测绘学概论-第八讲-全球卫星定位导航技术数字地球(1)

全球卫星定位导航技术数字地球定位与导航技术概述全球卫星定位系统的工作原理和使用方法GPS卫星定位导航系统的应用数字地球概述目录定位与导航的概念定位从测绘的意义上说，定位就是测量和表达某一地表特征、事件或目标发生在什么空间位置的理论和技术。从广义和现代意义上来说，定位就是测量和表达信息、事件或目标发生在什么时间、什么相关的空间位置的理论方法与技术。我们这里的定位含义，仍然是讨论中观和宏观世界里有关信息、事件和目标的发生时间和空间位置的确定。导航指运动目标，通常是指运载工具如飞船、飞机、船舶、汽车、运载武器等的实时动态定位即三维位置、速度和包括航向偏转、纵向摇摆、横向摇摆三个角度的姿态的确定。定位与导航技术概述NoImage定位需求与技术的发展过程NoImage绝对定位方式与相对定位方式绝对定位：直接确定信息、事件和目标相对于参考坐标系统的坐标位置测量。相对定位：确定信息、事件和目标相对于坐标系统内另一已知或相关的信息、事件和目标的坐标位置关系。DXYZ(X1,Y1,Z1)(X2,Y2,Z2)RadarZYX(X0,Y0,Z0)212121cossincoscossinxxyyDzz相对定位的例子：目标的雷达定位NoImage绝对定位相对定位NoImage定位与导航的方法和技术天文定位与导航技术常规大地测量定位技术惯性导航定位技术无线电导航定位技术卫星导航定位技术NoImage全球卫星定位系统的工作原理和使用方法NoImage全球卫星定位系统的工作原理和使用方法工作原理及系统组成工作原理卫星定位系统都是利用在空间飞行的卫星不断向地面广播发送某种频率并加载了某些特殊定位信息的无线电信号来实现定位测量的定位系统。系统组成空间运行的卫星星座：发送某种时间信号、测距信号和卫星的瞬时坐标位置信号。地面控制部分：精确测定卫星的轨道坐标、时钟差异，确定系统运行状态，并向卫星注入新的卫星轨道坐标，进行必要的卫星轨道纠正等。用户部分：接收卫星广播发送的多种信号并进行处理计算确定用户的最终位置。NoImage全球卫星定位系统的工作原理和使用方法卫星定位系统的三大部分空间飞行的GPS卫星NoImage全球卫星定位系统的工作原理和使用方法全球导航卫星系统定义具有全球导航定位能力的卫星定位导航系统称为全球导航卫星系统，英文全称为GlobalNavigationSatelliteSystem，简称为GNSS。实际系统美国的全球卫星定位系统（GPS）俄罗斯的全球卫星导航系统GLONASS•因经济问题，星座中卫星缺失太多，暂时不能连续实时定位。正在发展研究的有欧盟的GALILEO系统中国北斗卫星导航广域增强系统•实现中国及其周边海域的区域定位导航系统。NoImage各种类型的GPS用户接收机GPS全球定位系统拥有者美国发展简史全球卫星定位系统（GPS）计划自1973年起步，1978年首次发射卫星，1994年完成24颗中高度圆轨道（MEO）卫星组网，共历时16年、耗资120亿美元。至今，已先后发展了三代卫星。系统组成空间部分控制部分用户部分全球卫星定位系统的工作原理和使用方法NoImageGLONASS全球定位系统拥有者俄罗斯发展简史由前苏联从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，现在由俄罗斯空间局管理。GLONASS的整体结构类似于GPS系统，其主要不同之处在于星座设计和信号载波频率和卫星识别方法的设计不同。系统组成卫星星座地面监测控制站用户设备全球卫星定位系统的工作原理和使用方法NoImageGalileo系统星座伽利略（GALILEO）全球定位系统拥有者欧盟发展简史GALILEO系统是欧洲自主的、独立的全球多模式卫星定位导航系统，提供高精度、高可靠性的定位服务，同时它实现完全非军方控制、管理，计划将于2019年完成。