卫星导航定位的概述与应用

南京理工大学课程论文课程名称:论文题目:姓名:学号:成绩:导航定位技术概论卫星导航定位的概述与应用目录TOC\o"1-5"\h\z弓1言 3卫星导航定位的概述 3\o"CurrentDocument"2.1多普勒效应 3\o"CurrentDocument"2.2卫星导航系统的组成 4\o"CurrentDocument"2.3卫星导航系统的特点 4\o"CurrentDocument"2.4卫星导航系统的分类 4\o"CurrentDocument"2.5卫星导航定位原理 4\o"CurrentDocument"卫星导航定位的应用 5\o"CurrentDocument"3.1前沿的定位技术 5\o"CurrentDocument"3.2导航定位在大型领域方面的应用 5

3.2.1国家大型测绘项目领域 63.2.2资源探测领域 63.2.3大坝、桥梁、高层建筑等变形监测领域 63.2.4路线勘测方面 73.2.5交通运输方面 73.2.6城市综合服务及农业领域方面 83.2.7电信、网络以及摄影测量与遥感技术方面3=i3.2.7电信、网络以及摄影测量与遥感技术方面3=i3.2.8导航定位在管线检测维护上的应用 9参考文献： 9卫星导航定位的概述与应用引言卫星导航定位技术是一门综合了机电、光学、数学、力学、控制及计算机等学科的尖端技术，是现代科学技术发展到一定阶段的产物。导航定位工程也应用于各个领域，有航海、航天、航空领域，特别是军事领域。卫星导航定位的概述2.1多普勒效应多普勒效应是波源和观察者有相对运动时，观察者接收到波的频率与波源发出的频率并不相同的现象。1957年10月世界上第一颗人造地球卫星上天，当时美国约翰.霍普金斯大学(JohnsHopkinsUniversity)应用物理实验室的研究人员格尔亦(WillianH.Guier)博士和维森柏克(GeorgeC.Weiffenback)在观察卫星发射的无线电信号时发现，卫星距地面观测站远近不同，其收发频率也不相同。这种现象即“多普勒效应”，无线电收发频率差称为“多普勒频移”。2.2卫星导航系统的组成卫星导航系统是在准确已知卫星的运行轨道的基础上，以卫星为空间基准点，通过测量站的接收设备，测定测量站至卫星的距离或多普勒频移等观测量来确定测量站的位置、速度。卫星导航系统实际上是以卫星作为导航平台的无线电导航系统。2.3卫星导航系统的特点全球、全天候导航：卫星导航范围可以从地面、近地空间延伸到外层空间，卫星发送的无线电信号不受气象条件和昼夜影响，也不会因地形不同而变化。高精度多功能：卫星导航系统除了能为用户提供全球性、全天候、高精度的导航定位服务以外，还具有其他广泛的应用。如通讯、授时、气象预报等。2.4卫星导航系统的分类按测量的导航定位参量分：测角系统②测距③测距离差④测距离和系统⑤测速或测距离变化率系统⑥测量多种参量的系统按工作方式可分：有源系统②无源系统2.5卫星导航定位原理卫星导航定位原理，简单地来说，是利用几何与物理的一些基本原理，利用空间分布的卫星，以及卫星与地面点间距离交会出地面点位置的方法。从几何上来讲，就是进行三维空间定位，得到三个位置面，三个位置面的交点即为用户位置。前提条件：卫星位置已知，把卫星看作是动态已知点，利用已知的卫星位置来求得站星距离（测站点与卫星之间的距离），利用多个距离测量值进行地面点的定位，要实现同步必须具有统一的时间基准，从解析几何角度出发，GPS定位包括确定一个点的三维坐标与实现同步四个未知参数，因此必须通过测定到至少4颗卫星的距离才能定位。距离测量主要采用两种方法：一是测量GPS卫星发射的测距码信号到达用户接收机的传播时间，即伪据测量；二是测量具有载波多普勒频移的GPS卫星载波信号与接收机产生的参考载波信号之间的相位差，即载波相位测量。通过4颗或4颗以上的卫星同时进行伪距或相位的测量，即可推算出接收机的三维位置。GPS定位根据测距的原理与方法不同，分为伪距法定位与载波相位测量定位。采用伪距观测量定位速度最快，而采用载波相位观测量定位精度最高。对于地面点接收机而言，根据其运动状态可将GPS定位分为静态定位和动态定位，静态定位是指将接收机安置在固定不动的待定点上观测数分钟或更长时间，以确定该点的三位坐标，又称为绝对定位。