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一基本概念
一、基本概念
1.绝对定位;2、相对定位;3、被动式测距;4、精密星历;5、CORS系统;6、多路径效应;7、周跳;8、采样间隔;9、无摄运动;10、RTK;11、同步观测
二、系统及信号构成、定位原理
1、GPS与BDS的异同
(1)GPS属于美国;BDS属于中国。
(2)GPS空间星座部分由24颗中地球轨道卫星,分布在6个轨道上;BDS(北斗三号系统)空间段部分由段由27颗中地球轨道卫星和若干颗地球同步轨道卫星组成混合导航星座。
(3.1)BDS具备短报文通信服务,精密单点定位等功能;GPS没有这些功能。
(3.2)GPS提供的是WGS-84坐标;BDS提供的是CGCS2000坐标
2.GNSS系统的组成:
空间部分地面控制部分用户设备部分
3.GPS卫星发送的信号是由载波、测距码和导航电文组成,GPS卫星信号取无线电波中L波段的两种不同频率的电磁波作为载波,但在载波上没有调制C/A码;
4.GPS系统具有全天候实时性的导航(测速),定位、和定时功能,为用户提供精密的三维坐标、速度和时间。
5.GPS的用户部分具有:
捕获GPS信号;解译导航电文,测量信号传播时间;计算测站坐标,速度的功能,但不具备提供全球定位系统时间基准的功能,该功能由主控站提供;
6、实现GPS定位至少需要4颗卫星。
7、在GPS测量中,观测值都是以接收机的天线相位中心位置为准的。
(观测时,需要对中、整平、量天线高)
8、在进行GPS短基线静态相对定位时,通常会选用双差固定解。
9、RTK是实时载波相位差分定位。
10、GPS采用测坐标系统是WGS84坐标系,GPS时;北斗系统采用的是CGCS2000坐标系
11、GPS广播星历包括6个轨道根数,9个摄动参数、2个时间参数。
三、误差来源及消减措施
1、从误差来源分析,GPS测量误差大体上可分为与卫星有关的误差,信号传播路经有关的误差,和与接收机有关的误差。
2、采用双频观测可消除电离层折射的误差影响。
3、对GPS信号来说,电离层是色散介质,对流层是非色散介质,双频改正的方法不能消除对流层延迟。
4、白天电离层影响比夜间大、低纬度地区(广州)比高纬度地区(哈尔滨)影响大。
5、夜间观测不影响观测精度,而且效果更好。
6、采用双差可消除卫星钟差、站间接收机相对钟差的影响;
7、平面精度比垂直精度高,或者说GPS高程定位精度低于平面精度;
8、相对定位比绝对定位精度高、载波相位观测值比码(相位)观测值精度高;
9、周跳产生的主要原因:
信号遮挡、信号干扰等
10、什么是多路径误差?
采用什么应对方法
在GPS测量中,被测站附近的物体所反射的卫星信号(反射波)被接收机天线所接收,与直接来自卫星的信号(直接波)产生干涉,从而使观测值偏离真值产生所谓的“多路径误差”。
应对方法:
(1)选择合适的测站,避开易产生多路径的环境(躲)
(2)适当延长观测时间(拖)
(3)采用抗多路径误差的仪器设备或软件(对抗)
四、数据处理
LGO处理数据的流程
(1)建立或打开项目;
(2)导入数据(非Leica数据转换成RENEX格式)
(3)点名天线高编辑;
(4)基线向量解算;
(5)闭合差计算和查看、三维网无约束平差
(6)建立/打开当地坐标项目,利用基准/投影功能实现二维坐标转换、输出成果
以上是LGO处理软件的处理流程,其它软件前5步基本相同,第6步可改为:
约束平差,输出成果
五、相关名词解释
1.同步观测环∶三台或三台以上接收机同步观测所获得的基线向量构成的闭合环。
2.伪距∶GNSS定位采用的是被动式单程测距。
它的信号发射时刻是卫星钟确定的,收到时刻则是由接收机钟确定的,这就在测定的卫星至接收机的距离中,不可避免地包含着两台钟不同步的误差影响,所以称其为伪距。
3.周跳∶在追踪卫星的过程中,由于一些原因造成卫星失锁,造成无法连续计数,当信号重新被跟踪后,整周计数不正确但是不到一个整周的观测值仍是正确的。
这种现象称为周跳。
4.整周模糊度∶卫星发送到地面的载波在空间传输的整周期数是一个无法通过观测获得的未知数因而也称为整周模糊度
5.基线解算∶对两台及以上接收机同步观测值进行独立基线向量(坐标差)的平差计算叫做基线解算。
6.GPS相对定位∶是至少用两台GPS接收机,同步观测相同的GPS卫星,确定两台接收机天线之间的相对位置。
7.观测时段∶测站上开始接收卫星信号到观测停止,连续工作的时间段称为观测时段,简称时段。
8.同步观测环∶三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环。
9.GPS绝对定位∶也叫单点定位,即利用GPS卫星和用户接收机之间的距离观测值直接确定用户接收机天线在某个坐标系(WGS-84坐标系中)的绝对位置.