可与美国的GPS和俄罗斯的GLONASS兼容，但比后两者更安全、更准确，系统组成GALILEO系统由30颗卫星组成，其中27颗工作星，3颗备份星。卫星分布在3个中地球轨道（MEO）上，轨道高度为23616千米，轨道倾角56度。每个轨道上部署9颗工作星和1颗备份星。全球卫星定位系统的工作原理和使用方法NoImage中国卫星定位导航系统:北斗-1NoImage全球卫星定位系统的工作原理和使用方法GNSS卫星定位的定位精度用GPS技术可以同时实现三维定位与接收机时间的定时。利用C/A码进行实时绝对定位，各坐标分量精度在5-10m左右，三维综合精度在15-30m左右；利用军用P码进行实时绝对定位，各坐标分量精度在1-3m左右，三维综合精度在3-6m左右；利用相位观测值进行绝对定位技术比较复杂，目前其实时或准实时各坐标分量的精度在0.1-0.3m左右，事后24小时连续定位三维精度可达2-3cm左右。NoImageGNSS卫星定位的主要误差来源与卫星相关的误差轨道误差、卫星误差、卫星几何中心与相位中心偏差与接收机相关的误差接收机安置误差、接收机钟差、接收机信道误差、多路径误差、观测量误差与大气传输有关的误差电离层误差、对流层误差全球卫星定位系统的工作原理和使用方法NoImageGNSS相对定位原理GNSS卫星相对定位原理和方法全球卫星定位系统的工作原理和使用方法NoImage第一类：基于伪距的相对定位方式名称简写相对定位距离观测值采用星历误差修正方式精度常规伪距差分CDGPS200kmC/A码伪距广播星历综合伪距误差1~5m广域差分系统WADGPS2000kmC/A码伪距精密星历卫星钟差改正、电离层改正1~5m广域增强系统WAAS全球C/A码伪距精度星历卫星钟差改正、电离层改正1~5m局域增强系统LAAS10kmC/A码伪距广播星历加地基伪卫星固定星历卫星钟差改正、电离层改正0.1~0.5m全球卫星定位系统的工作原理和使用方法相对定位的方式NoImage第二类：基于相位观测值的相对定位方式名称简写相对定位距离观测值采用星历误差修正方式精度双差静态定位DD0.005~3000km双差相位kqssij广播星历精密星历数学模型解算10-6~10-710-8~10-9实时双差动态定位RTK0.005~10km双差相位kqssij广播星历基准站相位误差修正10-6网络动态实时定位NetworkRTK0.005~100km双差相位kqssij广播星历网络相位误差修正10-6全球动态定位GlobalRTK全球相位精密星历卫星钟差、电离层对流层误差0.1~0.4m全球卫星定位系统的工作原理和使用方法相对定位的方式NoImage全球卫星定位系统的工作原理和使用方法GPS技术的最新进展GPS现代化计划精密单点定位技术网络RTK定位技术广域差分GPS系统NoImage全球卫星定位系统的工作原理和使用方法GPS现代化计划保护采用一系列措施保护GPS系统不受敌方和黑客的干扰，增加GPS军用信号的抗干扰能力，其中包括增加GPS的军用无线电信号的强度。阻止阻止敌方利用GPS的军用信号。设计新的GPS卫星型号（ⅡF），设计新的GPS信号结构，增加频道，将民用频道L1、L2、L5(1.17645GHz)和军用频道L3、L4分开。改善改善GPS定位和导航的精度，在GPSⅡF卫星中增加两个新的民用频道，即在L2中增加CA码（2019年），另增L5民用频道（2019年）。NoImageBlockIIRBlockII/IIAGPS现代化全球卫星定位系统的工作原理和使用方法NoImage全球卫星定位系统的工作原理和使用方法精密单点定位技术PrecisePointPositioning，简称为PPP。