【精品】PPT课件 GPS全球定位系统

GPS测量与经典测量方法的对比：
➢不需要相互通视 ➢观测作业不受天气条件的影响 ➢网的质量与点位的分布情况无关 ➢能达到大地测量所需要的精度水平 ➢白天和夜间均可作业 ➢经济效益显著
GPS用于大地测量
（三）GPS 的系统组成
用户部分
GPS接收机
空间部分
24颗GPS卫星组成
监控站
注入站 主控站
控制部分
级别
A
B
项目
固定误差 a(mm)
RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距 观测值，相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机。
RTK测量原理图
发射电台
接收电台
移
GPS主机
GPS主机
动 站
基准站
采集器
(一) GPS用于大地测量
1、GPS静态定位的主要应用领域
GPS静态定位主要用于建立各级测量控制网，其优点为： ➢定位精度高，其基线的相对精度非常高 ➢选点灵活、不需要造标、费用低 ➢全天候作业 ➢观测时间短 ➢观测数据处理自动化
差 ▪ 另外有接收机的对中、整平误差等
（四）GPS载波相位测量
1.采用载波相位观测值
L1=19c m
卫星广播
的电磁波
L2=24 cm C/A=293 m
信号：
p=29.3 m
• 信号量测精度优于波长的1/100
L1载波 L2载波
C/A码 P-码
• 载波波长比C/A码波长 短得多
• 所以，GPS测量采用载波相位观测值可以获得比伪距
(三) 单点定位结果的获取
• 单点定位解可以理解为一个测边后方交会问题 • 卫星充当轨道上运动的控制点，观测值为测站至卫星的
伪距(由时间延迟计算得到) • 由于接收机时钟与卫星钟存在同步误差，所以要同步观

间。
GPS信号接收器通常采用高精度 振荡器来确保时间基准的准确性
。
GPS信号接收器的使用方法
01
开启GPS信号接收器， 搜索并锁定至少四颗 GPS卫星信号。
02
等待接收机计算出位置 和时间信息，通常需要 几秒钟时间。
03
使用GPS信号接收器的 导航功能，输入目的地 坐标或地名，获取导航 路线和指示。
交通导航
车辆导航
为驾驶员提供准确的定位和导航 服务，避免迷路和走错路线。
航空导航
为飞机提供精确的定位和导航信 息，确保飞行安全。
地质测量
矿产资源勘探
通过GPS进行地质测量，帮助寻找和 确定矿产资源的分布和储量。
地形地貌测绘
对地形地貌进行精确测量，为土地规 划、城市建设和环境保护提供数据支 持。
气象观测
04
在行驶过程中，保持接 收器与卫星的持续通信 ，以便实时更新位置和 导航信息。
04
绝对定位的误差来源
卫星轨道误差
卫星轨道误差是指卫星在地球轨道上 运行时产生的偏差，可能是由于地球 引力、太阳辐射压和其他因素的影响 。
轨道误差可以通过轨道修正模型进行 修正，以减小其对定位精度的影响。
轨道误差会导致卫星位置和速度的不 准确，从而影响GPS定位的准确性。
气象监测
利用GPS观测气象数据，如风速、风向、气压等，为天气预报提供准确数据。
气候变化研究
通过GPS观测地球气候变化，为气候变化研究提供重要数据支持。
THANKS
感谢观看
受多种因素影响，包括 卫星轨道误差、信号传 播误差、接收机误差等
。
实时定位精度
通常在10米左右，但在 某些条件下可达到厘米
级精度。

