Ashtech+GPS+RTK+测量研究.docx

1、Ashtech+GPS+RTK+测量研究目录第一章 GPS简介 11.1 GPS及其发展 11.2 GPS系统及定位原理 21.2.1 系统组成 21.2.2 定位原理 21.3 RTK 的概念与优点 2第二章 Ashtech Z-Xtreme接收机简介 52.1 Ashtech GPS接收机产品概述 52.2 Ashtech Z-Xtreme接收机的RTK介绍 82.2.1 Ashtech RTK 测量的优点 82.2.2 Ashtech快速RTK技术的亮点 9第三章 Ashtech Z-Xtreme RTK测量 103.1 准备工作 103.2 基准站设置 113.2.1 部件连接 113

2、.2.2 基准站设置 183.3 流动站设置 203.3.1 部件连接 203.3.2 流动站设置 233.4 数据采集 253.5 本章小结 27第四章 Ashtech Z-Xtreme 放样 284.1 点位的放样 284.2 直线和偏移（Line and Offset） 294.3 折线点的放样(Polyline Points) 304.3.1 编辑折线 304.3.2 折线的放样 344.4 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1.1 GPS及其发展GPS (Navigation Sate

3、llite Timing and Ranging / Global Positioning System) 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）。4GPS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 Macrometer V-1000 GPS 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1-2 pp

4、m（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S

5、A，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。61.2 GPS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

6、。每颗卫星都能用两个不同的频率发射：L1 为 1575.42 MHz 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。41.3 RTK 的概念与优点RTK (Real Time Kinematic),实时动态定位技术，又

7、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。GPS RTK 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

8、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2030km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12千米条件下，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

9、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Trimble 400SE-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

10、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 Ashtech Z-Xtreme接收机简介2.1 Ashtech GPS接收机产品概述Ashtech Z-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

11、体化的测量型和RTK型97款Z -12 GPS 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

12、站系统）和Z-FX CGRS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+1ppmRTK定位（精测模式）：水平：1cm+2ppm垂直：2cm+2ppm

13、方位（arc sec）: 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、 PDOP5、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:40KM2.环境参数:Z-Xtreme接收机(内置电池)风雨和灰尘环境,符合 MIL-STD 810E 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+753.物理参数:重量:接收机:1.6公斤天线:0.89公斤尺寸:0.76cm(高)

14、x1.96cm(宽) x2.21cm(长)电源:容量:5400mAH10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。72.2 Ashtech Z-Xtreme接收机的RTK介绍 2.2.1 Ashtech RTK 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

15、、厘米级精度提供给测量人员和机械控制专业应用。Ashtech Z-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1 Ashtech Z-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。