GPS中的数据采集系统ppt课件
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《GPS静态测量》课件
GPS在地面变形监测中的 应用
介绍GPS如何用于监测地表的变 形和地质灾害。
GPS在交通运输中的应用
研究GPS如何改进交通运输系统 的效率和安全性。
GPS未来发展
GPS未来发展方向
探讨GPS技术在技术、应用 和精度等方面的未来发展趋 势。
GPS与其他导航技术的 比较
对比GPS与其他导航技术的 优劣和适用性。
1
GPS接收机与天线
2
讲解GPS接收机和天线在静态测量中的
选择和使用。
3
GPS数据处理及结果评定
4
Байду номын сангаас
讨论GPS测量数据的处理方法和如何评 定测量结果的准确性。
GPS静态测量流程
详细介绍GPS静态测量的步骤和流程。
GPS底座和流动站测量方法
介绍GPS测量中底座和流动站的布设方 法和测量技术。
GPS静态测量实验
1 静态测量实验设计
介绍GPS静态测量实验的设计考虑和方法。
2 实验数据采集与处理
讲解GPS测量实验中如何采集和处理测量数 据。
3 数据分析结果展示
4 实验成果评价
展示分析GPS测量数据后得出的结果和结论。
评价GPS静态测量实验的成果和可行性。
GPS测量应用案例
GPS在地质测量中的应用
探索GPS如何在地质测量中提供 高精度定位和监测数据。
GPS在社会发展中的作 用
分析GPS对社会发展、经济 和科技的影响和作用。
《GPS静态测量》PPT课 件
在本次PPT课件中，我们将介绍GPS静态测量的基础原理、流程和实验，以 及其在地质测量、地面变形监测和交通运输等领域中的应用，还展望了GPS 未来的发展方向。
GPS测量设计与实施ppt课件
作业题：下列图形有多少同步环、异步环、重复基线、重复设站点（每点设站数的平均数）？
1。上图两台接收机同步观测了5个时段。 2。中图三台接收机同步观测了5个时段。 3。下图四台接收机同步观测了3个时段。
网形设计例：对某工程控制点（四个已知高级点，四个新布设GPS点）设计GPS观测网。
基准设计：四个已知点的坐标系统和高程系统。 网形设计： 1。用两台GPS接收机； 2。用三台GPS接收机； 3。用四台GPS接收机。 分别设计出观测时段数，说明有几个同步环、异步环、重复基线、重复设站数。
（3） GPS测量成果中高程是大地高系统高程，为了得到GPS点的正常高，应使一定数量的GPS点与水准点重合，或者对部分GPS点联测水准，以便进行高程转换。联测的高程点需均匀的分布于网中，对丘陵或山区高程点应按照高程拟合曲面的要求进行布设。 （4）要求GPS点的WGS84坐标，同样要联测具有WGS84坐标的高级GPS点。 （5）联测的公共点最好位于GPS网的外围和中心均匀分布。
9条基线，4个异步环
5条基线，无异步环
6条基线，无重复
9条基线，两条重复
2：边连式 相邻同步图形由一条公共基线连接。 这种布网方式几何强度较高，抗粗差能力较强，有较多的复测边和非同步图形闭合条件，在相同的仪器个数的条件下，观测时段将比点连接方式大大增加。
3：混连式 该方式是把点连式和边连式有机地结合在一起，这种方式既可以提高网的几何强度和可靠性指标，有减少了外业工作量，式一种较为理想的布网方法。
三台以上接收机构成的同步环个数(N-1)(N-2)/2 N台接收机同步观测环如右图：分别为N=2，3，4，5。
同步环与独立基线
同步环与独立基线
N 台接收机一个观测时段所构成的同步基线T=N(N-1)/2中，有N-1条基线是独立的基线。 独立基线的选择如右图：分别为N=2，3，4，5
1。上图两台接收机同步观测了5个时段。 2。中图三台接收机同步观测了5个时段。 3。下图四台接收机同步观测了3个时段。
网形设计例：对某工程控制点（四个已知高级点，四个新布设GPS点）设计GPS观测网。
基准设计：四个已知点的坐标系统和高程系统。 网形设计： 1。用两台GPS接收机； 2。用三台GPS接收机； 3。用四台GPS接收机。 分别设计出观测时段数，说明有几个同步环、异步环、重复基线、重复设站数。
（3） GPS测量成果中高程是大地高系统高程，为了得到GPS点的正常高，应使一定数量的GPS点与水准点重合，或者对部分GPS点联测水准，以便进行高程转换。联测的高程点需均匀的分布于网中，对丘陵或山区高程点应按照高程拟合曲面的要求进行布设。 （4）要求GPS点的WGS84坐标，同样要联测具有WGS84坐标的高级GPS点。 （5）联测的公共点最好位于GPS网的外围和中心均匀分布。
9条基线，4个异步环
5条基线，无异步环
6条基线，无重复
9条基线，两条重复
2：边连式 相邻同步图形由一条公共基线连接。 这种布网方式几何强度较高，抗粗差能力较强，有较多的复测边和非同步图形闭合条件，在相同的仪器个数的条件下，观测时段将比点连接方式大大增加。
3：混连式 该方式是把点连式和边连式有机地结合在一起，这种方式既可以提高网的几何强度和可靠性指标，有减少了外业工作量，式一种较为理想的布网方法。
三台以上接收机构成的同步环个数(N-1)(N-2)/2 N台接收机同步观测环如右图：分别为N=2，3，4，5。
同步环与独立基线
同步环与独立基线
N 台接收机一个观测时段所构成的同步基线T=N(N-1)/2中，有N-1条基线是独立的基线。 独立基线的选择如右图：分别为N=2，3，4，5
GPSRTK测量及数据处理ppt课件
2）、特点：同步图形扩展式的布网形式具有扩展速度快， 图形强度较高，且作业方法简单的优点。同步图形扩展 式是布设GPS网最常用的一种布网形式。也是我们需要 重点掌握的一种布网形式。
3）、作业方式：主要以下几种式：点连式、边连式、网 连式、混连式。
22
（1）点连式：
观测作业方式 所谓点连式就是在观测作业时， 相邻的同步图形间只通过一个公 共点相连。这样，当有3台仪器 共同作业时，每观测一个时段， 就可以测得2个新点，当这些仪 器观测观测了n个时段后，就可 以最多测得2n个新点。
7
一）、选点： • 为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质
