GPS静态观测培训.ppt

1. GPS的由来及特点2. GPS的系统组成3. GPS的定位原理4. GPS的信号组成5. GPS的误差来源6. GPS的应用 美国国防部于美国国防部于19731973年批准陆海空三军共同研制年批准陆海空三军共同研制新一代卫星导航系统，全称为新一代卫星导航系统，全称为“授时与测距导航系授时与测距导航系统全球定位系统统全球定位系统”(Navigation Timing and (Navigation Timing and Ranging /Global Positioning System)Ranging /Global Positioning System)，简称为，简称为“全球定位系统全球定位系统(GPS)”(GPS)”。整个计划耗时。整个计划耗时2020年，投年，投资资300300亿美元，是继阿波罗登月、航天飞机之后的亿美元，是继阿波罗登月、航天飞机之后的第三大空间工程。第三大空间工程。 1. GPS1. GPS的由来及特点的由来及特点1. GPS1. GPS的由来及特点的由来及特点GPS定位技术有以下特点： 操作简便操作简便 全天候作业全天候作业 功能多、应用广功能多、应用广 免费免费定位精度高定位精度高观测时间短观测时间短测站间无须通视测站间无须通视 可提供三维坐标可提供三维坐标 2. GPS2. GPS的系统组成的系统组成GPS由空间星座部分、地面监控部分和用户部分三部分组成： 空间星座部分空间星座部分： 由24颗卫星组成，其中包括3颗备用卫星。工作卫星分布在6个轨道面内，每个轨道面上有4颗卫星。卫星轨道面相对地球赤道面的倾角为55，各轨道平面升交点的赤经相差60，在相邻轨道上，卫星的升交距角相差30。轨道平均高度约为20200km，卫星运行周期为11h58min。 现在GPS卫星大约有31颗。2. GPS2. GPS的系统组成的系统组成 地面监控部分：地面监控部分： GPS的地面监控部分主要由分布在全球的5个地面站所组成，其中包括卫星监测站、主控站和注入站。用户部分：用户部分： 用户设备的主要任务是接收GPS卫星发射的信号，以获得必要的导航和定位信息及观测量，并经数据处理而完成导航和定位工作 。3. GPS3. GPS的定位原理的定位原理 由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置（X,Y,Z）。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。 4. GPS4. GPS的信号组成的信号组成 GPS 卫星发射两种频率的载波信号即频率为1575.42MHz 的L1 载波和频率为1227.60HMz 的L2 载波。它们的频率分别是基本频率10.23MHz 的154 倍和120 倍。它们的波长分别为19.03cm 和24.42cm。在L1 和L2 上又分别调制着多种信号，这些信号主要有：1、C/A 码码 C/A 码又被称为粗捕获码，它被调制在L1 载波上。 2、P 码（码（Y 码）码） P 码又被称为精码。它被调制在L1 和L2 载波上。 3、导航信息（或称、导航信息（或称D 码）码） 导航信息被调制在L1 载波上，其信号频率为50Hz， 包含有GPS 卫星的轨道参数、卫星钟改正数和其它一 些系统参数。 5. GPS5. GPS的误差来源的误差来源 误差的分类误差的分类偶然误差（观测噪声）偶然误差（观测噪声）- Noise 一般优于波长/码元长度的1/100。系统误差系统误差 - Bias- Bias 与卫星有关的误差 卫星星历（轨道）误差 卫星钟差 相对论效应 与传播途径有关的误差 电离层延迟误差 对流层延迟误差 多路径效应 与接收设备有关的误差 接收机钟差 天线相位中心偏差和变化 接收机不同通道间的信号延迟误差其它其它 软件 模型误差，地球潮汐 GPS控制系统5. GPS5. GPS的误差来源的误差来源- 卫星星历（轨道）误差卫星星历（轨道）误差 广播星历（预报星历）与精密星历（后处理星历） 应对方法 精密定轨 轨道松驰 相对定位卫星钟差卫星钟差 应对方法 钟差多项式 - t=a0+a1(t-t0)+a2(t-t0)2 参数 物理同步误差与数学同步误差相对论效应相对论效应 