《GPS导航系统》PPT课件

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

➢ 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。

• 这项工作的主要内容：
• 精度指标的合理确定 • 网的图形设计 • 网的基准设计
精度指标的合理确定
对GPS网的精度要求，主要取决于网的用途。
精度指标，均以网中相邻点之间的距离误差来表示。根据 我国GPS测量规范的要求。
精度指标，直接影响GPS网的布设方案、观测计划、观测 数据的处理方法以及作业的时间和经费。所以，在实际设计 工作中，要根据实际需要确定。
单差：单差观测量通常是指 不同观测站同步观测相同卫 星所得观测量之差。
双差观测量是在单差法基础 上，对不同测站同步观测一 组卫星所得单差之差。
测站间同步观测量的单差示意图
T1
T2
测站间同步观测量的双差示意图
三差法是在双差法基础上，不同测站同步观测的 同一组卫星所得双差观测量作差分。
T1
T2
测站间同步观测量的三差示意图
一、伪距单点定位
• 伪距 就是卫星到接收机的距离观测量，即由卫星发射的测距
码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得的距离。
• 由于伪距观测量所确定的卫星到测站的距离，都不可避免地会 含有大气传播延迟、卫星钟和接收机同步误差等的影响。
• 为了与卫星和接收机之间的真实几何距离相区别，这种含有误
差影响项的距离观测，通常称为“伪距 ”，并把它视为GPS定
• 差分法载波相位测量虽然可以消去一系列 多余参数项(即指不含有测站坐标的项)，但 是在组成差分观测方程的同时，减少了观测 方程的个数，另外也增加了观测量之间的相 关性，这些都不利于提高最后解的精度。
• 一般是采用双差法求解最终结果。
• 三差法则只是用于整周跳变的探测和估计 或求得测站坐标的近似解。
GPS卫星
相对于经典的测量技术来说，这一新技术的主要特点 如下：

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。