《GNSS测量概述》课件

GNSS测量概述GNSS测量是现代测绘技术中不可或缺的一部分，应用广泛。利用卫星信号进行定位，测量精度高，效率高。GNSS概述全球导航卫星系统GNSS是全球导航卫星系统的简称，由多个国家独立研制定位导航GNSS提供高精度定位，可用于导航、测绘、交通等时间同步GNSS卫星携带精密原子钟，提供高精度时间信号GNSS系统介绍11.GPS全球定位系统，美国研制，提供全球范围内的定位服务。22.GLONASS全球导航卫星系统，俄罗斯研制，提供全球范围内的定位服务。33.Galileo伽利略卫星导航系统，欧盟研制，提供全球范围内的定位服务。44.BeiDou北斗卫星导航系统，中国研制，提供全球范围内的定位服务。GPS美国全球定位系统GPS是由美国国防部研发的全球卫星导航系统，它由31颗卫星组成，绕地球运行，覆盖全球。应用广泛GPS广泛应用于导航、测绘、交通、农业、林业、灾害监测等多个领域。GLONASS俄罗斯全球导航卫星系统GLONASS是俄罗斯的全球导航卫星系统，提供全球定位和时间同步服务。星座结构GLONASS由24颗卫星组成，分布在3个轨道面，每个轨道面上8颗卫星。优势GLONASS在高纬度地区的覆盖范围比GPS更广，精度更高，可用性更强。应用GLONASS在导航、测绘、气象、交通等领域发挥着重要作用。Galileo欧洲全球导航卫星系统伽利略是由欧盟委员会和欧洲航天局共同开发的全球卫星导航系统，具有高精度、高可靠性和高安全性的特点。独立的民用系统伽利略系统不受任何军事控制，并提供开放的公共信号，为全球用户提供免费服务。广泛的应用领域伽利略系统广泛应用于导航、定位、授时、通信、交通、农业等各个领域，具有巨大的经济和社会效益。北斗系统中国自主研发的卫星导航系统北斗系统提供全球定位、导航和授时服务。覆盖全球北斗系统覆盖全球，提供精准的定位和导航服务。广泛应用北斗系统应用广泛，在交通运输、农业、测绘等领域发挥重要作用。GNSS信号结构GNSS信号通常由载波信号和数据信号组成。载波信号是卫星向地面发送的连续波，数据信号则包含了卫星的轨道信息、时间信息等。载波信号频率稳定，数据信号采用不同的编码方式进行调制，以确保信号的可靠性。GNSS信号结构由多个部分组成，包括载波信号、导航数据、卫星时钟信息、卫星轨道信息等。信号结构的具体形式由不同的GNSS系统决定，如GPS、GLONASS、Galileo和北斗等系统。GNSS测量原理GNSS测量是利用卫星信号进行定位的技术。测量原理基于测量卫星信号到达接收机的时间差和相位差，计算出接收机与卫星之间的距离，再通过多颗卫星的距离信息，利用几何原理计算出接收机的三维坐标。1接收机定位计算接收机坐标2距离测量计算接收机与卫星之间的距离3卫星信号接收接收卫星发射的信号伪距测量卫星信号传播时间伪距测量利用卫星信号从卫星发射到接收机的时间来计算卫星与接收机之间的距离。卫星时钟偏差卫星和接收机的时钟误差会影响信号传播时间测量的准确性。大气延迟误差电离层和对流层会影响卫星信号的传播速度，造成额外的延迟。地球形状和重力场地球不是完美的球体，其形状和重力场也会影响卫星信号传播时间。相位测量相位测量原理相位测量利用接收机接收到的卫星信号载波相位变化来测量距离。相位测量精度更高，但需要精确的初始相位信息。相位测量步骤接收机接收卫星信号测量信号载波相位计算相位变化量根据相位变化量计算距离GNSS观测方程GNSS观测方程是描述卫星信号到达接收机的时间或相位与卫星位置、接收机位置、信号传播时间等因素之间关系的数学模型。观测方程可以用于计算卫星的位置、接收机的位置、卫星钟差等参数，是GNSS数据处理的基础。GNSS定位原理1观测数据GNSS接收机获取卫星信号，测量伪距、载波相位等观测数据。2坐标解算基于观测数据和已知卫星轨道信息，解算接收机坐标。3误差修正考虑卫星钟差、电离层延迟、对流层延迟等误差，提高定位精度。单点定位11.独立定位基于单台接收机获取卫星信号。22.坐标计算利用接收机与卫星之间的距离和时间信息，计算出接收机坐标。33.广泛应用应用于导航、测绘、地理信息系统等领域。44.测量精度受限于接收机精度和卫星信号误差，单点定位精度一般较低。相对定位测量原理相对定位利用两个或多个接收机同时观测同一颗或多颗卫星，通过测量接收机之间的距离差，消除大部分共性误差。