第二讲 GNSS测量概述

GNSS测量原理及应用一、GNSS测量原理（以GPS为代表）(一）、GPS基本原理GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。

要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。

而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间,再将其乘以光速得到（由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码(简称伪码）发射导航电文。

GPS系统使用的伪码一共有两种,分别是民用的C/A码和军用的P（Y）码。

C/A 码频率1。

023MHz，重复周期一毫秒，码间距1微秒,相当于300m；P码频率10。

23MHz，重复周期266。

4天，码间距0.1微秒，相当于30m。

而Y码是在P码的基础上形成的,保密性能更佳.导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。

它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。

导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。

前三帧各10个字码;每三十秒重复一次，每小时更新一次。

后两帧共15000b.导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。

当用户接受到导航电文时,提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离,再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS —84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知. 可见GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。

然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。

所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号.GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息;用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）;以及GPS系统信息，如卫星状况等。

测绘技术中的GNSS测量原理解析随着科技的不断进步，全球导航卫星系统（GNSS）在测绘领域的应用变得越来越广泛。

GNSS技术通过利用卫星信号来测量地球上任意一点的位置坐标，从而为测绘工程提供了精确可靠的数据。

本文将分析GNSS测量原理以及其在测绘技术中的应用。

首先，我们需要了解GNSS测量的基本原理。

GNSS系统主要由一组卫星、地球上的接收器以及数据处理软件组成。

卫星发射星历数据，接收器通过多颗卫星的信号相互交叠计算，确定自身位置。

而测绘工程中的GNSS测量，则依靠卫星信号与接收器之间的相互作用，从而准确测量出地球上任意点的经纬度、高程等坐标数据。

GNSS测量技术的精度主要受到多个因素的影响。

首先是大气层对卫星信号的影响，包括电离层和对流层的干扰。

为了减小这种误差，测量过程中通常会使用数据处理技术对其进行修正。

其次，GNSS接收器本身的精度也会对测量结果产生影响，因此选用合适的设备非常重要。

除此之外，还有卫星的位置误差、多路径效应等因素都会对GNSS测量的精度产生一定的影响，需要通过相应的算法进行校正。

在实际应用中，GNSS测量技术广泛应用于测绘工程中。

首先是地质测绘。

地质的研究需要对地表进行详细的测量和分析，而GNSS测量能够提供高精度的地表坐标数据，为地质学家提供了准确的地理位置信息。

其次是土地测绘。

土地的界定和测量是土地管理和土地利用规划的重要基础，GNSS测量技术能够高精度地测量土地的面积、边界等信息，为土地利用提供科学依据。

此外，GNSS测量还可以应用于城市建设、测量地图制作、导航与定位等方面。

尽管GNSS测量技术在测绘领域中有着广泛的应用，但仍然存在着一些挑战和亟待解决的问题。

首先是对于山区、城市峡谷等复杂地形地貌的测量，GNSS信号会受到遮挡和多径等问题影响，导致测量精度下降。

其次是对于移动平台上的测量，需要考虑接收器的运动、振动等因素，进一步提升测量精度。

此外，GNSS测量还受到天气状况的限制，如大雨、大雪等恶劣天气条件下，信号可能会受到严重干扰，影响测量结果的可靠性。

测绘技术GNSS测量实例解析导语：全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）作为现代测绘技术中的重要组成部分，已经广泛应用于各个领域。

本文将通过实例解析，探讨GNSS测量技术在测绘领域中的具体应用及其重要性。

一、测绘技术的发展背景测绘技术作为地理信息科学的重要组成部分，对于国家的发展和资源管理起着重要作用。

在过去，传统的测绘技术主要依赖于地面测量和天文测量，存在着测量周期长、成本高以及局限性大的问题。

而随着科技的发展，GNSS测量技术逐渐兴起，为测绘工作提供了新的解决方案。

二、GNSS测量技术的原理GNSS测量技术是利用卫星信号进行定位测量的技术，其原理是通过接收多颗卫星发射的信号，通过精确测量信号的到达时间差以及卫星的位置信息，来计算测量点的坐标。

GNSS测量技术具有定位精度高、测量范围广、操作简便等优点，因此在测绘领域中得到了广泛应用。

三、航空测绘中的GNSS应用实例解析航空测绘是测绘领域中一个重要的应用领域，其需要对大范围地区进行高精度测量和定位。

GNSS测量技术在航空测绘中的应用可以显著提高测量效率和精度。

例如，在数字地图制作中，需要对地面进行覆盖性测量，采用GNSS测量技术可以快速获取地面控制点的坐标信息，从而减少了传统测量所需的时间和人力投入。

此外，在航空摄影遥感中，GNSS测量技术也发挥着重要作用。

航空摄影是通过飞机或无人机进行航拍，获取地面影像数据。

而GNSS测量技术可以提供航行精度高、速度快的数据支持，确保摄影平台的稳定和准确定位，从而得到高质量的航空影像数据。

四、地面测量中的GNSS应用实例解析除了航空测绘，GNSS测量技术在地面测量中也有广泛应用。

例如，在道路测量中，GNSS测量技术可以对道路线形和长度进行精确测量，为道路规划和设计提供依据。

此外，在城市建设和土地管理中，GNSS测量技术可以用于快速获取地块边界和地块坐标信息，为土地规划和管理提供重要数据支持。

如何使用GNSS进行测量与定位全球导航卫星系统（GNSS）是利用地球上分布的一系列卫星，通过通过接收卫星发射的信号，以确定接收器的三维位置、速度和精确时间的一种技术。

