GNSS课件
GNSS基础知识-PPT课件
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。
主控站
太
大
印
西
度
平 洋
这种定位方法称为距离交会法
GPS定位原理 GPS定位本质：距离后方交会
理论上，三颗卫星就 能够确定地面卫星接收机 的位置。
三颗卫星在三维空间中 其实有两个交点，但一个在 太空，一个在大气层内。
GPS定位原理
GPS定位是通过GPS 接收机同时接收 4 颗以上的GPS卫 星发出的信号来测定接收机在地球上的位置。
►L3 (1381.05 MHz) – 美国国防部用来探测导 弹发射、核爆炸以及其他高能量红外线事件。 ►L4 (1841.40 MHz) – 正被研究提供更多的电 离层改正。
GPS定位原理
在同一平面上，通过测量到两个已知点的精确距离，可以 精密地确定出平面位置。
.P
.
我的位置应该在P点或Q点
Q
GPS定位原理
体的位置、速度和时间信息的要求 同时也可为民间用户提供类似但受限的免费服务
GPS的组成部分
GPS系统由三部分组成
1、空间部分 （Space Segment） 2、地面控制部分 （Ground Segment） 3、用户设备部分 （User Segment）
用户部分： 接收并测定卫星信号 记录原始数据 得到导航定位信息
GPS定位原理
解算方程：
+
r s
GNSS高精度定位技术PPT课件
• period 14 hours 4 min • ground track repeat about 10 days
the Galileo satellite constellation
其它卫星导航定位系统——Galileo
GIOVE A
the GIOVE Satellite GIOVE B
• GIOVE的主要目标:
从80年代末到现在，实施了一系列重大的GPS卫星测量工程 和项目。
大地测量：利用GPS技术开展国际联测，建立全球或全国 性大地控制网，提供高精度的地心坐标，测定和精化大地 水准面。
工程测量：应用GPS静态相对定位技术，布设精 密工程控制网，用于桥梁工程、隧道与管道工程 、海峡与地铁贯通工程以及精密设备安装工程等 。
– 频率信号测试； – 验证一些关键技术（比如铷原子钟、氢原子钟）； – 轨道环境特征测试； – 并行2或3通道信号传输测试。
发展路线图
GNSS简介—北斗
我国自行研制的两颗北斗导航 试验卫星分别于2000年10月31 日和12月20日从西昌卫星发射 中心升空并准确进入预定的地 球同步轨道（东经80º和140º 的赤道上空），此外另一颗备 用卫星也被送入预定轨道（东 经110.5º的赤道上空），标志 着我国拥有了自己的第一代卫 星导航系统——BD–1
–1964年1月建成
–1967年7月解密供民用
子午卫星系统及其局限性
大地测量多普勒接收 机-1
（MX1502）
大地测量多普勒接收 机-2
（CMA751）
系统组成
–空间部分
• 卫星：发送导航定位信号（信号： 4.9996MHz 30 = 149.988MHz； 4.9996MHz 80 = 399.968MHz； 星历）
GNSS是指全球导航卫星系统课件 卫星运动基础与位置计算
x xkxi xi来自)yk拉格朗日多项式内插
内插精度
➢ 采用17阶多项式，精度可优于5mm
注意事项
➢ 要对某一时段的轨道内插，精密轨道数据应该完全 覆盖该时段，最好前后有9个历元的延伸
➢ 下载数据时，需要观测当天及前后各一天的数据
作业：
1、画利用广播星历计算卫星 位置的流程图，并进行详细解 释（如右示例）。
开普勒第三定律n GM a3
平近点角M，假设卫星运动的平均角速度为n，则：
M = n ×( t - t0 )
偏近点角E
m’
E M e sin E
（开普勒方程）
