《GNSS测量与定位》课件

GNSS测量与定位GNSS测量与定位技术利用卫星信号进行精确的位置测定，广泛应用于导航、测绘、地理信息系统等领域。GNSS技术概述全球导航卫星系统GNSS是全球导航卫星系统的简称，提供全球范围内实时定位、导航和授时服务。多种导航系统包含GPS、GLONASS、北斗、伽利略等多个导航系统，相互补充、协同工作。广泛应用应用于测绘、交通、农业、灾害监测等多个领域，提供高精度定位信息。GNSS基本原理GNSS系统由空间段、地面段和用户段组成。空间段是指卫星星座，用于发射导航信号。地面段是指地面监控站，用于监测卫星状态和维护系统运行。用户段是指各种接收机，用于接收卫星信号并进行定位解算。GNSS系统通过测定用户与卫星之间的距离，以及卫星的位置信息，来计算用户的位置。GNSS坐标系统地球坐标系地球坐标系是地球表面点的三维空间位置的描述。常见的地球坐标系包括地心坐标系和大地坐标系。GNSS坐标系GNSS坐标系是基于卫星导航系统建立的坐标系，用于确定卫星和接收机之间的相对位置关系。常见的GNSS坐标系包括WGS-84坐标系和北斗坐标系。GNSS信号结构载波信号载波信号包含卫星发射的导航信息。导航数据导航数据包括卫星的轨道参数、时间信息、钟差等。伪随机噪声码伪随机噪声码用于识别不同的卫星信号。GNSS接收机组成天线接收卫星信号，并将其转换为电信号。接收机处理接收到的信号，计算卫星位置和时间。数据处理器对接收机计算出的数据进行处理，生成最终的定位结果。显示器显示定位结果，以及其他相关信息。GNSS定位方式1单点定位通过单个GNSS接收机进行定位，需要至少四颗卫星信号。2差分定位利用参考站的已知坐标信息，修正接收机的定位误差。3相对定位两个或多个GNSS接收机同时观测同一组卫星，通过数据处理获得接收机间的相对位置。单点定位1接收机坐标计算利用卫星信号信息和已知参数，计算接收机坐标2伪距观测接收机测量卫星信号到达时间，计算卫星到接收机的距离3卫星位置信息卫星导航系统提供卫星的精确轨道和时间信息4卫星信号接收GNSS接收机接收来自多颗卫星的信号单点定位是利用GNSS接收机接收来自多颗卫星的信号，通过测量信号到达时间，计算卫星到接收机的距离，进而利用卫星位置信息和已知参数，计算接收机坐标的一种定位方式。差分定位1基准站接收卫星信号并计算精确坐标2差分信息基准站将修正信息发送给用户3用户接收机使用差分信息修正定位结果差分定位提高精度，克服卫星钟差、电离层延迟等误差。提高定位精度，提升数据可靠性。相对定位1基准站基准站接收来自卫星的信号，并精确测定自身坐标。2流动站流动站同时接收来自卫星的信号，并利用基准站数据进行定位。3差分校正流动站通过基准站数据校正测量误差，提高定位精度。GNSS测量误差来源卫星钟差卫星内部原子钟存在误差，会影响定位精度。卫星钟差可以通过地面监控站进行校正。接收机噪声接收机内部电路噪声会干扰信号接收，影响信号强度和精度。接收机噪声可以通过信号处理技术进行抑制。大气延迟电离层和对流层会延迟信号传播时间，导致误差。大气延迟可以通过模型和测量数据进行校正。多路径效应信号反射会导致多路径效应，造成定位误差。多路径效应可以通过信号处理技术和天线设计进行减弱。多路径效应信号反射GNSS信号在传播过程中会遇到各种障碍物，例如建筑物、山脉、树木等。多条路径到达接收机信号会发生反射，导致接收机接收到多条路径的信号，形成多路径效应。测量误差多路径效应会引入测量误差，影响定位精度。电离层延迟电离层影响电离层是地球大气层的一部分，包含带电粒子。GNSS信号穿过电离层时，会发生延迟。延迟程度电离层延迟的程度受电子密度影响。电子密度越高，延迟越严重。影响因素太阳活动、地理位置和时间都会影响电子密度。太阳黑子爆发时，电子密度会显著增加。对流层延迟大气层影响对流层是地球大气层的最底层，包含了绝大多数大气质量。信号延迟GNSS信号穿过对流层时会发生延迟，影响定位精度。天气因素对流层延迟受气压、温度和湿度等因素影响。卫星钟差1卫星钟误差卫星上的原子钟并非绝对精确，存在微小的误差，导致时间偏差。2影响因素卫星钟差受多种因素影响，包括温度、压力和辐射等。3修正方法GNSS系统会定期广播卫星钟差，接收机进行修正，提高定位精度。接收机噪声接收机噪声来源接收机噪声通常来自内部电子元件，例如放大器和混频器。噪声影响噪声会降低信号强度，从而影响定位精度和可靠性。GNSS精度评估指标GNSS精度评估指标主要反映了定位结果的可靠性和准确性。1cm水平精度水平方向上的误差范围。2cm垂直精度垂直方向上的误差范围。5m定位精度综合考虑水平和垂直精度的整体误差。10m时钟精度GNSS接收机时钟与实际时间的误差。