Ashtech+GPS+RTK+测量研究.docx
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Ashtech+GPS+RTK+测量研究
目录
第一章GPS简介1
1.1GPS及其发展1
1.2GPS系统及定位原理2
1.2.1系统组成2
1.2.2定位原理2
1.3RTK的概念与优点2
第二章AshtechZ-Xtreme接收机简介5
2.1AshtechGPS接收机产品概述5
2.2AshtechZ-Xtreme接收机的RTK介绍8
2.2.1AshtechRTK测量的优点8
2.2.2Ashtech快速RTK技术的亮点9
第三章AshtechZ-XtremeRTK测量10
3.1准备工作10
3.2基准站设置11
3.2.1部件连接11
3.2.2基准站设置18
3.3流动站设置20
3.3.1部件连接20
3.3.2流动站设置23
3.4数据采集25
3.5本章小结27
第四章AshtechZ-Xtreme放样28
4.1点位的放样28
4.2直线和偏移（LineandOffset）29
4.3折线点的放样（PolylinePoints）30
4.3.1编辑折线30
4.3.2折线的放样34
4.4曲线和偏移35
第五章总结38
致谢39
主要参考文献40
附录41
英文文献（原文）41
英文文献（翻译）48
第一章GPS简介
1.1GPS及其发展
GPS（NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem）——导航卫星授时与测距/全球定位系统，通常简称为“全球定位系统”（GPS）。
[4]
GPS作为新一代测量技术以其高精度可同时获得测站WGS-84坐标系下3维坐标的特性已被测量界广泛应用。
[8]
初次应用全球定位系统（GPS）进行精确定位距今已近二十年了。
此技术初创不久，就以MacrometerV-1000GPS接收机的问世而进入了商业实用阶段。
当时虽然Macrometer接收机笨重难用，性能也不太稳定，而且价格昂贵（每台150,000美元），但它不必顾及横向通视，而能以1-2ppm（每公里1毫米）的精确度提供大地定位测量成果。
GPS技术的诞生使测量工作发生了重大的变革。
从八十年代早期初创到九十年代中期，GPS测量发生了巨大变化。
接收机设备价格降低了，可靠性提高了，体积和重量也减小到便于携带的程度。
纵观人类测绘发展史。
卫星定位取得惊人发展。
1980年子午仪卫星（NNSS）的多普勒观测值的精度：
广播星历为3-5米精密星历为1米。
采用差分技术后相对精度为0.5米，同地面三角测量相比多普勒测量获得了更精确更可靠更经济的成果。
今天采用GPS技术，10000KM的长边精度可达1M的成果在短边时观测一小时精度可达1CM。
GPS性能的重大改进是2001年5月1日取消SA，自此以后的实测表明平面精度最高可达3-15米（%75的概率）。
取消SA后GPS的应用在全球掀起第二次高潮。
[6]
1.2GPS系统及定位原理
1.2.1系统组成
GPS系统由三个主要部分组成：
卫星、地面监控站和接收机。
监控站的主要目的是监测和维护卫星，一般用户是见不到的，只要知道它们的存在是为了保障卫星正常运转就够了。
卫星是GPS的第二个主要部分。
整个卫星星座原定为24颗卫星，但现时有27颗正在运行。
每颗卫星在地面上空约20,200公里的轨道运行，运行周期略小于12小时。
每颗卫星上载有一台无线电收发机。
收发机从地面监控站接收信息和指令，并发射有关卫星标识、位置、时间等信息。
每颗卫星都能用两个不同的频率发射：
L1为1575.42MHz和L2为1227.60MHz。
虽然我们不必关心监控站，却必须知道在采集数据期间可用卫星的位置、几何状态及数目。