f ac tan 1 e2 sinE cos E e
m
b
a
Ef
M0
近地点
§3.2 卫星的受摄运动
除地球中心引力外，其它的摄动力包括： ✓ 地球非球性及质量分布不均 2km/3h ✓ 太阳和月亮的引力 ✓ 太阳辐射压力 ✓ 大气阻力 ✓ 地球潮汐作用力 ✓ 磁力
§3.3 卫星星历
广播星历
由地面跟踪站观测数据计算出的卫星轨道外推得 出，是一种预报星历，具有实时性、易获取等特点， 用于实时导航定位。
精密星历
由IGS（国际GNSS服务）根据卫星地面跟踪站的 精密观测数据经后处理计算出的，也称后处理星历。
§3.3 卫星星历
参数
定义
星历参考历元
单位
轨道长半径的平方根 轨道偏心率 近地点角距 卫星运动的平均角速度与计算值之差 参考历元的平近点角 参考历元的升交点赤经 升交点赤经的变化率 参考历元的轨道倾角 轨道倾角的变化率
9)计算卫星在轨道平面坐标系中的位置 x r cosu
y r sinu
GNSS是指全球导航卫星系统课件 动态定位
单基准站差分 多基准站差分
➢ 广域差分（WADGNSS – Wide Area DGNSS）
§6.2 差分定位—— RTK
差分GNSS组成
➢ 基准站（参考站、基站）：单站、多站 ➢ 数据通信链：电台、广播、卫星 ➢ 用户：导航、定位 ➢ 数学模型：单站、多站
虚拟参考站（Virtual Reference Station，VRS ）
§6.3 网络RTK及连续运行参考系统CORS 1、网络RTK
➢ 基准站网 ➢ 数据处理中心级数据播发中心 ➢ 数据链 ➢ 用户
§6.3 网络RTK及连续运行参考系统CORS 2、连续运行参考系统CORS
多功能连续运行的综合服务系统
φ λ ( X S X )2 (Y S Y )2 (Z S Z )2 N λ C dt C dT Vion Vtrop§6.2 差分定位— NhomakorabeaDGNSS
误差的相关性
各类误差中除多路径误差外，其他误差均具较强的 相关性，从而定位结果也有一定的相关性。
差分GNSS的基本原理
利用基准站（架设在坐标精确已知的点上的接 收机）测具有相关性的误差或其对测量定位结 果的影响，供流动站改正其观测值或定位结果。
定位方式
➢ 单点定位（绝对定位） • 普通单点定位 • 精密单点定位
➢ 相对定位 • 相对定位 • 差分定位
卫星钟差 接收机钟差 卫星星历误差 电离层延迟 对流层延迟
第六章 实时动态定位
单点动态定位 差分定位 网络RTK及连续运行参考系统CORS
§6.1 单点动态定位
~ ( X S X )2 (Y S Y )2 (Z S Z )2 C dt C dT Vion Vtrop
《GNSS测量与定位》课件
差分定位
精度提升定位方式
差分定位利用两台或两台以上的接收机同时接收卫星信号，通过比较各接收机间信号的延 迟和传播路径差异，解算出各接收机的位置。
特点： 定位精度高，但需要多台接收机同时工作，且需要已知固定参考站的位置信息。
车辆智能调度系统。
智能交通案例4
交通流量实时监测系统。
农业应用案例
农业应用案例1
精准农业种植管理。
农业应用案例2
农机自动驾驶系统。
农业应用案例3
农业资源调查与监测。
农业应用案例4
农业气象灾害预警系统。
气象环保案例
气象环保案例1
1
大气污染扩散模拟研究。
气象环保案例4
4
自然保护区生态监测与保 护。
气象环保案例2
2
气象观测站数据采集与处
理。
气象环保案例3
3
气候变化对生态环境影响 评估。
THANKS
感谢您的观看
Part
06
实践与应用案例
测量工程案例
01
02
测量工程案例1
高精度大区域GNSS测量项目 。
测量工程案例2
城市地籍测量项目。
03
04
测量工程案例3
山区桥梁施工测量项目。
测量工程案例4
大型水利工程测量项目。
