RTK(RealTimeKinematic)

--实时动态载波相位差分定位技术第五十九页，共110页。RTK传输差分模式对比1、电台传输差分数据传统的差分数据传输模式：差分数据通过电台传到移动站优点：信号稳定，速度快缺点：距离受地形限制，作用距离较近（一般小于15KM）2、网络传输差分数据（GPRS\GSM\CDMA）新的差分数据传输模式：差分数据通过手机网络传到移动站优点：距离不受受地形限制，作用距离远。（手机网络信号，不受距离限制，因为主板解算原因，解算距离可达30KM）缺点：信号受手机网络信号质量影响RTK组成部分第六十页，共110页。RTK数据链示意图第六十一页，共110页。连续运行参考站（CORS）VRS

–

VirtualReferenceStation原理利用基准站网计算出用户附近某点（虚拟参考站）各项误差改正，再将它们加到利用虚拟参考站坐标和卫星坐标所计算出的距离之上，得出虚拟参考站上的虚拟观测值，将其发送给用户，进行实时相对定位。特点精度和可靠性高属网络RTK第六十二页，共110页。动态相对定位☆Stop&Go（准动态定位）:(1)作业方法:

在测区选择一个基准点，安置接收机工连续跟踪所有可见卫星；将另一台流动接收机先置于1号站观测；在保持对所测卫星连续跟踪而不失锁的情况下，将流动接收机分别在2，3，4……各点观测数秒钟。(2)精度:基线的中误差约为1～2cm。(3)应用范围:

开阔地区的加密控制测量、工程测量及碎部测量及线路测量等。(4)注意事项:

应确保在观测时断上有5颗以上卫星可供观测；流动点与基准点距离不超过20

km；观测过程中流动接收机不能失锁，否则应在失锁的流动点上延长观测时间1～2min。事后动态相对定位第六十三页，共110页。☆

PPK（PostProcessKinematic)(1)作业方法:

建立一个基准点安置接收机连续跟踪所有可见卫星；流动接收机先在出发点上静态观测数分钟；然后流动接收机从出发点开始连续运动；按指定的时间间隔自动运动载体的实时位置。作业布置如图所示(2)精度:

相对于基准点的瞬时点位精度20mm±1ppm·Dcm。(3)应用范围:

精密测定运动目标的轨迹、测定道路的中心线、剖面测量、航道测量等。(4)注意事项:

需同步观测5颗卫星，其中至少4颗卫星要连续跟踪；流动点与基准点距离不超过20

km。动态相对定位事后动态相对定位第六十四页，共110页。第六十五页，共110页。主机主机延长杆手簿对中杆三脚架基座差分天线差分天线基站移动站RTK组成部分第六十六页，共110页。RTK测量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、基准站坐标等用无线电传送给运动中的流动站，流动站接收后将载波相位观测值实时进行差分处理得到两站相对坐标；加上基准站坐标得出流动站WGS－84坐标通过转换参数求出当地坐标系下的三维坐标第六十七页，共110页。RTK点位选择基准站上空开阔，以保证对卫星的连续跟踪和卫星信号的质量基准站周围200m内无大功率无线电发射设施、高压输电线，减少电磁波对卫星信号的干扰基准站远离高层建筑、大片水域等，减少多路径影响基准站应该交通便利、易于保存第六十八页，共110页。GPS的参数转换第六十九页，共110页。投影概念

地图投影是将地球面上的经纬网描述到平面上的数学方法，使用地图投影，可以将地球表面完整的表示在平面上，但是是通过对投影范围内某一区域的均匀拉伸和对另外一区域内的均匀缩小实现的。

投影正算投影反算BLH---------〉平面上xyh平面上xyh----------〉BLH第七十页，共110页。常见投影（一）按变形性质分类等角投影角度变形不大的投影等距离投影面积变形不大的投影等面积投影角度变形增大的趋向面积变形增大趋向第七十一页，共110页。常见投影（二）

平面投影圆锥投影圆柱投影第七十二页，共110页。常见投影（三）TM投影-横轴莫卡托投影(等角横切圆柱投影)

