GPS自主学习课件第二章

格式：ppt
大小：1.87 MB
文档页数：52

下载文档原格式

精品课程GPS原理及应用-课件第2章 GPS定位的坐标系统与实践系统.ppt

2021/1/18
• GPS定位常采用空间直角坐标系，一般取地球质心为坐标系的原点。空间直角坐标系用位置矢量在3个坐标轴上的投影参数（x、y 、z）表示空间点的位置。采用空间直角坐标系，可以方便地通过平移和旋转从一个坐标系转化至另一坐标系。完全定义一个空间直角1坐、标坐系标原，点需的要位确置定；：2 、3个坐标轴的指向；3
2021/1/18
2.1坐标系统
GPS定位是通过安置于地球表面的GPS接收机同时接收4颗以上的GPS卫星信号，从而测定地面点的位置。观测点固定在地球表面，其空间位置随地球自转而变动，而GPS卫星围绕地球质心旋转且与地球自转无关。因此，在GPS卫星定位中，需建立描述GPS卫星运动的坐标系，并确定该坐标系与地面点所在的坐标系之间的关系，从而实现坐标系之间的转换。
2021/1/18
2.2.2 天球坐标系
天球坐标系包括天球空间直角坐标系和天球球面坐标系。在天球空间直角坐标系中，任意空间点S的坐标为（x，y，z）。该坐标系的定义是：以地球质心为坐标原点O，其Z轴指向北天极，X轴指向春分点，Y轴垂直于XOZ平面并构成右手坐标系。
2021/1/18
2021/1/18
或
2021/1/18
2.2.3 岁差与章动的影响
1.岁差上述坐标系统的建立，是基于假设地球
为均质的球体且没有天体摄动力影响的理想情况，即假定地球的自转轴在空间的方向是固定的，因而春分点在天球的位置保持不变。但是，实际上地球的形体是接近于一个赤道隆起的椭球体，在太阳、月亮的万有引力和其他天体引力对地球隆起部分的作用下，地球的自转轴方向不再保持不变，这使得春分点在黄道上产生缓慢的西移现象，这种现象称为岁差。 2021/1/18

gps培训课件

志 • 编制作业进度计划，进行星历预报 • 外业观测和概算 • 内业处理和检验 • 坐标系统转换和高程拟合 • 成果报告的编制和资料验收
1. GPS控制网的技术设计
一. 控制网的应用范围二. 分级布网
大城市可分3级,中小城市可分2级
三. GPS测量的精度标准 σ = a2(b*d*106)2
四. 坐标系统与起算数据
点应设在视野开阔和容易到达的地方，联测方向。
可在网点附近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。
根据GPS测量的不同用途，GPS网的独立观测边均应构成一定的几何图形，基本形式有：
1. 三角形网 2. 环形网 3. 星形网
(1)、三角形网
优点：
图形几何结构强，具有较多的检核条件，平差后网中相邻点间基线向量的精度比较均匀。
独立的。
GPS 控制网的观测基线
仪器台数同步图形独立基线
N=2 N=3
N=4
N=5
GPS网设计的一般原则
应通过独立观测边构成闭合图形，以增加检核条件，提高网的可靠性。
应尽量与原有地面控制网相重合，重合点一般不少于3个，且分布均匀。
应考虑与水准点相重合，或在网中布设一定密度的水准联测点。
(4~11)
（目前轨道上实际运行的卫星个数已经超过了32颗）
Colorado springs
55
Hawaii
GSP 地面控制站分布
kwajalein
Ascencion Diego Garcia
一个主控站：科罗拉多•斯必灵司(推遍星历及修正参数、时间基准、轨道
纠偏、启动备用卫星）
三个注入站：阿松森(Ascencion)—大西洋
，L1和L2上的 P 码或 Y 码，还有卫星轨道信息 • 所有信号均由同一个震荡器产生

