空间定位几种常用的空间定位技术 PPT
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空间定位-几种常用的空间定位技术
混合定位技术通过融合不同定位技术的优势，可以提供更广泛、更灵活的定位服务，满足不 同场景下的定位需求。
混合定位技术的组成
全球定位系统（GPS）
无线局球的 优点。
利用无线信号覆盖范围内的网络接入点（AP） 进行定位，适用于室内环境。
蓝牙（Bluetooth）
包括一个主控站、一个数据注入站 和若干监测站。
用户部分
包括GPS接收机和数据处理软件等。
GPS的优缺点
优点
覆盖全球、实时性强、定位精度 高、抗干扰能力强等。
缺点
受环境影响较大，如建筑物、山 体等遮挡物可能影响信号接收； 同时需要一定的时间进行初始化 ，不能实现快速定位。
02
惯性导航系统
惯性导航系统的工作原理
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
惯性导航系统通过测量载体在运动过程中的加速度和角速度，经过积分运算得到速 度、位置和姿态信息。
载体运动过程中，加速度计测量载体的线加速度，陀螺仪测量载体的角速度，通过 积分运算得到速度和位置信息。
惯性导航系统不需要外部信号源，可以在任何环境下独立工作，因此具有较高的自 主性。
惯性导航系统的组成
惯性测量单元
其他辅助定位技术
通过蓝牙信号传输进行定位，适用于短距 离、小范围的定位需求。
如惯性传感器、磁场传感器等，用于辅助 和补充其他定位技术，提高定位精度和稳 定性。
混合定位技术的优缺点
优点
混合定位技术结合了多种定位技术的优点，提高了定位精度 和可靠性，同时可以满足不同场景下的定位需求。
缺点
混合定位系统实现较为复杂，需要处理不同定位技术的数据 融合和互补问题；同时，不同定位技术的覆盖范围和精度可 能存在差异，需要合理配置和优化。
混合定位技术的组成
全球定位系统（GPS）
无线局球的 优点。
利用无线信号覆盖范围内的网络接入点（AP） 进行定位，适用于室内环境。
蓝牙（Bluetooth）
包括一个主控站、一个数据注入站 和若干监测站。
用户部分
包括GPS接收机和数据处理软件等。
GPS的优缺点
优点
覆盖全球、实时性强、定位精度 高、抗干扰能力强等。
缺点
受环境影响较大，如建筑物、山 体等遮挡物可能影响信号接收； 同时需要一定的时间进行初始化 ，不能实现快速定位。
02
惯性导航系统
惯性导航系统的工作原理
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
惯性导航系统通过测量载体在运动过程中的加速度和角速度，经过积分运算得到速 度、位置和姿态信息。
载体运动过程中，加速度计测量载体的线加速度，陀螺仪测量载体的角速度，通过 积分运算得到速度和位置信息。
惯性导航系统不需要外部信号源，可以在任何环境下独立工作，因此具有较高的自 主性。
惯性导航系统的组成
惯性测量单元
其他辅助定位技术
通过蓝牙信号传输进行定位，适用于短距 离、小范围的定位需求。
如惯性传感器、磁场传感器等，用于辅助 和补充其他定位技术，提高定位精度和稳 定性。
混合定位技术的优缺点
优点
混合定位技术结合了多种定位技术的优点，提高了定位精度 和可靠性，同时可以满足不同场景下的定位需求。
缺点
混合定位系统实现较为复杂，需要处理不同定位技术的数据 融合和互补问题；同时，不同定位技术的覆盖范围和精度可 能存在差异，需要合理配置和优化。
《一面两孔定位》课件
将实例分析结果与理论进行对比，找 出异同点。
定位分析
运用《一面两孔定位》理论，对实例 进行定位分析。
实例分析的结果与结论
结果展示
详细展示实例分析的结果，包括定位 分析的具体内容、对比分析的结论等 。
结论总结
总结实例分析的结论，指出实例在定 位方面的优点和不足，提出改进建议 。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
05
一面两孔定位的未来发 展
当前研究现状与热点
当前研究现状
一面两孔定位技术已经得到了广泛的应用，但仍存在一些技 术瓶颈和挑战。目前的研究主要集中在提高定位精度、拓展 应用场景和优化算法等方面。
当前研究热点
随着物联网、5G通信等技术的快速发展，一面两孔定位技术 在智能制造、智慧城市、自动驾驶等领域的应用越来越广泛 ，这些领域的研究成为当前的热点。
定位原理的应用领域
该定位原理广泛应用于机器人、无人驾驶、增强现实等领域，用于确定物体在 三维空间中的位置和姿态。
定位原理的具体步骤
测量已知孔洞的位置和角度
通过传感器或测量设备，获取已知孔洞的位置和角度信息。
确定测量面上的测量点
在目标物体上选择一个测量面，并确定该测量面上的一个或多个测 量点。
计算目标物体的位置和姿态
REPORT
THANKS
感谢观看
