GNSS变形监测.pptx
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1、GNSS变形监测变形监测 主要内容1 单点定位单点定位2差分定位差分定位3 GNSS变形监测变形监测伪距法绝对定位原理 v 基本原理:通过码相关技术求定卫星信号到达接收机的时间 延迟,从而求出卫星到达接收机的距离。v 伪距定位的基本模型的推导:q 为卫星j到接收机k的几何距离,可用位于同一坐标系的卫星与接收机的空间直角坐标表示为:(1)代入式(1)即为伪距定位的基本模型:4个未知参数:接收机位置 接收机钟差 v GPS伪距定位的原理图v 将GPS接收机的钟差作为未知参数的目的:大大降低GPS接收机的成本,实现GPS定时的功能。S1S2S3S4GPSGPS伪距定位的原理图伪距定位的原理图为了提高
2、GPS 的定位精度,在实际定位模型中应考虑电离层、对流层的影响,其影响可采用一些较成熟的模型加以改正,因此可以认为是已知量。当在某时刻观测卫星的个数j大于等于4间接平时,可采用间接平差法计算接收机的位置坐标的最或然值。首先根据待定点的近似坐标 对式(4.11)进行线性化(用泰勒级数展开)得:式中令 ,j=1,2,3,4,则式(4.12)写成矩阵的形式为:当同时观测的卫星数等于4时,可求出未知参数的唯一解:当同时观测的卫星数大于4时,可用最小二乘法求解:精度为:接收机位置坐标:WGS-84坐标系下的坐标(X,Y,Z)根据大地坐标的正反算公式可将其转化为大地经纬度坐标(经度,纬度,高程)。v伪距单
3、点定位的精度:约十米v伪距单点定位既可用于静态定位,也可用于动态定位。主要内容1 单点定位单点定位2差分定位差分定位3 精密单点定位精密单点定位基本结构差分定位系统基本结构 RTCM-SC104差分数据通信类型按传输差分信息的覆盖范围n近程(小于100km)n临时性、短期性的差分定位作业l优点:穿透性强、直线传播性强l缺点:易受障碍物、地形和地球曲率的n中程(30800km)l长波(LF):靠地面波传输、受大气影响小而受地形影响较大 不太适宜于差分定位l中波(MF):频道拥挤,易受干扰,而且传播速率仍偏低l短波(VHF):易受天气和电离层干扰和影响、常出现盲区、通信 设备造价低廉且集成度高 远
4、程(大于800km):采用星基的差分数据播发站按播发站的位置空(星)基陆基差分定位的基本原理 利用设置在坐标已知的点(基准站)上测定GPS测量定位误差,用以提高在一定范围内其它GPS接收机(流动站)测量定位精度的方法。利用基准站测定具有空间相关性的误差或其对测量定位结果的影响,流动站改正其观测值或定位结果。基本原理差分系统的分类根据时效性实时差分事后差分根据差分改正数类型位置差分距离差分根据观测值的类型伪距差分载波相位差分根据覆盖范围局域差分广域差分位置差分基准站x+30,y+60 x+5,y-3实际坐标=x+0,y+0 校正=x-5,y+3差分改正=x+(30-5)and y+(60+3)实
5、际坐标=x+25,y+63-5,+3电台流动站Differential Correction 2位置差分10m10m基准站(位置已知)接收机(位置未知)接收机估计位置接收机估计位置真实位置(已知)坐标改正信息坐标改正信息优点:计算方法简单,适用范围较广;缺点:实现位置差分原理的先决条件是必须保证基准站和用户站观测同一组卫星的情况;适用范围:用户与基准站间距离在100km以内。伪距差分伪距的改正数 基准站的接收机测量的伪距 经过差分修正的伪距 用户至卫星的伪距 基准站接收机计算出基站至可见卫星的距离,并将此距离与含有误差的测量值加以比较卫星到基准站的真实距离 优点:可以达到较高的精度;可以采用外
6、推的方法继续进行高精度定位;允许用户接收任意4颗星的信号进行定位。缺点:用户和基准站之间的距离对精度有决定性影响。随着用户到基准站距离的增加又出现了新的系统误差,且无法用差分方法消除。载波相位伪距测量周跳:接收机内部载波整周计数丢失。初始载波相位整周模糊度连续载波相位测量原理思想 载波相位差分技术建立在实时处理两个测站的载波相位测量基础上。能实时提供观测点的三维坐标,并达到厘米级的高精度。基本原理 与伪距差分原理相同,由基准站通过数据链实时将其载波观测量及基站坐标信息一同传送给用户站。用户站接收导航卫星的载波相位与来自基准站的载波相位,并组成相位差分观测值进行实时处理,能实时给出厘米级的定位结
7、果。实现方法修正法:基准站向用户站发送载波相位修正量(准RTK技术)。差分法:基准站将采集的载波相位观测值发送给用户台进行求差解算(RTK技术)。(RTK:Real Time Kinematic载波相位差分求差法n接收机间的一次差n接收机和卫星间的二次差n接收机、卫星和观测历元时刻之间的三次差载波相位差分 基准站 A与用户台B到第j 颗卫星的伪距:一次差一次差不能消除不能消除接收机间一次差(单差)载波相位差分A、B两站与卫星j和k的一次差:接收机与卫星间二次差(双差)求求差差消除钟差消除钟差载波相位差分三次差不会明显提高差分定位结果接收机、卫星和观测历元时刻之间的三次差GPS3GPS 4GPS
8、5GPS6GPS7服务器总 控数据处理GPS1GPS2基准站工控机1基准站工控机2发射天线发射天线接收天线工控机局域差分GPS系统单基准站局域差分局域差分GPS系统结构:基准站(一个)、数据通讯链和用户数学模型:利用差分改正数的计算方法,提供距离改正和距离改正的变率。特点:优点:结构、模型简单缺点:差分范围小,精度随距基准站距离的增加而下降,可靠性低单基准站局域差分局域差分GPS系统多基准站局域差分局域差分GPS系统结 构:基准站(多个)、数据通讯链、用户。数学模型:加权平均、偏导数法、最小方差法。特 点:n优点:差分精度高、可靠性高、差分范围增大n缺点:差分范围仍然有限、模型不完善多基准站局
