GNSS及GS的基本原理与测量应用

GNSS及GPS的基本原理与测量应用主要内容二三GNSS简介GPS的组成及基本原理GPS的测量应用一一、GNSS的概念GNSS是GlobalNavigationSatelliteSystem的缩写，应译为“全球导航卫星系统”，而不宜译成“全球卫星导航系统”。“全球导航”是相对于陆基区域性导航而言，以此体现卫星导航的优越性。目前很多人将GNSS与GPS等系统并列而论，而GPS厂商却推出GNSS接收机。这就存在一个问题：GNSS究竟是一个单一系统，还是一个综合系统？

GNSS从它问世开始，就不是一个单一星座系统，而是一个包括GPS、GLONASS在内的综合星座系统。

早在20世纪90年代中期开始，欧盟一直在致力于一个雄心勃勃的民用全球导航卫星系统计划，称之为GlobalNavigationSatelliteSystem。该计划分两步实施：第一步是建立一个综合利用美国的GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统的第一代全球导航卫星系统(当时称为GNSS-1，即后来建成的如图所示的EGNOS系统)；第二步是建立一个完全独立于美国的GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统之外的第二代全球导航卫星系统，即正在建设中的Galileo卫星导航定位系统。一、GNSS19731982197819851、GLONASS类似于GPS，是俄罗斯以空间为基础的无线电导航系统；其前身CICADA与子午系统同期，于1965年设计，有12颗卫星；20世纪70年代中期前苏联军方启动GLONASS计划1982年10月12日发射第一颗GLONASS卫星1996年1月18日，完成24颗卫星的布局，卫星具备完全工作能力由于经济原因，现在天空上的GLONASS卫星仅为8颗。GLONASSGPS/GLONASS系统参数比较GPSGLONASS卫星星座21+321+3轨道平面6个轨道面3个轨道面轨道倾角55。64.8。轨道高度20,200km19,123km运行周期11小时58分钟11小时15分钟星历数据轨道开普勒根数地心直角坐标卫星寻址CDMA（码分多址）不同的卫星采用不同的PRN码加以区分FDMA（频分多址）（L1）1602+k?/16MHz（L2）1246+k?/16MHz载波频率L1：1575.42MHzL2：1227.6MHz1602.5625MHz~1615.5MHz1246.4375MHz~1256.5MHz基准坐标系WGS-84PZ-90测距码伪随机噪声码伪随机噪声码码元数1023bit511bit码周期1ms1ms码频率1.023MHz0.511MHz时间基准GPS时统，与UTC保持一定的差值，无跳秒GLONASS时统，经常调整与UTC保持一致，有跳秒导航电文37500bits，持续750秒7500bits，持续150秒2、Galileo背景：GLONASS在轨卫星缺失，GPS独霸市场

GLONASS、GPS均由军方控制欧盟：要建立国际民间控制的或欧盟自己的民用导航系统特点：共享的独立于GPS的无增强条件下的适于海陆空的系统。参股共建，收费。阶段：（一）2000年前，可行性评估或定义（二）2001~2005，开发和检测（三）2006~2007，部署（四）2008，商业运行欧盟为何重视伽利略计划首先，打破美国在这方面的垄断地位，为欧盟赢得可观的市场份额。权威部门预计：伽利略计划将为欧盟创造１５万个高技术含量的就业岗位；每年经济收益有１００亿欧元之多；仅出售航空和航海终端设备一项就可在２００８年至２０２０年将获得１５０亿欧元收入第二，欧盟开发此项目可为欧盟现在极力提倡的欧洲共同安全防御政策服务。第三，欧盟认为，没有科技上的领先地位，欧盟在将来许多事务中就没有主导权。

Galileo计划的历程主要面临的困难：投资巨大：“伽利略系统”高达36亿欧元的造价美国政府的极力反对：美国的干扰在一定程度上推迟了“伽利略”计划的通过各国的态度:

美国：美国说“伽利略”是个很坏的计划法国：对美国的垄断感到不满德国、荷兰、英国：经济Galileo计划概况伽利略计划的资金预计为32亿到36亿欧元系统由30颗高轨道卫星组成，分布在轨道高度为2.4万千米、倾角为56度的3个轨道面上。基础设施包括天基和地基两部分。卫星将为用户提供精确的时间和误差不超过一米的全球精确定位服务，与美国GPS和俄罗斯的GLONASS争夺市场。

Galileo系统的特性相比GPS和GLONASS，Galileo系统起点较高，吸收了很多GPS和GLONASS的经验，具有很多优点。从设计目标来看，Galileo系统的定位精度优于GPS。如果说GPS只能找到街道，Galileo系统则可找到车库门。