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
检测领域
在测量和检测领域，一面 两孔定位可以作为基准， 用于确定工件的位置和尺 寸。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
空间定位几何基础原理
这样的情况下，通过一些转换就使这个非线性方程的求解问题被转化为解 一个线性方程组的问题，那么 就是这个方程的决定性算子，称之为三维空间
3
的定位算子 。
3
x1 x2 8det x1 x3 x x 1 4
3
y1 y2 y1 y3 y1 y4
z1 z2 z1 z3 z1 z4
即，一定存在 k1 , k2 , k3 ，使得下列关系成立：
k1 PP 1 2 k2 PP 1 3 k3 PP 1 4 0
不失一般性，首先假定 k1 0 。在这种情况下， P 1P 2 可以被写为 P 1P 3 和P 1P 4 的线性结合。也就是说向量 P 1P 2 ,P 1P 3 和P 1P 4 是在一个平面上。因此 P1, P2, P3 和 P4 四个节点在同一个平面上。 这样证明了定理 1 的必要性。 通过了充分性和必要性的证明，定理 1 得到了证明。
p1 P1
P3 p3
p2 P2 p O p4 P4
图 2 参考点共面 Fig 2 Reference nodes on a plane
证明：
1．充分性：如果这四个节点中的任意两个是相同的，那么能够推导出定(i 1, 2,3, 4) 四个节点是不同的节点。如果
定理 1 的充分性得到了证明。
3 2．必要性：首先假定定位算子 0 ，那么这里一定存在 k1 , k2 , k3 ，这
样：
k1 ( x2 x1 , y2 y1 , z2 z1 ) k2 ( x3 x1 , y3 y1 , z3 z1 ) k3 ( x4 x1 , y4 y1 , z4 z1 ) 0
空间定位的几何基础
GPS测量原理及应用备课课件(最新)第五章：GPS定位原理
31
3）.三差法： 原理：利用连续跟踪的所有载波相位测量观测值中均含 有相同的整周未知数N0，所以将相邻两个观测历元的载 波相位相减，就可将该未知参数消去，从而直接解出坐 标参数。 4). FARA 法--fast ambiguity resolution approach
原理：利用初始平差的解向量（接收机点的坐标及整周 未知数的实数解）及其精度信息（单位权中误差和方差协 方差阵），以数理统计理论的参数估计和统计假设检验为 基础，确定在某一置信区间整周未知数可能的整数解的组 合，然后依次将整周未知数的每一组合作为已知值，重复 地进行平差计算。其中使估值的验后方差或方差和为最小 的一组整周未知数即为整周未知数的最佳估值。
1
（X、Y、Z）
X、Y 、Z —— 测点点位坐标
Xi、Yi、Zi——卫星星历（坐标） 1、 1、 1 ——观测所得伪距（在 方程中是已知量）
2
GPS定位的基本原理
需解决的两个关键问题: --如何确定卫星的位置 --如何测量出站星距离
3
测距方法
双程测距
用于电磁波测距仪
单程测距
用于GPS
4
二.GPS定位方法分类
j (GPS)] cti
ct
j
c
j i
c ti
c t
j
ij
c ti
c t
j
上式当所卫确星定钟的与伪接距收即机为钟站严星格几同何步距时离(。 ti t j )，
13
通常GPS卫星的钟差可从卫星发播的导航电文中获得，
经钟差改正后，各卫星之间的时间同步差可保持在109 s
以内。如果忽略卫星钟差影响，并考虑电离层、对流层折
所以⑦式可写为：
顾及载波相位整周数，观测方程可写为：
3）.三差法： 原理：利用连续跟踪的所有载波相位测量观测值中均含 有相同的整周未知数N0，所以将相邻两个观测历元的载 波相位相减，就可将该未知参数消去，从而直接解出坐 标参数。 4). FARA 法--fast ambiguity resolution approach
原理：利用初始平差的解向量（接收机点的坐标及整周 未知数的实数解）及其精度信息（单位权中误差和方差协 方差阵），以数理统计理论的参数估计和统计假设检验为 基础，确定在某一置信区间整周未知数可能的整数解的组 合，然后依次将整周未知数的每一组合作为已知值，重复 地进行平差计算。其中使估值的验后方差或方差和为最小 的一组整周未知数即为整周未知数的最佳估值。
1
（X、Y、Z）
X、Y 、Z —— 测点点位坐标
Xi、Yi、Zi——卫星星历（坐标） 1、 1、 1 ——观测所得伪距（在 方程中是已知量）
2
GPS定位的基本原理
需解决的两个关键问题: --如何确定卫星的位置 --如何测量出站星距离
3
测距方法
双程测距
用于电磁波测距仪
单程测距
用于GPS
4
二.GPS定位方法分类
j (GPS)] cti
ct
j
c
j i
c ti
c t