狭义相对论效应 与钟的运动速度有关，使星钟变慢 广义相对论效应 与钟所处位置的重力位有关，使星钟变快 应对方法 事先调整钟速，根据卫星轨道进行修正5. GPS5. GPS的误差来源的误差来源 电离层延迟电离层延迟电离层 自由电子与信号的频率有关 与信号频率的平方成反比（色散效应）与信号传播途径上的电子密度有关，而电子密度又与高度、时间、季节、地理位置、太阳活动等有关电离层对载波和测距码的影响，大小相等，符号相反应对方法模型改正 单层电离层模型双频改正相对定位对流层延迟对流层延迟对流层对流层延迟的干分量与湿分量相对于GPS信号，与信号的频率无关（非色散）应对方法相对定位模型改正 多路径效应多路径效应多路径效应应对方法 观测地点的选择、接收设备的性能、长时间观测、数据处理方法5. GPS5. GPS的误差来源的误差来源 接收机钟差接收机钟差天线相位中心的偏差与变化天线相位中心的偏差与变化 天线的几何中心、平均相位中心 天线相位中心的偏差 天线相位中心的变化 应对方法 天线定向（相对定位） 模型改正接收机通道间的延迟误差接收机通道间的延迟误差6. GPS6. GPS的应用的应用 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。 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。 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。 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。6. GPS6. GPS的应用的应用 军事军事 测绘测绘 林业林业 农业农业 地质地质 电力电力 水利水利 交通交通 环保环保 气象气象 地震地震 石油石油 通讯通讯 海洋海洋 城建城建 科研院所科研院所 院校院校 医疗医疗 消防消防 国土国土 GPS的应用是受到人的想象力的限制，的应用是受到人的想象力的限制，GPS无所不在无所不在 静态测量的含义静态测量的含义 GPS的精度等级的精度等级 静态控制网的布设静态控制网的布设这种模式采用两台这种模式采用两台( (或两台以上或两台以上)GPS)GPS接收机，分别安置接收机，分别安置在一条或数条基线的两端，同步观测在一条或数条基线的两端，同步观测4 4颗以上卫星，每时段颗以上卫星，每时段根据基线长度和测量等级观测相应的时间。这种模式一般可根据基线长度和测量等级观测相应的时间。这种模式一般可以达到以达到5mm5mm十十1ppm1ppm的相对定位精度。的相对定位精度。1.1.静态测量含义静态测量含义 静态测量静态测量2.GPS2.GPS的精度等级的精度等级-1-1 国家测绘局1992年制定的我国第一部全球定位系统(GPS)测量规范将GPS的测量精度分为A、B、C、D、E五级。其中A、B两级一般是国家GPS控制网。我国的国家GPS网就是按照这一精度标准设计的。C、D、E三级是针对局部性GPS网规定的。 级别AAABCDE平均距离10003007010155 100.2 5 GPS网相邻点的平均边长 km 相邻点最小距离可为平均距离的1/3-1/2,最大距离可为平均距离的2一3倍。2.GPS2.GPS的精度等级的精度等级-2-2 为了适应生产建设的需要，有关部门制定了全球定位系统城市测量技术规程，按城市或工程GPS网中相邻点的平均距离和精度划分为二、三、四等和一、二级，在布网时可以逐级布网、越级布网或布设同级全面网 。 级别项目二等三等四等一级二级固定误差a/mm1010101015比例误差系数b/ppm25101020相邻点平均距离/km95211闭合环或附合路线的边数/条681010102.GPS2.GPS的精度等级的精度等级-3-3 根据公路及桥梁隧道等构造的特点及不同要求，GPS 控制网分为一级二级三级四级共四个等级。 级别每对相邻点平均距离d(km)固定误差a(mm)比例误差b(ppm)最弱相邻点点位中误差m(mm)路线特殊构造 物路线特殊构造物路线特殊构造物一级4.0105215010二级2.0105525010三级1.01051025010四级0.5102050静态控制测量主要工作过程：静态控制测量主要工作过程： 第一第一 测前工作测前工作 - 项目的提出、技术设计（网的布设网的布设）、资料 整理仪器的检验、踏勘、选点埋石 第二第二 实施测量实施测量 - 实地观测 第三第三 数据处理数据处理 第四第四 测后工作测后工作3.3.