GPS数据采集与处理
精度,而RTK技术是能够在野外实时得到cm级定
位精度的测量方法。
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RTK是载波相位动态实时差分(Real-Time Kinematic)方法的缩写。
RTK是GPS应用的重大里程碑,大大提高了外业 测量的效率。
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移动站
基准站
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一、RTK技术原理
发射 电台
GPS 接收机
电子手簿 GPS 接收机
(二)GPS基线向量网的布网形式
③单基准站式
一台接收机作为基准站连续观测,其余接收机在基准
站观测期间在其周围流动,每到一点就进行观测。
④多基准站式
多台GPS接收机构成多个
基准站,另外接收机在基 准站周围进行同步观测。 流动站 基准站
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二、GPS布网方法
(二)GPS基线向量网的布网形式
⑤同步图形扩展式
r— 为已知的卫地矢量
P—为观测量(伪距) R—为未知的测站点位矢量
接收机对跟踪的每一颗卫星进行测距
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坐标推算
距离交会法
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一、GPS基本定位原理
(二)载波相位测量定位原理
载波相位观测量:是接收机 测量得到的卫星信号载波与测 量时刻接收机产生的本振载波 相位的差值。 通过测量载波的相位而求得 接收机到GPS卫星的距离。
三、GPS定位系统的坐标系统
任何测量都离不开一个基准,都需要一个特 定的坐标系统。
GPS是全球性的定位导航系统,因此它采用 国际协议确定的协议地球坐标系(CTS),即 WGS-84世界大地坐标系。
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四、GPS的服务
标准定位服务:面 SPS服务
向全世界民用用户
GPS服务
PPS服务
精密定位服务:面
整卫星姿态和启用备用时钟、备用卫星等。
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(二)GPS地面监控系统
它由分布在全球的5个地面站组成,按其功能分 为主控站(MCS)、注入站(GA)和监测站(MS)三种。
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(二)GPS地面监控系统
(1)主控站:1个,设在美国的科罗拉多的斯普 林斯(Colorado Springs)的空军基地。
主控站负责协调和 管理所有地面监控系 统的工作
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(二)GPS地面监控系统
(2)注入站(又称地面天线站):3个,分别设 在南大西洋的阿松森群岛、印度洋的迪哥加西亚和 南太平洋的卡瓦加兰。
将来自主控站的卫星星历、钟差、导航电文和 其它控制指令注入到相应卫星的存储系统,并监 测注入信息的正确性。
24颗GPS卫星组成
用户部分
GPS接收机
监控站
注入站
控制部分
主控站
1个主控站 3个注入站 5个监控站
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(一)GPS空间星座部分
它由24颗卫星组成,其中包括3颗可随时启用的 备用卫星。 分布在6个轨道面上,每个轨道面上布放4颗卫 星。 这种配置保障了在地球 上任意地点,任意时刻, 至少同时可见到4颗卫星。
(一)伪距测量定位原理
伪距观测量:是通过测量卫星信号从发射时 刻到接收机接收时刻的时延,然后乘以光速得 到的距离观测量。 伪距定位观测方程式 坐标推算:观测4颗以上卫星→列出4个以上 方程式→4个未知数
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对卫星进行测距
S Pj r Pj Rj 地心
i i
i
Rj = r +Pij
i
有关各观测量及已知数据如下:
④根据定位时接收机的状态 静态定位 + 动态定位
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二、GPS测量方法
实时动态定位
GPS定位
事后处理动态定位
静态(准动态)相对定位
内容略,有兴趣的同学请自学。
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第三节 GPS数据及其处理
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一、GPS基本定位原理
GPS基本定位方法:
伪距测量定位
载波相位测量定位
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一、GPS基本定位原理
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一、GPS定位方法的分类
(一)根据定位所采用的观测值 GPS伪距观测值
伪距法
GPS载波相位观测值, 即L1、L2或其线性组合
载波定位法
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一、GPS定位方法的分类
(二)根据定位的模式
是利用 GPS 独立确定用户接 收机天线(观测站)在 WGS-84 坐标系中的绝对位置(单机)
绝对定位 (单点定位)
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二、GPS数据
数据采集 GPS 数据 处理 基本
数据传输
数据预处理
流程
基线解算 GPS网平差
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二、GPS数据
(一) GPS测量的误差源 卫星钟差: 某时刻原子钟与GPS时之差(系统误差) 星历误差:卫星轨道误差(系统误差) 接收机钟差:某时刻石英钟与GPS时之差(系统误差)
相对定位 (差分定位)
在 WGS-84 坐标系中确定收 机天线(观测站)与某一地面参 考点之间的相对位置,或两 观测站之间相对位置(多机)
