GPS课件,武汉大学测绘学院课堂课件

课件武汉大学测绘学GPS——院课堂课件基础概述GPS全球定位系统空间段12是指全球定位系统空间段由颗运行在不同GPS****31，它由美国国防部建立和维轨道平面上的卫星组成，它护，提供全球范围内的定位们以特定轨道运行，确保全、导航和授时服务球范围内始终有至少颗卫4星可视控制段用户段34控制段由地面站组成，负责用户段包括接收机和GPS监控和管理卫星的运行状态相关软件，用于接收卫星信，并对卫星进行轨道调整和号并进行数据处理，最终获时钟同步得位置、时间和速度等信息历史发展GPS19571苏联发射了第一颗人造卫星，开启了太空时代，为的诞生奠定GPS了基础1960s2美国海军开始研究利用卫星导航技术，并于年成功发射了第1964一颗导航卫星1970s3美国国防部开始发展全球定位系统（），并于年发射了GPS1978第一颗卫星GPS1980s4系统逐步完善，并开始向民用领域开放GPS1990s5技术得到广泛应用，成为现代社会不可或缺的一部分GPS2000s6技术不断发展，精度不断提高，应用领域不断拓展GPS工作原理GPS卫星信号接收机测量卫星持续广播包含时间和位置接收机接收来自多个卫星的信号，GPS信息的无线电信号并测量信号到达时间位置计算根据信号传播时间，接收机利用三角测量原理计算自身位置基本组成部分GPS卫星接收机天线控制中心GPS GPS GPS GPS提供导航信号的卫星，组成接收卫星信号，计算位置和接收卫星信号并传递给接收监测卫星运行，管理卫星数星座，覆盖全球时间信息机据，确保系统正常运行坐标系统GPSWGS-84UTM全球定位系统使用大地通用横轴墨卡托投影坐标系，WGS-84坐标系，它是一个地球椭球模将地球表面投影到平面，方便型，定义了经度、纬度和高度地图绘制和测量国家大地坐标系每个国家或地区可能使用自己的坐标系，如中国大地坐标系2000CGCS2000观测量GPS42观测量伪距接收机接收到的信号主要包含卫星发射信号到接收机的时间差，GPS伪距和载波相位包含误差13载波相位其他卫星发射信号的相位变化，精度更还包括卫星钟差、电离层延时等高观测方式GPS静态观测动态观测实时观测接收机固定在某一点进行长时间的观测接收机在移动中进行观测，获取连续的利用实时数据处理技术，将观测数据实，通常持续数小时甚至数天，获取大量时间序列数据，适用于车辆导航、移动时处理并反馈给用户，实现实时定位、数据以提高精度测量等应用场景导航和控制伪距观测原理与误差分析卫星信号接收时间1接收机接收到的卫星信号时间卫星信号发射时间2卫星发射信号的时间伪距3卫星信号传播时间与光速的乘积伪距观测是定位的基本原理，它基于接收机接收到的卫星信号传播时间和光速计算出卫星到接收机的距离然而，伪距观测GPS存在多种误差，包括卫星钟差、大气延迟、接收机钟差、多路径效应等，需要进行误差分析和补偿以提高定位精度相对定位原理与精度影响因素相对定位利用两个或多个接收机同接收机钟差、卫星钟差、大气延迟时接收卫星信号，通过比较信号差、多路径效应等因素都会影响相对异来确定目标点位置定位精度基线长度、观测时间、卫星几何构型等因素也会影响相对定位的精度载波相位观测与精密定位高精度测量数据处理技术广泛应用载波相位观测利用卫星信号的相位变化精密定位需要进行复杂的数学模型和数载波相位观测技术广泛应用于精密测绘来确定位置，相位测量精度比伪距测量据处理，包括载波相位平滑、多路径消、大地测量、工程测量、导航等领域，高出几个数量级，可实现厘米级甚至毫除、大气延迟校正等，才能获得高精度为高精度定位提供了重要支撑米级的定位精度定位结果差分技术GPS原理优点应用差分技术通过接收已知位置的参考提高定位精度，减小误差，适用于精度广泛应用于大地测量、工程测量、导航GPS站数据，计算出误差并广播给用户，从要求较高的应用、测绘等领域而提高定位精度测量系统与精度DGPS提高了定位精度DGPS相干积分与载波跟踪相干积分载波跟踪通过将多个相邻时期的载波相接收机通过跟踪卫星发射的载位观测值进行相干累积，可以波信号，不断地估计卫星的时提高观测数据的精度和信噪比钟偏差和轨道信息，从而获得更为精确的定位结果技术优势相干积分和载波跟踪技术可以显著提高定位的精度，尤其在精密GPS定位应用中起到关键作用频率合成与相位锁定频率合成相位锁定12接收机将来自卫星的信相位锁定是指将接收机的本GPS号的载波频率进行合成，以地振荡器频率与卫星信号的便更准确地测量信号的相位载波频率同步，以便精确地变化跟踪信号的相位提高精度3频率合成和相位锁定技术是提高定位精度的关键手段，可以有GPS效地减少噪声和多路径效应的影响相位歧生问题与消除策略相位歧生现象消除策略由于接收机噪声、多路径效应等因素，导致接收机无法准确识采用相位锁定技术，确保相位连续性•别相位变化方向应用相位歧生检测算法，识别并剔除错误数据•多路径效应与抑制技术信号反射误差累积12信号在传播过程中会遇多路径信号会与直接信