量，要求测站上空应尽可能的开阔，在10~15 高度角以上不能有成片的障碍物。 • 为减少各种电磁波对GPS卫星信号的干扰，在 测站周围约200m的范围内不能有强电磁波干扰 源，如大功率无线电发射设施、高压输电线等。 • 为避免或减少多路径效应的发生，测站应远离 对电磁波信号反射强烈的地形、地物，如高层 建筑、成片水域等。 • 为便于观测作业和今后的应用，测站应选在交 通便利，上点方便的地方。 • 测站应选择在易于保存的地方
没有多余基线
多余1条
16
（三）、GPS基线向量网的布网形式
GPS网常用的布网形式有以下几种：跟踪站式、会 战式、多基准站式、同步图形扩展式、单基准站式 1、跟踪站式： 1）、布网形式：若干台接收机长期固定安放在测站上， 进行常年、不间断的观测，即一年观测365天，一天 观测24小时，这种观测方式很象是跟踪站，因此，这 种布网形式被称为跟踪站式。 2）、特点：采用跟踪站式的布网形式布设GPS网时， 接收机在各个测站上进行了不间断的连续观测，观测 时间长、数据量大，而且在处理采用这种方式所采集 的数据时，一般采用精密星历，因此，采用此种形式 布设的GPS网具有很高的精度和框架基准特性。
3）、作业方式：主要以下几种式：点连式、边连式、网 连式、混连式。
22
（1）点连式：
观测作业方式 所谓点连式就是在观测作业时， 相邻的同步图形间只通过一个公 共点相连。这样，当有3台仪器 共同作业时，每观测一个时段， 就可以测得2个新点，当这些仪 器观测观测了n个时段后，就可 以最多测得2n个新点。
7
一）、选点： • 为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质
量，要求测站上空应尽可能的开阔，在10~15 高度角以上不能有成片的障碍物。 • 为减少各种电磁波对GPS卫星信号的干扰，在 测站周围约200m的范围内不能有强电磁波干扰 源，如大功率无线电发射设施、高压输电线等。 • 为避免或减少多路径效应的发生，测站应远离 对电磁波信号反射强烈的地形、地物，如高层 建筑、成片水域等。 • 为便于观测作业和今后的应用，测站应选在交 通便利，上点方便的地方。 • 测站应选择在易于保存的地方
没有多余基线
多余1条
16
（三）、GPS基线向量网的布网形式
GPS网常用的布网形式有以下几种：跟踪站式、会 战式、多基准站式、同步图形扩展式、单基准站式 1、跟踪站式： 1）、布网形式：若干台接收机长期固定安放在测站上， 进行常年、不间断的观测，即一年观测365天，一天 观测24小时，这种观测方式很象是跟踪站，因此，这 种布网形式被称为跟踪站式。 2）、特点：采用跟踪站式的布网形式布设GPS网时， 接收机在各个测站上进行了不间断的连续观测，观测 时间长、数据量大，而且在处理采用这种方式所采集 的数据时，一般采用精密星历，因此，采用此种形式 布设的GPS网具有很高的精度和框架基准特性。
GPS测量原理及应用GPS测量数据处理PPT教案
第19页/共71页
观测文件标准化应有以下内容： （1）记录格式标准化 （2）记录类型标准化 （3）记录项目标准化 （4）采样密度标准化 （5）数据单位标准化
第20页/共71页
7.2基线向量的解算
一、基线解算的内涵 定义：利用多个测站的GPS同步观测数据，
获得这些测站之间坐标差的过程。 观测值：
主要观测值：载波相位观测值（原始观测值（非差 观测值）或差分观测值（单差、双差或三差））
xi,k zi,l zi,k yi,l zi,k zi,l
第39页/共71页
3、整体解模式 定义： 一次性解算出所有参与构网的函数独立基线。 特点： 避免了同一基线的不同时段解不一致； 避免了异步环闭合差不为零的问题。 缺点： 计算复杂，对计算机要求较高。
第40页/共71页
四、基线解算阶段的质量控制
理（网平差）
第3页/共71页
3、处理方法形式多 GPS定位技术是一项在发展中的技术，因而
数据处理技术还在不断的发展和进步，同 一问题可能解决方法很多。
第4页/共71页
4、自动化程度高 一些集成运行的GPS数据处理软件包，使用
的方便性、可靠性大大提高了作业生产效 益，也促进了GPS定位技术的普及应用。
第37页/共71页
多基线解： ... b ] i,mi 1 bi,k [xi,k yi,k zi,k ]
第38页/共71页
2）基线向量估值的验后方差-协方差阵
dbi,1,bi,1
DBi
dbi,2 ,bi,1 ...
dbi,m1 ,bi,1
dbi,1 ,bi,2 dbi,2 ,bi,2
测情况。如：测站名，测站号，测站的概 略坐标，接收机号，天线号，天线高，观 测的起止时间，记录的数据量，初步定位 结果。
观测文件标准化应有以下内容： （1）记录格式标准化 （2）记录类型标准化 （3）记录项目标准化 （4）采样密度标准化 （5）数据单位标准化
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7.2基线向量的解算
一、基线解算的内涵 定义：利用多个测站的GPS同步观测数据，
获得这些测站之间坐标差的过程。 观测值：
主要观测值：载波相位观测值（原始观测值（非差 观测值）或差分观测值（单差、双差或三差））
xi,k zi,l zi,k yi,l zi,k zi,l
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3、整体解模式 定义： 一次性解算出所有参与构网的函数独立基线。 特点： 避免了同一基线的不同时段解不一致； 避免了异步环闭合差不为零的问题。 缺点： 计算复杂，对计算机要求较高。
第40页/共71页
四、基线解算阶段的质量控制
理（网平差）
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3、处理方法形式多 GPS定位技术是一项在发展中的技术，因而
数据处理技术还在不断的发展和进步，同 一问题可能解决方法很多。
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4、自动化程度高 一些集成运行的GPS数据处理软件包，使用
的方便性、可靠性大大提高了作业生产效 益，也促进了GPS定位技术的普及应用。
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多基线解： ... b ] i,mi 1 bi,k [xi,k yi,k zi,k ]
第38页/共71页
2）基线向量估值的验后方差-协方差阵
dbi,1,bi,1
DBi
dbi,2 ,bi,1 ...
