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[资料] GPS定位原理及应用简介

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斑竹勋章

发表于 2010-3-18 15:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
内容:掌握 GPS 的基本概念和系统组成;掌握 GPS 的坐标系统和基本定位原理;理解 GPS 定位方法分类中绝对定位和相对定位、静态定位和动态定位的概念及用途。
重点:GPS 的基本概念和系统组成; GPS 基本定位原理。
难点:GPS 定位方法分类中绝对定位和相对定位、静态定位和动态定位的概念及用途。
一、GPS的定义及历史
1、定义
  全球定位系统 GPS ( Global Position System ) , 是一种可以授时和测距的空间交会定点的导航系统 , 可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置,三维速度和时间信息。
2、GPS 的产生与发展——由 TRANSIT 到 GPS
  (1)1957 年 10 月第一颗人造地球卫星上天,天基电子导航应运而生。 `
  (2)美国 1964 年建成子午卫星导航定位系统 (TRANSIT) 。
  (3)美国从 1973 年开始筹建全球定位系统, 1994 年全部建成,投入使用。
  GPS 的研制最初主要用于军事目的。如为陆海空三军提供实时、全天候和全球性的导航服务,并用于情报收集、核爆监测、应急通讯和爆破定位等方面。随着 GPS 系统步入试验和实用阶段,其定位技术的高度自动化及所达到的高精度和巨大的潜力,引起了各国政府的普遍关注,同时引起了广大测量工作者的极大兴趣。特别是近几年来, GPS 定位技术在应用基础的研究、新应用领域的开拓、软硬件的开发等方面都取得了迅速发展。
二、GPS 系统的组成
  1、空间卫星部分。由 21 颗工作卫星和 3 颗备用卫星。
  2、地面控制部分。其由 1 个主控站, 5 个监控站和 3 个注入站组成。
  3、用户接收机部分。
  GPS 接收机的基本类型分导航型和大地型。大地型接收机又分单频型( L1 )和双频型( L1 , L2 )。
GPS 系统组成
GPS 空间卫星部分
GPS 地面控制部分
  
导航型 GPS 接收机 大地型 GPS 接收机
三、GPS 定位方法分类
  GPS 的定位方法,若按用户接收机天线在测量中所处的状态来分,可分为静态定位和动态定位;若按定位的结果来分,可分为绝对定位和相对定位。
  静态定位,即在定位过程中,接收机天线(观测站)的位置相对于周围地面点而言,处于静止状态;而动态定位则正好相反,即在定位过程中,接收机天线处于运动状态,定位结果是连续变化的。
  绝对定位亦称单点定位,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。相对定位则是在 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的方法。
  各种定位方法还可有不同的组合,如静态绝对定位、静态相对定位、动态绝对定位、动态相对定位等。目前工程、测绘领域,应用最广泛的是静态相对定位和动态相对定位。
  按相对定位的数据解算,是否具有实时性,又可将其分为后处理定位和实时动态定位( RTK ),其中,后处理定位又可分为静态(相对)定位和动态(相对)定位。
四、GPS 定位原理
  1、绝对定位原理
  利用 GPS 进行绝对定位的基本原理为:以 GPS 卫星与用户接收机天线之间的几何距离观测量 为基础,并根据卫星的瞬时坐标( XS ,YS ,ZS ),以确定用户接收机天线所对应的点位,即观测站的位置。
  设接收机天线的相位中心坐标为( X,Y,Z ),则有:
    
  卫星的瞬时坐标( XS ,YS ,ZS )可根据导航电文获得,所以式中只有 X 、 Y 、 Z 三个未知量,只要同时接收 3 颗 GPS 卫星,就能解出测站点坐标( X,Y,Z )。可以看出, GPS 单点定位的实质就是空间距离的后方交会。
GPS 绝对定位图
  2、相对定位原理
  GPS 相对定位,亦称差分 GPS 定位,是目前 GPS 定位中精度最高的一种定位方法。其基本定位原理为:如图 7-22 所示,用两台 GPS 用户接收机分别安置在基线的两端,并同步观测相同的 GPS 卫星,以确定基线端点(测站点)在 WGS-84 坐标系中的相对位置或称基线向量。
GPS 相对定位图
五、GPS 的后处理定位方法
  目前在工程中,广泛应用的是相对定位模式。其后处理定位方法有:静态定位和动态定位。
  1、静态相对定位
  (1)方法
  将几台 GPS 接收机安置在基线端点上,保持固定不动,同步观测 4 颗以上卫星。可观测数个时段,每时段观测十几分钟至1小时左右。最后将观测数据输入计算机,经软件解算得各点坐标。
  (2)用途
  是精度最高的作业模式。主要用于大地测量、控制测量、 变形测量、工程测量。
  (3)精度
  可达到( 5mm +1ppm )
  2、动态相对定位
  (1)方法
  先建立一个基准站,并在其上安置接收机连续观测可见卫星,另一台接收机在第 1 点静止观测数分钟后,在其他点依次观测数秒。最后将观测数据输入计算机,经软件解算得各点坐标。动态相对定位的作业范围一般不能超过 15km 。
  (2)用途
  适用于精度要求不高的碎部测量。
  (3)精度
  可达到( 10-20mm +1ppm )
图一:静态相对定位模式     图二:动态相对定位模式
六、GPS 实时动态定位( RTK )方法
  1、RTK 工作原理及方法
  与动态相对定位方法相比,定位模式相同,仅要在基准站和流动站间增加一套数据链,实现各点坐标的实时计算、实时输出。
RTK 定位图
  2、RTK 用途
  适用于精度要求不高的施工放样及碎部测量。
  3、作业范围
  目前一般为 10km 左右。
  4、精度
  可达到( 10-20mm +1ppm )

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发表于 2010-6-1 22:26 | 显示全部楼层
大家共勉吧 都是搞测量的
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发表于 2017-10-16 20:44 | 显示全部楼层
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发表于 2020-3-11 17:55 | 显示全部楼层
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