号叠GPS到各种障碍物，如建筑物、加，造成接收机接收到的信树木、水体等，导致信号反号延迟和相位偏差，从而导射，形成多路径信号致定位误差抑制技术3常用的抑制技术包括天线设计、信号处理、软件算法等，旨在降低多路径信号的影响，提高定位精度接收机的结构与组成GPS接收机主要由天线、射频前端、信号处理单元、数据存储GPS器、控制单元和显示单元组成天线负责接收卫星信号，射频前端负责将信号放大和过滤，信号处理单元负责提取信号中的有用信息，数据存储器负责存储接收到的数据，控制单元负责协调各单元的工作，显示单元负责将结果显示给用户不同类型的接收机在结构和组成上存在差异，例如，高精GPS度接收机通常配备了多频接收机、双频天线和高性能信号GPS处理芯片，以提高定位精度和可靠性接收机的分类与特点GPS码相位接收机载波相位接收机组合接收机主要用于测量距离和速度利用载波相位测量精确的距离和位置结合码相位和载波相位测量，提高精度和可靠性天线参数与特性分析天线增益天线方向性天线相位中心天线阻抗天线增益是指天线接收信号天线方向性是指天线接收信天线相位中心是指天线接收天线阻抗是指天线与接收机的能力，通常以表示增号的强度随方向变化而变化信号的参考点相位中心位之间的匹配程度阻抗匹配dB益越高，接收信号越强，定的特性方向性越好，抗干置的准确性直接影响定位精越好，信号传输效率越高位精度越高扰能力越强度数据处理与算法原理数据预处理1数据清洗、去噪、格式转换定位算法2最小二乘法、卡尔曼滤波误差分析3精度评估、误差来源分析数据处理涉及一系列关键步骤，包括数据预处理、定位算法和误差分析数据预处理阶段旨在消除数据中的噪声和误差，并进GPS行格式转换，为后续的定位计算做好准备定位算法则根据观测数据计算接收机的位置、速度和时间等信息，常见的算法包括最小二乘法和卡尔曼滤波等最后，误差分析是对定位结果进行精度评估，并分析误差的来源，为提高定位精度提供依据静态定位与动态定位静态定位动态定位接收机在固定位置进行观测，接收机在运动过程中进行观测时间较长，通常用于确定控制，用于确定物体的位置和运动点坐标或高精度测绘轨迹，广泛应用于导航、交通、地理信息等领域测量技术RTK实时动态定位高精度测量12利用基准站实时提供差广泛应用于工程测量、地籍RTK分校正信息，实现厘米级实测量、地形测绘、精密控制时定位等领域快速高效3技术显著提高测量效率，减少人工误差，提高数据精度RTK精密单点定位PPP高精度定位全球覆盖实时或后处理技术利用多个卫星信号，通过复杂技术不受限于地面参考站，可在全技术可以实现实时或后处理定位，PPP PPPPPP的算法，实现厘米级甚至毫米级的定位球任何地方进行高精度定位满足不同应用需求精度连续运行参考站网络功能说明实时数据采集接收来自卫星的数据GPS数据处理对数据进行校正和处理GPS差分数据广播将处理后的数据广播给用户系统与应用CORS系统是一种基于的网络定位系系统通过布置多个参考站，形成网系统广泛应用于测绘、工程、农业CORS GPSCORS CORS统，可提供高精度定位服务络覆盖区域，提高定位精度和可靠性、交通等领域，为各种应用场景提供精准的空间信息航测航遥领域的应用GPS技术在航空摄影测量与遥感领域得到了广泛应用，为高精度数据采集GPS、定位和地理空间信息获取提供了关键支撑数据可用于构建精密航GPS空摄影测量控制网，实现高精度图像配准和三维模型重建同时，结合惯性导航系统可构成航姿参考系统，实时获取飞行GPS INS器姿态和位置信息，为遥感影像的几何校正和正射校正提供关键信息测绘工程领域的应用GPS在测绘工程领域应用广泛，例如控制测量、地形测量、工GPS程测量、不动产测绘等测量技术可以提高测量效率、精GPS度和可靠性控制测量建立高精度控制网，为其他测量项目提供基础•数据地形测量快速高效地采集地形数据，生成高精度地形图•工程测量精确测量工程建设中的各个关键点位，确保工•程质量不动产测绘对房屋、土地等进行精确测量，为不动产登•记提供可靠数据农业测量的应用GPS技术在农业测量领域有着广泛的应用，为现代农业生产提供了精准高GPS效的解决方案利用定位技术，可以实现精准的土地管理、作物种植、灌溉施肥、病GPS虫害防治、收获管理等环节，提高农业生产效率和效益综合应用案例分析城市规划农业灾害救援技术可用于城市规划的各个方面，在农业中的应用包括精准农业，例在搜救行动中发挥重要作用，例如GPSGPSGPS例如道路设计，地下设施管理和土地利如自动导航系统，土地监测和作物产量地震和洪水灾害，提供实时定位信息，用规划，为城市发展提供精准的数据支预测，提高农业生产效率和产量提高救援效率和成功率持未来发展趋势与展望GPS增强精度扩展功能未来系统将不断提升定位除传统的定位导航服务外，未GPS精度，为各种应用提供更精确来将提供更多功能，例如GPS的定位服务时间同步、灾害预警等融合技术未来将与其他技术融合，例如北斗、伽利略等，构建更加完善的GPS全球导航定位系统。