测量教案8章-GNSS测量课件.ppt
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- 关 键 词:
- 测量 教案 _GNSS 课件
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1、第8章 GNSS测量的原理与方法 GNSSGlobal Navigation Satellite System 全球导航卫星系统缩写 GNSS美国GPS、俄罗斯GLONASS 中国Compass(北斗)、欧盟Galileo(伽利略)已投入商业运行的卫星定位测量系统 美国GPS,俄罗斯GLONASS。2012年10月25日,我国发射第16颗北斗卫星(5+30)“北斗”系统将于2012年前具备亚太地区服务能力 2020年左右具备覆盖全球的服务能力。1)GPS GPS始建于1973年,1994年投入运营 24颗卫星均匀分布在6个相对于赤道倾角为 55o的近似圆形轨道上,每个轨道有4颗卫星运行 卫星距
2、地球表面的平均高度20181km 运行速度3800m/s,运行周期11h58min2s 每颗卫星可覆盖全球38的面积 卫星的分布,可保证在地球上任意地点、任何时刻 高度15o以上的天空能同时观测到4颗以上卫星。GPS卫星星座(6轨道4颗=24颗)GPS卫星 GPS卫星 GPS卫星 美国最新型GPS卫星洛马公司GPS-III卫星 2010年6月发射入轨,定位精度提高2倍。美国最新型GPS卫星波音公司GPS-IIF卫星 2010年5月发射入轨,定位精度提高2倍。2)GLONASS GLONASS始建于1976年,2004年投入运营 设计使用24颗卫星均匀分布在3个相对于赤道的 倾角为64.8o的近
3、似圆形轨道上 每个轨道上有8颗卫星运行 它们距地球表面的平均高度19061km 运行周期11h16min。GLONASS卫星星座(3轨道8颗=24颗)GLONASS卫星 GLONASS卫星 GLONASS-M卫星模型 3)Compass(北斗)5颗静止轨道卫星,30颗非静止轨道卫星组成 提供两种服务开放服务和授权服务 开放服务服务区免费提供定位,测速和授时服务 定位精度10m,授时精度50ns 测速精度0.2m/s 2012年12月27日开始正式为亚太区域提供导航服务 预计2020年左右具备覆盖全球的服务能力。Compass卫星运行轨道 Compass卫星 Compass卫星 西昌卫星发射中心
4、“长征三乙”运载火箭发射 第16颗北斗导航卫星(2012年10月25日23时33分)4)欧盟Galileo系统 2002年3月24日欧盟决定研制组建自己的 民用卫星导航定位系统 Galileo系统 Galileo卫星27颗工作卫星+3颗备用卫星 30颗卫星均匀分布在3个轨道面,运行周期12h 卫星高度23616km,轨道倾角56o,总投资34亿欧元 2005年12月28日第一颗Galileo试验卫星进入轨道 2006年1月12日,卫星开始向地面发送信号。Galileo系统是一种多功能的卫星导航定位系统 有公开服务,安全服务,商业服务,政府服务功能 只有前两种服务是自由公开的 后两种服务需要经过
5、批准后才能使用。Galileo卫星运行轨道altitude 23616 kmSMA 29993.707 kminclination 56 degrees period 14 hours 4 min ground track repeat about 10 daysG G G GALI LEOALI LEOALI LEOALI LEOD ATAD ATAD ATAD ATA27+3 satellites in three Medium Earth Orbits(MEO)Walker 27/3/1Constellation 欧盟Galileo卫星 欧盟Galileo卫星 欧盟Galileo卫星 8
6、.1 GPS概述 GPS定位原理空间测距交会 P点安置GPS接收机,接收卫星发射的测距码信号 在接收机时钟控制下 解出测距码从卫星接收机的时间t 乘光速c、加卫星时钟与接收机时钟不同步改正 算出卫星接收机的空间距离 vt卫星钟差,vT接收机钟差 GPS测距方式单程测距 接收机接收到的测距信号不再返回卫星 接收机直接解算传播时间t 并算出卫星接收机的距离。)(tTvvctc 要求卫星和接收机时钟严格同步 卫星在严格同步时钟控制下发射测距信号 实际卫星钟与接收机钟不严格同步钟误差 两个时钟不同步对测距结果的影响c(vTvt)卫星广播星历含卫星钟差vt已知 接收机钟差vT未知观测方程解算 卫星接收机
7、的空间距离 未考虑大气电离层,对流层折射误差影响 不是卫星接收机的几何距离伪距)(tTvvctc 测距时刻ti 接收卫星Si广播星历解算出 Si在WGS-84坐标系的三维坐标xi,yi,zi 则Si卫星P点的空间距离 伪距观测方程 4个未知数xP,yP,zP,vT 应同时锁定4颗卫星观测,解算。222)()()(iPiPiPiPzzyyxxR222)()()()(iPiPiPiPTitiPiPzzyyxxRvvctc 观测A,B,C,D四颗卫星的伪距方程 解方程算出P点坐标xP,yP,zP222222222222)()()()()()()()()()()()()()()()(DPDPDPTDt
8、DPDPCPCPCPTCtCPCPBPBPBPTBtBPBPAPAPAPTAtAPAPzzyyxxvvctczzyyxxvvctczzyyxxvvctczzyyxxvvctc 8.2 GPS的组成 工作卫星,地面监控系统,用户设备。1)地面监控系统 卫星广播星历包含描述卫星运动及其轨道的参数 每颗卫星广播星历由地面监控系统提供 地面监控系统1个主控站,3个注入站,5个监测站(1)监测站 主控站控制的数据自动采集中心 设备双频GPS接收机、高精度原子钟 气象参数测试仪、计算机 功能对GPS卫星信号连续观测 搜集当地气象数据,观测数据经处理后传送到主控站(2)主控站 协调和管理所有地面监控系统工作
9、 根据观测数据,推算编制卫星星历、卫星钟差 大气层修正参数,数据传送到注入站 提供时间基准。各监测站和GPS卫星原子钟应与 主控站原子钟同步,或测量出其间钟差 将钟差信息编入导航电文,送到注入站 调整偏离轨道的卫星,使之沿预定的轨道运行 启动备用卫星,以代替失效的工作卫星(3)注入站 主控站控制下 将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文 控制指令注入卫星存储器,监测注入信息的正确性 除主控站外,整个地面监控系统无人值守。2)用户设备 GPS接收机和相应的数据处理软件 GPS接收机包括接收天线、主机、电源。GPS接收机任务 捕获卫星信号,跟踪并锁定卫星信号 处理接收到的信号 测量测距信号从
10、卫星传播到接收机天线的时间间隔 译出卫星广播的导航电文 实时计算接收机天线三维坐标、速度和时间 按用途分类导航型,测地型,授时型 载波频率单频接收机(用1个载波频率)双频接收机(用2个载波频率)南方测绘NGS9600测地型单频静态GPS接收机 8.3 GPS定位的基本原理 测距原理伪距,载波相位测量,GPS差分定位 待定点位运动状态静态定位,动态定位。8.3.1 卫星信号 载波,测距码(C/A码P码),数据码(导航电文或称D码)同一原子钟频率f0=10.23MHz下产生。1)载波信号 频率用无线电波段两种不同频率电磁波 L1载波:f1=154f0=1575.42MHz,1=19.03cm L2
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