GPS测量数据处理.ppt

GPS测量数据处理.ppt

《GPS测量数据处理.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《GPS测量数据处理.ppt（296页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

GPS测量与数据处理,目录,前言第一章GPS定位原理概要第二章坐标系、基准和参考框架第三章GPS静态定位在测量中的应用第四章技术设计第五章布网和作业方法第六章GPS测量常用数据格式第七章GPS基线解算第八章GPS基线向量网平差第九章GPS高程测量第十章技术总结,前言,GPS应用概述课程目的教学内容教学要求及学习方法,GPS测量数据处理,什么是GPS？

GPS的英文全称是NavigationSatelliteTimingAndRangingGlobalPositioningSystem，简称GPS，有时也被称作NAVSTARGPS。

其意为“导航星测时与测距全球定位系统”,或简称全球定位系统。

全球定位系统（GPS）是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性（陆地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。

能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。

GPS测量数据处理前言,课程目的,了解和掌握利用GPS定位技术建立控制网的基本原理和方法了解和掌握GPS数据处理的基本原理和过程了解商用数据处理软件及其使用如：

TGO软件（TrimbleGeomaticsOffice）,GPS测量数据处理前言课程目的,教学内容,教学内容GPS定位原理概述坐标系、基准和坐标系统GPS静态定位在测量中的应用GPS网的技术设计及布网方法GPS测量数据处理基线解算GPS高程GPS基线向量网平差,GPS测量数据处理前言教学内容,要求掌握基本概念、基本理论了解软件的操作使用方法学习方法注意理论与实践相结合,GPS测量数据处理前言教学要求及学习方法,教学要求及学习方法,第一章GPS定位原理概述,第一节GPS系统的组成第二节GPS信号第三节SPS和PPS第四节GPS定位的常用观测值第五节GPS定位的误差源第六节GPS定位方法,GPS测量数据处理,第一节GPS的系统组成,GPS系统由三部分组成空间部分（SpaceSegment）地面部分（GroundSegment）用户部分（UserSegment）,GPS测量数据处理第一章GPS定位原理概述,GPS的系统组成空间部分,GPS卫星星座设计星座：

21+321颗正式的工作卫星+3颗活动的备用卫星6个轨道面，平均轨道高度20200km，轨道倾角55，周期11h58min（顾及地球自转，地球-卫星的几何关系每天提前4min重复一次）保证在每天24小时的任何时刻，在高度角15以上，能够同时观测到4颗以上卫星当前星座：

28颗,GPS测量数据处理第一章第一节GPS的系统组成,GPS的系统组成地面控制部分,GPS的地面控制部分组成：

主控站（1个）监测站（5个）注入站（3个）作用：

监测和控制卫星运行编算卫星星历（导航电文）保持系统时间。

GPS测量数据处理第一章第一节GPS的系统组成,GPS系统的用户设备部分,组成GPS信号接收机及辅助设备作用跟踪、捕获卫星信号进行信号处理测定位置、速度和时间GPS信号接收机的构成天线单元接收单元,GPS信号接收机,天线单元,接收单元,GPS测量数据处理第一章第一节GPS的系统组成,GPS信号的基本组成部分（信号分量）载波（CarrierPhase）测距码（RangingCode）导航电文（NavigationMessage/DataMessage）,第二节GPS信号,GPS测量数据处理第一章GPS定位原理概述,GPS信号的生成,基准频率,卫星电文,卫星电文,GPS测量数据处理第一章第二节GPS信号,载波作用：

搭载其它信号，也可用于测量（测距）。

类型目前L1：

频率：

1575.43MHz，波长：

19cmL2：

频率：

1227.60MHz，波长：

24cm现代化后增加L5：

频率：

1176.45MHz，波长：

26cm,GPS卫星信号结构载波,GPS测量数据处理第一章第二节GPS信号,GPS卫星信号结构测距码,测距码属于伪随机噪声码PRN码（PseudoRandomNoise）类型（目前）C/A（C1）码速：