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一、GPS定位方法的分类
(二)根据定位的模式 绝对定位 (单点定位) 相对定位 (差分定位)
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一、GPS定位方法的分类
(三)根据获取定位结果的时间 根据接收机观测到的数据, 实时地解算出接收机天线所 在的位置 通过对接收机接收到的数 据进行处理后进行定位 非实时定位
(2)随机误差对策
精心操作:对中、 整平、量天线高 多余观测:复测基线、多时段观测、延长观测时间
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第四节
GPS静态测量的实施
GPS静态定位有着广泛的应用。
例如:大地测量、工程测量、地籍测量、 变形监测、…
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一、GPS静态定位测量特点
精度高:>常规测量手段
选点灵活、费用低:不需通视 全天候:黑夜、刮风下雨
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(二)GPS地面监控系统
(3)监测站:共5个,除上述4个地面站具有监 测站功能外,还在夏威夷(Hawaii)设有一个监测站。
高度自动化:GPS地面监控系 统除主控站外均由计算机自动控 制,而勿需人工操作。
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(三)GPS用户设备部分
GPS用户设备部分,包括GPS接收机硬件、数据处理
软件和微处理机及其终端设备。
跟踪、接收、放 大、处理卫星信号, 测量出信号从卫星 到天线的传播时间。 解译导航电文, 实时解算测站三维 位置。
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GPS的组成
空间星座部分: 提供星历和时间信息 发射伪距和载波信号 提供其它辅助信息 用户部分: 接收卫星信号 记录处理数据 提供导航定位信息
地面控制部分: 中心控制系统 实现时间同步 跟踪卫星进行定轨
⑦ 成果转化
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第五节
GPS基线向量网与高程平差
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一、坐标系变换
( X , Y , Z ) ( L, B, H )
X ( N H ) cos B cos L Y ( N H ) cos B sin L Z [ N (1 e2 ) H ]sin B
③ 约束平差/联合平差 ④ 质量分析与控制
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三、GPS高程系统
GPS?
①大地高系统:以参考椭球面为基准,H ②正高系统:以大地水准面为基准,Hg ③正常高系统:以似大地水准面为基准,Hr
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第六节
GPS实时动态(RTK)技术及其应用
常规GPS的测量方法,如静态、快速静态、动 态测量,都需要事后进行解算才能获得cm级的
观测时间短:特别是快速静态定位
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二、GPS布网方法
(一)GPS基线向量网的等级
我国2001年颁布的GPS测量规范:
六个级别:AA、A、B、C、D、E
AA、A级网可作为地心参考框架的基础; AA、A、B一般可作为国家空间大地测量 控制网的基础; C级网为地方控制网和工程网; D级网为工程控制网; E级网为测图网。
1 e2 sin 2 B a 2 b2 2 e (a, b分别为长、短半轴) 2 a N a
Y L arctan( ) X Z (N H ) B arctan 2 2 2 ( X Y )[ N (1 e ) H ] Z H N (1 e 2 ) sin B
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二、GPS布网方法
(二)GPS基线向量网的布网形式
跟踪站式
会战式
单基准站式 多基准站式 同步图形扩展式
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二、GPS布网方法
(二)GPS基线向量网的布网形式
①跟踪站式
若干GPS接收机固定,365×24不间断观测
②会战式
不太长时间内一次集中多台GPS接收机,共同作业。
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二、GPS布网方法
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(一)GPS空间星座部分
GPS卫星图片
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(一)GPS空间星座部分
GPS卫星的主要功能:
接收、储存和处理地面监控系统发射来的导航电
文及其它有关信息;
向用户连续不断地发送导航与定位信息,并提供 时间标准、卫星本身的空间实时位置及其它在轨 卫星的概略位置; 接收并执行地面监控系统发送的控制指令,如调
多台接收机在不同测站上进行同步观测,在完成一 个时段的同步观测后,又迁移到其它的测站上进行同步 观测,每次同步观测都可以形成一个同步图形。
在测量过程中,不同的同步图形间一般有若干个公
共点相连,整个GPS网由这些同步图形构成。(下页图)
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二、GPS布网方法
(二)GPS基线向量网的布网形式
⑤同步图形扩展式
实时定位
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一、GPS定位方法的分类
(四)根据定位时接收机的状态 GPS接受机在整个观测 进程中的位置固定不动 GPS接收机在整个观测 进程中的位置是变化的
静态定位
动态定位
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GPS定位方法