Galileo系统为地面用户提供3种信号：免费使用的信号、加密且需交费使用的信号、加密且能满足更高要求的信号。其精度依次提高，最高精度比GPS高10倍。免费使用的信号精度预计为10米。Galileo系统的主要特点是多频率、多服务、多用户。它除了具有定位导航功能外，还具有全球搜寻救援功能。为此每颗Galileo卫星还装备一种援救收发器，接收来自遇险用户的求援信号，并将它转发给地面救援协调中心，后者组织对遇险用户的援救。与此同时，Galileo系统还向遇险用户发送援救安排通报，以便遇险用户等待救援。Galileo系统的另一个优势在于：它能够与GPS、GLONASS实现多系统内的相互兼容。Galileo接收机可以采集各个系统的数据或者通过各个系统数据的组合来进行定位导航。Galileo系统提供的服务Galileo系统提供两种类型的服务，即免费服务和有偿服务。具体分为六类：公开服务（OpenService）：该服务免费提供给全球用户。商业服务（CommercialService）：这种服务主要提供公开服务中额外的服务，比如在公开服务中添加加密的数据，通过Galileo系统和无线通讯网络的结合实现航空通信等。生命安全服务（Safe-of-LifeService）：这种服务一般只用于交通运输、船只入港、铁路运输管制和航空管制等。公共烂规范篇服务赵（Pu洞bl叉icRe汪gu沾la小rSe椅rv道ic英e）：呼这种赴服务相只提勉供给行欧盟简成员惑国。型提供山与欧蜓洲密鲜切相销关的附军事扩、工踢业和蜂经济拖服务凑，比状如：惩国家设安全流、紧限急救慨援、盛治安探、警蜓戒以英及紧闭急的储能源独、交受通和瓶通讯租等。地区请性组蹈织提娘供的宵导航酱定位规服务托（Na割vi忙ga尝ti附on榆S析er尊vi息ce泛s题tobe抵p结ro毫vi窗de弟dby刊L菜oc湿al翻c斩om锻po狗ne情nt酷s）：工这种衰加强酸的导妨航定印位服芝务根茂据用伐户的撒特殊拘要求选，通臣过区甚域性尾增强足系统嚷向用腰户提膀供。智该服等务可阅以提孤供更蒜精确形的定妻位和钟授时费服务团。搜寻寨与救后援服津务（Se狱ar悠ch芹a顶nd古R早es拴cu滴eSe伙rv叨ic长e）3、北斗趟系统目的爸：快卵速定描位、铸实时倒导航园，简讲短通阀讯，芳精密元授时由两尿颗地刘球同虏步轨芦道卫奴星组超成星遣座，移卫星孩结构碑简单北斗兆卫星质导航季系统显三步冬走战僚略：第一敞步，19末94年启粒动北寸斗卫尖星导哭航试阔验系弄统建劈燕设，20倚00年形智成区碧域有淘源服飞务能草力；第二破步，哈建设粮北斗凉卫星坡导航好系统暑，2药01古2年班左右繁形成钩覆盖勉亚太化大部像分地底区的允服务脂能力给。第三拾步，词20欺20荐年左厦右，樱北斗裂卫星佳导航克系统吩形成墓全球按覆盖否能力店。P.这S：粗“北违斗”为卫星艇导航并试验弦系统太（也肌称“千双星墨定位消导航瞒系统晃”）侄，工赖程代评号：涌“北恭斗一运号”陕20研00渣年以腊来，报中国臂成功钻发射瓦了4弹颗“肥北斗改导航酸试验咸卫星雾”，恭建成茂“北扭斗一参号”潮。这不个系拍统具丧备在旋中国肥及其殃周边激地区泉范围匹内的赢定位与、授骗时、士报文叔和G叶PS缸广域集差分殿功能贫，并阔在测粪绘、捡电信忽、水岔利、植交通野运输长、渔访业、另勘探夫、森仅林防部火和概国家掘安全险等诸催多领四域发得挥重按要作固用。吴2矩01耻2年斤12寄月2洲7日尿，北盐斗系金统空命间信婶号接屈口控慌制文眠件正邪式版茶正式魄公布本，北暴斗导描航业姑务正雁式对定亚太乞地区趣提供帖无源霜定位玩、导晶航、许授时炊服务匆。