10.同步观测∶同步观测是指两台或两台以上接收机同时对一组卫星进行的观测.
11.异步观测环∶在构成多边形环路的所有基线向量中,只要有非同步观测基线向量,则该改多边形环路叫异步观测环。
12利用多基站网络RTK技术建立的连续运行卫星定位服务综合系统(ContinuousOperationalReferenceSystem,缩写为CORS)。
CORS系统由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户应用系统五个部分组成。
13.精密星历:
精密星历是由若干卫星跟踪站的观测数据,经事后处理算得的供卫星精密定位等使用的卫星轨道信息。
14.采样间隔:
GNSS定位中,接受设备上设定的记录卫星信号的时间间隔。
15.被动式测距:
即单程测距,接收设备不发射信号,只是将接收到的卫星信号与本地复制信号进行比较从而测得星地距离。
16.无摄运动:
卫星在地球中心引力作用下所作的运动称为无摄运动。
17.RTK:
是实时载波相位差分定位
3、绝对定位:
也称单点定位,是指在协议地球坐标系中,直接确定观测站相对于坐标原点(地球质心)绝对坐标的一种方法。
4、相对定位:
用至少两台GPS接收机,同步观测相同的GPS卫星,确定两台接收机天线之间的相对位置。
有静态相对定位和动态相对定位之分
多路径效应误差:
GNSS卫星信号从20000km高空向地面发射,若接收机天线周围有高大建筑物或水面,建筑物和水面对于电磁波具有强反射作用,由此产生的反射波进入接收机天线时与直接来自卫星的信号(直接波)产生干涉,从而使观测值偏离真值产生误差,这种误差称为多路径效应误差
1、历元:
在天文学和卫星定位中,与所获取数据对应的时刻也称历元。
2、卫星星历:
描述卫星运动轨道的信息
3、绝对定位:
也称单点定位,是指在协议地球坐标系中,直接确定观测站相对于坐标原点(地球质心)绝对坐标的一种方法。
4、相对定位:
用至少两台GPS接收机,同步观测相同的GPS卫星,确定两台接收机天线之间的相对位置。
有静态相对定位和动态相对定位之分
5、静态定位:
接收机静置在固定测站上,观测数分钟至2小时或更长时间,以确定测站位置的卫星定位,是不考虑轨道的有无、决定点位置的定位应用。
6、动态定位:
动态定位是以确定与各观测站相应的、运动中的、接收机载体的位置或轨迹的卫星定位。
7、伪距:
由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得出的量侧距离。
由于卫星钟、接收机钟的误差以及信号经过电离层和对流层的延迟,量侧距离的距离与卫星到接收机的几何距离有一定的差值,因此称量侧距离的伪距。
8、整周跳变:
在GPS接收机接受信号时,由于种种原因,接收机整波计数器在一定时间内记录下来的周数突然发生了变化,也就是错误地记录了周数,这种突变叫做整周跳变。
9、模糊度:
是在全球定位系统技术的载波相位测量时,载波相位与基准相位之间相位差的首观测值所对应的整周未知数。
11、载波相位测量:
是利用接收机测定载波相位观测值或其差分观测值,经基线向量解算以获得两个同步观测站之间的基线向量坐标差的技术和方法。
12、重建载波:
在GPS信号中由于已用相位调整的方法,在载波上调整了测距码和导航电文,因而接受的载波相位已不在连续,所以在进行载波相位之前要进行调试工作设法调制在载波上的测距码和卫星电文去掉,重新获取载波
13、同步观测:
同步观测是指两台或两台以上接收机同时对一组卫星进行的观测.
14、异步观测环:
在构成多边形环路的所有基线向量中,只要有非同步观测基线向量,则该改多边形环路叫异步观测环。
15、观测时段:
测站上开始接收卫星信号到观测停止,连续工作的时间段称为观测时段,简称时段。
16、GPS定位时实际上广为采用的求差法有哪几种?
为何要进行求差?