原理利用这种预报的GPS卫星的精密星历或事后的精密星历作为已知坐标起算数据；同时利用某种方式得到的精密卫星钟差来替代用户GPS定位观测值方程中的卫星钟差参数；用户利用单台GPS双频双码接收机的观测数据在数千万平方公里乃至全球范围内的任意位置都可以2-4dm级的精度进行实时动态定位或以2-4cm级的精度进行较快速的静态定位精密单点定位技术是实现全球精密实时动态定位与导航的关键技术，也是GPS定位方面的前沿研究方向。NoImage基于PANDA软件的全球性精密单点定位作为流动站实现PPP定位作为基准站获取钟差HARBWUHNKELYALBHKARRGPS卫星固定为PANDA软件单天解的预报轨道，利用全球35个基准站获取精密钟差；实现全球任意一点的精密动态单点定位。如果能实时获取全球30-40个基准站的数据利用PANDA软件可以为全球任意位置提供水平10cm左右，垂直20cm左右的精密单点定位服务。NoImage全球卫星定位系统的工作原理和使用方法网络RTK定位技术工作原理网络RTK也叫多基准站RTK。网络RTK就是在一定区域内建立多个（一般为三个或三个以上）坐标为已知的GPS基准站，对该地区构成网状覆盖，并以这些基准站为基准，计算和发播相位观测值误差改正信息，对该地区内的卫星定位用户进行实时改正的定位方式。特点覆盖面广，定位精度高，可靠性高，可实时提供厘米级定位。我国已经建成的深圳市连续运行卫星定位服务系统就是网络RTK技术的实现。NoImage全球卫星定位系统的工作原理和使用方法网络RTK定位技术网络RTKNoImage全球卫星定位系统的工作原理和使用方法网络RTK定位技术NoImageGPSRTK实时定位实例全球卫星定位系统的工作原理和使用方法NoImage•高精密测量•控制测量：静态方式、动态方式•大比例尺测图•施工放样•GIS数据采集：后处理方式、实时方式测绘类应用NoImageNoImage普通型基准站基岩型基准站可选站系统管理中心汕头汕尾阳江茂名湛江徐闻罗定云浮肇庆韶关从化增城麻涌番禺顺德南沙惠州石排海丰陆丰梅州潮州揭阳普宁惠来南澳饶平三水惠阳杨村龙川开平金湾北兴珠海中山江门斗门花都佛山高明连州清远东莞长安珠江三角洲18个惠东塘厦河源广东省CORS测站数31永久站定位模式：NetworkRTK精度5cminHorizontal10cminVertical基岩站屋顶站双机站主站建艺大厦大南山南澳葵涌排牙山龙岗福永龙华公明DDN，ISDN线路无线扩频线路梧桐山梧桐山发射塔实时发播数据链深圳连续运行卫星定位服务系统NoImage全球卫星定位系统的工作原理和使用方法广域差分GPS系统工作原理对GPS观测量的误差源加以区分，并对每一个误差源分别加以“模型化”，然后将计算出来的每一个误差源的误差修正值（差分改正值），通过数据通讯链传输给用户，对用户GPS接收机的观测值误差加以改正，以达到削弱这些误差源影响，改善用户GPS定位精度的目的。增强广域差分系统WAAS–WideAreaAugmentSystem利用同步卫星NoImage全球卫星定位系统的工作原理和使用方法广域差分GPS系统NoImageGPS卫星定位导航系统的应用NoImageGPS卫星定位导航系统的应用GPS定位技术在科学研究中的应用GPS精密定时和时间同步的应用在地球上不同区域相当远的距离（数千公里）的实验室上利用各种精密仪器设备对太空的天体、运动目标，如脉冲星、行星际飞行探测器等进行同步观测，以确定它们的太空位置、物理现象和状态的某些变化。GPS精密测时技术与其它空间定位和时间传递技术相结合，可以测定地球自转参数，包括自转轴的漂移，自转角速度的长期和季节不均匀性。测量引力对地方时间尺度的影响。卫星时间传递NoImageGPS卫星定位导航系统的应用GPS精密定位在地球板块运动研究中的应用测定各大板块的相互运动速率，确定全球板块运动模型，研究板块运动的现今短时间运动规律，分析研究地球板块边沿的受力应力和状态，预测地震灾害。全球各大板块的运动速率图中国地壳运动观测网络“九五”国家重大科学工程。以监测地壳运动服务于地震