智能交通案例
智能交通案例1
城市智能交通信号控制系统。
智能交通案例2
高速公路自动驾驶系统。
智能交通案例3
《GNSS测量与定位 》PPT课件
• 引言 • GNSS基本原理 • GNSS测量技术 • GNSS定位应用 • GNSS技术发展与展望 • 实践与应用案例
《GNSS基础知识》课件
GNSS系统由卫星、地面控制站 和用户设备三部分组成。
GNSS信号的传播
GNSS信号从卫星发射，穿过大 气层，到达用户设备，通过三角 定位计算位置。
GNSS信号的测量
GNSS信号通过测量时间和信号 的相位来计算位置。
GNSS的准确度和精度
1
GNSS的误差类型
GNSS的误差类型包括时钟偏移、电离层延迟、大气衰减、多径效应和信号干扰。
GNSS基础知识
GNSS，全球定位系统，是一种基于卫星发射的导航系统，用于提供全球范 围内的定位、导航和时间服务。
什么是GNSS？
GNSS的定义
GNSS是由一组用于运行和控制卫星的地面和用户设备组成的系统，用于提供服务和数据。
GNSS系统的分类
GNSS系统包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS，欧洲的伽利略系统和中国的北斗卫星导 航系统。
2
GNSS误差的来源
GNSS误差的来源包括系统误差、信号误差和接收器误差。
3
GNSS的误差补偿和校正
GNSS的误差可通过差分GPS、RTK定位和信号滤波算法等方法进行补偿和校正。
GNSS的应用
导航应用
GNSS在汽车、飞机和船只等交 通工具中广泛使用，帮助用户 实现精确定位和导航。
地理测量应用
GNSS在工程测量、土地测绘和 地震研究等领域中得到广泛应 用。
地球物理研究应用
GNSS在海洋研究、大气科学和 地震预警等领域中也发挥着重 要的作用。
GNSS的未来
GNSS的发展趋势
GNSS趋向于高精度、高可靠性 和多模态。
GNSS的新技术和新应用
GNSS将与VR、AR、机器学习 和物联网等新兴技术相结合，应 用范围更广泛。
《GNSS的现状及发展》课件
信息。
3
智能交通
用于优化车辆行驶路线、交通流量控制 等。
GNSS系统的现状和发展趋势
现状
当前已有多个GNSS系统可供使用，包括GPS、 GLON ASS、Beid o u 和Galileo 等。
发展趋势
提高定位和导航的可靠性、精度和完整性，以及增 强GNSS系统与其它导航系统的兼容性。
GNSS在交通运输领域的应用
《GNSS的现状及发展》 PPT课件
GNSS（全球导航卫星系统）是一组被分布在卫星上和地面终端上的设备， 通过互相通讯来测量地球上的位置并提供导航服务。
GNSS的定义和基本原理
卫星发射
多颗卫星进入预定轨道并向地球 发射信号。
接收和测量
接收器接收信息并测量卫星和接 收器之间的距离。
定位
确定用户精确的位置，并在地图 上显示。
GN由卫星、地面控制站和接收设备组成。
分类
GPS（全球定位系统）、GLON ASS（格洛纳斯系统）、Beid o u （北斗导航卫星系统）等。
应用
军事、民用、科研等领域。
GNSS在实际应用中的重要性
1
无线电测量
用于定位移动通信设备和基站。
海洋监测
2
用于监测海洋水文、气象、地球物理等
车载导航系统
GNSS可以用于车载导航系统， 提供准确的位置信息以及路线规 划。
航空导航
GNSS可以用于飞机的无线电导 航，提高飞行安全和效率。
铁路信号和通信
GNSS可以用于铁路信号和通信 系统，减少依赖传统地面线路通 信的缺点。
GNSS在农业领域的应用
1 土地规划和管理
GNSS在农业领域可以用于土地规划和管理，包括土地测量和土地修复。
GNSS相关知识ppt课件
前8bit固定序列(10001011)用于信号同步； 中间16bit用于识别授权用户； 后6bit用于奇偶校验；