1.023MHz码元长度：

293mP（Y）1、P（Y）2码速：

10.23MHz码元长度：

29.3m现代化后增加C2M1、M2（军用码）,GPS测量数据处理第一章第二节GPS信号,GPS卫星信号结构导航电文,导航电文码速：

50bps内容：

广播星历（导航信息）卫星钟改正历书（概略星历）电离层信息卫星健康状况,GPS测量数据处理第一章第二节GPS信号,第三节SPS和PPS,SPS与PPSSPS标准定位服务使用C/A码，民用2DRMS水平=100m2DRMS垂直=150-170m2DRMS时间=340nsPPS精密定位服务可使用P码，军用2DRMS水平=22m2DRMS垂直=27.7m2DRMS时间=100ns,GPS测量数据处理第一章GPS定位原理概述,第四节GPS定位的常用观测值,伪距调制在L1载波上的C/A码伪距调制在L1、L2载波上的P码伪距载波L1载波相位观测值L2载波相位观测值（半波或全波）多普勒L1、L2载波上的多普勒频移,GPS测量数据处理第一章GPS定位原理概述,第五节GPS定位的误差源,与GPS卫星有关的因素与传播途径有关的因素与接收机有关的因素其它因素,GPS测量数据处理第一章GPS定位原理概述,误差的分类（按误差来源）,与卫星有关的误差卫星星历（轨道）误差卫星钟差相对论效应与传播途径有关的误差电离层延迟误差对流层延迟误差多路径效应与接收设备有关的误差接收机钟差接收机天线相位中心偏差其它因素,GPS测量数据处理第一章第五节GPS定位的误差源,第六节GPS定位方法,GPS测量定位的分类依定位时待定物体的运动状态动态定位静态定位依定位模式绝对定位（单点定位）相对定位差分定位,依定位采用的观测值伪距测量（伪距法定位）载波相位测量依时效实时定位事后定位,GPS测量数据处理第一章GPS定位原理概述,第二章坐标系、基准和参考框架,第一节坐标系第二节基准和参考框架第三节坐标系变换与基准变换第四节GPS测量中常用的坐标系统,GPS测量与数据处理,第一节坐标系,一、概述二、参考系三、基本测量坐标系,GPS测量数据处理第二章坐标系、基准和参考框架,一、概述,测量工作的基本任务是确定物体（某一个点）的空间位置。

而对位置的描述是建立在某一个特定的空间框架之上的。

所谓的空间框架就是通常所说的坐标系统。

一个完整的坐标系统是由坐标系和基准两方面要素所构成的。

GPS测量数据处理第二章第一节坐标系,坐标系指的是描述空间位置的表达形式，即采用什么方法来表示空间位置。

基准指的是为描述空间位置而定义的一系列点、线、面。

在大地测量中的基准一般是指为确定点在空间中的位置，而采用的地球椭球或参考椭球的几何参数和物理参数，及其在空间的定位、定向方式，以及在描述空间位置时所采用的单位长度的定义。