集团请用户页解决你方案地面陷数据鸟处理肝中心贩可以坝：利用萝北斗魂用户催的实灶时运宋行轨禾迹和棚相关姑地图销对动腥态用声户进统行导怖航和觉交通总管制遥测亩北斗参用户唉接收君机的期工作窜状态须，报并警用通户收犯发机竿的故残障，扣识别剖用户陪身份示，控有制用胀户使萄用响应伯并回鸡复集籍团用诊户对划下属丛用户登的定乖位审虎查二、GP歇S的组丹成及悠基本陶原理GP萄S系统爽组成地面克控制张部分刘：中心挂控制鱼系统实现污时间名同步跟踪喝卫星饲进行床定轨空间六部分笼：提供今星历莫和时俱间信起息发射幸伪距盘和载样表信呈号提供黎其它耻辅助图信息用户趟设备收部分贫：接收蛮卫星饥信号记录另处理怪数据GP隶S系统关组成——空间奋部分24颗卫流星（21捡+3）6个轨回道平萄面55贷º轨道乏倾角20伏20五0km轨道宪高度委（地摸面高松度）11小时58分轨闲道周齿期5个多夹小时输出现桐在地侍平线粒以上每天葡提前4分钟届出现在地铅球上伤任何适地方奖可以撑同时点观测丢到4-裳11颗高妈度角15以上华的卫扯星。GP疮S系统适组成——地面取控制呀部分Co意lo信ra次do困s选pr留in坊gs55Ha长wa羞iiAs斯ce污nc最io盯nDi读eg我o明Ga坑rc至iakw越aj淹al男ei者n1个主响控站:C汉ol透or姓ad敌o铺sp吊ri进ng诞s(科罗斩拉多.斯平辟士)。3个注循入站:As迎ce挤nc冷io脸n(阿森味松群糖岛)、Di洗eg侮o神Ga粮rc娱ia龄(迭哥疤伽西拦亚)、kw锋aj叼al速ei归n(卡瓦忍加兰)。5个监背控站头：走以上乓主控段站、描注入沿站及Ha骂wa择ii杰(夏威迫夷)。GP戒S系统降组成——地面始控制怪部分主控益站:它的拾作用烈是根渔据各来监控敏站对GP堪S的观牲测数挂据，眯计算辈出卫截星的容星历妻和卫勇星钟错的改题正参羞数等裁，并剃将这寸些数倚据通慨过注舒入站姻注入忙到卫街星中枝去草；同句时，量它还倦对卫双星进筹行控法制，贩向卫政星发宰布指亚令，雪当工矿作卫半星出纱现故活障时锹，调伙度备真用卫吹星替丙代失现效的着工作脖卫星执工作施。3个注奋入站:将主岔控站沃计算积出的慌卫星矿星历域和卫劣星钟申的改遗正数住等注肺入到你卫星叠中去蓝。5个监尝控站由：接收妥卫星夹信号怨，监即测卫完星的谣接收宫卫星域信号岩，监数测卫巴星的电工作悄状态脊，取传送恳到主直控站酷。GP掘S系统洋组成——用户乎设备阵部分按照盐原理雨、用发途、检功能境来分伙类用途载波毁频率工作限原理导航虏型接透收机测地某型接闹收机平方跳型接详收机混合耍型接曾收机干涉扛型接脖收机单频哈接收螺机双频羊接收本机通道酱种类多通煤道接来收机序贯砖通道俗接收惠机GP姐S系统纲组成——用户敏设备汽部分手持对导航肃型GP讲S机，标精度5-侨15虑mGP倦S系统匆组成——用户愿设备缩慧部分测量凝型GP啊S接收葛机，时最高堤精度1m门m+宴1p馆pm天线天线主机箱记录簿主机电源电台GP还S基本羊原理——测距XllVlXllllllllVVVllVlllXlXXllVlXllllllllVVVllVlllXlX距离=信号传输时间x光的速度GP株S定位圈误差根分类与GP呈S卫星请有关嫌的误晒差与传蒸播途嫁径有拾关的死误差与GP举S接收那机有味关的稍误差卫星跃星历钓误差卫星袄钟差SA干扰腹误差电离建层折腰射对流挡层折毅射多路叛径效乌应接收莲机钟悼差接收讲机的久位置寨误差接收买机天剧线相废位中勇心偏话差GP邪S基本爽原理——二维晶三边浑测量承法北京西安广州武汉GP暑S基本天原理——三维精三边赤测量蛋法我们街处在蹲以RI为半震径的敢一个蜓球面膜上R12个球面相交得出一条曲线R23个球面相交于一个点3个距离观测值可以解算出一个点的纬度、经度与高程R3GP艰S基本你原理——定位固过程空间绍距离灵的量奴测为定位旋的基蜡本1参数改正5观测低卫星酒至地塘面点熔位的寺距离2利用镜接收卫星切星历妹资料构决定颗点位劣位置43观测4颗以摸上卫丑星才肢能解宴算点弊位的煌空间暖距离GP和S基本迎原理——定位卫星蓬充当“轨道孕控制宗站”测量飘与时筝间相烘关的煮每一怜颗卫霉星的巷伪随伶机码通常饲情况亮下，GP浆S接收择机采午用廉市价的赏时钟瓶。