GPS原理

GNSS基本原理南方测绘GPS产品中心目录一.GNSS定位系统的概述二.GNSS定位的基本原理三.RTK测量介绍四.GPS在测量中的应用1.概述：GNSS是GlobalNavigationSatelliteSystem的缩写。中文译名应为全球导航卫星系统。目前，GNSS包含了美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo系统、中国的Compass(北斗)，全部建成后其可用的卫星数目达到100颗以上。GNSS定位系统的概述系统特征GPSGLONASSCOMPASS载波频率GHz1.23,1.581.61,1.252491.75卫星高度km202001910021500卫星数21+321+330+5各卫星系统的特点2.系统组成（以GPS为例）：由空间部分、地面部分和用户部分等组成系统组成•地面部分–主控站：1个–监测站：5个–注入站：3个–通讯与辅助系统系统组成(以GPS为例）–主控站•管理、协调地面监控系统各部分的工作•编算广播星历－轨道参数、卫星钟改正数等•调整卫星状态•调度卫星–监测站•对卫星进行跟踪观测•记录气象数据•将数据传送到主控站–注入站•向卫星注入导航电文和指令等–通讯与辅助系统系统组成–用户部分：GPS信号接收机系统组成天线前置放大器电源部分射电部分微处理器数据存器显示控制器供电信号信息命令数据供电，控制供电数据控制系统组成•GPS卫星信号的组成部分–载波（Carrier）•L1•L2•L5–测距码（RangingCode）•C/A码（目前只被调制在L1上）•P(Y)码（被分别调制在L1和L2上）–卫星（导航）电文（Message）•GPS卫星信号的生成–关键设备–原子钟1.按接收机工作方式原理分类：码相关类型：采用码相关技术获得伪距观测量，P码，C/A码；平方型：利用载波信号的平方技术去掉调制信号获取载波信号的，并通过接收机内产生的载波信号与接收到的载波信号之间的相位差测定伪距。这类接收机无需知道测距码的结构，所以又称为无码接收机；混合型：综合以上两类接收机的优点，既可获取码相位伪距观测量，又可测定载波相位观测量，目前常用的接收机均属于此类型。目前接收机接收的信号分类2.按接收机接收的载波频率分类单频接收机：只能接收L1载波信号，不能有效消除电离层延迟影响，适用于短基线（15km）精密定位；双频接收机：可以同时接收L1,L2两个载波信号，能消除电离层影响，可以用于长基线（几千公里）的精密定位类型L1载波L2载波P码C/A码波长（cm）1924293002930GPS定位方式——空间距离后方交会GPS定位的基本原理GPS定位的基本原理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。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。（伪距测量误差大概在20米左右）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。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。载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位精度也只能采用相位观测值。按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，同时还可以解算出整周模糊度。大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，能够大大提升定位精度。PikPljPijPjPlkPkSlSi•可以消去卫星钟的系统偏差•可以消去接收机时钟的误差•可以解算出整周模糊度•可以消去轨道（星历）误差的影响•可以削弱大气折射对观测值的影响RTK工作原理图解（RealTimeKinematic）为什么要向您推荐GPSGPS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1.近、现代的常规（地面）定位方法•采用的仪器设备–尺：铟钢尺–光学仪器：经纬仪，水准仪–激光和红外仪器：测距仪–综合多种技术的仪器：全站仪–无线电、微波仪器：Loran-C，雷达•观测方法–角度或方向观测–距离观测–距离差观测为什么要向您推荐GPS？2.常规（地面）定位方法的局限性•观测点之间需要保证通视•需要事先布设大量的地面控制点/地面站•无法同时精确确定点的三维坐标•平面、高程控制网破坏严重、很多点位难以寻找观测受气候、环境条件限制•控制网存在误差积累、精度不高•控制网点位分布不均匀•平面点多在山顶并远离测区•平面与高程控制分离、没有统一的控制系统为什么要向您推荐GPS？南方公司GPS产品系列•静态机：S66•RTK：S86系列:S86T、S86S82系列:S82V、S82T、S82N、S82E•参考站：S3、S5、S8+•手持：S730、S740、S740W、S750、S750G2、S760•水上产品：9300+、S35、S81、GPS罗经V111、SDE-28S、SDE-28D、SDE-18+•软件：工程之星、电力之星、测图之星RTK在测量中的应用•1、布设控制网•2、线路勘测•3、定点定位跟上时代步伐，享受GPS休闲测量还不如这样测呢！！！找控制点？？？静态测量加密控制点已知点A已知点BGPS网的精度指标，通常以网中相邻点之间的距离误差来表示的，其具体形式如下：=±a2+(b·d)2—距离中误差（mm）a—固定误差(mm)b—比例误差系数(ppm)d—相邻点的距离（Km）充分考虑建立GPS控制网的应用范围采用分级布网的原则GPS测量的精度标准静态测量精度数据采集、点放样、线放样谢谢