GNSS的应用覆盖了各个领域，包括测量、定位、导航等。

本文将重点探讨如何使用GNSS进行测量与定位。

一、GNSS基本原理及技术特点GNSS技术基于卫星信号的接收和处理。

目前全球使用最广泛的GNSS系统是美国的GPS（全球定位系统），其他的系统包括俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo和中国的北斗。

这些系统通过卫星定位和无线电导航技术提供高精度的定位和导航服务。

GNSS系统的原理是通过测量接收器接收到的卫星信号的到达时间，再结合卫星的位置信息以及测量的信号传播时间来计算接收器的位置。

GNSS技术的特点有以下几个方面：1. 全球覆盖：GNSS系统的卫星分布在全球各个地区，因此可以在任何地方实现定位和测量。

2. 高精度：GNSS系统能够提供高精度的位置测量，通常能够达到几米到几十厘米的精度。

3. 实时性：GNSS系统可以提供实时的定位和测量结果，对于需要即时反馈的应用非常有用。

4. 多功能性：除了定位和测量，GNSS系统还可以提供导航、时间同步等功能。

二、测量与定位中的GNSS应用1. 地球物理测量：GNSS技术在地球物理测量中具有广泛的应用。

通过在地壳运动、地震勘探、重力测量等方面的应用，可以获得地球表面各个点的位置变化信息，并对地震活动、地壳构造、地震预警等方面提供重要的数据。

2. 海洋测量：GNSS技术在海洋测量中也有很重要的应用。

通过在海洋航行、海洋资源勘测、海洋导航等方面的应用，可以提供船只、舰船、潜水器等的准确位置信息，保障航海安全、提供航线规划和资源勘测方面的支持。

3. 建筑工程测量：在建筑工程测量方面，GNSS技术可以提供高精度的测量结果，包括测量建筑物的位置、高度、加速度等参数。

这对于土地测量、城市规划和工程建设方面具有重要意义。

GNSS测量原理GNSS是全球导航卫星系统的缩写，它是通过卫星信号实现测量和定位的一种技术。

目前最常用的GNSS系统是GPS（全球定位系统），其他几个类似的系统还包括GLONASS（俄罗斯）、Galileo（欧盟）和BeiDou （中国）。

这些系统由多颗地球轨道卫星和地面控制站组成，通过发送电磁信号和接收器进行测量。

1.信号传播：卫星发射射频信号以及导航消息。

这些信号通过大气层传播到地面接收器。

然而，由于大气层的影响，信号的传播速度可能会有微小的变化。

2.接收器接收：地面接收器通过天线接收到射频信号，并将其转换为电信号。

然后，该信号被送入接收器的硬件中进行后续处理。

3.信号处理：接收器硬件将电信号转换为数字信号，并对其进行滤波和放大处理。

然后，它通过解调和解码过程从数字信号中提取出导航消息和伪随机码（PRN码）。

4.测量伪距：接收器使用伪随机码与接收到的导航消息进行比较，从而估计卫星和接收器之间的传播时间差（即伪距）。

根据电磁波在真空中的传输速度，我们可以将传播时间差转换为距离。

5.定位解算：接收器通过与多个卫星的伪距测量值进行比较来计算接收器的位置。

这个过程涉及到解算一个超定方程组，其中未知数是接收器的三维空间坐标和接收器钟差。

钟差是由于接收器和卫星之间的时间差而引起的，因为接收器的晶振不可能与卫星上的原子钟完全保持同步。

6.定位精度优化：为了提高定位精度，测量结果需要校正一些误差源，比如大气延迟、钟差和多径效应。

大气延迟是由于电磁波在大气层中的传播而引起的，而钟差可以通过与更精确的时间源进行校准来减小。

综上所述，GNSS是一种通过测量卫星信号的传播时间和距离来确定接收器位置的技术。

它基于通过卫星发送的信号以及接收器上的处理和解算过程。

GNSS测量原理的关键在于估计卫星和接收器之间的信号传播时间差，并通过解算超定方程组来计算接收器的位置。

然后，通过对错误源进行校正，可以提高定位精度。

这种测量原理在许多应用中广泛应用，如导航、地理测量和地震监测等。

关于GNSS测量技术，除了GNSS静态控制测量（已在《GNSS 控制网观测计算》一文中介绍）外，还有一种常用的重要测量方式，就是GNSS RTK测量，主要用于图根点、像控点、界址点、地形碎部点的坐标测量，以及坐标放样等方面。