dbi,m1 ,bi,1
dbi,1 ,bi,2 dbi,2 ,bi,2
测情况。如：测站名，测站号，测站的概 略坐标，接收机号，天线号，天线高，观 测的起止时间，记录的数据量，初步定位 结果。
地理信息技术ppt课件
2024/1/26
多源数据融合
随着传感器、遥感等技术的不断发展，未来地理信息技术 将更加注重多源数据的融合和处理，提高数据的全面性和 准确性。
跨界融合与创新
未来地理信息技术将更加注重与其他领域的跨界融合和创 新，推动地理信息技术在智慧城市、智能交通等领域的广 泛应用。
32
THANKS
感谢观看
2024/1/26
13
遥感在资源环境等领域应用案例
资源调查
利用遥感技术对土地、森林、 水等资源进行快速、准确的调
查和监测。
2024/1/26
环境监测
通过遥感技术监测大气污染、 水体污染、生态环境变化等环 境问题。
灾害监测与评估
利用遥感技术实时监测洪涝、 地震、火灾等自然灾害，并进 行灾害损失评估。
城市规划与管理
遥感技术可为城市规划提供基 础数据，监测城市扩张、交通 拥堵等问题，助力城市管理决
28
07
挑战与未来发展趋势 预测
2024/1/26
29
当前面临主要挑战剖析
2024/1/26
数据获取与处理难度增加
随着地理信息数据量的爆炸式增长，数据获取、处理和分析的难 度不断增加，需要更高效的技术和方法来应对。
数据安全与隐私保护
地理信息数据涉及到国家安全、个人隐私等敏感问题，如何确保数 据安全和隐私保护是当前亟待解决的问题。
虚拟现实与增强现实
虚拟现实和增强现实技术可以为地理信息数据提供更加直观和生动的 展示方式，提高用户体验和数据可视化效果。
2024/1/26
31
行业发展趋势预测
智能化发展
未来地理信息技术将更加注重智能化发展，通过人工智能 、机器学习等技术提高数据处理和分析的自动化程度。
多源数据融合
随着传感器、遥感等技术的不断发展，未来地理信息技术 将更加注重多源数据的融合和处理，提高数据的全面性和 准确性。
跨界融合与创新
未来地理信息技术将更加注重与其他领域的跨界融合和创 新，推动地理信息技术在智慧城市、智能交通等领域的广 泛应用。
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THANKS
感谢观看
2024/1/26
13
遥感在资源环境等领域应用案例
资源调查
利用遥感技术对土地、森林、 水等资源进行快速、准确的调
查和监测。
2024/1/26
环境监测
通过遥感技术监测大气污染、 水体污染、生态环境变化等环 境问题。
灾害监测与评估
利用遥感技术实时监测洪涝、 地震、火灾等自然灾害，并进 行灾害损失评估。
城市规划与管理
遥感技术可为城市规划提供基 础数据，监测城市扩张、交通 拥堵等问题，助力城市管理决
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07
挑战与未来发展趋势 预测
2024/1/26
29
当前面临主要挑战剖析
2024/1/26
数据获取与处理难度增加
随着地理信息数据量的爆炸式增长，数据获取、处理和分析的难 度不断增加，需要更高效的技术和方法来应对。
数据安全与隐私保护
地理信息数据涉及到国家安全、个人隐私等敏感问题，如何确保数 据安全和隐私保护是当前亟待解决的问题。
虚拟现实与增强现实
虚拟现实和增强现实技术可以为地理信息数据提供更加直观和生动的 展示方式，提高用户体验和数据可视化效果。
2024/1/26
31
行业发展趋势预测
智能化发展
未来地理信息技术将更加注重智能化发展，通过人工智能 、机器学习等技术提高数据处理和分析的自动化程度。
GPS静态测量及数据处理ppt课件
（3）1992年国家测绘局发布的测绘行业标准《全球定位系统（GPS） 测量规范》，以下简称《规范》；
（4）各部委根据本部门GPS工作的实际情况制定的其它GPS测量规程 或细则。
16
GPS网技术设计依据
GPS网技术设计依据——GPS测量规范（规程） 和测量任务书
测量任务书
测量任务书或测量合同是测量施工单位上级主管部 门或合同甲方下达的技术要求文件。这种技术文件 是指令性的，它规定了测量任务的范围、目的、精 度和密度要求，提交成果资料的项目和时间，完成 任务的经济指标等。
19
3.6 GPS网的图形设计
在同步观测之后，经过数据处理，同步网中每两个 点之间就会形成一条基线向量。
所谓在基S线条向基量线就中是，利只用有由m两-1台条或独两立台基以线上，的其接余收基机线
均基所可线采由，集独其的立直同基接步线解观推算测算结数而果据得与形，独成属立的于基差非线分独推观立算测基所值线得通。结过同果参一之数条差， 就估产计生的了方所法谓所坐计标算闭出合的差两条两件接，收用机它间可的评三判维同坐步标网差的。 观若测只质考量虑。基线向量的大小而不考虑方向，基线向量
编制预报表所用概略位置坐标应采用测区中 心位置的经纬度。预报时间应选用作业期的 中间时间。当测区较大时，作业时间较长时， 应按不同时间和地区分段编制预报表，编制 预报表所用概略星历龄期不应超过20天
（d），否则应重新采集一组新的概略星历。
通常可获取历书文件，从而得到卫星星历。 某一瞬间的卫星位置，是由卫星星历提供的。
（3）仪器因素
同仪器有关的一些因素有：接收机，用于相对定位至少应有两台； 天线质量；记录设备。
（4）后勤因素
后勤保障方面的因素有：使用的接收机台数、来源和使用时间；各 观测时段的机组调度；交通工具和通讯设备的配置等。
（4）各部委根据本部门GPS工作的实际情况制定的其它GPS测量规程 或细则。
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GPS网技术设计依据