这些将是影响GPS测量可靠性和精确度的重要因素。
GPS接收机接收并储存从GPS卫星发来的信息。
这是接收机的主要功能（对某些接收机是其唯一功能）[4]。
1.2.2定位原理
GPS定位时，把卫星看成飞行的控制点，利用测量的距离进行空间后方交会，便得到接收机的位置。
卫星的瞬时坐标可以利用卫星的轨道参数计算。
4
1.3RTK的概念与优点
RTK（RealTimeKinematic）,实时动态定位技术，又称载波相位差分技术，能够实时提供测点（用户站）在指定坐标系的三维坐标成果，在测程20千米以内可达到厘米级精度。
GPSRTK实时动态定位技术是一项以载波相位观测为基础的实时差分GPS测量技术。
它的基本形式是：
一台基准站接收机，一台或多台流动站以及用于数据传输的电台。
在RTK作业模式下基准站流动站保持同时跟踪至少5颗以上的卫星。
基准站不断的对可见卫星进行观测，并把带有已知点位置的数据，借助电台将其观测值坐标信息发送给流动站接收机，流动站接收机将自己采集的GPS观测数据和接收来自基准站的数据组成差分观测值进行实时处理，求得其三维坐标。
通过对RTK技术的实际应用，和常规测量相比，它具有以下显著优势：
1．能在现场实时求解流动站坐标、且能实时知道定位的精度；
2．一个基准站可以支持多个流动站同时工作。
流动站和基准站之间的数据链保证流动站正确地采集数据，大大提高了工作效率，架好基准站以后每个流动站只需一人操作。
3．输入转换参数后可以进行WGS84坐标与本地要求坐标间的正确转换；
4．用于放样精度高，且异常便捷。
RTK技术具有十分广阔的应用前景。
在20——30km范围内RTK实时定位精度可达厘米级，目前正想5毫米级迈进，在几百米或1—2千米条件下，可以以毫米级精度实现动态定位。
鉴于它的长距离高精度的特点，可以用于控制测量，比如可以高效率、高精度经济而又快速地建立或改善工程和城市控制网。
同时RTK的实时特性又可以应用于地形测量，道路测量，曲线测设和道路放样等方面，特别是RTK系统新开发的放样和定线功能，自应用于实践以来，已受到生产部门的极大关注。
RTK还可以在局部地区提供较高精度实时导航和定位的能力，若结合地理信息系统，就可以在陆地、海洋、空中的导航、定位、交通管理等方面作出更大的贡献。
尤其对于海洋测量来说，由于测船不可能频繁地停靠码头或到其他点，也不可能长时间在一已知点上保持绝对稳定，因而在运动中确定整周模糊度并实现数据实时传输的RTK技术对其有着特殊重要的意义，据大连舰艇学院所做的针对Trimble400SE-RTK技术的海上实时定位精度的试验表明，测船的实时动态定位精度与静态时一致，RTK技术作为GPS应用的新进展，完全可以提供厘米级的定位结果。
限于其作用距离，它将主要应用于近岸海洋工程测量和水位监测等方面。
[4]
第二章AshtechZ-Xtreme接收机简介
2.1AshtechGPS接收机产品概述
AshtechZ-Xtreme是美国Ashtech公司产品。
美国阿什泰克（ASHTECH）公司成立于1987年，是著名的GPS接收机生产厂商之一。
公司一成立就推出了具有12个独立通道的体积小、重量轻、功耗低的测量型GPS型接收机，其操作也极为简单，只要一开机就能自动跟踪卫星、自动采集和记录测量数据。
[7]
阿什泰克推出了体积小、重量轻、耗电省，而且内置电池和内置数据链电台的一体化的测量型和RTK型97款Z-12GPS接收机。
还推出了可以同时接收美国的GPS和俄罗斯GLONASS两种卫星定位系统的信号的24通道的测量型GG24兼容接收机，1988年又推出了双系统的RTK型GGRTK兼容接收机、双系统（GPS+GLONASS）双频基准站型接收机Z-18。
由于两种卫星系统星座的卫星总数为48颗，使得在只使用GPS卫星信号的GPS接收机无法工作的一些卫星信号被遮挡地区，如城市、市区和河谷区，也能进行卫星定位测量和RTK作业。
