GPS 知 识 汇 总解读文档格式.docx
- 文档编号:14928098
- 上传时间:2022-10-26
- 格式:DOCX
- 页数:18
- 大小:543.24KB
GPS 知 识 汇 总解读文档格式.docx
《GPS 知 识 汇 总解读文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《GPS 知 识 汇 总解读文档格式.docx(18页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
在卫星上还有小型火箭推进器使其保持正确的轨道。
第一颗GPS卫星于1978年发射升空。
前十颗是称为BlockI的试验卫星。
从1989年到1993年,发射了23颗称为BlockII的工作卫星。
1994年发射的第24颗卫星完善了GPS系统。
这些开销来源于美国国防部的财政预算,以便购买新的卫星,再将它们发射升空从而保证该系统的顺利运作。
每颗卫星以几种不同频率传播低能量的无线电波,如L1、L2。
民用GPS接收机接收载波频率为1575.42兆赫兹的L1极高频波段。
这些信号以光速传播,即它们可以穿过云层、玻璃和塑料,但是却不能穿过大部分象建筑物和高山之类的固体。
L1载波在收音机调谐度盘上的位置,大约处于FM电台中以88至108兆赫兹频率进行广播的波段范围。
卫星信号同样是低能量的,约为20~50瓦特。
FM电台能传播12,000米!
那就是为什么使用GPS接收机时天空必须是晴朗的。
L1包括两种载波信号(复杂的数字编码):
精密定位码(P码)和伪随机码(C/A码);
L2信号中只有精密定位码。
系统提供P码和C/A码两种定位服务,P码提供精确定位服务(PPS),C/A码提供标准定位服务(SPS)。
标准定位服务供民用,精密定位服务供军用或其他有授权的用户使用。
每颗卫星发送特殊的编码,让GPS接收机区分这些信号。
反电子欺骗技术(Anti-spoofing)是指为了防止非法接收而将P码加密。
P代码也称为P(Y)或Y代码。
用户接收机测量卫星发出的无线电编码信号到达接收机的传输时间,利用T(传输时间)*光速=距离的公式,进行测距计算(卫星到GPS接收机的距离)。
导航信息包括卫星轨道、时间信息、系统状况以及电离层的延迟模型。
为精确测量传输时间,GPS卫星上装置有精确可靠的原子钟。
2.地面控制部分
地面控制部分名如其实,它通过追踪卫星并给它们提供正确的轨道和时钟信息来进行控制。
世界上分布着五个控制站(太平洋的夏威夷和卡瓦加兰岛;
印度洋的迪戈加西亚岛;
大西洋的阿森松岛;
科罗拉多州斯普林斯),一个主控制站和四个无人监测站。
四个无人监测站不断接收卫星的数据,然后将信息传到主控制站。
主控制站设在科罗拉多州斯普林斯的空军基地,它同时还利用另外两个天线阵校正卫星数据,之后再将信号发送给GPS卫星。
3.用户设备部分
用户部分就是人和GPS接收机。
GPS接收机可以拿在手中,也可以安装在飞机、船只、坦克、汽车和货车上。
这些接收机探测、解码,然后处理GPS卫星信号。
使用中的接收已经超过100种。
典型的手持式接收机大约与移动电话一般大,新的型号甚至更小。
在波斯海湾战争中美国军人使用的手持机仅重28盎司。
二、GPS的工作原理
GPS接收机接收GPS卫星信息,组成GPS的用户部分。
接收机测算GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间。
从这些时间信息中,接收机通过计算时间与电波信号(300,000千米每秒)的乘积,得到它与可接收卫星的距离,这一过程即为测距。
如果能从接收机获得它与至少三颗卫星的距离,就能够测算出接收机所在的地面位置。
但是,时间的测算并非完全准确,因为接收机中的时间远远没有卫星中的原子时钟精确。
因此,为了减少时差,GPS接收机利用第四颗卫星的信号进行差分。
接收机与可接收到的卫星的距离称为“伪距”,因为时差引起的误差使这个距离具有不确定性。
因此为了获得准确位置,GPS接收机要使用四颗以上的卫星。