它唯们的息精度毅远远轰低于下卫星雕的机勤载时咽钟无线墙电波宗以光进速传荷播(距离并=富速快度x时间)时钟间误差菌与测燥距精乓度的向关系葡：1/彻10秒时拨钟误捞差猴=检30巾,0中00Km测距亦误差1/传1,哲00浸0,辰00御0秒时罢钟误集差=抬30培0拘m测距倒误差三、GPS的测量应用单点定位相对定位VRS技术GP毫S的测昼量应库用——单点筝定位单独器一个陈观测醋站接锹受信钟号进御行定乔位。沙从原垂理上角类似问于后毯方交答会进商行点杏的定香位。采用垦虚拟报距离彼观测桨量精度弱较差议，仅个能消乒除接何收机粘时钟遣误差GP聪S的测庙量应尘用——单点房诚定位傍精度理论办上说恩，利秒用C/猾A码进据行单尼点定萝位精测度可麻以达筋到10植-喊3兼0m在SA条件浅下进直行单昌点定铜位：平面赖位置比的精意度为茎+复/-虑1矿00m高程篇的精乖度则堪为协+/忌-它16大0m单点叉定位油的应煮用自然眠资源轧调查城市效规划环境疯调查GP旱S的测坚量应竞用——相对逐定位确定竖同步狠跟踪拒相同伍的GP橡S卫星毫信号施的若侵干台兼接收围机之召间的职相对授位置欺的定既位方踢法。至少歪一台接截收机德置于赤已知浩坐标夜点上怒，称斯为主怠站，炼置于诉未知刃点上滥的称锦为待仔测站眨或移棋动站浪。精度订较高GP谊S的测这量应戴用——静态梯相对咳定位方法窄：利用慌两套批及以沾上的GP烦S接收流机，海分别烂安置裁在每枕条基假线的笔端点兆上，隐同步鼠观测沫四颗粱以上恨的卫眨星0.伐5～1小时，基纽奉线的秀长度雾在20公里格以内牺。各饲基线患构成然网状化的封惩闭图勤形，罢事后夏经过输整体英平差裳处理。用途春：是丸精度泰最高慈的作伏业模层式。街主要辽用于籍大地指测量扬、控盆制测劈燕量、飞变形侍测量基、工芽程测章量。精度佳：可惑达到5m严m+翼1p沾pm静态贝相对固定位——基线姜测量基线向量BA（dx、dy、dz)基准录站移动胆站GP京S的测趴量应良用——即时饰动态匹测量递（RT似K）常规荣的GP鸟S测量祸方法午，如讨静态终、快勒速静觉态、吃动态懂测量铜都需读要事设后进患行解崭算才肢能获摔得厘沉米级转的精恨度，帽而RT筝K是能戏够在邪野外羊实时翠得到常厘米坐级定庙位精毒度的微测量承方法瞎，它批采用收了载耳波相许位动凝态实趣时差捷分方粒法，汁极大略地提占高了劈燕外业窜作业偿效率得。GP盐S的测望量应鼓用——即时奸动态巨测量敞（RT态K）定位精度为厘米级RTK基准站即时传递改正值移动站GP赛S的测例量应诱用——即时露动态久测量贱（RT扫K）GP毙S相对咏定位宿的后皆处理凳测量净方法静态究相对过定位卷模式流动站动态勾相对乏定位边模式基准站VR寺S测量已技术GP乎S实时阳差分灯定位RT盗K技术比的缺秤点：用户坑需要另架设贤本地晕参考牧站误差问随距器离的而增加届而增碧长误差魂增长化使流云动站饿和参污考站冬的距挎离受赖到限杰制，歇一般小于15公里精度嫁为10庭mm询+1惧pp莲m，可赶靠性驾随距奶离增吴大而毕降低VR佳S测量贷技术虚拟堤参考射站方烛案中VR榨S的特稳点与波技术匙优势咽：虚拟绵参考叔站方里案中涝，VR弓S的实丧施将厚使一症个地势区的狮测绘好工作吧成为原一个思有机突的整窗体，原这改章变了舌以往GP左S作业齐“单医打独茅斗”订的局营面，坏同时惠它使GP贯S技术欠的应扇用更察为广禁泛，叔使其宫精度接和可栽靠性医得到伤进一暖步提斑高，景最重装要的快是建在立GP赢S网络每的成跳本降顷低了查很多虫。我国逃深圳但市第送一个咸建成煮了VR腊S技术筋卫星愚定位简服务疗系统何谓VR泥S测量耕技术？移动饺站并码非接芦受某丛个实购际基羞准站服的实根际观压测资副料，而是经过呼定位惹误差键修正主的虚蠢拟观耕测数勇据，也就问是RT僻K主站怎，并不介是实突际存妨在的饲实体眨主站屋，而是企在移动果站附枕近产玻生一肯个经丽过人