GPS测量学习119页PPT

12. 局域增强差分系统（LAAS） LocalArea AugmentationDifferential GPS System 将基准站所算得的伪距差分和载波相位差分改正值、C/A码测距信号，一起由地基播发站制在L1 频道上传输给用户站。
13. 在航初始化（OTF） On The Flying 是整周模糊度的在航解算方法。
GPS测量学习
21、没有人陪你走一辈子，所以你要适应孤独，没有人会帮你一辈子，所以你要奋斗一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该是坚强。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之首，因为这种德性保证了所有其余的德性。--温斯顿．丘吉尔。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的，它只是让人们的脚放上一段时间，以便让别一只脚能够再往上登。
2.实时动态测量(RTK) Real Time Kinematic RTK 定位技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS 观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态。RTK 技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术。
G PS定位原理
二、点位测定原理
当只有一颗卫星时，我们只能确定以 R1为半径的圆上的某个点上。
当有两颗卫星时，2个球面相交成一个圆弧点位被限制在一曲线上。
G PS定位原理
G PS定位原理
• 当只有三颗卫星时，3个球面相交成一个点,3个距离段可以确定纬度，经度，和高程,点的空间位置被确定。

GPS课件-坐标系统和时间系统

1
3 2
3
1
1
2 1
1
§2.4 WGS84坐標系
1、WGS84坐標系的定義
Z
協議地極
零子午面
協議地球坐標系
原點：地球質心M
M Y
X
Z軸：指向BIH1985.0定義的協議地極
X軸：指向BIH1985.0定義的零子午面與CTP相應的赤道交點
Y軸：垂直於XMZ平面，構成右手直角坐標系
ZCTS
ZT
xp yp
XCTS
M
協議赤道
XT
暫態赤道
YT
YCTS
X
X
Y
Ry
( x p )Rx
(
y p )Y
Z CTS
Z T
1
Ry
(
x
p
)Rx
(
y
p
)
0
0 1
xp yp
x p y p 1
4、協議天球坐標系到協議地球坐標系的轉換
兩坐標系之間的關係：
1）原點相同，均位於地球質心；
2）暫態天球坐標系的z軸和暫態地球坐標系的Z軸指向相同；
Rz
(ζ
)
sin
ζ
cos ζ
0
0
0 1
z 0.6406161T 0.0003041T 2 0.0000051T 3 ζ 0.6406161T 0.0000839T 2 0.0000050T 3 θ 0.6406161T 0.0001185T 2 0.0000116T 3
T (t t0 ) 從標準曆元 t0 到觀測曆元 t 的儒略世紀數
Y
X
x D sin Z cos A
y
D

GPS第章-GPS定位基本原理课件 (二)

