浅谈GPS实时动态定位原理及在地籍测量中的应用毕业论文(设计)

沈阳农业大学高等职业技术学院毕业论文浅谈GPS实时动态定位原理及在地籍测量中的应用学生姓名：学号：专业：工程测量班级：指导教师：李娜2010年6月浅谈GPS实时动态定位原理及在地籍测量中的应用目录一、摘要-------------------------------------------------------------3二、引言-------------------------------------------------------------3三、RTK概述-------------------------------------------------------43.1、RTK的工作原理-------------------------------------------------43.2、RTK的系统组成-------------------------------------------------5四、RTK系统基准站的组成和作用---------------------------6五、RTK流动站的组成和作用---------------------------------8六、RTK定位测量的准备工作--------------------------------10七、架设基准站---------------------------------------------------11第1页7.1、架设基准站-------------------------------------------------------117.2、启动基准站-------------------------------------------------------137.3、启动流动站-------------------------------------------------------147.4、开始测量----------------------------------------------------------15八、GPSRTK技术在地籍测量中的应用---------------------158.1GPSRTK技术的基本特点----------------------------------------168.2GPSRTK运用于地籍测量----------------------------------------168.3应用体会-------------------------------------------------------------19九、GPS网络RTK技术(VRS系统)----------------------------199.1、概述------------------------------------------------------------------209.2、VRS系统的构成与工作原理------------------------------------219.3、VRS系统的优势---------------------------------------------------22十、结束语------------------------------------------------------------22十一、参考文献------------------------------------------------------24第2页一、摘要介绍了GPSRTK的工作原理和RTK系统的组成，并阐述了流动站工作范围与RTK定位精度的关系，对RTK的初始化过程、RTK相对于静态定位增加的设备及应用、基准站与流动站信号传输过程及新技术在地籍测量中的应用情况作了详细的说明。最后阐述了VRS的系统构成及工作原理以及VRS的优越性。关键词：RTKVRS基准站流动站数据链路电台二、引言随着我国经济的高速发展，为了满足工程施工、测绘等工作的需要,采用GPS实时动态定位技术的测绘系统逐步进入我国市场。采用传统GPSRTK（Real-Time-Kinematic）技术的测绘系统的数据链路电台，必须经过无线电管理部门批准才可设置使用，但在此前的几起此类设备所造成的无线电干扰案例中，所查获的无线电台均未向无线电管理部门申报。目前这类设备使用时所造成的无线电干扰越来越多，因此无线电管理部门应该加强对这类设备的管理。而增加对GPSRTK技术的了解和认识，将会对查处工作及无线电管理工作大有帮助。第3页三、RTK概述RTK（Real-Time-Kinematic）技术是GPS实时载波相位差分的简称。这是一种将GPS与数传技术相结合，实时解算并进行数据处理，在1～2秒时间内得到高精度位置信息的技术。3.1RTK的工作原理RTK的工作原理是将一台接收机置于基准站上，另一台或几台接收机置于载体（称为流动站）上，基准站和流动站同时接收同一时间、同一GPS卫星发射的信号，基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较，得到GPS差分改正值。然后将这个改正值通过无线电数据链电台及时传递给共视卫星的流动站精化其GPS观测值，从而得到经差分改正后流动站较准确的实时位置。精密GPS定位均采用相对技术。无论是在几点间进行同步观测的后处理(RTK)，还是从基准站将改正值传输给流动站(DGPS)，这些都称为相对技术，以采用值的类型为依据可分为4类：（1）实时差分GPS，其精度为1m～3m；第4页（2）广域实时差分GPS，其精度为1m～2m；（3）精密时差分GPS，其精度为1cm～5cm；（4）实时精密时差分GPS，其精度为1cm～3cm。差分的数据类型有伪距差分、坐标差分和相位差分三类。前两类定位误差的相关性，会随基准站与流动站的空间距离的增加而迅速降低。故RTK采用第三类方法。