17.GPS控制网布网图形的点连、边连、网连、边点混合连等连接方式各有什么特点?
18、载波相位观测值高次差探测周跳计算,找出有周跳的历元。
19、载波相位测量中,两台接收机同步观测,时段2小时,采样间隔15秒,观测卫星数7颗,在原始观测方程中卫星钟和接收机钟的钟差参数分别是多少个?
接收机间求一次差后,卫星钟和接收机钟的钟差参数分别是多少个?
原始观测方程和单差观测方程分别是多少个?
(1)采样间隔为15s(即每15s得到一次观测历元数),所以同步观测时段1h内得到的历元数为:
n=2×3600s/15s=480
(2)两台接收机共有原始观测方程个数=n×7×2=6720
两台接收机,原始观测方程中接收机钟差参数为n×2=960(个)
(3)接收机间一次差分可以消除卫星钟差,故:
卫星钟差参数=0个
接收机钟差参数为n=480(个)
20、导线选点和GPS网选点有何不同?
GNSS复习参考
1.1.协议地球坐标系:
以协议地极为基准点的地球坐标系,称为协议地球坐标系。
1.2.广播星历:
卫星实时发播的预报的一定时间内卫星轨道参数。
1.3.精密星历:
利用全球或区域导航卫星跟踪站网的观测数据,经后处理确定的导航卫星精密轨道参数。
1.4.卫星星历:
描述不同时刻卫星在轨道位置的一组参数。
1.5.伪距:
由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得出的量测距离。
由于卫星钟、接收机钟的误差以及信号经过电离层和对流层的延迟,该距离与卫星到接收机的几何距离有一定的差值,因此称量测距离为伪距。
1.6.导航电文:
由卫星向用户发送的有关卫星的位置、工作状态、卫星钟差及电离层延迟参数等信息的一组二进制代码,也称数据码。
1.7.静态定位:
接收机静置在固定测站上,观测数分钟至2小时或更长时间,以确定测站位置的卫星定位,是不考虑轨道的有无、决定点位置的定位应用。
1.8.动态定位:
动态定位是确定处于运动状态中的接收机载体的位置或轨迹。
1.9.相对定位:
用至少两台GPS接收机,同步观测相同的GPS卫星,确定两台接收机天线之间的相对位置。
有静态相对定位和动态相对定位之分。
1.11.载波相位测量:
是利用接收机测定载波相位观测值或其差分观测值,经基线向量解算以获得两个同步观测站之间的基线向量坐标差的技术和方法。
1.12.整周模糊度:
是在全球定位系统技术的载波相位测量时,载波相位与基准相位之间相位差的首观测值所对应的整周未知数。
1.13.差分GPS:
通过在固定测站和流动测站上进行同步观测,利用在固定测站上所测得GPS定位误差数据改正流动测站上定位结果的卫星定位。
1.14.CORS:
即连续运行基准站系统,是指由多个连续运行的GNSS基准站及计算机网络、通信网络等组成,用于提供不同精度、多种方式定位服务的信息系统,简称CORS系统。
1.15.多路径效应误差:
GNSS卫星信号从20000km高空向地面发射,若接收机天线周围有高大建筑物或水面,建筑物和水面对于电磁波具有强反射作用,由此产生的反射波进入接收机天线时与直接来自卫星的信号(直接波)产生干涉,从而使观测值偏离真值产生误差,这种误差称为多路径效应误差。
1.16.接收机天线高:
观测时接收机天线平均相位中心到测站中心标志面的高度。
1.17.观测时段:
测站上开始接收卫星信号到观测停止,连续工作的时间段称为观测时段,简称时段。
1.18.同步观测:
同步观测是指两台或两台以上接收机同时对一组卫星进行的观测。
1.19.同步观测环:
三台及以上接收机同步观测所获得的基线向量构成的闭合环,简称同步环。
1.20.独立基线:
线性无关的一组观测基线。
1.21.单基线:
由两台接收机同步观测数据解算得到的基线向量。
1.22.异步观测环:
在构成多边形环路的所有基线向量中,只要有非同步观测基线向量,则该改多边形环路叫异步观测环。
2.1什么是GPS,简述其功能及构成。
2.2简述GPS、GNSS、BDS有什么联系与不同
2.3从隶属、结构、功能等方面简述GPS、BDS有什么不同。
2.4简述广播星历(预报星历)与精密星历(后处理星历)的区别。
2.5GPS卫星播发的信号由哪几部分组成,各有怎样的作用?
2.6伪距测量观测方程表达式是怎样的,其中包括哪些参数?