GPS网技术设计依据——GPS测量规范（规程） 和测量任务书
测量任务书
测量任务书或测量合同是测量施工单位上级主管部 门或合同甲方下达的技术要求文件。这种技术文件 是指令性的，它规定了测量任务的范围、目的、精 度和密度要求，提交成果资料的项目和时间，完成 任务的经济指标等。
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3.6 GPS网的图形设计
在同步观测之后，经过数据处理，同步网中每两个 点之间就会形成一条基线向量。
所谓在基S线条向基量线就中是，利只用有由m两-1台条或独两立台基以线上，的其接余收基机线
均基所可线采由，集独其的立直同基接步线解观推算测算结数而果据得与形，独成属立的于基差非线分独推观立算测基所值线得通。结过同果参一之数条差， 就估产计生的了方所法谓所坐计标算闭出合的差两条两件接，收用机它间可的评三判维同坐步标网差的。 观若测只质考量虑。基线向量的大小而不考虑方向，基线向量
编制预报表所用概略位置坐标应采用测区中 心位置的经纬度。预报时间应选用作业期的 中间时间。当测区较大时，作业时间较长时， 应按不同时间和地区分段编制预报表，编制 预报表所用概略星历龄期不应超过20天
（d），否则应重新采集一组新的概略星历。
通常可获取历书文件，从而得到卫星星历。 某一瞬间的卫星位置，是由卫星星历提供的。
（3）仪器因素
同仪器有关的一些因素有：接收机，用于相对定位至少应有两台； 天线质量；记录设备。
（4）后勤因素
后勤保障方面的因素有：使用的接收机台数、来源和使用时间；各 观测时段的机组调度；交通工具和通讯设备的配置等。
《Gps测量基础》课件
GPS数据处理算法
使用算法对GPS数据进行分析和 处理，提取有用的信息。
GPS数据处理流程
将采集到的GPS数据进行清理、 筛选、转换和分析。
GPS应用
1
GPS在地图制图中的应用
GPS技术可以帮助绘制精确的地图，并提供导航和定位功能。
2
GPS在导航系统中的应用
GPS导航系统可用于车辆导航、船舶导航等领域，方便用户准确到达目的地。
3
GPS在军事与航海中的应用
军事和航海领域利用GPS技术进行定位、导航和目标追踪等操作。
GPS未来发展
GPS技术发展概述
未来GPS技术将更加精确、智能 化，能够应对更多复杂的定位需 求。
GPS技术趋势展望
新的GPS技术趋势包括增强导航 功能、室内定位、自动驾驶和无 人机等。
GPS行业前景预测
GPS技术将在交通、通信、军事 等领域继续发挥重要作用，有着 广阔的应用前景。
《Gps测量基础》PPT课 件
欢迎来到《Gps测量基础》PPT课件，本课程将带您深入了解GPS测量的基本原 理、应用和未来发展。准备好开始您的GPS之旅吧！
GPS概述
GPS定义
全球定位系统（GPS）是一种 基于卫星导航的技术，用于 确定地球上任意位置的地理 坐标。
GPS分类
GPS可以分为无差分GPS和差 分GPS，差分GPS在测量精度 上比无差分GPS更高。
总结
GPS测量基础知识的重 要性
深入了解GPS的基础知识对于 正确应用和解读GPS数据至关 重要。
GPS的应用前景
GPS技术在各个领域的应用将 带来更多便利和创新。
GPS在未来的发展方向
GPS技术将不断发展，并与其 他技术相结合，为我们带来 更强大的定位和导航能力。
精品课程《GPS原理及应用》课件第5章 GPS卫星导航
利用（2）式解算运动载体的实时点位时，后续点位 的初始坐标值可以依据前一个点位坐标来假定，因 此，关键是要确定第一个点位坐标的初始值，才能 精确求得第一个点位的三维坐标。
5.2.2 伪距差分动态定位
所谓差分动态定位（DGPS）就是用两台 接收机在两个测站上同时测量来自相同GPS 卫星的导航定位信号，用以联合测得动态用户 的精确位置，其中一个测站是位于已知坐标点， 设在该已知点（又称基准点）的GPS信号接 收机，叫做基准接收机。它和安设在运动载体 上的GPS信号接收机（简称动态接收机）同 时测量来自相同GPS卫星的导航定位信号。
基准接收机所测得的三维位置与该点已知值进 行比较，便可获得GPS定位数据的改正值。 如果及时将GPS改正值发送给若干台共视卫 星用户的动态接收机，而改正后者所测得的实 时位置，便叫做实时差分动态定位。
由式（1）可知，基准站R测得至GPS卫星j的 伪距为
5.2.3 动态载波相位差分测量
GPS载波相位测量方位不仅适用于静态 定位，同样也适用于动态定位，并且已取得厘 米级的三维位置精度。 由载波相位观测方程得出动态差分方程：
不仅如此，GPS卫星的入轨运行，还为 大地测量学、地球动力学、地球物理学、天体 力学、载人航天学、全球海洋学和全球气象学 提供了一种高精度和全天候的测量新技术。 GPS在导航领域的应用，有着比GPS静 态定位更广阔的前景，两者相比较，GPS导 航具有：用户多样、速度多变、定位实时、数 据和精度多变等特点。因此，应该依据GPS 动态测量的这些特点，选购适宜的接收机，采 用适当的数据处理方法，以便获得所要求的运 动载体的状态参数的测量精度。
定时有着广泛的应用。从日常生活到航天 发射，从出外步行到航空航海，都离不开定时。 随着使用目的的不同，人们对时间准确度的要 求也不一样。 GPS卫星都安装有4台原子时钟，GPS 时间受美国海军天文台经常性监测。GPS系 统的地面主控站能够以优于±5ns的精度，使 GPS时间和世界协调时之差保持在 以 内。此外，GPS卫星还向用户播发自己的钟 差、钟速和钟漂等时钟参数，加之利用GPS 信号可以测得站址的精确位置，因此，GPS 卫星可以成为一种全球性的用户无限的时间信 号源，用以进行精确的时间比对。