j
ij
c ti
c t
j
上式当所卫确星定钟的与伪接距收即机为钟站严星格几同何步距时离(。 ti t j )，
13
通常GPS卫星的钟差可从卫星发播的导航电文中获得，
经钟差改正后，各卫星之间的时间同步差可保持在109 s
以内。如果忽略卫星钟差影响，并考虑电离层、对流层折
所以⑦式可写为：
顾及载波相位整周数，观测方程可写为：
GPS原理与应用PPT课件
来适应车队管理的需要。
18
最近，越来越多普通消费者买得起的GPS接收器出 现了。随着技术的进步，这些设备的功能越来越完 善，几乎每月都有新的功能出现，但价格在下跌， 尺寸也越来越小了。
消费类GPS手持机的价格从几百元到几千元不等， 它们基本上都有12个并行通道和数据功能。有些甚 至能与便携电脑相连，可以上传/下载GPS信息，并 且使用精确到街道级的地图软件，可以在PC的屏幕 上实时跟踪你的位置或自动导航。
29
6．信号干扰
要给予你一个很好的定位，GPS接收器需要至少 3～5颗卫星是可见的。如果你在峡谷中或者两边高 楼林立的街道上，或者在茂密的丛林里，你可能不 能与足够的卫星联系，从而无法定位或者只能得到 二维坐标。同样，如果你在一个建筑里面，你可能 无法更新你的位置，一些GPS接收器有单独的天线可 以贴在挡风玻璃上，或者一个外置天线可以放在车 顶上，这有助于你的接收器得到更多的卫星信号。
Colorado springs
5 5
Hawaii
Ascencion
Diego Garcia
kwajalein
9
3．GPS信号接收机 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，甚至三维速度和时间。
在商业领域，消费类GPS主要用在勘测制图， 航空、航海导航，车辆追踪系统，移动计算机 和蜂窝电话平台等方面。
17
勘测制图由一系列的定位系统组成，一般都要求 特殊的GPS设备。
在勘测方面的应用 有：结构和工程勘测、道路测 量和地质研究。收集到的数据可以以后再估算， 也可以在 野外实时使用。制图过程中使用大量的 GIS数据库的数据，还有纸质地图的数据。 许多 商业和政府机构使用GPS设备来跟踪他们的车辆 位置，这一般需要借助无线通信技术。一 些GPS 接收器集成了收音机、无线电话和移动数据终端
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最近，越来越多普通消费者买得起的GPS接收器出 现了。随着技术的进步，这些设备的功能越来越完 善，几乎每月都有新的功能出现，但价格在下跌， 尺寸也越来越小了。
消费类GPS手持机的价格从几百元到几千元不等， 它们基本上都有12个并行通道和数据功能。有些甚 至能与便携电脑相连，可以上传/下载GPS信息，并 且使用精确到街道级的地图软件，可以在PC的屏幕 上实时跟踪你的位置或自动导航。
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6．信号干扰
要给予你一个很好的定位，GPS接收器需要至少 3～5颗卫星是可见的。如果你在峡谷中或者两边高 楼林立的街道上，或者在茂密的丛林里，你可能不 能与足够的卫星联系，从而无法定位或者只能得到 二维坐标。同样，如果你在一个建筑里面，你可能 无法更新你的位置，一些GPS接收器有单独的天线可 以贴在挡风玻璃上，或者一个外置天线可以放在车 顶上，这有助于你的接收器得到更多的卫星信号。
Colorado springs
5 5
Hawaii
Ascencion
Diego Garcia
kwajalein
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3．GPS信号接收机 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，甚至三维速度和时间。
在商业领域，消费类GPS主要用在勘测制图， 航空、航海导航，车辆追踪系统，移动计算机 和蜂窝电话平台等方面。
17
勘测制图由一系列的定位系统组成，一般都要求 特殊的GPS设备。
在勘测方面的应用 有：结构和工程勘测、道路测 量和地质研究。收集到的数据可以以后再估算， 也可以在 野外实时使用。制图过程中使用大量的 GIS数据库的数据，还有纸质地图的数据。 许多 商业和政府机构使用GPS设备来跟踪他们的车辆 位置，这一般需要借助无线通信技术。一 些GPS 接收器集成了收音机、无线电话和移动数据终端
六点定位原理PPT课件
不完全定位（部分定位） 工件6个自由度中有1个或几个自由度未被限制。
欠定位 工件加工时必须限制的自由度未被完全限制； 不能保证工件的正确安装，不允许。
过定位（重复定位） 工件某一个自由度（或某几个自由度）同时被两个（或两个以上）定位 支承点限制。（过定位将影响工件的加工精度，有时甚至无法对工件进 行安装定位，故应避免）