2.7什么是整周跳变?
产生整周跳变的原因有哪些?
作业生产中可采用怎样的措施减少整周跳变的发生?
2.8在GNSS测量中,什么是观测历元、数据采样间隔?
载波相位观测值由哪几部分组成?
载波相位测量观测方程表达式是怎样的,其中包括哪些参数?
在相对定位的接收机间求一次差、求二次差、求三次差后,观测方程中的参数分别发生了怎样的变化?
2.9载波相位测量中,两台接收机同步观测,时段4小时,采样间隔20秒,观测卫星数8颗,在原始观测方程中卫星钟和接收机钟的钟差参数分别是多少个?
接收机间求一次差后,卫星钟和接收机钟的钟差参数分别是多少个?
原始观测方程和单差观测方程分别是多少个?
2.10探测和修复周跳有哪些办法?
简述其中一种探测周跳办法的原理。
2.11什么是RTK?
简要说明RTK的工作原理,列举出RTK的几项用途。
2.12GPS定位解算时实际上广为采用的求差法模型有哪几种?
为何要进行求差?
2.13GPS定位误差主要分为哪几类?
概括而言,消除和减弱GPS测量各种误差影响的方法有哪些?
分别适用于什么情况?
参考:
与卫星有关、与传播路径有关、与接收机有关的误差和其他影响;
消除和减弱GPS测量各种误差影响的方法有:
(1)模型法。
适用于对误差的特性、机制及产生原因有较深刻了解,能建立理论或经验公式,如相对论效应,电离层层延迟,对流层延迟、卫星钟差。
但是有些误差难以模型化。
(2)求差法。
适用于误差具有较强的空间、时间或其它类型的相关性,如:
对流层延迟、电离层延迟、卫星轨道误差、卫星钟差、接收机钟差。
(3)参数法。
适用于几乎适用任何的情况。
(4)避让法,选择较好且适用的软硬件和选择合适的量地点与方法。
适用于对误差产生的条件及原因有所了解,具有特殊的设备。
如电磁波干扰、多路径效应等。
2.14绘图示意并说明什么是GPS网图形布设中的点连式、边连式、网连式、边点混合连式?
至少给出其中一个异步环;简述它们各有什么特点(优点)。
图片1.png
2.15请从选点、网形、观测技术要求等方面简述导线、GPS平面控制网的不同之处。
(参考:
GPS点间不一定要求通视(导线相邻点要求通视),网型灵活(导线尽量直伸)、观测过程几乎无人工干预(导线需要人工照准进行测角、测距))、GPS分时段,各时段内个测站至少要有4个以上共视卫星进行同步观测)
2.16如果不考虑信号遮挡情况,要使用GNSS测量方法获得铁大校园内一个点:
(1)精度为5m的WGD-84空间直角坐标,
(2)精度为3cm的校园平面直角坐标,(3)精度为3mm的校园平面直角坐标。
请问各需要使用什么测量方法、需要多少什么样的设备、简要叙述作业的实施过程。
(参考答案:
单点定位、RTK(CORS)、静态相对定位)
2.17在进行GPS静态基线处理时合格解的选择通常会有“双差固定解”、“双差浮点解”等选项,请回答这两个选项分别适用于什么情况?
为什么?
参考:
(1)“双差固定解”适用于短基线。
短基线进行静态相对定位时,测站间星历误差、大气折射误差等具有较强的相关性,相对定位可以使这些误差大大消弱;同时由于在较长的观测期间,观测卫星的几何分布会产生较大的变化,因此,能以较高的精度来求定整周未知数,因而其解算结果优于实数解。
(2)“双差浮点(实数)解”适用于基线长度较长时。
基线较长静态相对定位,误差的相关性降低,卫星星历、大气折射等误差的影响难以有效消除,外界误差对观测量的影响比较大;整周未知数的实数解中往往包含了一些系统误差。
将整周未知数取为某一整数,对于相对定位精度有损而无益。
2.18.什么是GPS无约束平差?
进行无约束平差的目的是什么?
(1)平差时固定网中某一点的坐标(或固定网中所有点坐标的平均值),调整基线向量之间的不符值,检验网本身的内部符合精度以及基线向量之间有无明显的系统误差和粗差,同时提供平差处理后的WGS-84坐标数据。
(2)①根据无约束平差的结果,检验网本身的内部符合精度,判别在所构成的GPS网中是否有粗差基线;
②调整各基线向量观测值的权,使得它们相互匹配,为三维或二维平差准备数据。
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