华星GNSS培训理论

广州华星GNSS培训理论篇一、GNSS理论部分GNSS理论部分GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem)是全球导航卫星系统的英文缩写，它是所有全球导航卫星系统及其增强系统的集合名词，是利用全球的所有导航卫星所建立的覆盖全球的全天侯无线电导航系统。目前可供利用的全球卫星导航系统有美国的GPS和俄罗斯的GLONASS以及未来欧洲的Galileo。1.GNSS的现状及未来GNSS的含义：美国的GPS：GPS是英文GlobalPositioningSystem或NAVigationSatelliteTimingAndRangingGlobalPositionSystem的缩写，即全球定位系统，是一个全球性、全天候、全天时、高精度的导航定位和时间传递系统。由27颗工作卫星和3颗备用卫星组成，分布在6个等间距的轨道平面上。采用码分多址体制，每颗卫星的信号频率和调制方式相同，不同卫星的信号靠不同的伪码区分，现有30多颗卫星。GPS自1973年开始设计、研制，历时20年，于1993年全部建成，GPS系统由空间部分、地面控制部分和用户部分所组成。GNSS理论部分1.GNSS的现状及未来GLONASS:GLObalNAvigationSatelliteSystem的字头缩写，是前苏联从80年代初开始建设的与美国GPS系统相类似的卫星定位系统，也由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成。现在由俄罗斯空间局管理。拥有21颗工作卫星和3颗备用卫星，分布在3个轨道平面上。因GLONASS卫星一直处于降效运行状态，现只有18颗卫星能够正常工作。采用频分多址体制，卫星靠频率不同来区分，每组频率的伪随机码相同。目前有18颗卫星可用。2011年之后将有24颗卫星可用。俄罗斯的GLONASS：GNSS理论部分1.GNSS的现状及未来Galileo(伽利略）:从1994年欧盟已开始对伽利略系统方案实施论证。2000年欧盟已向世界无线电委员会申请并获准建立伽利略系统的L频段的频率资源。2002年3月欧盟15国交通部长一致同意伽利略系统的建设。该系统由27颗工作卫星和3颗备份卫星组成，卫星采用中等地球轨道，分布在3个轨道面上。预计2012年可投入使用。现在因为资金协调问题基本停滞了。欧盟的Galileo：GNSS理论部分1.GNSS的现状及未来中国的北斗：北斗导航系统(COMPASS)，现有4颗地球同步卫星快速定位：北斗导航系统可为服务区域内用户提供全天候、高精度、快速实时定位服务简短通信：北斗系统用户终端具有双向数字报文通信能力，可以一次传送超过100个汉字的信息。精密授时：未来中国的北斗空间段计划由五颗静止轨道卫星和三十颗非静止轨道卫星组成，提供两种服务方式，即开放服务和授权服务。GNSS理论部分1.GNSS的现状及未来GLONASS:GLObalNAvigationSatelliteSystem的字头缩写，是前苏联从80年代初开始建设的与美国GPS系统相类似的卫星定位系统，也由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成。现在由俄罗斯空间局管理。拥有21颗工作卫星和3颗备用卫星，分布在3个轨道平面上。因GLONASS卫星一直处于降效运行状态，现只有18颗卫星能够正常工作。采用频分多址体制，卫星靠频率不同来区分，每组频率的伪随机码相同。目前有18颗卫星可用。2011年之前将有24颗卫星可用。俄罗斯的GLONASS：GNSS理论部分1.GNSS的现状及未来定位精度高观测时间短测站间无须通视可提供三维坐标操作简便全天候作业功能多、应用广免费2.GNSS的特点GNSS理论部分1、军事用途GPS本身就是军事竞赛的产物。精码保密，主要提供给本国和盟国的军事用户使用；粗码提供给本国民用和全世界使用。2、民用导航占据了民用领域的绝大部分，一般精度要求不高，5-15米，飞机、轮船、车载定位等领域。3、测绘要求精度高，早期主要在石油部门使用，现在已在测绘相关行业中广泛普及，成为一种新的测绘方式。