2021/7/22
9
六点定位原理举例
在XOY平面内布置了3个支承点，工件被限制的自由度为
三个：Z
、X
、Y
Z
在XOZ平面内布置了
5 4
6
2
3
1
2个支承点，工件被
限制的自由度为二
Y
个：Y
、Z
;
在YOZ平面内布置了
支承元件
1个支承点，工件被 限制的自由度为一
X
图： 六点定位原理
个：X 。
2021/7/22
如下图所示改进方案一例一题图改进方案二心轴心轴心轴定位方案分析一34定位情况1个支承钉2个支承钉3个支承钉图示限制的自典型定位元件的定位分析35一块条形支承板二块条形支承板一块矩形支承板图示限制的自由度典型定位元件的定位分析36短圆柱销长圆柱销两段短圆柱销图示限制的自由度定位情菱形销长销小平面组合短销大平面组合图示限制的自由度典型定位元件的定位分析37固定锥销浮动锥销固定锥销和浮动锥销组合图示限制的自由度典型定位元件的定位分析38图示限制的自由度一个短定位套两个短定位套一个长定位套图示限制的自由度典型定位元件的定位分析39固定顶尖浮动顶尖锥度心轴图示限制的自由度典型定位元件的定位分析40解
六六点点定定位原位理原基本理概念基本概念
2021/7/22
1
基本概念
装夹的基本概念
欠定位 工件加工时必须限制的自由度未被完全限制； 不能保证工件的正确安装，不允许。
过定位（重复定位） 工件某一个自由度（或某几个自由度）同时被两个（或两个以上）定位 支承点限制。（过定位将影响工件的加工精度，有时甚至无法对工件进 行安装定位，故应避免）
2021/7/22
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六点定位原理举例
在XOY平面内布置了3个支承点，工件被限制的自由度为
三个：Z
、X
、Y
Z
在XOZ平面内布置了
5 4
6
2
3
1
2个支承点，工件被
限制的自由度为二
Y
个：Y
、Z
;
在YOZ平面内布置了
支承元件
1个支承点，工件被 限制的自由度为一
X
图： 六点定位原理
个：X 。
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如下图所示改进方案一例一题图改进方案二心轴心轴心轴定位方案分析一34定位情况1个支承钉2个支承钉3个支承钉图示限制的自典型定位元件的定位分析35一块条形支承板二块条形支承板一块矩形支承板图示限制的自由度典型定位元件的定位分析36短圆柱销长圆柱销两段短圆柱销图示限制的自由度定位情菱形销长销小平面组合短销大平面组合图示限制的自由度典型定位元件的定位分析37固定锥销浮动锥销固定锥销和浮动锥销组合图示限制的自由度典型定位元件的定位分析38图示限制的自由度一个短定位套两个短定位套一个长定位套图示限制的自由度典型定位元件的定位分析39固定顶尖浮动顶尖锥度心轴图示限制的自由度典型定位元件的定位分析40解
六六点点定定位原位理原基本理概念基本概念
2021/7/22
1
基本概念
装夹的基本概念
确定位置用方向和距离确定位置
距离
距离是指从某一特定点到目标点之间的直线长度。在地理学中，距离通常用 长度、里程或者经纬度来表示。
方向和距离的测量方法
罗盘仪测量方向
罗盘仪是一种测量方向和角度的仪器，它利用磁针指向地球磁场北极的原理来测 量方向。
距离测量
距离的测量通常使用测距仪或者全站仪等测量仪器，通过测量两点之间的角度和 距离，计算出两点之间的实际距离。
《全球定位系统原理与应用》
本书介绍了GPS的基本原理和应用方法，包括GPS的信号结构、接收机工作原理、数据处理方法等方面，适合对GPS感兴趣 的读者阅读。
《遥感技术与应用》
本书介绍了遥感技术的基本原理和应用方法，包括遥感数据的获取、处理、分析和应用等方面，适合对遥感技术感兴趣的 读者阅读。
感谢您的观看
无线信号强度法
利用无线信号的强度来测量距离，进而确定目标的位置。
超声波定位
利用超声波的传播时间来测量距离，进而确定目标的位置。
基于方向和距离的定位算法
三角测量法
通过测量目标点与至少三个已 知点之间的方向和距离，利用 几何原理来确定目标的位置。
多边形法
利用多个已知点与目标点之间 的方向和距离来构建多边形， 通过计算多边形的边长和角度
02
确定位置有助于解决空间关系和相对位置问题
确定位置能够提供准确的方向和距离信息，帮助我们做出正确
03
的决策
确定位置的必要性
在航海、航空、军 事等领域，确定位 置是必不可少的
确定位置还能帮助 我们了解周围环境 ，进行城市规划和 发展
在日常生活中，确 定位置能够帮助我 们找到目的地，规 划出行路线
确定位置的方法
使用GPS定位系统进行卫星定位
通过无线网络、移动通信等信号进行相 对位置判断
距离是指从某一特定点到目标点之间的直线长度。在地理学中，距离通常用 长度、里程或者经纬度来表示。
方向和距离的测量方法
罗盘仪测量方向