RTK的观测模型为：因轨道误差、钟差、电离层折射及对流层折射的影响在实际的数据处理中一般采用双差观测值方程来解算，在定位前需确定整周未知数，这一过程称为动态定位的“初始化”（OnTheFly即OTF）。实现OTF的方法有很多种，美国天宝导航有限公司的做法是：采用伪距和相位相结合的方法，首先用伪距求出整周未知数的搜索范围，再用相位组合和后继观测历元解算和精化；利用伪距估计初始位置和搜索空间，快速确定精确的初始位置。3.2RTK的系统组成第5页我们以美国天宝导航有限公司生产的4800GPS双频接收机为例介绍RTK系统组成。天宝RTK系统由两部分组成，如图1所示。图1天宝RTK系统组成四、RTK系统基准站的组成和作用RTK系统基准站由基准站GPS接收机及卫星接收天线、无线电数据链电台及发射天线、直流电源等组成，如图2所示。图2RTK系统基准站的组成RTK系统基准站的作用是求出GPS实时相位差分改正值，然后将改正值通过数传电台及时传递给流动站以精化其GPS观测值，进而得到更为精确的实时位置信息。GPS－RTK作业能否顺利进行，关键因素是无线电数据链的稳定性和作用距离是否满足要求。它与无线电数据链电台本身的性能、发射天线类型、参考站的选址、设备架设情况以及无线电电磁环境等有关。一般数据链电台采用400MHz～480MHz高频载波发送数据，而高频无线电信号是沿直线传播的，这就要求参考站发射天线和流动站第6页接收天线之间没有遮挡信号的障碍物。这些障碍物在陆地上主要是建筑物、无线电信号发射台等，在海上则主要是地球曲率的影响。为了尽量避免参考站设备之间的干扰，在GPS-RTK作业时，大于25W的数据链电台的发射天线，应距离GPS接收天线至少2m，最好在6m以上；发射天线与电台的连接电缆必须展开，以免形成新的干扰源。电台所使用的频率和电台功率必须经过国家和当地无线电管理部门批准，使用时可能会受到某些限制。RTK数据链无线电发射机（TRIMMRKⅡ）的工作频率为UHF频段（400MHz～480MHz），当功率一定时，发射距离随天线高度增加而增加，如下式所示：公式在哪？你在逗我玩呢？发射距离（半径）（2）。式中：4.24——天宝公司的经验值；H1——电台的天线高度；第7页H2——流动站的天线高度。我们通过举例来说明流动站工作范围的计算过程。例：天宝4800GPS接收机使用的TRIMMRKⅡ无线电数据链电台发射功率为25W，电台天线高度为9m，流动站的天线高度为2m，试计算流动站工作的最远距离?解：已知H1=9m，H2=2m，流动站在开阔地带工作的最远距离为:发射距离(半径)。需要指出的是，该距离是在无任何遮挡物的空旷地带的理论值。根据经验，在城市环境中，只有架设在高楼顶上，无线电数据链电台发射距离才可能达到10公里。无线电数据链电台发射功率为25W，其耗电量大，因而直流电源的电流应大一些，一般选择12V/60A或12V/120A为宜。五、RTK流动站的组成和作用流动站的UHF电台接收基准站的信号，同时也接收相同的卫星信号，用配备的TSC1控制器进行实时解算。流动站数据链电台的功率为2W，其电源和卫星接收机共用，不需另配电池。第8页基准站GPS接收机与TRIMMRKⅡ电台之间的数据传输波特率为38400，TRIMMRKⅡ电台与流动站GPS接收机之间的数据传输波特率为4800，流动站中的UHF数据链电台与流动站GPS接收机之间的数据传输波特率为38400（见图3）。图3RTK系统流动站的组成为了保证流动站的测量精度和可靠性，应在整个测区选择高精度的控制点进行检测校对。选择的控制点应有代表性，并均匀地分布在整个测量区。（1）若基准站安置在已知点上，则输入已知点的坐标，进行坐标的转换（WGS—84转换成BJ54或其他坐标系）。（2）若基准站安置在未知点上，（在城市测量中，有时为了控制更远和更大的范围，根据RTK的特点，可将基准站架设在没有控制点的高楼顶上），在启动基准站时，则需输入该点的WGS—84坐标，进行坐标的转换（WGS—84转换成BJ54或其他坐标系）。求得WGS—84坐标的方法是：开机后，在TSC1控制器上进行初始化操作，然后按here键即可求得该点的WGS—84坐标。（3）虽然RTK定位测量的基准站可以不放在已知点上，但测量第9页区内必须有已知控制点，而且定位测量的精度和已知控制点的等级和个数有关。在放置好基准站并启动流动站后，用流动站分别到已知点上进行定位测量，以求得该点坐标，然后与该点的原有坐标相比较，求出其差值，若差值很小（根据工程性质定），则不需改正，否则，必须输入该点的原有坐标。六、RTK定位测量的准备工作RTK定位测量的准备过程如下：（1）外业踏勘。（2）收集资料。（3）制订观测计划。（4）星历预报。（5）器材准备：经检定合格的GPS接收机[基准站+流动站（含TSC1）]一套;12V/60A电源（含充电器），数据链电台一套;手机或对讲机（每台GPS接收机上配一个）;每台GPS接收机配观测记录手簿第10页一本。（6）运输工具：自备汽车或租车。七、RTK的作业方法7.1架设基准站将基准站GPS接收机安置在开阔的地方，架设电台和天线。启动基准站，在TSC1控制器中进行如下操作：按on/off键，打开TSC1控制器，则其自动调用主菜单。选择Files(文件)来建立新工程如下：（1）建立新工程：给工程起一个文件名。（2）选择工程管理（Jobmanagement）并确认。（3）在选择坐标系统窗口中选用手工键入参数第11页（Keyinparameter）。（4）在键入参数窗口中设置投影参数（Projection）。（5）在输入椭球参数窗口中选择：①投影方式——TransverceMercator(横轴墨卡托投影)。②Falsenorthing（北偏）——0.000m(北偏为0)。③Falseeasting（东偏）——500000.000m(东偏500km)。④originlat(纬度)——0°00′00.0000N。⑤centralmeridian——114°00′00.0000E(当地中央子午线经度)。⑥scale（尺度比