4、GIS现在处于起步阶段，随着数字地球、数字中国的进程，必将成为一个庞大的新兴产业。3.GNSS产业构成GNSS理论部分军事测绘林业农业地质电力水利交通环保气象地震石油通讯海洋城建科研院所院校医疗消防国土GPS的应用是受到人的想象力的限制，GPS无所不在4.GNSS的应用行业GNSS理论部分5.卫星定位技术的发展GNSS理论部分RTK的发展：1.传统的RTK技术—电台、GPRS/CDMA2.网络RTK技术—CORS5.卫星定位技术的发展GNSS理论部分二、传统RTK以及仪器的操作在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测的星历数据传送给流动站。流动站通过数据链接收来自基准站的数据，同时采集GPS观测数据，并在系统内进行实时处理，给出厘米级定位结果，历时不到一秒钟。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。载整周末知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持5颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。RTK的工作原理2.传统RTK的工作原理传统RTK以及仪器操作GPS卫星发射天线基准站差分信号移动站数据链通讯：1.电台模式：3.传统RTK的数据链传统RTK以及仪器操作UHF(UltraHighFrequency)超高频率，频率300MHz-300KMHz（波长属微波：波长1M-1MM，空间波，小容量微波中继通信）——410-430MHz/450-470MHzVHF(VeryHighFrequency)甚高频（3MHz～30MHz属短波：波长100M-10M，空间波）——220-240MHz2.网络模式：GPRS（GeneralPacketRadioService）中文是通用分组无线业务，是在现有的GSM系统上发展出来的一种新的分组数据承载业务；CDMA为码分多址数字无线技术⑴电台模式4.电台模式传统RTK以及仪器操作基准站移动站⑵电台模式特点1.作业距离一般距离为：0-20公里，特别是山区或城区传播距离就会受到影响；2.电台信号容易受干扰，所以要远离大功率干扰源；3.电台的架设对环境有非常高的要求，一般选在比较空旷，周围没有遮挡，且要基站架设的越高距离越远；4.对于电瓶的电量要求较高，出外业之前电瓶一点要充满或有足够的电量；4.电台模式传统RTK以及仪器操作网络通讯模式特点距离远携带方便优点：缺点：在没有手机信号的地方无法使用需要一定的费用、手机卡一般一个月都要流量100元费用5.网络模式传统RTK以及仪器操作三、网络RTK以及仪器的操作传统RTK技术有着一定局限性,使得其在应用中受到限制,主要表现为：1.用户需要架设本地的参考站；2.误差随距离增长；3.误差增长使流动站和参考站距离受到限制，距离越远初始化时间越长；4.可靠性和可行性随距离降低。1.网络RTK技术网络RTK以及仪器操作网络RTK技术实际上是一种多基站技术，它在处理上利用了多个参考站的联合数据。该系统不仅仅是GPS产品，而是集internet技术，无线通讯技术，计算机网络管理和GPS定位技术于一身的系统，包括，通讯控制中心，固定站，用户部分。1.网络RTK技术网络RTK以及仪器操作网络RTK的优势1.无需架设参考站，省去了野外工作中的值守人员和架设参考站的时间，降低了作业成本，提高了生产效率；2.传统“1+1”GNSS接收机真正等于2，生产效率双倍提高；3.不需要在四处找控制点；4.扩大了作业半径，网络覆盖范围内能够得到均等的精度；5.在CORS覆盖区域内，能够实现测绘系统和定位精度的统一，便于测量成果的系统转换和多用途处理；1.网络RTK技术网络RTK以及仪器操作网络RTK概念依靠网络将基准站连接到计算中心，联合若干基准站数据解算或消除电离层、对流层等影响，以提高RTK定位可靠性和精度的方法特点从RTK的点到基准站覆盖的区域（面）资源共享：基准站共享，数据共享用户界面：统一，可控网络RTK系统简图基本原理目标：减少或消除误差的影响电离层延迟：建立区域电离层模型或通过误差内插进行消除对流层延迟：模型消除或误差内插消除卫星轨道和钟差：可利用精密星历消除RTK技术的测量速度RTK技术的测量速度主要由初始化所需时间决定，初始化所需时间又由RTK技术差别（各种机型有不同的快速解算技术）、接收卫星的数量和质量、RTK数据链传输质量等因素决定，快速解算技术越先进，在一定的高度角下接收到的卫星数量越多、质量越好，RTK数据链传输质量越高，初始化所需时间就越短。