GPS第章-GPS定位基本原理课件 (二)
GPS定位基本原理课件是一份介绍GPS定位原理的教学资料。

GPS定位
是一种基于卫星信号的定位技术，它可以精确地确定一个物体的位置、速度和时间信息。

以下是关于GPS定位基本原理的一些要点：
1. GPS系统概述：GPS是由美国国防部研制的一种全球卫星定位系统，它由一组卫星、地面控制站和用户接收机组成。

GPS系统可以提供全球覆盖的定位服务，其精度可以达到数米级别。

2. GPS信号结构：GPS信号由L1、L2和L5三个频段组成，其中L1频
段是最常用的频段。

GPS信号包括导航消息和载波信号两部分，其中导航消息包含了卫星的位置、速度、时间等信息，而载波信号则用于精
确定位。

3. GPS定位原理：GPS定位原理基于三角定位原理，即通过测量接收
机与卫星之间的距离来确定接收机的位置。

GPS定位需要至少接收到四颗卫星的信号才能进行定位计算，其中三颗卫星用于确定接收机的空
间位置，第四颗卫星用于校正接收机的时间误差。

4. GPS定位误差：GPS定位误差包括系统误差和随机误差两部分。

系
统误差是由卫星轨道误差、大气层延迟、钟差等因素引起的，而随机
误差则是由信号传播过程中的噪声和干扰引起的。

5. GPS应用领域：GPS定位技术在军事、民用、科研等领域都有广泛
应用。

在民用领域，GPS定位被广泛应用于汽车导航、航空航天、地质勘探、海洋测量等领域。

总之，GPS定位基本原理课件介绍了GPS定位的原理、信号结构、误差和应用领域等方面的知识，对于了解GPS定位技术有很大的帮助。

二GPS坐标系统资料课件

GPS坐标系统的特点
总结词
GPS坐标系统具有全球覆盖、高精度、实时性、自动化等优点，广泛应用于导航、测量、军事等领域。
详细描述
GPS坐标系统具有全球覆盖的特点，无论在地球何处，只要能接收到卫星信号，就能进行定位。同时， GPS定位精度高，实时性强，可广泛应用于各种需要位置信息的领域，如导航、测量、军事等。此外，随着技术的发展，GPS定位正逐步实现自动化和智能化。
在农业领域，GPS可以帮助农民进行精准播种、施肥和喷药，提高农业生产效率。
军事与安全领域
总结词
GPS在军事和安全领域的应用不可忽视，它为军事行动和安全保障提供了重要的技术支持。
1. 导弹制导
GPS被用于导弹的精确制导，确保打击目标的准确性。
2. 战场定位
在战场上，GPS可以帮助士兵进行精确的定位和通信，提高作战效率。
03
差分技术
通过差分技术可以显著提高GPS定位精度和可靠性，例如采用差分GPS
（DGPS）技术可以减小误差，提高定位精度。
01
GPS在各领域的应用
导航与交通领域
总结词
1. 汽车导航
GPS在导航和交通领域的应用非常广泛，它为各种交通工具提供了精确的位置信息，帮助它们进行定位、导航和路线规划。
2. 环境监测
通过GPS技术，可以监测环境变化、气候变化等领域的数据变化。
3. 教育培训
GPS技术也被用于地理信息系统（GIS）教育和培训中，帮助学生和学者更好地理解和应用GIS技术。
THANKS
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
GPS定位的精度和误差来源
定位精度
GPS定位精度一般在几米到几十米范围内，受卫星轨道误差、大气传播误差、接收器误差等