1/n (n为码元数) 对齐的同一组码间的相关系数为1
GPS卫星信号 > 信号结构 > 测距码(续)
类型
目前
C/A码(Coarse/Acquisition Code) – 粗码/捕获码； 码率1.023MHz；周期1ms；1周期含码元数1023个； 码元宽度293.05m；仅被调制在L1频段上；
C/ A码码率 f0 101.023MHz; P码码率 f0 10.23MHz; 卫星（导航）电文码率 f0 2046构 > 整体框图
GPS卫星信号 > 信号结构 > 简化框图
GPS卫星信号 > 信号结构 > 示例
GPS卫星信号 > 信号结构 > 载波
GPS卫星信号 > 信号结构 > 载波(续)
特点
所选择的频率有利于测定多普勒频移 所选择的频率有利于减弱信号所受的电离层折射影响 选择两个频率可以较好地消除信号的电离层折射延迟
（电离层折射延迟于信号的频率有关）
GPS卫星信号 > 信号结构 > 测距码
作用
测距
性质
为伪随机噪声码(PRN － Pseudo Random Noise) 不同的码(包括未对齐的同一组码)间的相关系数为0或
GPS卫星信号 > 信号结构 > 总览框图(L1&L2)
GPS卫星信号 > 信号结构 > 概述
GPS卫星信号的组成部分
载波(Carrier)
L1 L2
测距码(Ranging Code)
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《GNSS导航定位技术及应用》
GNSS导航定位误差分析
Error Analyses of GNSS Navigation and Positioning
主讲：李克昭
河南理工大学测绘学院
1. 如何得到卫星至接收机的距离？
2. 如何得到用户所需的坐标信息？
GNSS 伪随机码测距/载波相位测距（观测量）
GNSS 伪距定位/载
波相位定位（模型）
G N S S 定位关键问题
知此知彼，百战不殆。
分析来源，逐一击破。
本节内容
一、GNSS误差分类
二、GNSS误差来源及消除或消弱方法
1. 按性质分类
2. 按误差来源分类
（1）系统误差
（2）偶然误差（3）其他误差
（1）与卫星有关的误差（2）与传播路径有关的误差（3）与接收设备有关的误差（4）其他误差
系统误差
特点具有某种系统特征具有随机特征
误差量级较大，（最大可达
百米级）较小，（最小可达毫米级）
具体内容卫星星历（轨道）误
差；卫星钟差；大气
折射延迟；多路径效
应；天线相位中心偏
差；接收机钟差；信
道延迟等
对准误差等观测误
差
消除消弱法模型法；求差法；参
数法；回避法；延长
观测时间法等
精确对准、固定观
测墩等
随机误差
轨道误差卫星钟差相对论效应
电离层折射
对流层折射多路径效应天线相位中心偏差
接收机钟差，信道延迟等
（1）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
（2）与传播路径有关的误差
✓电离层延迟✓对流层延迟✓多路径效应
（3）与接收设备有关的误差
✓天线相位中心偏差✓接收机钟差✓信道延迟
（1）与卫星有关的误差
✓卫星星历（轨道）误差⎧
⎪
⎨
⎪
⎩
◆卫星跟踪网
◆高精度轨道计算模型
◆相对定位技术
✓卫星钟差⎧
⎪
⎨
⎪
⎩
◆二次拟合模型
◆参数法
◆相对定位技术（测站之间求一次单差，可消除）
✓相对论效应⎧
⎪
⎨
⎪
⎩
◆狭义相对论效应，使卫星钟变慢
◆广义相对论效应，使卫星钟变快
◆应对方法，事先调整卫星钟速
定义：由广播星历或其它轨道信息所给出的卫星位置与卫星的实际位置之差称为卫星星历（轨道）误差。
卫星跟踪网
广播星历：3~5m。
精密星历：由国际GPS地球动力学服务组织（IGS）所测算预报精密星历比美国军方测定的精密星历的精度要高得多，卫星位置精度可达±3厘米。