水平精度水平精度水平方向上的定位精度指标水平位置误差单位米(m)影响因素卫星数量、信号强度、大气延迟、接收机噪声等评估方法统计分析、误差模型、精度测试等垂直精度垂直精度是指GNSS定位结果的垂直方向误差，即实际位置与GNSS定位结果在高度方向上的偏差。垂直精度受多种因素影响，包括卫星几何分布、大气延迟、接收机噪声等。垂直精度通常低于水平精度，这是因为卫星在垂直方向上的几何分布不如水平方向上均匀。此外，大气延迟对垂直方向的影响更大，也会导致垂直精度下降。定位精度精度指标描述水平精度水平方向的定位精度垂直精度垂直方向的定位精度定位精度三维空间的定位精度GNSS数据处理流程数据采集GNSS接收机获取卫星信号，记录时间、位置和卫星信息。数据传输数据通过无线或有线方式传输到处理中心，进行数据处理。数据处理利用数学模型和算法，对数据进行误差校正和解算，计算出坐标和高程信息。结果输出将处理结果以表格、图形等形式展现，方便用户查看和使用。数据采集1接收机设置设置接收机参数，例如时间、坐标系、频率等，确保数据采集的准确性。2观测数据采集接收机接收卫星信号，记录卫星的伪距、载波相位、多普勒频移等数据。3数据存储将采集到的数据存储到存储介质中，以备后期处理和分析。数据传输1数据采集GNSS接收机采集观测数据。2数据格式转换将原始数据转换为标准格式。3数据传输通过无线网络或其他媒介传输数据。4数据存储将数据存储在服务器或数据库中。数据传输是GNSS数据处理流程的重要环节，确保数据及时、完整、准确地传递到处理中心。数据处理1数据预处理消除噪声，校正偏差2数据解算计算坐标、速度3数据后处理提高精度，合并结果GNSS数据处理涉及一系列步骤，包括数据预处理、数据解算和数据后处理。数据预处理旨在消除噪声、校正偏差等。数据解算利用观测数据计算坐标、速度等信息。数据后处理则通过进一步的分析，提高定位精度，合并不同时刻的观测结果。结果输出数据分析将处理后的GNSS数据进行分析，获得目标点的坐标、高度、时间等信息。成果展示根据分析结果，制作图表、地图、报告等形式的成果，以便直观展示测量结果。数据存储将GNSS数据处理结果存储到数据库或文件系统中，方便日后调用和分析。GNSS应用领域测绘工程GNSS技术广泛应用于地形图测绘、工程测量、数字化测绘等领域，提高测绘效率和精度。地理信息系统GNSS数据是地理信息系统的重要数据源，用于建立空间数据库，进行空间分析和可视化。导航定位GNSS技术是汽车导航、手机定位、航空航天导航等领域的核心技术，提供精准的定位服务。地球科学研究GNSS技术应用于地壳运动监测、地震预测、冰川变化研究等领域，为地球科学研究提供重要数据。测绘工程地形测量GNSS技术可以帮助测绘人员准确高效地测量地形地貌。地图绘制通过GNSS定位数据，可以制作精确的地形图和地图。工程测量在桥梁、隧道等大型工程建设中，GNSS技术提供精确的定位和控制。建筑测量GNSS技术可以帮助建筑师进行精确的测量，确保建筑物符合设计要求。地理信息系统1空间数据管理GIS用于存储、管理和分析地理空间数据。2空间分析GIS能够进行空间分析，例如缓冲区分析和叠加分析。3可视化呈现GIS可以将地理空间数据以地图、图表和三维模型等形式展示。4广泛应用GIS在城市规划、环境监测和资源管理等领域得到广泛应用。导航定位汽车导航利用GNSS信号进行定位，提供路线规划、交通信息等服务，帮助驾驶员安全便捷地抵达目的地。手机导航手机内置GNSS芯片，配合地图软件，提供实时位置信息、路线规划、周边信息查询等功能，方便用户出行。地球科学研究地球物理学GNSS用于研究地球内部结构，例如地壳运动、地震活动和火山活动。海洋学GNSS用于测量海平面变化、海洋环流和潮汐，帮助了解气候变化对海洋的影响。精准农业精确施肥根据土壤条件和作物需求进行精准施肥，提高肥料利用率，减少环境污染。精准喷药利用无人机等技术，对作物进行精准喷药，提高农药利用率，降低农药残留。精准灌溉根据土壤湿度和作物需水量进行精准灌溉，提高水资源利用率，减少水资源浪费。未来GNSS发展趋势高精度定位GNSS技术正在不断提高精度，提供厘米级甚至毫米级的定位精度，为精准农业、无人驾驶等领域提供更可靠的支持。多模融合定位将GNSS与其他定位技术，如惯性导航系统、视觉定位系统相结合，可以克服单一技术在复杂环境下的局限性，提高定位精度和可靠性。智能终端应用随着移动终端的发展，GNSS技术将更广泛地应用于智能手机、可穿戴设备等，为用户提供更便捷、更智能的定位服务。高精度定位更精确的测量高精度定位系统可以将GNSS信号误差降低到厘米级或毫米级。应用范围更广高精度定位技术在自动驾驶、精准农业、基础设施监测等领域应用广泛。多模融合定位11.优势多模融合定位将多种定位技术结合，提升定位精度和可靠性。22.应用场景适用于复杂环境，如城市峡谷、隧道等，GNSS信号弱或被遮挡。33.融合方式常见融合方法包括卡尔曼滤波、贝叶斯滤波等，根据不同场景和