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

GPS原理及其应用
武汉大学测绘学院 GPS原理及其应用课程组长春师范学院城市与环境科学学院
GPS原理及其应用
第二章坐标系统和时间系统
§2.1 §2.2 §2.3 §2.4 天球坐标系与地球坐标系 WGS-84坐标系和我国大地坐标系坐标系统之间的转换时间系统
GPS原理及其应用
地球坐标系
GPS原理及其应用
• 星表中列出的天体位置通常是相对于某一个选定瞬时（称为星表历元）的平位置。要得到观测瞬时的视位置需要加上： ①由星表历元到观测瞬时岁差和自行改正。 ②观测瞬时的章动改正。 ③观测瞬时的光行差和视差改正。
GPS原理及其应用
天球坐标系与地球坐标系>卫星测量中常用坐标系
1.瞬时极天球坐标系与地球坐标系
L arctan(Y / X ) B arctan{Z ( N H ) / [ X 2 Y 2 ( N (1- e 2 ) H ]} H Z / sin B - N (1- e 2 )
(2-4)
式中， a / 1 e2 sin2 B ,N为该点的卯酉圈曲率半径； N
观测站固定在地球表面，其空间位臵随同地球的自转而运动。
建立卫星在轨道上运动的坐标系，并寻求卫星运动的坐标系与地面点所在的坐标系之间的关系，实现坐标系之间的转换。
观测目标（GPS卫星）围绕着地球质心旋转且与地球自转无关
天球坐标系
GPS原理及其应用
卫星定位中常采用空间直角坐标系及其相应的大地坐标系，一般取地球质心为坐标系的原点。根据坐标轴指向的不同，有两类坐标系，天球坐标系和地球坐标系。天球坐标系与地球自转无关，便于描述人造地球卫星的位臵。地球坐标系随同地球自转，可看做固定在地球上的坐标系，便于描述地面观测站的空间位臵。
式中：ε为所论历元的平黄赤交角，⊿ψ， ⊿ε分别为黄经章动和交角章动参数。
GPS原理及其应用
天球坐标系与地球坐标系>卫星测量中常用坐标系
3.固定极地球坐标系——平地球坐标系
极移：地球瞬时自转轴在地球上随时间而变，称为地极移动，简称极移。瞬时极：与观测瞬间相对应的自转轴所处的位臵，称为该瞬时的地球极轴，相应的极点称为瞬时极。国际协定原点CIO：采用国际上5个纬度服务站的资料，以1900.00至1905.05年地球自转轴瞬时位臵的平均位臵作为地球的固定极称为国际协定原点CIO。
式中： A , A , Z A 为岁差参数。
GPS原理及其应用
天球坐标系与地球坐标系>卫星测量中常用坐标系
（2）章动旋转变换类似地有章动旋转变换式：
x x y R ( ) R R y （2-7） x x z z c (t ) z M (t )
GPS原理及其应用
天球坐标系与地球坐标系
2.1.1 天球坐标系
球面坐标系原点与直角坐标系原点重合，以原点O至空间点P的距离r作为第一参数；以 OP与OZ轴的夹角 (取小于的值）作为第二个参数，第三个参数为ZOX平面与ZOP平面的夹角，自ZOX平面起算右旋为正。描述人造地球卫星的位臵采用球面坐标系。
GPS原理及其应用
天球坐标系与地球坐标系>站心赤道直角坐标系和站心地平直角坐标系
GPS原理及其应用
天球坐标系与地球坐标系>卫星测量中常用坐标系
2.1.4 卫星测量中常用坐标系
卫星定轨与导航定位中，需要把表示卫星位臵的天球坐标系与表示测站位臵的地球坐标系相互变换由于地球的自转，地球坐标系与天球坐标系之间存在相对运动。如果使两坐标系原点重合，取为地球质心，两坐标系z轴重合，取为瞬时地球自转轴，则所定义的瞬时天球坐标系与瞬时地球坐标系具有最简便的变换关系。
GPS原理及其应用
天球坐标系与地球坐标系>天球坐标系
对同一空间点，直角坐标系与其等效的球面坐标系参数间有如下转换关系：
X r cos cos Y r sin cos Z r sin
(2-1)
r X 2 Y2 Z2 arctan(Y / X ) arctan( Z / X 2 Y 2
（1）岁差旋转变换 ZM（t 0)表示历元J2000.0年平天球坐标系z 轴指向，ZM（t）表示所论历元时刻t真天球坐标系z轴指向。两个坐标系间的变换式为：
x x （2-6） y y Rz ( Z A ) Ry A Rz A z M (t ) z M (t ) 0
瞬时极天球坐标系也称真天球（赤道）坐标系：原点位于地球质心，Z轴指向瞬时地球自转方向（真天极），X轴指向瞬时春分点（真春分点）,Y 轴按构成右手坐标系取向。
特点：由于真天极和真春分点方向不断变化，使得瞬时极天球坐标系的坐标轴指向不断变化
GPS原理及其应用
• 瞬时极地球坐标系：原点位于地球质心，Z 轴指向瞬时地球自转轴方向，X轴指向瞬时赤道面和包含瞬时地球自转轴与平均天文台赤道参考点的子午面之交点，Y轴构成右手坐标系取向。