罗盘仪是一种测量方向和角度的仪器，它利用磁针指向地球磁场北极的原理来测 量方向。
距离测量
距离的测量通常使用测距仪或者全站仪等测量仪器，通过测量两点之间的角度和 距离，计算出两点之间的实际距离。
《全球定位系统原理与应用》
本书介绍了GPS的基本原理和应用方法，包括GPS的信号结构、接收机工作原理、数据处理方法等方面，适合对GPS感兴趣 的读者阅读。
《遥感技术与应用》
本书介绍了遥感技术的基本原理和应用方法，包括遥感数据的获取、处理、分析和应用等方面，适合对遥感技术感兴趣的 读者阅读。
感谢您的观看
无线信号强度法
利用无线信号的强度来测量距离，进而确定目标的位置。
超声波定位
利用超声波的传播时间来测量距离，进而确定目标的位置。
基于方向和距离的定位算法
三角测量法
通过测量目标点与至少三个已 知点之间的方向和距离，利用 几何原理来确定目标的位置。
多边形法
利用多个已知点与目标点之间 的方向和距离来构建多边形， 通过计算多边形的边长和角度
02
确定位置有助于解决空间关系和相对位置问题
确定位置能够提供准确的方向和距离信息，帮助我们做出正确
03
的决策
确定位置的必要性
在航海、航空、军 事等领域，确定位 置是必不可少的
确定位置还能帮助 我们了解周围环境 ，进行城市规划和 发展
在日常生活中，确 定位置能够帮助我 们找到目的地，规 划出行路线
确定位置的方法
使用GPS定位系统进行卫星定位
通过无线网络、移动通信等信号进行相 对位置判断
《确定位置》课件PPT
然后左转”等，来确定相对位置。
组合定位技术应用
GPS与地图匹配
将GPS定位数据与地图数据进行匹配，以提高定位精度和可靠性。这种方法广泛应用于智 能手机导航和车载导航系统中。
惯性导航与传感器融合
利用惯性测量单元（IMU）和其他传感器（如磁力计、气压计等）来测量运动物体的加速度、 角速度和方向等信息，进而推算出物体的相对位置变化。通过与GPS等绝对定位方法相结合， 可以实现更高精度和稳定性的定位。
相对位置确定法
方位角与距离定位
01
通过测量目标点与参照点之间的方位角和距离来确定相对位置。
这种方法常用于航海、航空和野外导航等领域。
拓扑关系定位
02
根据地点之间的空间关系，如上下、左右、前后等，来确定相
对位置。这种方法常用于地图制作和室内导航。
路径描述定位
03
通过描述从起点到终点的路径信息，如“沿着这条路一直走，
收获与建议
学生们表示，通过本课程的学习，他们不仅提高了数学素养，还培养了 空间想象力和逻辑思维能力。他们建议教师在今后的教学中多结合实际 案例，以便更好地理解和掌握知识点。
下一步学习建议
巩固基础知识
建议学生继续巩固平面直角坐标 系和空间直角坐标系的基础知识， 熟练掌握点的坐标表示方法以及 坐标与点之间的一一对应关系。
导航系统基本原理介绍
卫星导航系统
通过接收多颗卫星信号， 计算用户位置、速度和 时间等信息，实现全球 范围内的定位、导航和 授时服务。
惯性导航系统
利用加速度计和陀螺仪 等惯性元件，测量载体 的加速度和角速度，经 过积分运算得到速度和 位置等导航信息。
组合导航系统
将多种导航技术进行组 合，以提高导航精度和 可靠性，如卫星导航与 惯性导航组合、地图匹 配与景象匹配组合等。
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• 美国Hawaii州的Haleakala 天文台
• 法国的Grasse观测站 • 澳大利亚Orrorral站 • 德国的Wettzell观测站
大家好
24
3、激光测月的激光观测站
的
大家好
11
§4.3、激光测卫和激光测月
四、激光测距观测值误差改正
1）测距仪仪器常数改正
– 不同仪器之间的常数改正
– 地面大气延迟改正
2）观测时间改正△t= △t1+ △t2+ △t3
△t1为工作钟与标准时间之间的差异；
△t2为工作钟取样时刻和激光脉冲信号的发射时刻之间的差 异，也称为触发延迟改正
光片来消除天空背景的噪声，从而大大提高信 噪比。 ⑶激光的发散角极小，在很远的距离上光能量仍 能集中在一个很小的范围内，有的激光测距系 统发散角只有2″，在月球表面上光斑直径也只 有4km。
大家好
4
§4.3、激光测卫和激光测月
一、激光测卫测距原理
2、原理
用安装在地面测站的激光测 距仪向安装了后向反射棱镜的 激光卫星发射激光脉冲信号， 该信号被棱镜反射后返回测站， 精确测定信号的往返传播时间， 进而求出仪器到卫星质心间的 距离的方法和技术称为卫星激 光测距或激光测卫 （SLR:Satellite Laser Ranging) 。目前的测距精度
脉冲宽度为0.1～0.2ns,测距精度 为1～3cm，多数采用锁模Nd:YAG 激光器 。能在计算机控制下实现对 卫星的自动跟踪和单光子检测技术。
大家好
10
§4.3、激光测卫和激光测月
三、人卫激光测距仪 2.人卫激光测距仪的结构