在良好的环境条件下，RTK初始化所需时间一般为几十秒；不良环境条件下（尚满足RTK基本工作条件)几分钟到十几分钟，甚至不能测量。基本原理-常规RTK与网络RTK的比较可靠性与可用性的比较网络RTK测量技术的优点与传统的RTK相比，仪器的操作不同：不用架设基准站设置IP地址输入用户名和密码RTK技术优点1作业效率高。在一般的地形地势下，高质量的RTK设站一次即可测完10km半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数，仅需一人操作，在一般的电磁波环境下几秒钟即得一点坐标，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了劳动效率。2定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累。只要满足RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内（一般为10km），RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。3降低了作业条件要求。RTK技术不要求两点间满足光学通视，只要求满足“电磁波通视”，因此，和传统测量相比，RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小，在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区，只要满足RTK的基本工作条件，它也能轻松地进行快速的高精度定位作业。4操作简便，容易使用，数据处理能力强。只要在设站时进行简单的设置，就可以边走边获得测量结果坐标或进行坐标放样。数据输入、存储、处理、转换和输出能力强，能方便快捷地与计算机实现数据传输。RTK的不足及其解决办法1受卫星状况限制。当卫星系统位置对美国是最佳的时候，世界上有些国家在某一确定的时间段仍然不能很好地被卫星所覆盖，容易产生假值。另外，在高山峡谷深处及城市高楼密布区，卫星信号被遮挡时间较长，使一天中可作业时间受限制。产生假值问题采用RTK测量成果的质量控制方法可以发现。作业时间受限制可由选择作业时间来解决。2天空环境影响。白天中午，受电离层干扰大，共用卫星数少，常接受不到5颗卫星，因而初始化时间长甚至不能初始化，也就无法进行测量。在同样的条件和同样的地点上进行RTK测量，上午11点之前和下午13：30分之后，RTK测量结果准而快，而中午时分，很难进行RTK测量。可见选择作业时段的重要性。3数据链传输受干扰和限制、作业半径比标称距离小的问题。RTK数据链传输易受到障碍物如高大山体、高大建筑物和各种高频信号源的干扰，在传输过程中衰减严重，严重影响外业精度和作业半径。在地形起伏高差较大的山区和城镇密楼区数据链传输信号受到限制。解决这类问题的有效办法是把基准站布设在测区中央的最高点上。4高程异常问题。RTK作业模式要求高程的转换必须精确，但我国现有的高程异常图在有些地区，尤其是山区，存在较大误差，在有些地区还是空白，这就使得将GPS大地高程转换至海拔高程的工作变得相当困难，精度也不均匀。5电量不足问题。RTK耗电量较大，需要多个大容量电池、电瓶才能保证连续作业，在电力供应缺乏的偏远作业区受到限制。6精度和稳定性问题。RTK测量的精度和稳定性都不及全站仪，特别是稳定性方面，这是由于RTK较容易受卫星状况、天气状况、数据链传输状况影响的缘故，要解决此类问题，要在布控制点时多布置一些“多余”控制点，作为RTK测量成果质量控制的检核点。RTK技术主要应用范围测图根点（精度均匀，效率高）地形测图（效率高，一人即可操作）工程放样（实时显示位置信息，可进行复杂的线路测量，只需要输入线路要素即可生成复