GPS卫星导航PPT课件
（2）实时差分动态定位 它是用安设在一个运动载体上GPS信 号接收机，及安设在一个基准站之间的另一台GPS接收机， 联合测得该运动载体的实时位置，从而描绘出该运动载体的 运行轨道，故差分动态定位又称相对动态定位。
（3）后处理差分动态定位 它和实时差分动态定位的主要差 别在于，在运动载体和基准站之间，不必像实时动态定位那 样建立实时数据传输，而是在定位观测以后，对两台GPS接 收机所采集的定位数据进行测后的联合处理，从而计算出接 收机所在运动载体在对应时间上坐标位置。
3后处理差分动态定位它和实时差分动态定位的主要差别在于在运动载体和基准站之间不必像实时动态定位那样建立实时数据传输而是在定位观测以后对两台gps接收机所采集的定位数据进行测后的联合处理从而计算出接收机所在运动载体在对应时间上坐标位置
GPS技术
讲授老师：王志芳
第六章 GPS卫星导航
6.1 概述 6.2 GPS卫星导航原理 6.3 GPS用于测速、测时、测姿态 6.4 GPS卫星导航方法 6.5 精密单点定位技术
6.4 GPS卫星导航方法
6.4.3差分GPS导航
由于SA政策降低了使用C/A码的民用用户的精度，因而就提 出了如何提高民用定位精度的问题，差分GPS就是适应这一要 求而产生的。 ， 工作原理
在地面已知位置设置一个地面站，地面站由一个GPS差分接 收机和一个差分发射机组成。差分接收机接收卫星信号，监测 GPS差分系统的误差，并按规定的时间间隔把修正信息发送给 用户，用户用修正信息校正自己的测量或位置解。
6.4 GPS卫星导航方法
6.4.1 基本概念：
对于任何某一具体导航过程，首先必须确定本次航行的起始 点、目的点以及航行计划路径。路径的标定一般是用一系列均 匀分布于路径上的坐标点来确定(航路点)。
（3）后处理差分动态定位 它和实时差分动态定位的主要差 别在于，在运动载体和基准站之间，不必像实时动态定位那 样建立实时数据传输，而是在定位观测以后，对两台GPS接 收机所采集的定位数据进行测后的联合处理，从而计算出接 收机所在运动载体在对应时间上坐标位置。
3后处理差分动态定位它和实时差分动态定位的主要差别在于在运动载体和基准站之间不必像实时动态定位那样建立实时数据传输而是在定位观测以后对两台gps接收机所采集的定位数据进行测后的联合处理从而计算出接收机所在运动载体在对应时间上坐标位置
GPS技术
讲授老师：王志芳
第六章 GPS卫星导航
6.1 概述 6.2 GPS卫星导航原理 6.3 GPS用于测速、测时、测姿态 6.4 GPS卫星导航方法 6.5 精密单点定位技术
6.4 GPS卫星导航方法
6.4.3差分GPS导航
由于SA政策降低了使用C/A码的民用用户的精度，因而就提 出了如何提高民用定位精度的问题，差分GPS就是适应这一要 求而产生的。 ， 工作原理
在地面已知位置设置一个地面站，地面站由一个GPS差分接 收机和一个差分发射机组成。差分接收机接收卫星信号，监测 GPS差分系统的误差，并按规定的时间间隔把修正信息发送给 用户，用户用修正信息校正自己的测量或位置解。
6.4 GPS卫星导航方法
6.4.1 基本概念：
对于任何某一具体导航过程，首先必须确定本次航行的起始 点、目的点以及航行计划路径。路径的标定一般是用一系列均 匀分布于路径上的坐标点来确定(航路点)。
GPS服务平台的定位数据采集
完整 的 Ｇ Ｓ 、 Ｐ 车 船监控 系统通常 由车载端 （ 移动单元 Ｍ ） Ｕ、 服务器端 （ 中央控制 单元 Ｃ Ｕ 组成 。Ｍ Ｃ ） Ｕ负责接 收’Ｐ Ｇ Ｓ卫星 定位信 号 ， 解析 、 出定位信 息 ， 计算 然后在 中央控制单元 的控制 下， 把信息编码发往 Ｃ Ｕ的服务监控系统… 。Ｃ Ｕ控制整个通 Ｃ Ｃ
行信息提取和处理的方法有 多种。数据采集 的速度 、 卫星发送 数据 时间间 隔及定位 显示速度 等之 间有较 复杂的关 系。采集和传送 的方法将对定位信息处理及后继导航跟踪 、 动态规划产 生较大的影 响。在 实践和 比较的基 础上 ， 用 Ｗｉ 采 ｎ环境 下特定 Ａ Ｉ Ｐ 函数对
其加工和编程处理 ， 完成位 置解析 后再通 过无线通信 数据 链或直接 经过 串 口传送给计算机 ， 在实际系统运 行 中取得 了较好的效果。 关键词 数据采集 坐标转换 卫星定位 Ａ ＯＮ Ｉ ＤＡＴ Ｃ０ＬＬ Ａ ＥＣＴ ＯＮ Ｉ ０Ｎ Ｓ Ｓ ＧＰ ＥＲⅥ ＣＥ Ｐ ＬＡＴ ＦｏＲＭ
Ｚｈ ｘ ｕ Ｙｕ ｉ Ｙｕ ｎ Ｗ ｅ ｃ ｉ ａ ｎ ｕ
（ ｅ ｒ ｅ ｔ ｏ ｐｔ ， ｏ ａ ｎ ｅ ｉ ，ｏｈｎＧ ｎ ｄｎ ５ ８ ｏ ， ｈｎ ） Ｄｐ ｔ ｎ ｏ ｍ ｕ ｒ ｓ ｎＵ ｉ ｒｔ Ｆ ｓａ ｎ ｇ ｏｇ ２ ｏ ｏ Ｃ ｉ ａｍ ｆＣ ｅＦ ｈ ｖｓ ｙ ａ ａ （ ｅ ｒ ｎ ｏ ｏ ｐ ｅ，￣ｉ ｅｏ ｕ ｎ ｅ ￣ ， ａｉ ｅｏ￣ ａ ｇ ５ ４０ Ｃ ｉ ） Ｄ ｐ ｔ ｔｆＣ ｍ ｕ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ Ｄ ｎ Ｐ ｔ ｌ ｍ Ｕ ｗ ｒ ｙ Ｄ ｑ ｇｌ ｉ ｎ ｉ １ ０ ，ｈ ａ ｇ ｒｅ ｓ ｎ ｔｌ ｎ１ ｎ
朱玉玺
（ 山大学计算机科学系 佛
gps培训课件
迭哥•伽西亚(Diego Garcia)—印度洋 卡瓦加兰(kwajalein)—太平洋
五个监测站 = 1个主控站+3个注入站+夏威夷(Hawaii)
GPS 用户部分
用户设备主要包括GPS接收机和数据 处理软件，以及计算机和其他终端设 备（车船导航）。包括我们日常所见 的单频和双拼接收机以及手持GPS接 收机等。软件主要包括数据预处理软 件、基线向量处理软件、网平差软件、 联合平差软件和数据库处理软件等。