三、差分GPS定位原理
根据差分GPS基准站发送的信息方式可将差分GPS定位分为三类,即:
位置差分、伪距差分和相位差分。
这三类差分方式的工作原理是相同的,即都是由基准站发送改正数,由用户站接收并对其测量结果进行改正,以获得精确的定位结果。
所不同的是,发送改正数的具体内容不一样,其差分定位精度也不同。
1.位置差分原理
这是一种最简单的差分方法,任何一种GPS接收机均可改装和组成这种差分系统。
安装在基准站上的GPS接收机观测4颗卫星后便可进行三维定位,解算出基准站的坐标。
由于存在着轨道误差、时钟误差、SA影响、大气影响、多径效应以及其他误差,解算出的坐标与基准站的已知坐标是不一样的,
存在误差。
基准站利用数据链将此改正数发送出去,由用户站接收,并且对其解算的用户站坐标进行改正。
最后得到的改正后的用户坐标已消去了基准站和用户站的共同误差,例如卫星轨道误差、
SA影响、大气影响等,提高了定位精度。
以上先决条件是基准站和用户站观测同一组卫星的情况。
位置差分法适用于用户与基准站间距离在100km以内的情况。
2.伪距差分原理
伪距差分(RTD)是目前用途最广的一种技术。
几乎所有的商用差分GPS接收机均采用这种技术。
国际海事
无线电委员会推荐的RTCM
SC-104也采用了这种技术。
在基准站上的接收机要求得它至可见卫星的距离,并将此计算出的距离与含有误差的测量值加以比较?
。
利用一个α-β滤波器将此差值滤波并求出其偏差。
然后将所有卫星的测距误差传输
给用户,用户利用此测距误差来改正测量的伪距。
最后,用户利用改正后的伪距来解出本身的位置,
就可消去公共误差,提高定位精度。
与位置差分相似,伪距差分能将两站公共误差抵消,但随着用户到基准站距离的增加又
出现了系统误差,这种误差用任何差分法都是不能消除的。
用户和基准站之间的距离对精度有决定性影响。
3.载波相位差分原理
测地型接收机利用GPS卫星载波相位进行的静态基线测量获得了很高的精度(10-6~10-8)。
但为了可靠地求解出相位模糊度,要求静止观测一两个小时或更长时间。
这样就限制了在工程作业中的应用。
于是探求快速测量的方法应运而生。
例如,采用整周模糊度快速逼近技术(FARA)使基线观测
时间缩短到5分钟,采用准动态(stop
and
go),往返重复设站(re-occupation)和动态(kinematic)
来提高GPS作业效率。
这些技术的应用对推动精密GPS测量起了促进作用。
但是,上述这些作业方式都是事后进行数据处理,
不能实时提交成果和实时评定成果质量,很难避免出现事后检查不合格造成的返工现象。
差分GPS的出现,能实时给定载体的位置,精度为米级,满足了引航、水下测量等工程的要求。
位置差分、伪距差分、
伪距差分相位平滑等技术已成功地用于各种作业中。
随之而来的是更加精密的测量技术
—
载波相位差分技术。
载波相位差分技术又称为RTK技术(real
time
kinematic),是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的。
它能实时提供观测点的三维坐标,并达到厘米级的高精度。
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站坐标信息一同传送给用户站。
用户站接收GPS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果。
实现载波相位差分GPS的方法分为两类:
修正法和差分法。
前者与伪距差分相同,基准站将载波相位修正量发送给用户站,以改正其载波相位,然后求解坐标。
后者将基准站采集的载波相位发送给
用户台进行求差解算坐标。
前者为准RTK技术,后者为真正的RTK技术。
四、GPS测量常用的坐标系统
GPS一般直接提供的坐标(B,L,H)是1984年世界大地坐标系(WordGeodeticSystem1984即WGS-84)的坐标,其中B为纬度,L为经度,H为大地高即是到WGS-84椭球面的高度。