GPS测量数据处理第二章第一节坐标系,二、参考系,点的位置是由以相对于一个预先定义的数学表面的坐标值所确定的。

在大地测量中，该数学表面被称为基准，而相对于该基准的点位置由其坐标来确定。

所以基准就是用作确定点位置的参考的坐标面。

这样的参考系可以建立在大地水准面、参考椭球面或一个平面上。

GPS测量数据处理第二章第一节坐标系,地球的自然表面,地球的自然表面：

地球的自然表面高低起伏，其形状十分复杂，如珠穆朗玛峰高达8848.13m，马里亚纳海沟深达11022m。

海洋的面积占71%，陆地的面积占29%。

可以用静止的海水面向陆地延伸而形成一个封闭的曲面，得到包围地球的形体来代表地球的形体。

GPS测量数据处理第二章第一节坐标系,水准面,水准面：

任何静止的液体表面称为水准面，是一个处处与重力方向垂直的连续曲面。

铅垂线和水准面是测量工作所依据的线和面。

随着高度的不同，水准面有无数个。

平均海水面是其中的一个。

GPS测量数据处理第二章第一节坐标系,大地水准面,大地水准面：

平均海水面向陆地、岛屿延伸而形成的封闭曲面。

它所包围的形体叫大地体。

由于地球内部质量分布不均匀，使得地面上各点的铅垂线方向产生不规则的变化，因而大地水准面实际上是一个连续的封闭的但有微小起伏的不规则曲面，无法用数学模型来表示。

GPS测量数据处理第二章第一节坐标系,地球形状的认识,公元前6世纪毕达哥拉斯提出地圆说公元前4世纪亚里士多德用物理方法验证了地圆说18世纪证实的扁球说。

长半轴a=6378140米短半轴b=6356755米a-b=21385米扁度=,GPS测量数据处理第二章第一节坐标系,参考椭球面,参考椭球面：

一个以椭圆的短轴为旋转轴的旋转椭球体的表面。

椭球体的大小和大地体十分接近。

参考椭球面可用数学模型表示。

1、代表地球的数学表面；2、大地测量计算的基准面；3、研究大地水准面的参考面；4、地图投影的参考面。

GPS测量数据处理第二章第一节坐标系,参考椭球面,参考椭球的定位：

为了将以大地水准面为基准的野外观测结果化算到这个表面上，必须将参考椭球面与大地水准面在位置上的关系确定下来，这个工作叫椭球定位。

世界各国都根据本国的地面测量成果选择一种适合本国要求的参考椭球。

与各国领域内的局部大地水准面最为接近。

定大地原点：

定向：

短轴平行于地轴定位：

大地体与椭球体相切定大小：

椭球的基本元素一定,GPS测量数据处理第二章第一节坐标系,为了准确描述地球椭球的形状，国际上综合了天文、大地、重力、人卫等资料，给出了不同的参考椭球参数，以适应于各个国家的测量需求。

地球参考椭球,克拉索夫斯基椭球,1954年坐标系,1980年坐标系,GPS坐标系,IAG-75椭球,WGS84椭球,GPS测量数据处理第二章第一节坐标系,地球自然表面,GPS测量数据处理第二章第一节坐标系,三、基本测量坐标系,1.概要2.大地坐标系3.空间直角坐标系4.平面直角坐标系,GPS测量数据处理第二章第一节坐标系,1.概要,坐标系指的是描述空间位置的表达形式，即采用什么方法来表示空间位置。

人们为了描述空间位置，采用了多种方法，从而也产生了不同的坐标系，如直角坐标系、极坐标系等。

一个坐标系是由原点位置、轴的指向和定义在坐标系下点位的参数（坐标分量）所确定的。

地面坐标系的指向可以用它们的极、平面和轴来描述。

GPS测量数据处理第二章第一节坐标系,2.大地坐标系,大地坐标系是以参考椭球面为基准面以起始子午面和赤道面为参考面。

GPS测量数据处理第二章第一节坐标系,O,P,L,B,N,S,HP,赤道面,起始子午面,大地经度L大地纬度B大地高H,例：

武汉某点的位置是东经114，北纬30。

GPS测量数据处理第二章第一节坐标系,3.空间直角坐标系,Z,空间直角坐标系的建立,起始子午面,北极,赤道面,GPS测量数据处理第二章第一节坐标系,空间直角坐标系与大地坐标系的关系,GPS测量数据处理第二章第一节坐标系,4.平面直角坐标系,当测区范围较小时（小于100km2），常把球面看作平面，这样地面点在投影面上的位置就可以用平面直角坐标系来确定。

正规的平面直角坐标系是利用投影变换，将空间坐标（空间直角坐标或大地坐标）通过某种数学变换投影到平面上。

这种变换又称为投影变换。

常见的投影变换高斯-克吕格投影（也称高斯投影）UTM投影Lambuda投影,GPS测量数据处理第二章第一节坐标系,第二节基准和参考框架,一、基准二、参考框架,GPS测量数据处理第二章坐标系、基准和参考框架,一、基准,基准是指为描述空间位置而定义的点、线、面。

在大地测量中，基准是指用以描述地球形状的参考椭球的参数，如参考椭球的长短半轴，以及参考椭球在空间中的定位及定向，还有在描述这些位置时所采用的单位长度的定义。

平面和垂直基准都广泛应用于测量中。

GPS测量数据处理第二章第二节基准和参考框架,水平基准大地基准定义一个基于椭球的基准需要5个元素。

项目基准常见于工程项目，即独立坐标系。

垂直基准是一个用于确定高程的参考系。