➢ 2004年1月10日中国与欧洲合作对伽俐略系统进行初 次测试，精度可达5cm
➢ 美国的GPS系统精度说明书可达10m，实际上大于15 米或更大。 GPS定位可到街道，而可Galileo，则可找 到家门。
➢ 目前，伽俐略系统的建设还未完成，进展缓慢。
4我国的北斗导航系统
2000年，首先建成北斗导航试验系统，使我国成为 继美、俄之后的世界上第三个拥有自主卫星导航系 统的国家。
▪ 伪距定位
➢ 采用伪距观测值，既可以是C/A码伪距，也可以是P码 伪距。
➢ 优点是数据处理简单，对定位条件的要求低，可以非 常容易地实现实时定位；
➢ 缺点是观测值精度低，C/A 码伪距观测值的精度一般 为3米，而P码伪距观测值的精度一般也在30个厘米左 右
▪ 载波相位定位
➢ 采用载波相位观测值，即L1、L2或它们的某种线性组 合。
三、GPS组成
* 空间部分 * 地面控制部分 * 用户设备
用户设备
接收设备 接收卫星信号
空间卫星星座 GPS图示
24颗卫星发射信号 卫星轨道、时间数据及 辅助资料信息
地面监控
中央控制系统 时间同步 跟踪卫星定位
▪ 空间部分
➢ 由24颗卫星（21颗工作卫星和3颗备用卫星）组成，分 布在6个轨道面内，每个轨道4颗卫星。每条轨道与赤 道面的夹角是55º，轨道平均高度为 20183km。每颗卫 星每天约有5小时在地平线以上，同时位于地平线以上 的卫星 数随时间和地点而异，最少4颗，最多11颗。
5.4 全球定位系统
一、全球卫星导航系统GNSS
(Global Navigation Satellite System)
➢依靠数十颗导航卫星组成的导航星座，对地面、 海面、空中的物体包括低轨航天器进行实时、 连续、全天候的精确导航、定位和定时的技术 系统。

救援
定位
可对消防人员、救护人员、交通警察进行应急 调遣，从而提高紧急事件处理部门对火灾、犯 罪现场、交通事故等紧急事件的反应效率
农业 定位 利用GPS进行定位获取农田信息，从而实施精 准耕作
强化专练
1. 2005年5月22日我国成功进行珠峰登顶测量，这
次测量除采用1975年的传统测量方法外，还采用
3.信息查询
为用户提供主要物标，如旅游景点、 宾馆、医院等数据库，用户能够在电子地 图上根据需要进行查询。查询资料可以文 字、语言及图像的形式显示，并在电子地 图上显示其位置。同时，监测中心可以利 用监测控制台对区域内任意目标的所在位 置进行查询，车辆信息将以数字形式在控 制中心的电子地图上显示出来。
4.话务指挥
指挥中心可以监测区域内车辆的 运行状况，对被监控车辆进行合理调 度。指挥中心也可随时与被跟踪目标 通话，实行管理。
材料 我国在各大中城市合理布局了许多110 指挥中心。110指挥中心在接到报警后，能在 最短的时间内指挥警车到达出事地点。为了提 高出警率，许多城市在配备巡逻车的同时大量 地应用地理信息技术。
应用领域 主要功能
具体用途
军事
主要用来给航行中的军舰、飞机及导 弹等设施提供定位和导航信息，同时 定位导航 也广泛应用于野外行进中单兵和移动 装备的定量、资 源勘探、地壳运动观测、地籍测量等 领域
交通
定位 导航
对车辆进行跟踪、调度管理、合理分配车辆， 从而以最快的速度响应用户的乘车或配送请求， 降低能源消耗，节省运行成本。同时，GPS对 车辆还具有导航功能
特点：（1）全天候，不受天气影响； （2）全球覆盖； （3）三维定速定时高精度； （4）快速省时高效率； （5）应用广泛、多功能。