而在实际应用中,我国地图采用的是1954北京坐标系或者1980西安坐标系下的高斯投影坐标(x,y,),不过也有一些电子地图采用1954北京坐标系或者1980西安坐标系下的经纬度坐标(B,L),高程一般为海拔高度h。
GPS的测量结果与我国的54系或80系坐标相差几十米至一百多米,随区域不同,差别也不同,经粗落统计,我国西部相差70米左右,东北部140米左右,南部75米左右,中部45米左右。
现就上述几种坐标系进行简单介绍,供大家参阅,并提供各坐标系的基本参数,以便大家在使用过程中自定义坐标系。
长半径(a)即赤道半径,短半径(b)即极半径。
f=(a-b)/a为椭球体的扁率,表示椭球体的扁平程度。
1.WGS-84坐标系
WGS-84坐标系是目前GPS所采用的坐标系统,GPS所发布的星历参数就是基于此坐标系统的。
WGS-84坐标系统的全称是WorldGeodicalSystem-84(世界大地坐标系-84),它是一个地心地固坐标系统。
WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立,于1987年取代了当时GPS所采用的坐标系统―WGS-72坐标系统而成为GPS的所使用的坐标系统。
WGS-84坐标系的坐标原点位于地球的质心,Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极方向,X轴指向BIH1984.0的启始子午面和赤道的交点,Y轴与X轴和Z轴构成右手系。
采用椭球参数为:
a=6378137m,f=1/298.257223563。
(上图片资料参考:
GPS原理与应用(长安大学).pdf)
2.1954年北京坐标系
1954年北京坐标系是我国目前广泛采用的大地测量坐标系,是一种参心坐标系统。
该坐标系源自于原苏联采用过的1942年普尔科夫坐标系。
该坐标系采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球,遗憾的是,该椭球并未依据当时我国的天文观测资料进行重新定位,而是由前苏联西伯利亚地区的一等锁,经我国的东北地区传算过来的,该坐标系的高程异常是以前苏联1955年大地水准面重新平差的结果为起算值,按我国天文水准路线推算出来的,而高程又是以1956年青岛验潮站的黄海平均海水面为基准。
该椭球的参数为:
a=6378245m,f=1/298.3。
我国地形图上的平面坐标位置都是以这个数据为基准推算的。
3.地方坐标系(任意独立坐标系)
在我们测量过程中时常会遇到的如一些某城市坐标系、某城建坐标系、某港口坐标系等,或我们自己为了测量方便而临时建立的独立坐标系。
五、坐标系统的转换
WGS-84坐标系的几何意义是:
坐标系的原点位于地球质心,z轴指向(国际时间局)BIH1984.0定义的协议地球极(CTP)方向,x轴指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交点,y轴通过右手规则确定。
WGS-84地心坐标系可以与1954北京坐标系或1980西安坐标系等参心坐标系相互转换,其方法之一是:
在测区内,利用至少3个以上公共点的两套坐标列出坐标转换方程,采用最小二乘原理解算出7个转换参数就可以得到转换方程。
其中7个转换参数是指3个平移参数、3个旋转参数和1个尺度参数。
在工程应用中使用GPS卫星定位系统采集到的数据是WGS-84坐标系数据,而目前我们测量成果普遍使用的是以1954年北京坐标系或是地方(任意)独立坐标系为基础的坐标数据。
因此必须将WGS-84坐标转换到BJ-54坐标系或地方(任意)独立坐标系。
转换参数的求定和验证,常用的求法有Bursa-Wolf(布尔莎.沃尔夫)模型和Molodensky-Badekas(莫洛金斯基.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- GPS 总解读 解读
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)