静态控制网的布设静态控制网的布设- -13.3.静态控制网的布设静态控制网的布设- -2 2静态测量网的布设方式 1 点连式2 边连式混连式星形网导线网环形网其中：其中：点连式、星形网、导线网附合条件少，精度低；边连式附合条件多，精度高，但工作量大；边点混合连接式和环形网形式灵活，附合条件多，精度较高，是常用的布设方案。123456选点的基本要求选点的基本要求A 周围应便于安置接收设各和操作，视野开阔，视场内障碍物的高 度角不宜超过15；B 远离大功率无线电发射源(如电视台、电台、微波站等)，其距离 不小干200 m；远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距 离不得小于50 m；C 附近不应有强烈反射卫星信号的物件(如大型建筑物等)；D 交通方便，并有利于其他测量手段扩展和联测；E 地面基础稳定，易于点的保存；F AA、A、B级GPS点，应选在能长期保存的地点；G 充分利用符合要求的旧有控制点；H 选站时应尽可能使测站附近的小环境(地形、地貌、植被等)与周 围的大环境保持一致，以减少气象元素的代表性误差。为了常规测量方法加密控制网或者作业，C、D、E级GPS网点应有1-2方向通视。3.3.静态控制网的布设静态控制网的布设- -2 2 X20接收机的使用 X60接收机的使用 X90接收机的使用 数据的下载1.X201.X20接收机的使用接收机的使用卫星指示灯卫星指示灯每隔5秒连闪几次，表示有几颗卫星电池指示灯电池指示灯长亮表示有电，如果不停的闪烁，表示电量不足 X20开机便可记录静态数据，开机便可记录静态数据，无需切换，无需设置，简单方无需切换，无需设置，简单方便。便。 1. 单电池供电可达单电池供电可达18个小时个小时 2. 坚固耐用，防水抗摔坚固耐用，防水抗摔 3. 内存大，可持续作业内存大，可持续作业数据采集灯数据采集灯每隔几秒闪一次，表示在纪录数据， 闪烁的间隔即是采样间隔电源健电源健 按一秒即可开机，长按三秒即可关机 2.X602.X60接收机的使用接收机的使用数据采集灯数据采集灯每隔几秒闪一次，表示在纪录数据， 闪烁的间隔即是采样间隔电源健电源健 按一秒即可开机，长按三秒即可关机卫星指示灯卫星指示灯每隔5秒连闪几次，表示有几颗卫星A B电池指示灯电池指示灯长亮表示有电，如果不停的闪烁，表示电量不足，若A电池 电量用完，将自动切换到B电池切换健切换健刚开机时，主机默认为RTK模式，如果做静态就要通过切换健进行 切换：常按住切换健，此时电台灯长亮，等电台灯不亮，即可松开 表明已切换到静态电台指示灯电台指示灯做RTK时，电台指示灯会一秒闪烁一次3.X903.X90接收机的使用接收机的使用电源健：电源健：按一秒即可开机，长按三秒即可关机切换健：切换健：刚开机时，主机默认为RTK模式，如果做静态就要通过切换健进行切换：常按住切换健，此时电台灯长亮，等电台灯不亮，即可松开表明已切换到静态电池指示灯：电池指示灯：长亮表示有电，如果不停的闪烁，表示电量不足卫星指示灯：卫星指示灯：每隔5秒连闪几次，表示有几颗卫星电台指示灯：电台指示灯：做RTK时，电台指示灯会一秒闪烁一次数据采集灯：数据采集灯：每隔几秒闪一次，表示在纪录数据， 闪烁的间隔即是采样间隔4.4.数据的下载数据的下载 X20、X60、X90的用华测“下载软件”通过USB或者串口把数据下载下来，放在指定的文件夹下；下载时，先“输入测站信息”，对于点名不超过四个字符，最好为数字或字母；并输入相应的时段名。然后“数据导出”。注：注：在连接或下载数据时,主机的数据灯会长亮，此时尽量不要进行其他操作，直到数据灯不亮时再进行。1.1.任务的建立任务的建立2.2.坐标系统的建立坐标系统的建立3.3.数据的导入数据的导入4.4.数据检查数据检查5.5.基线的处理基线的处理6.6.网平差网平差7.7.成果检查成果检查8.8.成果提交成果提交1.1.任务的建立任务的建立 打开电脑“开始 程序 华测静态处理 静态处理软件”或者直接打开桌面上的快捷方式。