整个测距仪是由： （1）激光器 （2）望远镜 （3）光电头 （4）脉冲测量系统 （5）时频系统 （6）伺服系统 （7）计算机等部分组成
2
§4.3、激光测卫和激光测月
一、激光测距的基本原理
1.激光
激光LASER（Light Amplication by Stimulated Emission of Radiation） 是指光的受激辐射以实现光放大。
• 当激光物质处于粒子数反转分布状态 时，由自发辐射而产生的光子将引起 其它原子受激跃迁，从而使光得到受 激放大。
二、激光测距卫星(续) 2、非专用卫星
ATS-6
• ATS-6
• 海洋卫星Seasat-1
• 海洋地形试验卫星 Topex/Poseidon
• 部分GPS卫星等。
这些卫星之所以安 装激光反射棱镜，主要 是把激光测距也作为一 种定轨的手段。
大家好
Tope x
Seasat-1 GPS卫星
8
§4.3、激光测卫和激光测月
空间大地测量理论基础
第四章、几种常用的空间定位技术(2)
B A
S2 S1 B
A
S1
S2
S3 S4
B
A
大家好
1
第四章、几种常用的空间定位技术(2)
§4.1、甚长基线干涉测量 §4.2、人卫摄影观测 §4.3、激光测卫和激光测月 §4.4、多普勒定位（Transit,DORIS） §4.5、卫星测高
大家好
2）定轨
3）测定极移、地球 自转、板块运动、 地壳形变等
4）确定地球重力场
大家好
16
§4.3、激光测卫和激光测月
六、激光测月（LLR)
Lunar Laser Ranging
1、原理
用大功率激光测距
仪向安置在月球表面上
的反射棱镜发射激光脉
冲信号，测定信号的往
返传播时间，进而求出
仪器到反射棱镜之间距
离的方法和技术称为激
可达1cm左右
大家好
5
§4.3、激光测卫和激光测月
一、激光测卫（SLR) 2、原理(续) D=C.⊿t/2+ ⊿D ⊿D为测距改正数
激光测 距仪
带反射棱镜的 激光卫星
大家好
6
二、激光测距卫星
1、激光测距专用卫星 • Lageos卫星 • Starlette卫星
Starlette
大家好
7
§4.3、激光测卫和激光测月
长春
TROS, Urumqi, China
北京武汉Βιβλιοθήκη 上海TROS, Lhasa, Tibet
昆明
大家好
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1、激光测卫站
2）国际上
目前在工作的SLR站如图所示，图中红色三角形 测站表示正在工作的测站，大约有44个站。
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美国：Mcdonald
德国：GFZ
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2、用途
1）确定地心坐标， 绝对定位精度很高。
△t3为信号传播时间改正，从激光脉冲离开测距仪至到达卫 星间的时间，△t3=S/c
3）大气延迟改正
4）卫星上的反射棱镜偏心改正
5）潮汐改正
6）相对论改正
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五、SLR的用途现状及前景
1、激光测卫站
1）中国已经建立的武汉、上海、长春、北京和昆明 等5个激光测卫站。
2）流动激光测卫站：乌鲁木齐，拉萨
光测月。
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§4.3、激光测卫和激光测月
2、月球表面上的反射棱镜
L1 A15 L2 A11 A14
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Apollo-11
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Apollo-14
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Apollo-15
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Lunakhod 1
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Lunakhod 2
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3、激光测月的激光观测站
• 美国Texas州的McDonald 天文台
• 在光学谐振腔内沿腔轴方向传播的光 受安置在两端的反射镜反射而往返传 播，在此过程中不断引起其他原子的 受激跃迁，产生同频率的光子，使光 迅速放大。
• 与腔轴不平行的光则在往返几次后逸 出腔外，从而形成方向性极好的激光。
