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GNSS概述
1.1 GNSS发展
1.1.1 GNSSd的含义
GNSS(Global Navigation Satellite System)是全球导航卫星系统的英文缩写,它是所有全球导航卫星系统及其增强系统的集合名词,是利用全球的所有导航卫星所建立的覆盖全球的全天侯无线电导航系统。目前可供利用的全球卫星导航系统有美国的GPS和俄罗斯的GLONASS以及欧洲的Galileo和中国的北斗。
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1.1.2 美国的GPS
GPS是英文Global Positioning System或NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Position System的缩写,即全球定位系统,是一个全球性、全天候、全天时、高精度的导航定位和时间传递系统。由24颗工作卫星和4颗备用卫星组成,分布在6个等间距的轨道平面上。采用码分多址体制,每颗卫星的信号频率和调制方式相同,不同卫星的信号靠不同的伪码区分,现有30多颗卫星。
GPS自1973年开始设计、研制,历时20年,于1993年全部建成,GPS系统由空间部分、地面控制部分和用户部分所组成。
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1.1.3 罗斯的GLONASS
格洛纳斯GLONASS是俄文GLObalnaya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistema的首字母。已经于2011年1月1日在全球正式运行。根据俄罗斯联邦太空署信息中心提供的数据(2012年10月10日),目前有24颗卫星正常工作、3颗维修中、3颗备用、1颗测试中。
“格洛纳斯”系统标准配置为24颗卫星,而18颗卫星就能保证该系统为俄罗斯境内用户提供全部服务。该系统卫星分为“格洛纳斯”和“格洛纳斯-M”两种类型,后者使用寿命更长,可达7年。研制中的“格洛纳斯-K”卫星的在轨工作时间可长达10年至12年。
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1.1.4 欧盟的Galileo
伽利略卫星导航系统(Galileo satellite navigation system),是由欧盟研制和建立的全球卫星导航定位系统,该计划于1999年2月由欧洲委员会公布,欧洲委员会和欧空局共同负责。系统由轨道高度为23616km的30颗卫星组成,其中27颗工作星,3颗备份星。卫星轨道高度约2.4万公里,位于3个倾角为56度的轨道平面内。截止2016年12月,已经发射了18颗工作卫星,具备了早期操作能力(EOC),并计划在2019年具备完全操作能力(FOC)。全部30颗卫星(调整为24颗工作卫星,6颗备份卫星)计划于2020年发射完毕。
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1.1.5 中国的北斗
中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统(BDS)和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO,是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。
北斗卫星导航系统由空间段计划由35颗卫星组成,包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星。5颗静止轨道卫星定点位置为东经58.75°、80°、110.5°、140°、160°,中地球轨道卫星运行在3个轨道面上,轨道面之间为相隔120°均匀分布。至2012年底北斗亚太区域导航正式开通时,已为正式系统在西昌卫星发射中心发射了16颗卫星,其中14颗组网并提供服务,分别为5颗静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星(均在倾角55°的轨道面上),4颗中地球轨道卫星(均在倾角55°的轨道面上)。
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1.1.6 增强型系统 SBAS
SBAS ( Satellite Based Augmentation Systems)是利用地球静止轨道卫星建立的地区性广域差分增强系统:
EGNOS—— 欧航空局接收卫星导航系统
WASS —— 美国雷声公司的广域增强系统
MSAS —— 日本的多功能卫星增强系统
1.2 GNSS的特点
定位精度高
观测时间短
测站间无须通视
可提供三维坐标
操作简便
全天候作业
功能多、应用广