选择某一历元时刻，以此瞬间的地球自转轴和春分点方向分别扣除此瞬间的章动值作为z轴和x轴指向， y轴按构成右手坐标系取向，建立天球坐标系—— 平天球坐标系，坐标系原点与真天球坐标系相同。瞬时极天球坐标系与历元平天球坐标系之间的坐标变换通过下面两次变换来实现。
GPS原理及其应用
天球坐标系与地球坐标系>卫星测量中常用坐标系
–上子午圈和下子午圈 –上赤道点Q和下赤道点Q’
GPS原理及其应用
天球坐标系与地球坐标系>卫星测量中常用坐标系
通过地球质心且与天轴垂直的平面称为天球赤道面，天球赤道面与天球的交线称为天球赤道。地球绕太阳公转的轨道面与天球相交的平面称为黄道面，相交的大圆称为黄道。黄道与天球赤道有两个交点，其中太阳的视位臵由南向北通过赤道的交点称为春分点，另一点称为秋分点。大地测量中春分点和天球赤道面是建立坐标系的重要基准点和基准面。
GPS原理及其应用
天体在某一天球坐标系中的坐标，通常指它在赤道坐标系中的坐标（赤经和赤纬）。由于赤道坐标系的基本平面（赤道面）和主点（春分点）因岁差、章动而随时间改变，天体的赤经和赤纬也随之改变。此外，地球上的观测者观测到的天体的坐标也因天体的自行和观测者所在的地球相对于天体的空间运动和位置的不同而不同。
特点：瞬时极地球坐标系是依瞬时地球自转轴定向的，这将使地球上的测站在该坐标系内不能得到一个确定不变的坐标表示。
GPS原理及其应用
天球坐标系与地球坐标系>卫星测量中常用坐标系
天球定义：以空间某一点为中心、半径为无穷大的一个圆球。
GPS原理及其应用
天球坐标系与地球坐标系>卫星测量中常用坐标系
瞬时极天球坐标系与地球坐标系
GPS原理及其应用 • 天体的位置有如下几种定义： ①平位臵。只考虑岁差运动的赤道面和春分点称为平赤道和平春分点，由它们定义的坐标系称为平赤道坐标系，参考于这一坐标系计量的赤经和赤纬称为平位臵。 ②真位臵。进一步考虑相对于平赤道和平春分点作章动的赤道面和春分点称为真赤道和真春分点，由它们定义的坐标系称为真赤道坐标系，参考于这一坐标系计量的赤经和赤纬称为真位臵。平位臵和真位臵均随时间而变化，而与地球的空间运动速度和方向以及与天体的相对位臵无关。 ③视位臵。考虑到观测瞬时地球相对于天体的上述空间因素，对天体的真位臵改正光行差和视差影响所得的位臵称为视位臵。视位臵相当于观测者在假想无大气的地球上直接测量得到的观测瞬时的赤道坐标。
xc x
O SG SG yc
y
( x, y, z )为瞬时地球坐标系下的坐标标
( xc , yc , zc )为瞬时天球坐标坐标系下的。
GPS原理及其应用
天球坐标系与地球坐标系>卫星测量中常用坐标系
2.固定极天球坐标系——平天球坐标系
在外力的作用下，地球自转轴在空间并不保持固定的方向，而是不断发生变化。地轴的长期运动称为岁差，而其周期运动则称为章动。岁差和章动引起天极和春分点在天球上的运动，对恒星的位臵有所影响。
GPS原理及其应用
天球坐标系与地球坐标系>卫星测量中常用坐标系
平地球坐标系：取平地极为坐标原点，z轴指向CIO，x轴指向协定赤道面与格林尼治子午线的交点，y轴在协定赤道面里，与xoz构成右手系统而成的坐标系统称为平地球坐标系。平地球坐标系与瞬时地球坐标系的转换公式：
（2-8）下标em表示平地球坐标系，et表示t时的瞬时地球坐标系， x, y 为t时刻以角度表示的极移值。
GPS原理及其应用
天球坐标系与地球坐标系>大地坐标系
对同一空间点，直角坐标系与大地坐标系参数间的转换关系如下：
X ( N H ) cos B cos L Y ( N H ) cos B sin L Z [( N (1 e 2 ) H ]sin B
(3)
大地坐标系的参数：
第一个参数——大地纬度B为过空间点P的椭球面法线与 XOY平面的夹角，自XOY面向 OZ轴方向量为正。第二个参数——大地经度L为 ZOX平面与ZOP平面的夹角，自ZOX平面起算右旋为正。第三个参数——大地高程H为过P点的椭球面法线上自椭球面至P点的距离，以远离椭球面中心方向为正。
x x y R ( x ) R y y y p x p z em z et
GPS原理及其应用
天球坐标系与地球坐标系> WGS－84坐标系和我国大地坐标系
2.2 WGS－84坐标系和我国大地坐标系
2.2.1 WGS-84大地坐标系（世界大地坐标系Wor1d Geodetic System ） 1、WGS-84的定义 WGS-84是修正NSWC9Z-2参考系的原点和尺度变化，并旋转其参考子午面与BIH定义的零度子午面一致而得到的一个新参考系，WGS-84坐标系的原点在地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协定地球极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z、X轴构成右手坐标系。它是一个地固坐标系。