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§4.3、激光测卫和激光测月
• 激光具有下列特点 ⑴高功率激光器的输出功率可达GW级。 ⑵激光的谱线很窄，便于在接收系统中用窄带滤
三、人卫激光测距仪
1 激光仪分类
1)按激光类型来分
• 脉冲式
• 相位式激光测距仪：是用无线 电波段的频率，对激光束进行 幅度调制并测定调制光往返测 线一次所产生的相位延迟，再 根据调制光的波长，换算此相 位延迟所代表的距离。即用间 接方法测定出光经往返测线所 需的时间，如右下图所示。
t=φ/ω，
D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω
=c/(4πf) (Nπ+Δφ)=c/4f
(N+ΔN)
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§4.3、激光测卫和激光测月
三、人卫激光测距仪 1 激光仪分类（续） 2）根据其构造及精度大体可以分为三
代 • 第一代
脉冲宽度在10～40ns，测距精度 约为1—6m。多数采用带调Q开关的 红宝石激光器。 • 第二代：
脉冲宽度2～5ns，测距精度为 30～100cm,多数采用了脉冲分析法 第三代：
• 法国的Grasse观测站 • 澳大利亚Orrorral站 • 德国的Wettzell观测站
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3、激光测月的激光观测站
的
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§4.3、激光测卫和激光测月
四、激光测距观测值误差改正
1）测距仪仪器常数改正
– 不同仪器之间的常数改正
– 地面大气延迟改正
2）观测时间改正△t= △t1+ △t2+ △t3
△t1为工作钟与标准时间之间的差异；
△t2为工作钟取样时刻和激光脉冲信号的发射时刻之间的差 异，也称为触发延迟改正
光片来消除天空背景的噪声，从而大大提高信 噪比。 ⑶激光的发散角极小，在很远的距离上光能量仍 能集中在一个很小的范围内，有的激光测距系 统发散角只有2″，在月球表面上光斑直径也只 有4km。
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§4.3、激光测卫和激光测月
一、激光测卫测距原理
2、原理
用安装在地面测站的激光测 距仪向安装了后向反射棱镜的 激光卫星发射激光脉冲信号， 该信号被棱镜反射后返回测站， 精确测定信号的往返传播时间， 进而求出仪器到卫星质心间的 距离的方法和技术称为卫星激 光测距或激光测卫 （SLR:Satellite Laser Ranging) 。目前的测距精度
脉冲宽度为0.1～0.2ns,测距精度 为1～3cm，多数采用锁模Nd:YAG 激光器 。能在计算机控制下实现对 卫星的自动跟踪和单光子检测技术。
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§4.3、激光测卫和激光测月
三、人卫激光测距仪 2.人卫激光测距仪的结构
整个测距仪是由： （1）激光器 （2）望远镜 （3）光电头 （4）脉冲测量系统 （5）时频系统 （6）伺服系统 （7）计算机等部分组成
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§4.3、激光测卫和激光测月
一、激光测距的基本原理
1.激光
激光LASER（Light Amplication by Stimulated Emission of Radiation） 是指光的受激辐射以实现光放大。
• 当激光物质处于粒子数反转分布状态 时，由自发辐射而产生的光子将引起 其它原子受激跃迁，从而使光得到受 激放大。
二、激光测距卫星(续) 2、非专用卫星
ATS-6
• ATS-6
• 海洋卫星Seasat-1
• 海洋地形试验卫星 Topex/Poseidon
• 部分GPS卫星等。
这些卫星之所以安 装激光反射棱镜，主要 是把激光测距也作为一 种定轨的手段。
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Tope x
Seasat-1 GPS卫星
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§4.3、激光测卫和激光测月
空间大地测量理论基础
第四章、几种常用的空间定位技术(2)
B A
S2 S1 B
A
S1
S2
S3 S4
B
A
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第四章、几种常用的空间定位技术(2)