免费
1.3 GNSS产业构成
1.3.1 军事用途
GPS本身就是军事竞赛的产物。精码保密,主要提供给本国和盟国的军事用户使用;粗码提供给本国民用和全世界使用。
1.3.2 民用导航
占据了民用领域的绝大部分,一般精度要求不高,5-15米,飞机、轮船、车载定位等领域。
1.3.3 测绘
要求精度高,早期主要在石油部门使用,现在已在测绘相关行业中广泛普及,成为一种新的测绘方式。
1.3.4 GIS
现在处于起步阶段,随着数字地球、数字中国的进程,必将成为一个庞大的新兴产业。
1.4 GNSSS应用
军事
测绘
林业
农业
地质
电力
水利
交通
环保
气象
地震
石油
通讯
海洋
城建
科研院所
院校
医疗
消防
国土
1.5 什么是RTK
RTK(Real - time kinematic)载波相位差分技术,是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法,将基准站采集的载波相位发给用户接收机,进行求差解算坐标。这是一种新的常用的GPS测量方法,以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度,而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法,它采用了载波相位动态实时差分方法,是GPS应用的重大里程碑,它的出现为工程放样、地形测图,各种控制测量带来了新曙光,极大地提高了外业作业效率。
1.6卫星定位的发展
1.6.1 RTK常用国外品牌
Trimble (美国天宝)
Leica(瑞士莱卡)
Magellan( 美国麦哲伦)
TOPCON(日本拓普康)
1.6.2 RTK常用国内品牌
华测
南方
中海达
注:以上是小编较为熟悉的品牌,除开以上品牌外还有其他常用较多的品牌,小编今后将从上面的品牌中针对仪器的具体操作步骤作具体介绍,尽请关注。
02传统RTK以及仪器的操作
2.1 传统RTK的含义
常规的GPS测量方法,如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度,而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法,它采用了载波相位动态实时差分(Real - time kinematic)方法,是GPS应用的重大里程碑,它的出现为工程放样、地形测图,各种控制测量带来了变革,极大地提高了外业作业效率。
2.2 RTK的工作原理
RTK的工作原理图
RTK的工作原理是将一台接收机置于基准站上,另一台或几台接收 机置于载体(称为流动站)上,基准站和流动站同时接收同一时间、同一GPS卫星发射的信号,基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较,得到GPS差分改正值。然后将这个改正值通过无线电数据链电台及时传递给共视卫星的流动站精化其GPS观测值,从而得到经差分改正后流动站较准确的实时位置。
RTK的观测模型为:
2.3 电台或网络模式及具体操作
2.3.1 电台模式
UHF(Ultra High Frequency)超高频率,频率300MHz-300KMHz(波长属微波:波长1M-1MM,空间波,小容量微波中继通信 )——410-430MHz /450-470MHz
VHF(Very High Frequency)甚高频(3MHz~30MHz属短波:波长100M-10M,空间波 )——220-240MHz
2.3.1.1 特点
a)作业距离一般距离为:0-28公里,特别是山区或城区传播距离就会受到影响;
b)电台信号容易受干扰,所以要远离大功率干扰源;
c)电台的架设对环境有非常高的要求,一般选在比较空旷,周围没有遮挡,且要基站架设的越高距离越远;
d)对于电瓶的电量要求较高,出外业之前电瓶一定要充满或有足够的电量;
2.3.1.2 具体操作
a)、基准站的架设:
对于任意架站,选择环境相对空旷的地方,地势相对较高的地 方且周围没有干扰的地方架设;架设仪器,架设时,注意仪器的安装以及各种线的连接;发射天线最好远离基准站主机3米以上.
b)、基准站的启动:
如果是自启动,则开机即可(主机搜完星后便可发射,最后电台接上电瓶,注意正负极的连接)。
c)、查看基准站是否已经正常发射
查看电台的电台灯是否一秒闪烁一次;注意电台面板上的电压是否在跳动,发射功率越大,电压跳动的幅度也越大;如果显示“太低”,注意更换电瓶或降低发射功率;查看流动站电台灯是否闪烁,能否差分。
d)、流动站的启动:
移动站与手簿测地通通过串口线或蓝牙进行连接;移动站电台灯如果一秒钟闪烁一次表示收到电台信号,在“单点定位”的情况下,直接点“测量”— “启动移动站接收机”即可,大约十多秒后就可差分,达到固定解;固定后可进行其他测量了。
e)、测量或放样
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