（目前，全球GPS卫星跟踪站有260对个，我国20多个）
01022
0()()
a a t t t t a t ∆=+-+- 二次拟合模型
参数法
()()()(())()S S S
S S
i i
i i
i t t c c t t I t t t T t ρρδδδδ=+⋅-⋅++
()()()()()()S S S S
i i
i i
i S
t t c t t c I t t t T t ρρδδδδ=+⋅-⋅++111
1111111
()()((()()))P P P P
P t t c t t c t t I t T t ρρδδδδ=+⋅-⋅++ 相对定位技术（测站之间求一次单差，可消除）
2
12
1212
112
()()((()()
))P P P P
P t t c t t c t t I t T t ρρδδδδ=+⋅-⋅++
相对论效应是由于卫星钟和接收机钟所处的状态（运动速度和重力位）不同而引起卫星钟和接收钟之间产生相对钟误差的现象。
（2）与传播路径有关的误差
✓电离层延迟误差⎧
⎪
⎨
⎪
⎩
◆模型改正
◆双频技术法◆相对定位技术
✓对流层延迟误差⎧
⎪
⎨
⎪
⎩
◆模型改正
◆相对定位技术
✓多路径效应⎧
⎪
⎨
⎪
⎩
◆选择测站法（回避法）
◆长时间观测法
◆软硬件方面提高信号的接收性能
◆电离层延迟误差模型改正
Bent模型
由美国的R.B.Bent提出
描述电子密度
是经纬度、时间、季节和太阳辐射流量的函数
国际参考电离层模型（IRI）
由国际无线电科学联盟（URSI）和空间研究委员会
（COSPAR）提出
描述高度为50km-2000km的区间内电子密度、电子温度、
电离层温度、电离层的成分等
以地点、时间、日期等为参数
多路径效应
在GPS测量中，被测站附近的物体所反射的卫星信号（反射波）被接收机天线所接收，与直接来自卫星的信号（直接波）产生干涉，从而使观测值偏离真值产生所谓的“多路径误差”。
◆硬件上
采用抗多路径误差的仪器设备
•抗多路径的天线：带抑径板或抑径圈的天线，极化天线
•抗多路径的接收机：窄相关技术MEDLL(Multipath
Estimating Delay Lock Loop)等
✓
多路径效应
✓多路径效应
◆数据处理上
•加权
•参数法
•滤波法
•信号分析法
（3）与接收设备有关的误差
✓接收机钟差⎧
⎪
⎨
⎪
⎩
◆模型法
◆参数法
◆相对定位技术（卫星间求差可消除）
✓天线相位中心偏差⎧
⎪
⎨
⎪
⎩
◆研制水平◆模型法◆精确对准
✓信道延迟误差从软硬件方面提高接收机的信号接收性能
()()()()()()S
S S S i i i i S
i t t c c t t I t T t t t δρρδδδ=+⋅-⋅++111111111
1()()()()()()P P P P P t t c c t t t T t t I t ρρδδδδ=+⋅-⋅++ 接收机钟差-相对定位技术（卫星间求差可消除）1111111111()()()()()()Q
Q Q Q Q t t c c t t t T t t I t ρρδδδδ=+⋅-⋅++
（4）其他误差
✓软件
✓地球潮汐⎧⎪⎨⎪⎩◆固体潮
◆负荷潮 海洋负荷潮⎧⎨⎩ 大气负荷潮
本节总结
二、GNSS 误差来源及消除或消弱方法
一、GNSS 误差分类
1. 按性质分类
2. 按误差来源分类（1）与卫星有关的误差（2）与传播路径有关的误差（3）与接收设备有关的误差
（4）其他误差✓电离层延迟
✓对流层延迟
✓多路径效应⎧⎪⎨⎪⎩
✓天线相位中心偏差✓接收机钟差✓信道延迟
⎧⎪⎨⎪⎩✓卫星星历（轨道）误差✓卫星钟差✓相对论效应
⎧⎪⎨⎪⎩重点、难点
课后思考载波相位定位的精度高，若发生一个整周计数错误，将产生0.2m 误差。
重建载波混频计数
周跳 t。