GNSS RTK测量方法简便、快捷、应用广泛，已经逐渐成为GNSS测量最主要的方式。

而且在很多场景，已经逐步取代了全站仪，成为应用最广泛的坐标测量方式。

RTK测量主要有单基准站RTK和网络RTK两种测量方法。

单基准站是RTK测量的常规方法，需要架设一个基准站，另外1个或多个流动站进行点位测量，基准站和流动站之间采用无线电台进行通讯，也可以采用无线通信网络进行通讯，如移动、电信、联通的2G/4G通信网络。

我第一次接触的RTK设备就是2002年单位引进的一套Trimble 4700“1+2”,1台基准站2台流动站，一套价格要50多万，而且特别笨重，基准站电台要用蓄电池进行供电，流动站除了对中杆外还需要一个背包，里面装GNSS接收机和锂电池，背包上还安装着无线电天线。

GNSS接收机和GNSS天线、电子手簿、无线电天线之间都是用通信线连接，特别不方便。

现在的RTK设备已经做得非常轻量化，GNSS接收机和天线都集成在一起，和电子手簿是蓝牙连接，非常方便。

国产设备的价格也非常便宜，一套“1+2”RTK设备5万元就可以搞定。

网络RTK是随着国内GNSS连续运行参考站（CORS）的建设而发展起来的一种RTK测量方法。

由于这种方法不用架设基准站，把CORS站作为基准站，直接用一个流动站就可以进行测量，通过无线通信网络建立CORS基站和流动站之间的通讯联系，因此比单基准站的方法更加便捷。

当然，网络RTK也会受CORS站和无线通信网络的覆盖情况的限制，没有CORS站或没有手机网络信号的地区是不行的。

现在CORS站基本能够达到全覆盖的水平，以我所在的内蒙古自治区来说，NMCORS站点180多个，能够覆盖自治区全境，除了赶上个别站点有故障的时候，都是很OK的，而且只要申请账号，就可以免费使用。

GNSS测量原理及应用一、GNSS测量原理（以GPS为代表）(一）、GPS基本原理GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。

要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。

而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间,再将其乘以光速得到（由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码(简称伪码）发射导航电文。

GPS系统使用的伪码一共有两种,分别是民用的C/A码和军用的P（Y）码。

C/A 码频率1。

023MHz，重复周期一毫秒，码间距1微秒,相当于300m；P码频率10。

23MHz，重复周期266。

4天，码间距0.1微秒，相当于30m。

而Y码是在P码的基础上形成的,保密性能更佳.导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。

它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。

导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。

前三帧各10个字码;每三十秒重复一次，每小时更新一次。

后两帧共15000b.导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。

当用户接受到导航电文时,提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离,再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS —84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知. 可见GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。

然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。

所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号.GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息;用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）;以及GPS系统信息，如卫星状况等。

GNSS测量原理及应用GNSS（全球导航卫星系统）是一种基于卫星导航和信号接收的精确定位技术。

它利用一组地球轨道上的卫星，通过发送无线电信号，使得接收器能够确定接收器的位置、速度和时间。

GNSS测量原理及应用包括以下几个方面：1.测量原理：GNSS测量原理基于三角测量原理，通过测量接收器和卫星之间的距离或角度来确定接收器的位置。

接收器接收来自多个卫星的信号，并使用这些信号的传播时间差来测量接收器和卫星之间的距离。

同时，通过分析信号的相位差，可以计算出接收器和卫星之间的角度。

这些测量值与卫星的位置和时间信息结合起来，可以确定接收器的位置。

2.应用领域：GNSS的应用非常广泛，包括航空航天、交通运输、地理测量、农业、自动驾驶等。

在航空航天领域，GNSS被用于飞机导航、导弹制导、航天飞行器定位等。

在交通运输领域，GNSS可以用于车辆定位、导航系统和智能交通管理。

地理测量方面，GNSS可以用于测绘、地图制作和地质勘探。

在农业领域，GNSS可以帮助农民进行土地管理和精确农业。

此外，GNSS还广泛应用于GPS跟踪系统、无人机航行、航海和渔业等领域。

3.精度和限制：GNSS的测量精度与多个因素有关，主要包括卫星的遮挡、信号传播的干扰、接收器的精度和环境条件等。

由于信号在穿过大气层时会受到延迟、衰减和反射等影响，因此在一些环境下，如峡谷、城市高楼和森林等密集地区，GNSS信号的可用性和精度会受到限制。

此外，GNSS接收器的精度和定位算法的性能也会影响测量结果的精度。

4.发展趋势：随着技术的不断发展，GNSS系统的覆盖范围和精度将不断提高。

目前，全球主要的GNSS系统包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo和中国的北斗系统。

这些系统将逐渐实现互操作和互补，以提供更准确、可靠的定位服务。

此外，GNSS技术也将与其他定位技术结合，如惯性导航系统（INS）、地面基站和雷达等，以进一步提高定位的精度和可靠性。