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比较导航、制导、大地测量的异同

归档日期:08-08       文本归类:导航制导      文章编辑:爱尚语录

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  GPS测量定位技术是使学生了解根据GPS定位的特点来测定工程控制网的过程,它和常规工程控制网的不同点和相同点,

  GPS又称为全球定位系统(Global Positioning SystemGPS)是美国从上世纪70年代开始研制历时20年耗资200亿美元于1994年3月完成其整体部署实现其全天候、高精度和全球的覆盖能力现在GPS于现代通信技术相结合使得测定地球表面三维坐标的方法丛静态发展到动态丛数据后处理发展到实时的定位与导航极大地扩展了它地应用广度和深度.载波相位差分法GPS技术可以极大提高相对定位精度.在小范围内可以达到厘米级精度.此外由于GPS测量技术对测点间地通视和几何图形等方面地要求比常规测量方法灵活、方便已完全可以用来施测各种等级地控制网.GPS全站仪的反展在地形和土地测量以及各种工程、变形、;地表沉陷监测中已经得到广泛应用在精度、效率、成本等方面显示出巨大的优越性.

  GPS系统包括三大部分:空间部分—GPS卫星星座;地面控制部分—地面监控系统;用户设备部分—GPS信号接收机.

  由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座记作(21+3)GPS星座.24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内轨道倾角为55度各个轨道平面之间相距60度即轨道的升交点赤经各相差60度.每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度.

  在两万公里高空的GPS卫星当地球对恒星来说自转一周时它们绕地球运行二周即绕地球一周的时间为12恒星时.这样对于地面观测者来说每天将提前4分钟见到同一颗GPS卫星.位于地平线以上的卫星颗数随着时间和地点的不同而不同最少可见到4颗最多可见到11颗.在用GPS信号导航定位时为了结算测站的三维坐标必须观测4颗GPS卫星称为定位星座.这4颗卫星在观测过程中的几何位置分布对定位精度有一定的影响.对于某地某时甚至不能测得精确的点位坐标这种时间段叫做“间隙段”.但这种时间间隙段是很短暂的并不影响全球绝大多数地方的全天候、高精度、连续实时的导航定位测量.GPS工作卫星的编号和试验卫星基本相同.

  对于导航定位来说GPS卫星是一动态已知点.星的位置是依据卫星发射的星历—描述卫星运动及其轨道的的参数算得的.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.这就需要地面站监测各颗卫星的时间求出钟差.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工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站.

  GPS信号接收机的任务是:能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号并跟踪这些卫星的运行对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间解译出GPS卫星所发送的导航电文实时地计算出测站的三维位置位置甚至三维速度和时间.

  GPS卫星发送的导航定位信号是一种可供无数用户共享的信息资源.对于陆地、海洋和空间的广大用户只要用户拥有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备即GPS信号接收机.可以在任何时候用GPS信号进行导航定位测量.根据使用目的的不同用户要求的GPS信号接收机也各有差异.目前世界上已有几十家工厂生产GPS接收机产品也有几百种.这些产品可以按照原理、用途、功能等来分类.

  静态定位中GPS接收机在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变接收机高精度地测量GPS信号的传播时间利用GPS卫星在轨的已知位置解算出接收机天线所在位置的三维坐标.而动态定位则是用GPS接收机测定一个运动物体的运行轨迹.GPS信号接收机所位于的运动物体叫做载体(如航行中的船舰空中的飞机行走的车辆等).载体上的GPS接收机天线在跟踪GPS卫星的过程中相对地球而运动接收机用GPS信号实时地测得运动载体的状态参数(瞬间三维位置和三维速度).

  接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包构成完整的GPS用户设备.GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两大部分.对于测地型接收机来说两个单元一般分成两个独立的部件观测时将天线单元安置在测站上接收单元置于测站附近的适当地方用电缆线将两者连接成一个整机.也有的将天线单元和接收单元制作成一个整体观测时将其安置在测站点上.

  GPS接收机一般用蓄电池做电源.同时采用机内机外两种直流电源.设置机内电池的目的在于更换外电池时不中断连续观测.在用机外电池的过程中机内电池自动充电.关机后机内电池为RAM存储器供电以防止丢失数据.

  近几年国内引进了许多种类型的GPS测地型接收机.各种类型的GPS测地型接收机用于精密相对定位时其双频接收机精度可达5MM+1PPM.D单频接收机在一定距离内精度可达10MM+2PPM.D.用于差分定位其精度可达亚米级至厘米级.

  目前各种类型的GPS接收机体积越来越小重量越来越轻便于野外观测.GPS和GLONASS兼容的全球导航定位系统接收机已经问世.

  GPS的基本定位原理是:卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息用户接收到这些信息后经过计算求出接收机的三维位置三维方向以及运动速度和时间信息.

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