若将两台或更多台接收机置于不同点上，通过一段时间的观测确定点间的相对位置关系，称为相对定位。动态定位是指至少有一台接收机处于运动状态，确定各观测时刻运动中的接收机的绝对或相对位置关系。卫星导航定位的应用3.1前沿的定位技术精密单点定位技术PPP（PrecisePointPositioning）。即利用预报或事后精密星历（如IGS预报精密星历或IGS事后精密星历），同时利用某种方式得到的精密卫星钟差替代用户GPS单点定位方程中的卫星钟差参数，用户利用单台双频GPS接收机的非差相位和伪距观测值在数千万平方公里甚至全球范围内的任意位置进行分米级实时动态定位或事后厘米级快速静态定位。网络RTK技术-VRS（VirtualReferenceStation）。就是在一定区域内建立多个（一般为三个或三个以上）基准站，对该地区构成网状覆盖，并以这些基准站中的一个或多个为基准，计算和发播改正信息，对该地区内的卫星定位用户进行实时改正的定位方式，又称为多基准站RTK。与常规（即单基准站）RTK相比；该方法的主要优点：覆盖面广，定位精度高，可靠性高，可实时提供厘米级定位；网络RTK系统的结构如下图所示，包括3个部分：控制中心，固定站和用户部分。3.2导航定位在大型领域方面的应用正是由于全球卫星定位系统具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程建设、市政规划、海洋开发、资源勘察、地球动力学等多种学科。目前，导航定位技术已经渗透到国民经济建设、国防建设、科学研究和人民生活等方方面面。3.2.1国家大型测绘项目领域我国先后于1992年、1996年建立了由28个点组成的国家A级卫星定位控制网和由730个点组成的国家B级卫星定位控制网，首次整合和统一平差后形成了2000个国家卫星定位大地控制网，并于2004年完成与天文大地网的平差，成为我国现代测绘的基本框架。进入21世纪，可以说GPS定位技术已完全取代了用测角，测距手段建立大地控制网的常规大地测量方法。我们一般将应用GPS卫星定位技术建立的控制网叫做GPS网。与此同时，建成了连续运行的卫星定位观测站30多个，其中7个纳入国际IGS（地理信息系统）网站，国家A级和B级GPS大地控制网的建成，标志着我国具有分米级绝对精度的三维大地控制坐标系统已基本建立，它将成为我国空间技术和空间基础数据、动态实时定位等技术提供一个精确可靠的参考系。此外，中国国家A级和B级GPS大地控制网中大部分点位，均用水准进行了联测，以确定它们的正常高。同时不少网点也和原有的用经典方法测定的大地点和沿海的验潮站等进行了联测。所有这些将成为我国地壳运动监测，中国局部大地水准面的求定、新老大地网的拼接和转换，以及全球变化中海平面上升的监测提供基础数据，为21世纪前期的中国经济和社会持续发展做作出贡献，从根本上解决了我国使用参考框架的问题。3.2.2资源探测领域在地质调查和找矿工作中，导航定位技术的应用提高了野外地质调查和找矿工作的定位精度和自动化程度。它与GIS、RS（遥感）及计算机等高新技术相结合，为基础地质研究、地质找矿提供了地球化学依据。差分卫星导航定位技术已被用于海洋物探定位和海洋石油钻井平台定位，为发现海底储油构造和实施监测平台的安全可靠性发挥关键性作用。在土地资源调查中，有关部门成功研制了基于GPS-PDA的被称为“调查之星”的土地资源信息采集与处理技术系统，土地资源调查工作实现了质的飞跃。3.2.3大坝、桥梁、高层建筑等变形监测领域在三峡工程等大坝变形检测中，卫星导航定位监测精度达到了毫米级。在滑坡检测时，卫星导航定位测量比常规的外观测量在精度、监测速度、时效性、效益等方面都有明显的优势，滑坡变形监测方法很多，但大体上可分为两种类型。一种是采用特殊变形观测专用仪器，如应变仪，倾斜仪，流体静力水准仪等，直接测定斜坡的地应力变化、斜坡倾斜以及垂直位移；另一种就是采用精密大地测量方法测定坡体的水平与垂直位移，应用GPS定位技术检测滑坡变形，属于精密大地测量方法，与常规大地测量方法相比，GPS定位技术用于监测滑坡体水平和垂直位移不仅可以达到和常规大地测量相媲美的精度，还有更利于直接分析滑坡体的位移情况，更准确地分析滑坡体的空间唯一规律，更节省了人力物力，又可保证观测精度的均匀可靠。