阿什泰克还专门为高精度连续观测需要（如GPS地壳形变监测网、GPS差分基准站网、广域差分基准站网）研制出了Z-12GGRS（连续大地测量基准站系统）和Z-FXCGRS系统。
这两种系统不但能够给出高精度的测量结果，配备相应的软件还可以进行远程的系统管理、数据下装和数据传送；而且还可以与气象仪器、倾斜仪等其他传感器进行接口连接，各种传感器的数据均传入CGRS系统，再由CGRS系统下装和传送。
系统特点:
亚厘米级精度·坚固外壳轻型设计·集成化兼具灵活性的系统
Z-Xtreme系统是具有坚固外壳、可以适应各类气候的双频GPS接收机。
技术参数：
1．典型测量功能：
静态及快速静态:
·水平：
5mm+1ppm
·垂直：
10mm+1ppm
后处理动态：
·水平：
1cm+1ppm
·垂直：
2cm+1ppm
RTK定位（精测模式）：
·水平：
1cm+2ppm
·垂直：
2cm+2ppm
·方位（arcsec）:
0.4+2.0/公里基线长
RTK占位测量时间：
·2秒（如时间更长些可达
亚厘米精度）
“即时RTK”初始化：
·可靠性99.9%
·<2秒,（6颗或更多卫星、
PDOP<5、基线长度<7KM、
天空开阔、低多路径干扰
条件下）
RTK作用距离:
·推荐:
≤10KM
·最大:
40KM
2.环境参数:
Z-Xtreme接收机（内置电池）
·风雨和灰尘环境,符合MIL-STD810E美国军用标准
·工作温度:
-30℃∽+55℃
·存放温度:
-40℃∽+85℃
大地型4天线
·液体浸没苻合IPXT技术要求.
·工作温度:
-40℃∽+65℃
·存放温度:
-55℃∽+75℃
3.物理参数:
重量:
·接收机:
1.6公斤
·天线:
0.89公斤
尺寸:
·0.76cm（高）x1.96cm（宽）
x2.21cm（长）
电源:
·容量:
5400mAH
·10小时连续工作
PC卡：
·ATA类型PCMCIA存储卡
·温度范围：
-40℃∽+85℃
·数据容量：
4500历元数/2MB*
*根据一个完整时段8颗卫星观测数据。
这项指标按照不同的时段条件会有明显的变化。
7
2.2AshtechZ-Xtreme接收机的RTK介绍
2.2.1AshtechRTK测量的优点
Ashtech快速-RTK技术集中体现于Ashtech新近生产面世的Z-Xtreme测量型GPS接收机。
Z-X是一款具有12通道，坚固外壳设计，能适应各种气候条件，具有抗震、防雨的双频接收机。
可取不同的系统配置，以低投入、高效率、厘米级精度提供给测量人员和机械控制专业应用。
AshtechZ-X接收机基于超级Z跟踪技术，她代表着搜索跟踪卫星信号的最高水平（Gourevitch1994.Lorenz.et.al）。
Z-X接收机还新增加了高灵敏度RF部件；可拔插的高能锂电池，大容量磁卡足以容纳整天最大接收数据量；与接收机相连的电子手薄时刻都能准确显示电池的剩余电量状况，而且电池重量也降低了三分之一，这些都使接收机的有效工作时间比旧式接收机提高了一倍。
图1所示为防风雨，耐冲击外壳及内部高集成度的部件,其设计满足MIL标准810E要求，能适应在各种恶劣操作环境中使用。
面板上设计了一个LED小显示屏及三个键钮，用于显示观测状态及信息输入，检查测量模式，设置RTK基准站信息，显示收星状况、数据记录及电台模式。
Z-X内置UHF扩频电台可用于RTK实时数据通信。
图1AshtechZ-Xtreme接收机
传统的RTK系统要求在瞬间初始化达到厘米级的定位精度，所有这些特点都被快速-RTK的技术及制造工艺发挥到了尽善尽美地步。
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