缺点：
观测工作量大。一般只有在 网的精度和可靠性要求较高 时，才单独采用这种图形。
(2)、环形网
优点：
观测工作量较小，且具有 较好的自检性和可靠性。
缺点：非直接观测基线边(或间接 边)精度较直接观测边低，相邻点 间的基线精度分布不均匀。
是大地测量和精密工程测量中普遍 采用的图形，通常采用上述两种图 形的混合图形。
独立的。
GPS 控制网的观测基线
仪器台数 同步图形 独立基线
N=2 N=3
N=4
N=5
GPS网设计的一般原则
应通过独立观测边构成闭合图形，以增加检核条件，提高网的 可靠性。
应尽量与原有地面控制网相重合，重合点一般不少于3个，且 分布均匀。
应考虑与水准点相重合 ，或在网中布设一定密度的水准联测 点。
GPS与NNSS的主要特征比较
系统特征
NNSS
GPS
载波频率GHz
0.15,0.40
1.23,1.58
卫星高度km
1070
20200
卫星数
6
21+3
卫星周期min
1:47
11:58
卫星钟稳定度
10-11
10-12
五个监测站 = 1个主控站+3个注入站+夏威夷(Hawaii)
GPS 用户部分
用户设备主要包括GPS接收机和数据 处理软件，以及计算机和其他终端设 备（车船导航）。包括我们日常所见 的单频和双拼接收机以及手持GPS接 收机等。软件主要包括数据预处理软 件、基线向量处理软件、网平差软件、 联合平差软件和数据库处理软件等。
缺点：
观测工作量大。一般只有在 网的精度和可靠性要求较高 时，才单独采用这种图形。
(2)、环形网
优点：
观测工作量较小，且具有 较好的自检性和可靠性。
缺点：非直接观测基线边(或间接 边)精度较直接观测边低，相邻点 间的基线精度分布不均匀。
是大地测量和精密工程测量中普遍 采用的图形，通常采用上述两种图 形的混合图形。
独立的。
GPS 控制网的观测基线
仪器台数 同步图形 独立基线
N=2 N=3
N=4
N=5
GPS网设计的一般原则
应通过独立观测边构成闭合图形，以增加检核条件，提高网的 可靠性。
应尽量与原有地面控制网相重合，重合点一般不少于3个，且 分布均匀。
应考虑与水准点相重合 ，或在网中布设一定密度的水准联测 点。
GPS与NNSS的主要特征比较
系统特征
NNSS
GPS
载波频率GHz
0.15,0.40
1.23,1.58
卫星高度km
1070
20200
卫星数
6
21+3
卫星周期min
1:47
11:58
卫星钟稳定度
10-11
10-12
GPS中的数据采集系统
• CS理论为我们提供了一种新的图像采集和处理思路。其核心思想 是将压缩与采样合并进行，首先采集信号的非自适应线性投影(测 量值)，然后根据相应重构算法由测量值重构原始信号。压缩传感 的优点在于信号的投影测量数据量远远小于传统采样方法所获的 数据量，突破了香农采样定理的瓶颈，使得高分辨率信号的采集 成为可能
作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行
监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同
一时间标准—GPS时间系统。然后由地面注入站发给卫星，卫星 再由导航电文发给用户设备。
编辑课件
8
（一）GPS空间星座部分
➢它由24颗卫星组成，其中包括3颗可随时启用的 备用卫星。 ➢分布在6个轨道面上，每个轨道面上布放4颗 卫星。
GPS（全球定位系统）数据采集系统
编辑课件
1
GPS（全球定位系统）数据采集系统
• GPS（全球定位系统）数据采集系统概述 • GPS（全球定位系统）数据采集系统各部分原理及作用 • 与本课的关系 • 组内分工
编辑课件
2
GPS（全球定位系统）数据采集系统概述
• 实际应用 • 系统结构 • 工作流程 • 性能指标
编辑课件
19
二、GPS数据
数据采集
GPS 数据 处理 基本 流程
数据传输 数据预处理
基线解算
GPS网平 差
编辑课件
20
一、GPS基本定位原理
GPS基本定位方法：
伪距测量定位
载波相位测量定位
编辑课件
21
一、GPS基本定位原理
(一)伪距测量定位原理
➢伪距观测量：是通过测量卫星信号从发射时
刻到接收机接收时刻的时延，然后乘以光速得 到的距离观测量。
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接收、储存和处理地面监控系统发射来的导航电 文及其它有关信息； 向用户连续不断地发送导航与定位信息，并提供 时间标准、卫星本身的空间实时位置及其它在轨 卫星的概略位置； 接收并执行地面监控系统发送的控制指令，如调 整卫星姿态和启用备用时钟、备用卫星等。
11
（二）GPS地面监控系统
它由分布在全球的5个地面站组成，按其功能分 为主控站(MCS)、注入站(GA)和监测站(MS)三种。
它们的频率分别是基本频率10.23MHz的154 倍和120倍，它们的波长分别为19.03cm和 24.42cm。
在L1和L2上又分别调制着多种信号，这些 信号主要有：C/A码（粗捕获码）、P码（精 码）
17
（三）GPS用户设备部分
GPS用户设备部分，包括GPS接收机硬件、数据处理 软件和微处理机及其终端设备。
12
（二）GPS地面监控系统
（1）主控站：1个，设在美国的科罗拉多的斯普 林斯(Colorado Springs)的空军基地。
主控站负责协调和 管理所有地面监控系 统的工作
13
（二）GPS地面监控系统
（2）注入站（又称地面天线站）：3个，分别设 在南大西洋的阿松森群岛、印度洋的迪哥加西亚和 南太平洋的卡瓦加兰。
19
二、GPS数据
GPS 数据 处理 基本 流程