高斯投影

高斯投影三度带3*N举例：哈尔滨中央子午线126，沈阳123，中间分界就是124度30分

高斯投影六度带6*N-3

自定义高斯投影自定义

UTM–通用横轴莫卡托投影

墨卡托投影（等角正切圆柱投影）墨卡托投影没有角度变形,保持了方向和相互位置关系的正确。常用作航海图和航空图第七十三页，共110页。高斯-克吕格(Gauss-Kruger)投影（一）是一种“等角横切圆柱投影”。德国数学家、物理学家、天文学家高斯（CarlFriedrichＧauss，1777一1855）于十九世纪二十年代拟定，后经德国大地测量学家克吕格（JohannesKruger，1857～1928）于1912年对投影公式加以补充，故名高斯-克吕格投影。设想用一个圆柱横切于球面上投影带的中央经线，按照投影带中央经线投影为直线且长度不变和赤道投影为直线的条件，将中央经线两侧一定经差范围内的球面正形投影于圆柱面。然后将圆柱面沿过南北极的母线剪开展平，即获高斯一克吕格投影平面。第七十四页，共110页。高斯-克吕格(Gauss-Kruger)投影（二）高斯一克吕格投影后，除中央经线和赤道为直线外，其他经线均为对称于中央经线的曲线。高斯-克吕格投影没有角度变形，在长度和面积上变形也很小，中央经线无变形，自中央经线向投影带边缘，变形逐渐增加，变形最大处在投影带内赤道的两端。由于其投影精度高，变形小，而且计算简便（各投影带坐标一致，只要算出一个带的数据，其他各带都能应用），因此在大比例尺地形图中应用，可以满足军事上各种需要，并能在图上进行精确的量测计算。第七十五页，共110页。高斯-克吕格(Gauss-Kruger)投影（三）高斯-克吕格投影坐标

高斯-

克吕格投影是按分带方法各自进行投影，故各带坐标成独立系统。以中央经线投影为纵轴(x),

赤道投影为横轴(y),两轴交点即为各带的坐标原点。纵坐标以赤道为零起算，赤道以北为正，以南为负。我国位于北半球，纵坐标均为正值。横坐标如以中央经线为零起算，中央经线以东为正，以西为负，横坐标出现负值，使用不便，故规定将坐标纵轴西移500公里当作起始轴，凡是带内的横坐标值均加

500公里。由于高斯-克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带坐标原点的相对值，所以各带的坐标完全相同，为了区别某一坐标系统属于哪一带，在横轴坐标前加上带号，如(4231898m,21655933m)，其中21即为带号。第七十六页，共110页。平面坐标转换平面坐标转换至少需要

两个已知点四个参数X0平移Y0平移θ坐标轴旋转K尺度

正常情况下为0.999x或1.000x第七十七页，共110页。四参转换步骤

基准转换定义投影水平平差旋转平移缩放垂直平差第七十八页，共110页。水平平差=GPS观测值=控制点第七十九页，共110页。旋转第八十页，共110页。平移第八十一页，共110页。缩放

第八十二页，共110页。水平残差残差第八十三页，共110页。高程拟合方法参数拟合法

a.常数拟合（少于3个已知点）

b.平面拟合(大于等于3个且分布较均匀的已知点）

c.曲面拟合(大于等于6个且分布较均匀的已知点）网格拟合法

EGM96模型似大地水准面精化成果第八十四页，共110页。椭球转换不同椭球(坐标系)的转换多应用于WGS84

坐标与北京54，国家80，当地坐标之间的转换三参数（莫洛登斯基三参数）只有一个点就可以X0平移Y0平移Z0平移七个参数X0平移Y0平移Z0平移Xw旋转Yw旋转Zw旋转K尺度计算方法：3个以上公共坐标(BLH或者XYZ)第八十五页，共110页。三参数和七参数三参数平移适合小范围七参数平移、缩放、旋转适合大范围工程第八十六页，共110页。平面坐标系统第八十七页，共110页。不同(椭球)坐标系的转换流程空间直角坐标(X,Y,Z)空间直角坐标(X,Y,Z)大地坐标(B,L,H)平面直角坐标(x,y,h)当地平面坐标(x,y)大地坐标(B,L,H)平面直角坐标(x,y,h)当地平面坐标(x,y)投影反算投影正算平面转换平面转换椭球转换第八十八页，共110页。不同(椭球)坐标系的转换流程几种椭球转换模型的特点：1.三参数法：七参数方法的简化，只取X平移，Y平移，Z平移。只能适用于坐标轴旋转很小的两椭球间。大多运用于使用信标，SBAS差分等精度要求不高的工程。2.布尔莎七参数法：标准的七参数方法，使用X，Y，Z平移，X，Y，Z旋转，K尺度。作用范围较大和距离较远，通常用于RTK模式或者RTD模式的WGS84到北京54和国家80的转换，已知点要三个或三个以上。3.一步法参数形式和标准七参数一样，X，Y，Z平移，X，Y，Z旋转，K尺度。可以一步完成WGS84到当地地方坐标系统的转换工作。也是要三个或三个以上已知点。

4.四参数使用x,y平移，a旋转，k尺度，也是RTK常用的一种作业模式，只转换平面坐标，需两个或两个以上平面已知点。若需高程，则还要提供水准点高程进行高程拟合。注意：各参数单位的不同，尤其是k值的不同。第八十九页，共110页。广州中海达卫星导航技术股份有限公司RTK应用数据采集坐标放样第九十页，共110页。1、控制测量可切换成静态模式做静态GNSS控制测量，精度可以达到毫米级。RTK应用第九十一页，共110页。2、测图根点、地形测图、工程放样一人操作精度均匀工作效率高实时显示位置信息导航信息RTK应用第九十二页，共110页。3、水上工程测量水下地形测量随着RTK技术的出现，使得水上测量采用GPS无验潮测量方式工作成为可能。采用此种方式不仅可以避免定位系统和