《定位与测量系统》课件

定位与测量系统定位与测量系统在现代科技领域发挥着至关重要的作用，涉及广泛的应用领域，例如导航、地图、机器人、自动驾驶等。课程简介定位与测量系统本课程将介绍定位与测量系统的基本原理、技术和应用。全球定位系统课程将深入探讨GPS定位系统，包括其原理、组成和应用。测量技术与方法我们将学习常用测量仪器和方法，并分析测量误差。应用领域本课程将介绍定位与测量系统的应用领域，如自动驾驶、导航、地图绘制等。学习目标掌握定位与测量的基本概念了解定位和测量的定义、分类、原理以及应用领域。理解全球定位系统(GPS)的工作原理掌握GPS卫星系统、信号、接收机、差分技术等知识。熟悉其他卫星定位系统和惯性导航系统了解北斗卫星导航系统、GLONASS系统、惯性导航系统等。掌握定位与测量的应用案例了解定位与测量在轨迹跟踪、车载导航、步态识别、机器人定位等领域的应用。定位与测量的概念定位是确定物体在空间中的位置，测量是确定物体的大小、形状或其他物理量的过程。定位与测量是紧密相关的，定位需要通过测量获得空间位置信息。测量结果可用于计算物体的位置，或确定物体的属性。定位系统的分类11.卫星定位系统通过接收卫星信号计算位置，如GPS、北斗、伽利略等。22.惯性导航系统利用惯性传感器测量加速度和角速度，推算位置和速度。33.地磁定位系统利用地球磁场变化确定位置，主要用于室内定位。44.无线电定位系统通过无线电信号传输时间或频率来定位，应用于无线网络和手机定位。全球定位系统(GPS)全球定位系统(GPS)是美国研发的卫星导航系统。GPS应用广泛，包括导航、测绘、时间同步等。GPS的基本原理卫星信号传输GPS卫星持续向地面发送信号，包含卫星的精确时间和位置信息。接收机信号接收GPS接收机接收来自至少四颗卫星的信号，计算接收机与卫星之间的距离。位置计算通过三角定位原理，利用接收机与至少四颗卫星的距离信息，计算接收机的三维坐标位置。GPS卫星系统GPS卫星系统由三部分组成：空间部分、地面控制部分和用户部分。空间部分包括31颗工作卫星，运行于距离地面约20,200公里的轨道上，覆盖全球。地面控制部分包括主控站、监测站和上传站，负责监控和控制卫星运行。用户部分包括GPS接收机，负责接收卫星信号并进行计算定位。GPS信号与信息GPS信号GPS卫星发射的信号包含载波信号和导航信息，通过接收机接收解码，可以获取卫星的位置、时间和大气环境信息，用于计算接收机的坐标位置。导航信息导航信息包含卫星轨道参数、卫星钟差和大气层延迟等数据，可以帮助接收机确定卫星的准确位置和接收时间，从而计算出接收机的坐标位置。GPS接收机GPS接收机是接收和处理GPS卫星信号的装置，通过接收多个卫星信号来确定接收机的位置、时间和速度。GPS接收机种类繁多，根据功能、精度、尺寸和应用场景等因素分类。常见的GPS接收机包括手持式、车载式、航空式和地基式等。GPS差分技术接收机误差消除接收机时钟误差，提高定位精度。卫星轨道误差消除卫星轨道误差，提高定位精度。大气误差消除电离层和对流层误差，提高定位精度。多路径误差消除多路径效应，提高定位精度。其他卫星定位系统GLONASS俄罗斯全球导航卫星系统，与GPS类似，提供全球定位服务。拥有约24颗在轨卫星，覆盖全球。北斗卫星导航系统中国自主研发的卫星导航系统，提供定位、导航和授时服务。目前拥有35颗在轨卫星，覆盖全球。伽利略卫星导航系统欧洲联盟的全球卫星导航系统，提供高精度定位和导航服务。计划部署30颗卫星，覆盖全球。印度区域导航卫星系统印度自主研发的区域卫星导航系统，覆盖印度及周边地区。目前拥有7颗在轨卫星，提供定位和导航服务。惯性导航系统自包含导航惯性导航系统通过内部传感器来确定位置、速度和方向。独立性不依赖外部信号，可在复杂环境中保持导航功能。高精度应用在空中、海上和陆地等各种环境中发挥作用。组合导航系统优势互补融合不同定位系统的优点，提高定位精度和可靠性。数据融合将不同定位系统的数据进行融合处理，获取更准确的定位信息。应用范围广广泛应用于航空、航海、陆地交通、机器人等领域。定位精度影响因素卫星信号强度信号强度越强，定位精度越高。受遮挡、大气条件影响。卫星数量卫星数量越多，定位精度越高。城市环境卫星数量较少。接收机质量接收机精度越高，定位精度越高。包括芯片、天线等。环境因素多路径效应、电离层延迟、磁场干扰都会影响精度。