数据采集 数据传输 数据预处理 基线解算
GPS网平差
20
一、GPS基本定位原理
GPS基本定位方法：
伪距测量定位 载波相位测量定位
21
一、GPS基本定位原理
(一)伪距测量定位原理
伪距观测量：是通过测量卫星信号从发射时
刻到接收机接收时刻的时延，然后乘以光速得 到的距离观测量。
伪距定位观测方程式
坐标推算：观测4颗以上卫星→列出4个以上 方程式→4个未知数
22
对卫星进行测距
i
Pj
Pj Rj 地心
Si
ri
Rj = ri +Pij
有关各观测量及已知数据如下：
r— 为已知的卫地矢量 P—为观测量（伪距） R—为未知的测站点位矢量
接收机对跟踪的每一颗卫星进行测距
23
一、GPS基本定位原理
5
GPS系统
GPS由三个独立的部分组成
GPS
空间星座部分 地面监控系统 用户设备部分
6
一、GPS的组成
用户部分
GPS接收机
空间部分
24颗GPS卫星组成
监控站
注入站
主控站
控制部分
1个主控站 3个注入站 5个监控站
7
• 星的位置是依据卫星发射的星历描述的。每颗GPS卫星所播发的 星历，是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工 作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行 监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同 一时间标准—GPS时间系统。然后由地面注入站发给卫星，卫星 再由导航电文发给用户设备。
GPS（全球定位系统）数据采集系统
1
GPS（全球定位系统）数据采集系统
• GPS（全球定位系统）数据采集系统概述 • GPS（全球定位系统）数据采集系统各部分原理及作用 • 与本课的关系 • 组内分工
2
GPS（全球定位系统）数据采集系统概述
• 实际应用 • 系统结构 • 工作流程 • 性能指标
3
8
（一）GPS空间星座部分
它由24颗卫星组成，其中包括3颗可随时启用的 备用卫星。 分布在6个轨道面上，每个轨道面上布放4颗卫 星。
这种配置保障了在地球 上任意地点，任意时刻， 至少同时可见到4颗卫星。
9
（一）GPS空间星座部分
GPS卫星图片
10
（一）GPS空间星座部分
GPS卫星的主要功能：
应用背景
• GPS是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、 高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维 位置、速度和精确定时等导航信息，是卫星通信技术在导航领域的 应用典范，它极大地提高了地球社会的信息化水平，有力地推动了 数字经济的发展。
• GPS可以提供车辆定位、防盗、反劫、行驶路线监控及呼叫指挥等 功能。要实现以上所有功能必须具备GPS终端、传输网络和监控平 台三个要素。
4
GPS系统
• GPS导航系统是以全球24颗定位人造卫 星为基础，向全球各地全天候地提供 三维位置、三维速度等信息的一种无 线电导航定位系统。它由三部分构成， 一是地面控制部分，由主控站、地面 天线、监测站及通讯辅助系统组成。 二是空间部分，由24颗卫星组成，分 布在6个轨道平面。三是用户装置部分， 由GPS接收机和卫星天线组成。民用的 定位精度可达10米内。
跟踪、接收、放 大、处理卫星信号， 测量出信号从卫星 到天线的传播时间。 解译导航电文， 实时解算测站三维 位置。
18
GPS用户设备部分
用户部分组成 GPS信号接收机及相关设备 GPS接收机 接收、跟踪、变换和测量GPS信号的无线电设备 GPS接收机的组成
天线、接收机、处理器、控制显示单元、电源 GPS接收机的作用 接收GPS卫星发射的无线电信号，以获得必要的定位信 息和观测量，并经过数据处理而完成定位工作
(二)载波相位测量定位原理
载波相位观测量：是接收机 测量得到的卫星信号载波与测 量时刻接收机产生的本振载波
相位的差值。
通过测量载波的相位而求得 接收机到GPS卫星的距离。
24
GPS卫星信号的测距码
码的概念
在现代数字通信中，广泛使用二进制数（0和1） 及其组合，来表示各种信息。表达不同信息的 二进制数及其组合，称为码。一位二进制数叫 一个码元或一比特。比特为码和信息量的度量 单位。
将来自主控站的卫星星历、钟差、导航电文和 其它控制指令注入到相应卫星的存储系统，并监 测注入信息的正确性。
14
（二）GPS地面监控系统
（3）监测站：共5个，除上述4个地面站具有监 测站功能外，还在夏威夷(Hawaii)设有一个监测站。
高度自动化：GPS地面监控系 统除主控站外均由计算机自动控 制，而勿需人工操作。
15
地面监控系统流程图
L1 L2
GPS卫星 GPS卫星
S波段
数据处理机
接收机
调制 解调器
铯钟 气象传感器
观测星历 编算注入 调器
数据 处理机
高功率 放大器
指令发生器 数据存储器和外部设备
监测站
主控站
注入站
16
GPS卫星发射两种频率的载波信号：L1载波、 L2载波。
11
（二）GPS地面监控系统
它由分布在全球的5个地面站组成，按其功能分 为主控站(MCS)、注入站(GA)和监测站(MS)三种。
它们的频率分别是基本频率10.23MHz的154 倍和120倍，它们的波长分别为19.03cm和 24.42cm。
在L1和L2上又分别调制着多种信号，这些 信号主要有：C/A码（粗捕获码）、P码（精 码）
17
（三）GPS用户设备部分
GPS用户设备部分，包括GPS接收机硬件、数据处理 软件和微处理机及其终端设备。
12
（二）GPS地面监控系统