§4.1、甚长基线干涉测量 §4.2、人卫摄影观测 §4.3、激光测卫和激光测月 §4.4、多普勒定位（Transit,DORIS） §4.5、卫星测高
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2）定轨
3）测定极移、地球 自转、板块运动、 地壳形变等
4）确定地球重力场
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§4.3、激光测卫和激光测月
六、激光测月（LLR)
Lunar Laser Ranging
1、原理
用大功率激光测距
仪向安置在月球表面上
的反射棱镜发射激光脉
冲信号，测定信号的往
返传播时间，进而求出
仪器到反射棱镜之间距
离的方法和技术称为激
可达1cm左右
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§4.3、激光测卫和激光测月
一、激光测卫（SLR) 2、原理(续) D=C.⊿t/2+ ⊿D ⊿D为测距改正数
激光测 距仪
带反射棱镜的 激光卫星
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二、激光测距卫星
1、激光测距专用卫星 • Lageos卫星 • Starlette卫星
Starlette
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§4.3、激光测卫和激光测月
长春
TROS, Urumqi, China
北京武汉Βιβλιοθήκη 上海TROS, Lhasa, Tibet
昆明
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1、激光测卫站
2）国际上
目前在工作的SLR站如图所示，图中红色三角形 测站表示正在工作的测站，大约有44个站。
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美国：Mcdonald
德国：GFZ
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2、用途
1）确定地心坐标， 绝对定位精度很高。
△t3为信号传播时间改正，从激光脉冲离开测距仪至到达卫 星间的时间，△t3=S/c
3）大气延迟改正
4）卫星上的反射棱镜偏心改正
5）潮汐改正
6）相对论改正
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五、SLR的用途现状及前景
1、激光测卫站
1）中国已经建立的武汉、上海、长春、北京和昆明 等5个激光测卫站。
2）流动激光测卫站：乌鲁木齐，拉萨
光测月。
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§4.3、激光测卫和激光测月
2、月球表面上的反射棱镜
L1 A15 L2 A11 A14
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3、激光测月的激光观测站
• 美国Texas州的McDonald 天文台
• 在光学谐振腔内沿腔轴方向传播的光 受安置在两端的反射镜反射而往返传 播，在此过程中不断引起其他原子的 受激跃迁，产生同频率的光子，使光 迅速放大。
• 与腔轴不平行的光则在往返几次后逸 出腔外，从而形成方向性极好的激光。
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§4.3、激光测卫和激光测月
• 激光具有下列特点 ⑴高功率激光器的输出功率可达GW级。 ⑵激光的谱线很窄，便于在接收系统中用窄带滤
三、人卫激光测距仪
1 激光仪分类
1)按激光类型来分
• 脉冲式
• 相位式激光测距仪：是用无线 电波段的频率，对激光束进行 幅度调制并测定调制光往返测 线一次所产生的相位延迟，再 根据调制光的波长，换算此相 位延迟所代表的距离。即用间 接方法测定出光经往返测线所 需的时间，如右下图所示。
t=φ/ω，
D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω
=c/(4πf) (Nπ+Δφ)=c/4f
(N+ΔN)
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§4.3、激光测卫和激光测月
三、人卫激光测距仪 1 激光仪分类（续） 2）根据其构造及精度大体可以分为三
代 • 第一代
脉冲宽度在10～40ns，测距精度 约为1—6m。多数采用带调Q开关的 红宝石激光器。 • 第二代：
脉冲宽度2～5ns，测距精度为 30～100cm,多数采用了脉冲分析法 第三代：