应用场景相对定位主要用于高精度测量，如工程测量、大地测量和精密导航。优势相对定位精度高，能够有效消除大气延迟、卫星钟差等误差，提高测量结果的可靠性。实时动态测量实时数据采集实时动态测量过程中，GNSS接收机持续接收卫星信号，并实时计算位置信息。实时数据处理接收到的数据实时进行处理，包括数据校正、滤波、平滑等，以提高精度。实时信息显示处理后的位置信息可以实时显示在地图或其他可视化界面上，方便用户了解目标的动态变化。实时控制应用实时动态测量可用于控制车辆、无人机等移动目标，例如自动驾驶、精准农业等。GNSS测量误差分析卫星钟差误差卫星钟差误差会导致测量结果的偏差，需要进行校正。电离层延迟误差电离层延迟误差会影响信号传播时间，需要通过模型或观测数据进行修正。对流层延迟误差对流层延迟误差会导致信号传播路径改变，需要采用相应的模型进行补偿。多路径效应误差多路径效应会导致信号发生反射和折射，影响测量精度，需要采取措施进行抑制。卫星钟差误差卫星钟差卫星内部的原子钟会产生误差，导致时间偏差，影响测量精度。钟差模型利用钟差模型，可以对卫星钟差进行修正，减小其对测量结果的影响。钟差改正通过接收机接收卫星广播的钟差信息，可以对卫星钟差进行改正，提高测量精度。电离层延迟误差电离层结构电离层是地球大气层的一部分，包含带电粒子，可影响GNSS信号传播。电离层密度变化会使信号传播速度发生变化，导致信号到达接收机的时间延迟。延迟误差电离层延迟误差主要取决于电离层电子密度、信号频率以及卫星到接收机的仰角。误差会影响定位精度，尤其是低仰角卫星。对流层延迟误差11.大气折射对流层是地球大气层最低层，大气密度随高度变化，造成电磁波传播路径弯曲，导致信号延迟。22.湿度影响湿度越高，对流层延迟越明显，因为水汽的折射率比干空气高，影响信号传播时间。33.天气变化温度、气压变化会影响对流层延迟，在不同天气条件下，延迟值存在差异，需要考虑修正。44.模型修正利用气象数据建立对流层模型，对观测值进行修正，提高定位精度。多路径效应误差信号反射卫星信号在传播过程中遇到建筑物、植被等障碍物时，会发生反射，导致接收机同时接收到来自不同路径的信号。地面反射卫星信号到达地面后，会发生反射，形成多条信号路径，影响接收机对信号的精确测量。接收机噪声误差接收机噪声接收机噪声是指接收机内部电子元件产生的随机噪声。噪声会干扰信号，导致测量误差。影响因素接收机类型、工作环境、信号强度都会影响噪声。低噪声接收机可降低噪声误差。GNSS测量精度评估GNSS测量精度评估是保证测量结果可靠性的重要环节，需要综合考虑各种误差源的影响。通过分析误差源和评估精度，可以确定测量结果的置信度，并根据需要采取相应的措施提高精度。1cm水平精度静态测量2cm垂直精度动态测量5mm相对精度基线测量GNSS数据处理流程1数据采集接收卫星信号2数据预处理去除误差3坐标解算计算坐标4精度评估检验结果数据采集接收机GNSS接收机接收卫星信号并记录观测数据。天线天线接收卫星信号并将其转换为电信号。数据记录器记录接收机接收的观测数据。数据预处理数据质量控制检查数据完整性、一致性和有效性，识别并剔除异常数据。坐标转换将不同坐标系下的数据转换为统一坐标系，方便数据融合和分析。时间同步对不同时间采集的数据进行同步处理，确保数据的时间一致性。数据格式转换将不同格式的数据转换为统一格式，方便后续处理和分析。坐标解算11.数据准备首先，需要将预处理后的GNSS观测数据进行格式转换，并根据不同的坐标系进行转换和转换。22.坐标解算方法常用的坐标解算方法包括最小二乘法、卡尔曼滤波等，根据不同的精度要求选择合适的解算方法。33.坐标转换将解算得到的坐标转换为目标坐标系，例如WGS-84坐标系、国家大地坐标系等。44.结果输出最终输出结果包括坐标、精度等信息，并可以生成相应的图形。精度评估精度指标评估GNSS测量精度指标，例如水平精度、垂直精度和时间精度。误差分析分析各种误差来源，包括卫星钟差、电离层延迟和多路径效应。数据处理方法使用数据处理软件进行精度评估，包括滤波、平差和坐标转换。实时动态测量在工程测量中的应用实时动态测量在工程测量中应用广泛，特别是在道路、桥梁、隧道等工程建设中。实时动态测量可以提高工程测量效率和精度，有效控制工程进度和质量。高精度定位实时监测自动化测量GNSS测量在工程测量中的案例分析GNSS测量在工程