9、域差分广域差分GPS系统结构基准站(多个)、数据通讯链和用户。数学模型 与普通差分不相同,普通差分考虑的是误差的综合影响。广域差分对各项误差加以分离,建立各自的改正模型,用户根据自身的位置,对观测值进行改正。特点优点:差分精度高、差分精度与距离无关、差分范围大。缺点:系统结构复杂、建设费用高。广域差分GPS系统工作流程工作流程 用户用接收到的误差改正观测量,得到GPS精确定位跟踪观测GPS卫星的伪距相位测得的伪距、相位和电离层延时的结果传输到中心站计算三项误差的改正数包括卫星星历误差、卫星钟差、电离层延时将这些误差改正用数据通信链传输到用户站基准站对卫星进行连续观测,并将观测值实时地传输至控制
10、中心。控制中心根据这些基准站的观测值,建立区域内的GNSS电离层、对流层和卫星星历误差改正模型,并实时地将各基准站的观测值减去其误差改正,形成“无误差”的观测值,再结合移动站的观测值,在移动站附近(通常约为几米到几十米)形成一个虚拟的参考站,计算出虚拟参考站的相位差分改正,并实时发布。用户站利用接收到的相位差分改正信息和自身的相位观测值,组成双差相位观测值并快速确定整周模糊度参数和位置信息,完成实时定位。由若干个连续运行的GNSS基准站、控制中心和用户站(移动站)构成。网络RTK虚拟参考站(VRS)由于其差分改正是经过多个基准站观测资料有效组合求出的,可以消除电离层、对流层和卫星星历等误差,即
11、使用户站远离基准站,也能很快地确定自己的整周模糊度,实现厘米级的实时快速定位。VRS RTK技术大大扩展了普通RTK的作业范围,用户站不需要在每次测量时都单独架设基准站,使得测量作业成本得到降低,而且在基准站信号覆盖范围内,定位精度保持稳定,可靠性得到进一步提高。网络RTK虚拟参考站(VRS)网络RTK虚拟参考站(VRS)VRS RTK定位结果单基准站RTK定位结果MDGPS由美国海岸警卫队(USCG)于20世纪80年代末开发,它利用无线电指向标(信标)和DGPS技术结合的方式实现服务区内优于10m(95%)的定位精度,并能够提供一定的完好性,满足美国海岸和内陆水域的导航需求。1997年,MD
12、GPS的信标数量由原来的54个计划扩展至136个以覆盖全美,这项计划被称为NDGPS。NDGPS差分信息传送的频率(285325kHz)和格式(RTCM SC-104)支持国际标准,目前世界上已有50多个国家建立了类似的系统 MDGPS/NDGPSGPS/GLONASS SatellitesGEO1234Master StationSBAS messageIntegrity&Ranging+CorrectionsReference StationsAugmented NavigationSBASGround Earth Station+Accuracy+Availability+Continu
13、ity+IntegrityDifferentialCorrectionsUse/Dont Use MessageGPS-Like SignalGEOGEO卫星 主要内容1 单点定位单点定位2差分定位差分定位3 GNSS变形监测变形监测38相对定位的原理相对定位是用两台(或多台)接收机分别安置在一条(或多条)基线的两端,同步观测相同的GPS卫星,以确定基线端点的相对位置或基线向量在相对定位时,通过对观测量求差,可以消除卫星钟差、接收机钟差,削弱电离层和对流层折射的影响,提高测量精度39 卫星定位的特点(1)可在全球任何地方、任何时间、全天候、进行导航定位;(2)卫星定位是直接接收卫星信号进行定位
14、,测站间不需要通视,所以定位速度快,测量距离远。用双频机可以测定几百公里到几千公里点间距离;(3)采样率高,最快可达50Hz,可实现快速实时导航定位;(4)定位精度高:实时定位精度15m,高精度定位可达到1mm,相对定位精度可达到1*10-9;(5)具有多种功能,除定位、导航外还可有以下功能:测时、测速等;(6)用户无限,仪器体积小,重量轻,价格便宜 2022/11/29402022/11/2941实时动态(RTK)测量系统,是GPS测量技术与数据传输技术相结合而构成的组合系统。它是GPS测量技术发展中的一个新的突破。实时动态测量的基本思想是,在基准站上安置一台GPS接收机,对所有可见GPS卫
15、星进行连续观测,并将其观测数据通过无线电传输设备,接收基准站传输的观测数据,然后根据相对定位的原理,实时地计算并显示用户站的三维坐标及其精度。29 十一月 202242利用利用GPSGPS监测高大建筑物的动态位移监测高大建筑物的动态位移1 1测试原理测试原理采用RTK观测实时位移,再利用离散快速傅里叶变换进行频谱分析,得出振动频率与振幅(采样频率要高于振动频率)测试实例测试实例深圳地王大厦深圳地王大厦新加坡共和国广场大厦新加坡共和国广场大厦GNSS结构振动监测GNSS高精度定位技术应用29 十一月 202244新加坡共和国广场大厦新加坡共和国广场大厦楼顶安装的楼顶安装的GPS天线天线29 十一
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- GNSS 变形 监测
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