注：注： 首先把下载下来的数据统一放到一个文件夹下面，新建任务时直接选择此文件夹，并注意选择相应的坐标系统。2.2.坐标系统的建立坐标系统的建立 新建任务时，虽然坐标系统已经选定，但可以对于中央子午线或者是投影高等可能需要相应的改动或新建。点击“工具”坐标系管理“，如下图操作：投影高中央子午线七参数，一般默认不输名称名称 长半轴长半轴 扁率扁率 Bj54 6378245 298.3西安80 6378140 298.2573.3.数据的导入数据的导入 项目建完后，开始加载GPS数据观测文件。选择“文件”“导入”，compass可以导入下图多种格式的数据4.4.数据检查数据检查-1 数据导入后，检查相应点的点名，仪器高，天线类型等等，对于有问题的数据要及时更改 注：注：如果用不同的GPS接收机进行联测，就要单独修改天线类型，对于没有的天线类型，在GPS天线管理器里，添加相应的天线类型，并输入相应的天线参数，如相位中心高，天线半径等。4.4.数据检查数据检查-2 然后通过“检查” “观测文件检查”，对于里面，个别点，点名命错等就可以查出来，重新命名，然后再反复查看，“观测文件检查”直到没有为止。5.5.基线的处理基线的处理 数据检查没有问题之后，点击“静态基线” “ 处理全部基线”,等基线全部处理完后，对于“Radio”值比较小的进行单独处理，至少保证Radio值大于3以上，当然处理的越大约好，最大为99.9 对于Radio值后面带“？ ”，是由于中误差过大，可以酌情对其处理。5.5.基线的处理基线的处理_方法一 通过“基线处理设置”，增大或减小数据采样间隔数据采样间隔或卫星的截止角，截止角，其他为默认，当采集的数据时间较长时，不如两个小时以上的可以把采样间隔加大，对于卫星数据较多，可以适当增大截止角。然后再单独处理一下这条基线。5.5.基线的处理基线的处理_方法二 删除不好的数据删除不好的数据，右击基线，出现”属性”,在“观测数据图”里删除不好的数据或者时间比较短的数据，确定后，然后再单独处理这条基线5.5.基线的处理基线的处理_方法三 对于各别基线如果怎么处理都不能大于3时，可以不让其参与基线处理及不让其参与基线处理及网平差网平差，具体操作是，右击基线属性把”参与基线处理及网平差”的复选框勾掉。6.6.网平差网平差- -已知点的输入 在观测站点里：右击属性，点击“已知点坐标”,选择“固定方式”，如XY、XY6.6.网平差网平差- -网平差设置 如上图，在“网平差”网平差设置“，根据具体情况选择三维平差三维平差，二维平差二维平差，水准高程拟合水准高程拟合，如果中央子午线需要改，就在”重置中央子午线“，重新输入改正后的中央子午线，注意度分秒要用”：“分开，比如106度30分就输成 106：30，其他的如自由网平差，二维平差设置，高程拟合方案等都可以默认。6.6.网平差网平差- -网平差 在“网平差”里点击“进行网平差”，就会弹出下图窗口，点击“确定”，然后点击“成果”成果报告“，查看平差成果，平差报告会已网页的形式打开。平差报告平差报告 在“网平差”里点击“进行网平差”，就会弹出下图窗口，点击“确定”，然后点击“成果”成果报告“，查看平差成果，平差报告会已网页的形式打开。从平差报告里看出：基线向量及改正数 、(Tau)检验表个别为红色，这说明要单独对这些基线进行处理，直到没有红色出现为止。7.7.成果检查成果检查-基线向量及改正数 、(Tau)检验 当基线被处理的没有红色的了，但平方检验(=95%)还是“失败”,这时把这个参考因子输入到网平差设置自由网平差协方差比例系数里，然后再进行平差，直到“通过”。7.7.成果检查成果检查- 平方检验 根据网的等级设计要求，查看是否超限？7.7.成果检查成果检查-自由网平差中误差 根据网的等级设计要求，查看是否超限？7.7.成果检查成果检查-相对误差 根据网的等级设计要求，查看是否超限？7.7.成果检查成果检查-平面坐标的中误差 根据网的等级设计要求，查看是否超限？7.7.成果检查成果检查-高程拟合的中误差 通过以上反复处理及检查，确认无误后，方可提交成果，提交成果可以以成果报告（网页的形式），详细成果文本，简明成果文本或者以DXF格式输出网图等等。8.8.成果提交成果提交谢 谢 ！