无人机航测技术与应用课件：全球定位系统GPS

全球定位系统GPS2由于科学研究、商业往来、文化交流、军事部署等在全球尺度下的人与信息的流动不断增加，人们对于全球范围内的统一定位的需求变得现实而迫切，在这一背景下，全球定位系统便应运而生。美国主导的全球定位系统GPS是这类系统的代表之一。4.2.1全球定位系统简介3为应对全球兵力，特别是海军舰队的部署对于定位的需求，同时也作为美国政府“星球大战”战略的组成部分，1973年12月，美国国防部批准了美国海陆空三军联合研制新的卫星导航系统，项目命名为：NAVISTARGPS，即“NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobePositioningSystem”，中文意为“卫星测时测距导航/全球定位系统”，即我们今天简称的GPS系统。该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位、授时功能，能为用户提供较为精密的三维坐标。4.2.1全球定位系统简介4空间星座部分用户接收机部分地面控制站部分4.2.1全球定位系统简介5在GPS系统中，GPS卫星的作用如下：（1）用L波段向广大用户连续不断的发送导航定位信号，用户由导航电文可以知道该卫星当前的位置和卫星的工作情况。（2）在卫星飞越注入站上空时，接收由地面注入站用S波段发送给卫星的导航电文和其它相关信息，并通过GPS信号传输链，适时的发送给广大用户。（3）接收地面主控站通过注入站发送给卫星的调试指令，适时的改正运行偏差或进行其它改正性操作。4.2.1全球定位系统简介6GPS的地面控制站一共有5个，按照承担的任务，分为三类，分别是主控站、注入站和监控站。GPS的主控站建设在美国本土的科罗拉多州（Colorado）。主控站的任务是收集、处理所有5个地面控制站的各项资料，编制卫星的星历和GPS时间系统，将预测的卫星星历、钟差、状态数据以及大气传输改正编制成导航电文传给注入站。主控站还负责监测整个地面监测系统的工作状态以及监测在轨卫星是否信号传输正常。GPS的3个注入站分别设置在大西洋的阿松森岛（AscensionIsland），印度洋的迭戈加西亚岛（DiegoGarcia）和太平洋的卡瓦加兰（Kwajalein）。注入站的任务是将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器。每天注入3次，每次注入14天的星历等信息。此外，注入站还自动向主控站报告自己的工作状态。GPS的5个地面站全部都负担监测站的任务，除1个主控站和3个注入站外，还在夏威夷（Hawaii）专门设置了一个监测站。监测站的主要任务是为主控站提供卫星的观测数据。4.2.1全球定位系统简介7GPS信号接收机的任务是，捕获按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信息，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星发送的导航电文，实时的计算出待测点的三维位置。4.2.1全球定位系统简介8GPS基本定位方程4.2.2

GPS测量的设计与实施9GPS测量与常规测量类似，在作业过程中也分为三个阶段：方案设计外业实施内业数据处理4.2.2

GPS测量的设计与实施104.2.2

GPS测量的设计与实施11GPS测量的实施主要包括以下环节：测区踏勘、资料收集、器材与人员准备、观测计划的拟定、实施观测。测区踏勘主要了解以下情况，以便制定观测计划。交通情况：公路、便道等道路通行情况。水系分布：江河、湖泊、池塘、水渠等的分布以及桥梁、码头等交通通行情况。植被情况：森林、草原、农作物等分布情况。控制点分布情况：测区各类控制点的分布情况，是否保存完整等。居民点分布情况：测区内城镇、乡村、商店、住宿等情况。当地民风民俗：测区所在区域的生活习俗、禁忌、社会治安情况等。资料收集是指收集以下与测量工作相关的资料：各类图件资料：测区的基本地形图、交通图等。各类控制点成果：测区里已有的各类控制点坐标等成果。各类参考资料：测区的区划图、气象、人口等参考资料。器材与人员准备主要是调配GPS、计算机、车辆、通讯等器材，以及组织专业与辅助工作人员，并对人员进行相应的培训。4.2.2

GPS测量的设计与实施12观测计划的拟定主要依据以下因素：GPS网的规模大小。点位精度质量要求。设备的数量与质量。人员队伍及后勤保障条件。4.2.3GPS测量的数据处理13GPS接收机直接采集的是GPS接收机天线至卫星伪距、载波相位和卫星星历等数据。为得到满足测量工作需要的最终成果，GPS测量的数据处理需要经过以下几个步骤：数据采集、数据传输、预处理、基线解算。数据采集是指在野外外业观测时取得原始观测数据，野外观测记录的同时用随机软件解算出测站点的位置和运动速度等基本信息。数据传输是指用专用的电缆线、蓝牙、SD卡等各种通信传输方式将接收机中的数据传输至内业作业的计算机中。数据预处理的目的是对数据进行平滑滤波处理，剔除粗差；统一数据文件格式并将各类数