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二、GPS应用中常见的几种坐标系统 2.3 1980年国家大地坐标系
• 1980年国家大地坐标系(C—80) ：又称西安80坐标 系，其坐标原点在我国的陕西省泾阳县，目前我国新 版的地形图基本上采用的就是西安80坐标系。
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三、6度带、3度带、中央经线
• 6度带：1∶2.5万及1∶5万的地 形图采用6度分带投影，即经差 为6度，从零度子午线开始，自 西向东每个经差6度为一投影带， 全球共分60个带，用1，2，3， 4，5，……表示．即东经0～6 度为第一带，其中央经线的经 度为东经3度，东经6～12度为 第二带，其中央经线的经度为9
• 手持GPS接受器是以WGS84坐标系（经纬度坐标系） 为根据而建立的。我国目前应用的1∶5万的地形图属 于1954年北京坐标系（BJ54），通常我们叫它公里 网坐标。GPS接受器已经预设了WGS84和公里网坐 标之间进行坐标转换的公式，因此我们只要将必要的 参数输入GPS接受器，即可自动转换。
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五、GPS典型操作 5.2关于航点的操作
(二)编辑航点 将航点存入设备后，您还可以对已存的航点进行
编辑。进入到航点详情页面可以修改航点图标、名 称、注释、坐标、等信息。
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五、GPS典型操作 5.2关于航点的操作
编辑航点具体操作: 1、按查找键，选择航点按确认进入航点列表页面； 2、移动光标选择需要编辑的航点，按确认进入航点详情 页面； 3、移动光标选择需要编辑的字段按确认进入修改； 4、修改完成后将光标移至“确认”上按确认键即可保存。
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6度带、3度带、中央经线
• 3度带：1∶1万的地形图采用3度分带，从东经1．5度 的经线开始，每隔3度为一带，用1，2，3，……表示， 全球共划分120个投影带，即东经1．5～ 4．5度为第 1带，其中央经线的经度为东经3度，东经4．5～7．5 度为第2带，其中央经线的经度为东经6度。

用户部分
GPS 的用户部分由GPS 接收机、 数据处理软件及相应的用户设备如 计算机等组成。作用是接收GPS 卫 星所发出的信号，利用这些信号进 行导航定位等工作。
GPS定位原理
伪距测量原理
伪距：卫星发射的测距码信号到达 GPS接收机的传播时间乘以光速所 得到的量测距离。 D = c·△t △t = t2 - t1
GPS系统在每颗卫星上装置有十分精密的 原子钟，并由监测站经常进行校准。卫星 发送导航信息，同时也发送精确时间信息。 GPS接收机接收此信息，使之与自身的时 钟同步，就可获得准确的时间。GPS接收 机中的时钟，不可能象在卫星上那样，设 置昂贵的原子钟，所以就利用测定第四颗 卫星，在计算过程中校准GPS接收机的时 钟。
单点定位
首先我们可以得到GPS卫星的位置；其 次，我们又能准确测定我们所在地点A至 卫星之间的距离，那么A点一定是位于以 卫星为中心、所测得距离为半径的圆球 上。进一步，我们又测得点A至另一卫星 的距离，则A点一定处在前后两个圆球相 交的圆环上。我们还可测得与第三个卫 星的距离，就可以确定A点只能是在三个 圆球相交的两个点上。根据一些地理知 识，可以很容易排除其中一个不合理的 位置。
GPS 测量中常用的坐标系统
世界大地坐标系WGS-84 UTM坐标系统 1954 年北京坐标系 1980 年西安大地坐标系
WGS-84 坐标系
WGS-84 坐标系是目前GPS 所采用的坐标系统， GPS 所发布的星历参数和历书参数等都是基于此 坐标系统的。 WGS-84 坐标系统的全称是World Geodical System-84 (世界大地坐标系-84), 它是一个地心地 固坐标系统。WGS-84 坐标系统由美国国防部制 图局建立，于1987 年取代了当时GPS 所采用的坐 标系统WGS-72 坐标系统而成为现在GPS所使用 的坐标系统。 WGS-84 坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z 轴指向BIH 1984.0 定义的协议地球极方向，X 轴 指向BIH 1984.0 的启始子午面和赤道的交点，Y 轴与X 轴和Z 轴构成右手系。