在监测和控制地面沉降方面也得到了广泛应用，上海市由于在世界上率先建立了包括卫星定位系统在内的健全的地面沉降监测网络，监测和控制地面沉降工作取得了举世瞩目的成绩。上海GPS地面沉降监测网分多级布设，GPS固定站由白鹤、外高桥、地质大厦与崇明岛等四点组成，基准网由34个网点组成，平均边长24KM，作为监测上海市地面沉降的基本框架。监测网附和在基准网上，布点密度根据对外环线内、外的不同分辨率要求，适当进行加密。网中国家GPSA级网点SHAO、小闸基岩标、白鹤与外高桥，可构成监测网的参考基准。3.2.4路线勘测方面线路勘测是铁路、交通、输电、通信等工程建设中重要的工作。以往大多采用传统的控制测量、工程测量方法进行控制网建立及施测，由于该类测量控制网大多以狭长形式布设，并且周围已知控制点很少，使得传统测量方法在网形布设、误差控制等多方面带来很大问题。同时传统方法作业时间也比较长，直接影响了工程建设的正常进展。目前，GPS技术已广泛应用于线路控制测量和路线放样，它具有常规测量技术不可比拟的技术优势：速度快、精度高、不必要求点间通视。在线路初测时一般应采用静态GPS定位技术建立首级控制已建立，以建立RTK作业的基准站网络，然后再进行道路定测。目前的RTK技术产品一般都具有坐标放样、直线及圆曲线测设等功能，因此能够进行定线工作。首先应在室内根据设计数据计算出各待定点的坐标，包括整桩、曲线主点、桥位等加桩，然后将这些数据送到手持机中，有了坐标以后在实测前还应作坐标转换参观的计算，以便把GPS测量结果转换到工程采用的坐标系统。有了转换参数便可在野外进行测设工作。3.2.5交通运输方面卫星导航定位等相关集成技术已能够营建智能交通系统和监控系统并得到广泛应用。卫星导航定位技术已普遍应用于公安、银行、医疗、消防等部门的紧急救援或报警，部分用于汽车、船舶的导航、监控，广泛应用于物流配送中心，并在车载导航方面取得重大发展。在不同的航路段以及不同的应用场合，对导航系统的精度、完备性、可用性、服务连续性的要求不尽相同，但都要求保证飞机飞行安全和有效利用空域。目前我国自己制造的远洋船舶不断增加，世界各国的船舶也大量驶入，因此，这些船舶进出港口的导航安全就十分重要，特别是在航道狭窄和能见度很低的气象条件下，更显得重要。所以，在当今港口建设中，建立查分GPS导航和引航系统是十分重要的。在20世纪90年代兴起的智能运输系统，正日益受到人们的关注，并已逐步应用到交通、测绘、导航、公安等众多领域。美国ROCKWELL公司正将GPS纳入到交通电子产品中。该公司还利用GPS开发了PLO200SL车载通信系统，FLEETMASTER自动车辆定位系统(AVLS)。采用FLEETMASTER自动车辆定位系统装备的车辆能获得道路信息、路况信息与获得实时交通控制。北美、日本和欧洲是智能交通管理发展较早、较快的地区，开发了相应的汽车自动定位导航系统，有自动系统、顾问导航系统、库存系统、车队管理系统、便携式系统。3.2.6城市综合服务及农业领域方面北京、上海、深圳、成都、昆明、天津等城市的卫星定位服务系统和香港特别行政区卫星定位参考网已先后建成，可分别满足城市规划、城市建设、城市管理、灾害监测、科学研究等多方面的需求。电力、有线电视、城市地下管道已采用卫星导航技术布设线路。随着GPS技术的出现，GPS技术在土地资源调查中也获得了广泛的应用。如目前根据土地资源调查的目的与精度要求，经常将RTK测量技术应用于土地资源调查。此时只要在基准站上安置一台GPS接收机，流动站仅需一人背着仪器在待测的碎步点上停留1~2s并同时输入特征编码，通过电子手簿，PDA或便携机记录，在点位精度合乎要求的情况下，则可将某一个区域内的地形地物点位通过专业绘图软件绘制成地图形。在土地资源调查精度要求不太高时，也可采用手持GPS接收机直接进行。3.2.7电信、网络以及摄影测量与遥感技术方面移动通信、电脑、卫星导航技术结合的各类移动信息终端日益普及，为位置信息相关服务(LBS)方面的应用提供了巨大的发展平台。其中的应用产品把导航从车载向个人终端迈进。摄影测量与遥感中的定位问题，通常可采取两种不同的途径实现。一种是通过各种直接测量的方法求定摄影机和传感器的空间位置和姿态，并由此测量出相片上任意一点的坐标；另一种是借助若干已知空间坐标的地面控制点在