定位精度检验方法1实地检验利用已知坐标的控制点进行检验2统计分析分析误差分布，计算精度指标3对比验证与其他定位系统结果进行对比4模拟测试在模拟环境中进行测试验证定位精度检验方法多种多样，可以根据实际情况选择合适的方法进行检验。定位系统的应用领域1导航与地图车载导航系统、手机地图等，为用户提供路径规划和位置信息。2交通管理与物流车辆追踪、交通流量分析、物流运输管理等，提高交通效率和安全。3地理信息系统用于制作地理信息地图、规划土地利用、环境监测等。4物联网与智能家居智能家居设备定位、无线追踪、自动驾驶等，实现智能化应用。轨迹跟踪系统自动驾驶无人驾驶汽车依靠轨迹跟踪系统实现精确行驶，确保安全性和效率。运动追踪运动追踪应用中，轨迹跟踪系统记录并分析运动轨迹，提供运动数据。船舶导航轨迹跟踪系统帮助船舶在复杂海域中保持航线，提高航行安全。车载导航系统车载导航系统是将导航技术应用于汽车的一种应用，能够提供路线规划、实时导航、交通信息等功能。驾驶者可以通过车载导航系统查询目的地信息，规划路线，并通过语音提示和地图显示获得实时导航指引，方便快捷地抵达目的地。车载导航系统通常使用GPS技术作为定位方式，并结合地图数据和交通信息，进行路线规划和导航。步态识别定位步态识别定位利用人体行走方式进行定位，主要依靠分析人体行走时的步态特征。通过识别步态特征，并与数据库中已有的步态信息进行比对，实现个体身份识别和定位。步态识别定位技术在监控、安防、医疗等领域具有广泛应用，例如，识别嫌疑人身份，监测患者行走状态等。室内定位系统室内定位系统是一种基于室内环境的定位技术，用于确定目标物体的精确位置。它广泛应用于室内导航、资产管理、人员追踪等领域。无线网络定位技术超声波定位技术视觉定位技术移动机器人定位仓库导航移动机器人通过定位系统，在仓库中自主导航，执行搬运、拣选等任务。工厂自动化在生产线中，移动机器人负责物料运输、产品加工等任务，提高生产效率。家庭清洁移动机器人利用定位系统，在家庭环境中自主清扫，解放人力。测量系统的分类直接测量系统直接测量系统直接测量被测量的物理量，例如使用尺子测量长度。这些系统通常简单、易于使用，但精度可能受到环境影响。间接测量系统间接测量系统使用其他已知量的测量值来计算被测量的物理量。例如，可以使用温度计测量温度，然后通过公式计算体积。模拟测量系统模拟测量系统使用连续的物理量来表示测量值，例如使用电压或电流。这些系统通常提供高精度，但可能容易受到噪声影响。数字测量系统数字测量系统使用数字信号来表示测量值，例如使用计数器或数字转换器。这些系统通常具有更高的抗噪声性，并能提供更准确的测量值。测量技术与原理距离测量使用测距仪、卷尺等工具测量目标物之间的距离，常用方法包括激光测距、超声波测距等。角度测量使用经纬仪、全站仪等工具测量目标物之间的夹角，常用的方法有水平角测量、垂直角测量等。高度测量使用水准仪、全站仪等工具测量目标物相对于基准面的高度，常用方法包括水准测量、三角高程测量等。坐标测量使用GPS接收机、全站仪等工具测量目标物的空间坐标，常用的方法有GPS测量、全站仪测量等。测量精度及误差分析测量精度是指测量结果与真实值之间的接近程度，反映了测量的准确性和可靠性。误差分析是评估测量误差来源、大小和影响，并采取措施减小误差，提高测量精度。常见的误差来源包括系统误差、随机误差和粗大误差。系统误差是由于测量仪器或方法本身的缺陷造成的，具有规律性和重复性，可以进行校正或补偿。随机误差是由于不可控因素造成的，具有随机性和偶然性，可以通过多次测量取平均值来减小其影响。粗大误差是由于操作失误或外界干扰造成的，通常可以识别并剔除。常用测量仪器与方法卷尺卷尺是一种常见的测量工具，用于测量长度和距离，常见于建筑和家居装修领域。测距仪测距仪利用光学原理，通过发射光束并测量返回时间来计算距离，适用于建筑、测量和工程领域。激光水平仪激光水平仪利用激光束，用于精确测量水平线和垂直线，广泛应用于建筑、装饰和工程领域。经纬仪经纬仪是用于测量水平角和垂直角的精密仪器，主要应用于测量、地质勘探和工程测量领域。测量的应用实例测量在各个领域都有广泛应用，例如建筑、工程、制造、地理信息系统、医学等。建筑行业使用测量技术进行建筑规划、施工放样、工程量计算等。工程师使用测量数据进行项目设计、分析和评估。课程总结1定位与测量技术该课程探讨了定位与测量技术的原理、分类、应用等。2GPS与其他定位系统重点介绍了全球定位系统(GPS)及其工作原理，并比较了其他卫星定位系统和惯性导航系统。3测量系统的应用课程涵盖