(f0=10.23Mz)经倍频和分频产生。154和120倍频后，分别 形成L波段的两个载波频率信号 (L1=1575.42Mz,L2=12227.60Mz), 波 长 分 别 为 19.03cm 和 24.42cm。
• 调制在L载波上的信号包括的C/A码，P码和D码,其中：
• C/A码 (粗码，对应的波长为293.1m)。
(1)选取网中一点的坐标值并加以固定，或给以适当的权； (2)网中的点均不固定，通过自由网伪逆平差或拟稳平差，确 定网的位置基准；
(3)在网中选若干点的坐标值并加以固定； (4)选网中若干点(直至全部点)的坐标值并给以适当的权。
二、外业观测方法
1、外业观测计划设计
(1)编制GPS卫星可见性预报图：利用卫星预报软件，输入测区 中心点概略坐标、作业时间、卫星截止高度角≥15°等，利用不 超过20天的星历文件即可编制卫星预报图。
(2)编制作业调度表：应根据仪器数量、交通工具状况、测区 交通环境及卫星预报状况制定作业调度表。作业表应包括：
• 观测时段(测站上开始接收卫星信号到停止观测，连续工 作的时间段)，注明开、关机时间；
• 测站号、测站名；接收机号、作业员；
二、外业观测方法
1、外业观测计划设计
2、野外观测
野外观测应严格按照GPS测量规范的技术设计要求进行。
3 GPS卫星定位的基本原理
GPS卫星定位原理是测量学中的空间距离交会方法。
S1
SS22：
• 按观测值的不同，分为伪距观测定位 和载波相位测量定位；
• 按使用同步观测的接收机数和定位解算方法来分，有单点定位 (绝对定位)和差分定位(相对定位)； • 根据接收机的运动状态可分为静态定位 和动态定位。
网的图形设计

Global Position System
summary composition 概述 组成
characteristic 特点
function
use
功能
用途
GPS summary GPS的概述
GPSGlobal Positioning System
GPS即指全球定位系统，是美国20 世纪三大空间技术之一，是当今世 界航天航空技术、无线电通讯技术 和计算机技术的综合结晶。
GPS composition
GPS的组成ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
GPS系统由 美国发射，由飞行 在地面上空26560 公里高度24颗导航 卫星构成的空间部 分和分布在世界各 地的地面监控部分 组成。
卫星的分布使得地球上任何位置都 可同时观测到4颗以上的卫星。每颗 卫星大约12小时绕球一圈，共分成6 个轨道面，呈55度的斜角，涵盖三 个地球表面。每颗卫星都连续不断地 向地球发射数字信号，在地面的 GPS用户通过同时接收4颗以上卫星 信号来计算出自己在地球上的位置、 速度和运行。各星不断将自身参数、 测距码发往地面，用户使用GPS接 收机接收相应信号，并按一定准则解 算出接收天线处的位置和速度等，从 而实现对物体定位跟踪。
利用GPS定位技术， 可对消防人员，救护 人员，交通人员进行 紧急调谴，从而提高 紧急事件处理部门对 火灾，犯罪现场，交 通事故等紧急事件的 反应效率。
GPS system functions
GPS的系统功能
GPS的系统功能有监控调度功能； 报警功能；监听、遥控熄火和遥控 断油功能；电子地图显示功能；自 动存档功能；复现功能；系统自检 功能等。
GPS system characteristics
GPS系统的特点

kwajalein 17
2、地面监控部分
主控站:收集各监控站对GPS的观测数据，计算出卫星的星历 和卫星钟的改正参数等，并将这些数据编制成导航电文传送到 注入站；同时，它还对卫星进行控制，向卫星发布指令，当工 作卫星出现故障时，调度备用卫星，替代失效的工作卫星。
3个注入站:将主控站传来的导航电文，分别注入到相应的GPS 卫星中，通过卫星将导航电文传递给地面上的广大用户。
▪ ….
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第七章 GPS定位原理及应用简介
GPS在伊拉克战争中的大规模运用经验总结
1、GPS制导是武器效果的倍增器 2、地面部队广泛装备了GPS接收机(为战士们在沙 漠之海上导航；跟踪战士们的精确位置，即使是在
沙暴发生的时候) 3、800套基于GPS的“掷弹手”BRAT系统，装备 于陆军中，减少了自己人打自己人的机会。 4、GPS抗干扰技术取得成效。700发战斧巡航导 弹，偏离目标的比例10%左右，比前一次战争中的 15%有所降低。
已知点
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五、GPS的后处理测量方法
1．静态测量(static surveying) （1）方法：将几台GPS接收机安置在基线端点上，
保持固定不动，同步观测4颗以上卫星。可观 测数个时段，每时段观测十几分钟至1小时左 右。最后将观测数据输入计算机，经软件解 算得各点坐标。
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1．静态测量(static surveying) （2）用途
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图片：导航型GPS机
手持型GPS机
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图片： 测量型GPS接收机
单频机
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双频机
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三 GPS定位原理