（1）主控站：1个，设在美国的科罗拉多的斯普 林斯(Colorado Springs)的空军基地。
主控站负责协调和 管理所有地面监控系 统的工作
13
（二）GPS地面监控系统
（2）注入站（又称地面天线站）：3个，分别设 在南大西洋的阿松森群岛、印度洋的迪哥加西亚和 南太平洋的卡瓦加兰。
19
二、GPS数据
GPS 数据 处理 基本 流程
数据采集 数据传输 数据预处理 基线解算
GPS网平差
20
一、GPS基本定位原理
GPS基本定位方法：
伪距测量定位 载波相位测量定位
21
一、GPS基本定位原理
(一)伪距测量定位原理
伪距观测量：是通过测量卫星信号从发射时
刻到接收机接收时刻的时延，然后乘以光速得 到的距离观测量。
伪距定位观测方程式
坐标推算：观测4颗以上卫星→列出4个以上 方程式→4个未知数
22
对卫星进行测距
i
Pj
Pj Rj 地心
Si
ri
Rj = ri +Pij
有关各观测量及已知数据如下：
r— 为已知的卫地矢量 P—为观测量（伪距） R—为未知的测站点位矢量
接收机对跟踪的每一颗卫星进行测距
23
一、GPS基本定位原理
5
GPS系统
GPS由三个独立的部分组成
GPS
空间星座部分 地面监控系统 用户设备部分
6
一、GPS的组成
用户部分
GPS接收机
空间部分
24颗GPS卫星组成
监控站
注入站
主控站
控制部分
1个主控站 3个注入站 5个监控站
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• 星的位置是依据卫星发射的星历描述的。每颗GPS卫星所播发的 星历，是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工 作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行 监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同 一时间标准—GPS时间系统。然后由地面注入站发给卫星，卫星 再由导航电文发给用户设备。
GPS（全球定位系统）数据采集系统
1
GPS（全球定位系统）数据采集系统
• GPS（全球定位系统）数据采集系统概述 • GPS（全球定位系统）数据采集系统各部分原理及作用 • 与本课的关系 • 组内分工
2
GPS（全球定位系统）数据采集系统概述
• 实际应用 • 系统结构 • 工作流程 • 性能指标
3
8
（一）GPS空间星座部分
它由24颗卫星组成，其中包括3颗可随时启用的 备用卫星。 分布在6个轨道面上，每个轨道面上布放4颗卫 星。
这种配置保障了在地球 上任意地点，任意时刻， 至少同时可见到4颗卫星。
9
（一）GPS空间星座部分
GPS卫星图片
10
（一）GPS空间星座部分
GPS卫星的主要功能：
应用背景
• GPS是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、 高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维 位置、速度和精确定时等导航信息，是卫星通信技术在导航领域的 应用典范，它极大地提高了地球社会的信息化水平，有力地推动了 数字经济的发展。
• GPS可以提供车辆定位、防盗、反劫、行驶路线监控及呼叫指挥等 功能。要实现以上所有功能必须具备GPS终端、传输网络和监控平 台三个要素。
4
GPS系统
• GPS导航系统是以全球24颗定位人造卫 星为基础，向全球各地全天候地提供 三维位置、三维速度等信息的一种无 线电导航定位系统。它由三部分构成， 一是地面控制部分，由主控站、地面 天线、监测站及通讯辅助系统组成。 二是空间部分，由24颗卫星组成，分 布在6个轨道平面。三是用户装置部分， 由GPS接收机和卫星天线组成。民用的 定位精度可达10米内。
跟踪、接收、放 大、处理卫星信号， 测量出信号从卫星 到天线的传播时间。 解译导航电文， 实时解算测站三维 位置。
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GPS用户设备部分
用户部分组成 GPS信号接收机及相关设备 GPS接收机 接收、跟踪、变换和测量GPS信号的无线电设备 GPS接收机的组成
天线、接收机、处理器、控制显示单元、电源 GPS接收机的作用 接收GPS卫星发射的无线电信号，以获得必要的定位信 息和观测量，并经过数据处理而完成定位工作
(二)载波相位测量定位原理
载波相位观测量：是接收机 测量得到的卫星信号载波与测 量时刻接收机产生的本振载波
相位的差值。
通过测量载波的相位而求得 接收机到GPS卫星的距离。
24
GPS卫星信号的测距码
码的概念
在现代数字通信中，广泛使用二进制数（0和1） 及其组合，来表示各种信息。表达不同信息的 二进制数及其组合，称为码。一位二进制数叫 一个码元或一比特。比特为码和信息量的度量 单位。
将来自主控站的卫星星历、钟差、导航电文和 其它控制指令注入到相应卫星的存储系统，并监 测注入信息的正确性。
14
（二）GPS地面监控系统
（3）监测站：共5个，除上述4个地面站具有监 测站功能外，还在夏威夷(Hawaii)设有一个监测站。
高度自动化：GPS地面监控系 统除主控站外均由计算机自动控 制，而勿需人工操作。
15
地面监控系统流程图
L1 L2
GPS卫星 GPS卫星
S波段
数据处理机
接收机
调制 解调器
铯钟 气象传感器
观测星历 编算注入 调器
数据 处理机
高功率 放大器
指令发生器 数据存储器和外部设备
监测站
主控站
注入站
16
GPS卫星发射两种频率的载波信号：L1载波、 L2载波。