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1、GPS基本介绍及操作,王志伟 2007.12,目录,一前言 二GPS相关介绍 三GPS使用方法 四GPS数据处理 五GPS图像处理,一前言,GPS 即全球定位系统（Global Positioning System）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动
2、力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术变革 。国内行业网站： http:/,二GPS相关介绍,1.GPS概述2GPS构成3GPS原理4GPS前景5GPS特点6GPS功用7GPS应用8GPS种类,1.GPS概述,即全球定位系统（Global Positioning System）。简单地说，这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。这项技术可以用来引导飞机、船舶、车辆以及个人，安全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地。 全球定位系统(GP
3、S)是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。经过20余年的研究实验，耗资200亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。 GPS全球卫星定位系统由三部分组成：空间部分GPS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。,GPS的前身,GPS系统的前身为美军研制的一种子午仪卫星定位系统，1958年研制，64年正式投入使用。该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每
4、天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。 为此，美国海军研究实验室(NRL)提出了名为Tinmation的用12到18颗卫星组成10000km高度的全球定位网计划，并于67年、69年和74年各发射了一颗试验卫星。而美国空军则提出了621-B的以每星群4到5颗卫星组成3至4个星群的计划，这些卫星中除1颗采用同步轨道外其余的都使用周期为24h的倾斜轨道 该计划以伪随机码(PRN)为基础传播卫星测距信号，其强大的功能，当信
5、号密度低于环境噪声的时也能将其检测出来。海军的计划主要用于为舰船提供低动态的2维定位，空军的计划能供提供高动态服务，然而系统过于复杂。由于同时研制两个系统会造成巨大的费用而且这里两个计划都是为了提供全球定位而设计的，所以1973年美国国防部将2者合二为一。,2.GPS构成,1。空间部分 GPS的空间部分是由24 颗工作卫星组成,它位于距地表20 200km的上空,均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗) ,轨道倾角为55。此外,还有4 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供了在时间上连续的全球导
6、航能力。GPS 卫星产生两组电码, 一组称为C/ A 码( Coarse/ Acquisition Code11023MHz) ;一组称为P 码(Procise Code 10123MHz) ,P 码因频率较高,不易受干扰,定位精度高,因此受美国军方管制,并设有密码,一般民间无法解读,主要为美国军方服务。C/ A 码人为采取措施而刻意降低精度后,主要开放给民间使用。,2.GPS构成,2。地面控制部分 地面控制部分由一个主控站,5 个全球监测站和3 个地面控制站组成。监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接受机。监测站将取得的卫星观测数据,包括电离层和气象数据,经过初步处理后,传
7、送到主控站。主控站从各监测站收集跟踪数据,计算出卫星的轨道和时钟参数,然后将结果送到3 个地面控制站。地面控制站在每颗卫星运行至上空时,把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS 卫星每天一次,并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。如果某地面站发生故障,那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间,但导航精度会逐渐降低。,2.GPS构成,3。用户设备部分 用户设备部分即GPS 信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。根据
8、这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。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。,3.GPS原理,GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。,4.GPS前景,由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。 随着冷战结束和全球经济的蓬勃发展，美国政府宣
9、布2000年至2006年期间，在保证美国国家安全不受威胁的前提下，取消SA政策，GPS民用信号精度在全球范围内得到改善，利用C/A码进行单点定位的精度由100米提高到20米，这将进一步推动GPS技术的应用，提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生活质量，刺激GPS市场的增长。据有关专家预测，在美国，单单是汽车GPS导航系统，2000年后的市场将达到30亿美元，而在我国，汽车导航的市场也将达到50亿元人民币。可见，GPS技术市场的应用前景非常可观。,5.GPS特点,全球定位系统的主要特点：(1)全天候；(2) 全球覆盖；(3)三维定速定时高精度；(4)快速省时高效率：(5)应用广泛多功能。,6
10、.GPS功用,全球定位系统的主要用途：(1)陆地应用，主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、 市政规划控制等；(2)海洋应用，包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等；(3)航空航天应用，包括飞机导航、航空遥 感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。,7.GPS应用,1.船舶远洋导航和进港引水2.飞机航路引导和进场降落3.汽车自主导航4.地面车辆跟踪和城市智能交通管理5.紧急救生6.个人旅游及野外探险7.个人通讯终端8.各种等级的大地测量
11、，控制测量,9.道路和各种线路放样10.水下地形测量11.地壳形变测量，大坝和大型建筑物变形监测12.GIS应用13.工程机械（轮胎吊，推土机等）控制14.精细农业,GPS在汽车导航和交通管理中的应用,三维导航是GPS的首要功能，飞机、轮船、地面车辆以及步行者都可以利用GPS导航器进行导航。汽车导航系统是在全球定位系统GPS基础上发展起来的一门新型技术。汽车导航系统由GPS导航、自律导航、微处理机、车速传感器、陀螺传感器、CD-ROM驱动器、LCD显示器组成。GPS导航系统与电子地图、无线电通信网络、计算机车辆管理信息系统相结合，可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能。,汽车导航GPS工作流程,
12、汽车导航GPS中部件功能,8.GPS种类,GPS卫星接收机种类很多，根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型；根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。 经过20余年的实践证明，GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。 GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。,几种GPS,汽车导航GPS,三.GPS使用方法,1.GPS操作界面2.GPS主要功能介绍3.GPS操作主要流程,1.GPS操作界面,主菜单页面,主菜单页面含的主要选项：存点；查找；航线；航迹；设置；工具等。,卫星页面和旅行计算机页面,卫星页面显示卫
13、星分布图和信号强度图并提示何时可以导航,该页面以数据形式显示当前的旅行信息,地图页面和导航页面,地图页面显示当前的位置及运动方向,导航页面用可旋转罗盘显示和指导去目标点应该走的方向。,2.GPS主要功能介绍,1.GPS初始化：包含个子页面。2.记录GPS：可以修改航路点的名称，符号，坐标，高度。3.记录航迹线：可以显示航迹名称，航迹总距离。4.测量直线距离：可以显示出起始点相对于终止点的方位。5.测量面积：会自动计算出闭合曲线所围成的面积。,3.GPS操作主要流程,1.设置2.开航迹记录3.存点,1.设置,进入设置页面选项，其中一般包含个子页面：显示，航向，时间，单位，接口，系统。,为了便于工
14、作，统一设置如图：,2.开航迹记录,按下平幕上的“关”按钮将暂停记录航迹，按下“开”按钮将启动记录航迹功能，被选中的开关显示为凹下去。,按下 “存储”按钮，将显示“请选择起始时间”；见右图：,为了便于工作，一般统一选择全部记录,在已存航迹的页面中，显示了航迹名称，航迹总距离，面积等选项。,3.存点（以合众思壮为例图）,在任何时候持续按住鼠标都将出现存点界面，在此界面中可以修改航路点的名称，符号，坐标，高度。,一般野外调查中GPS使用步骤,GPS拿到,设置（5页面）,开航迹记录,存点,面积判断,记录插花,输出到计算机,四GPS数据处理,1.输入2.存储3.导出,1.输入,运行Mapsource后
15、，在菜单栏点击【传送】【从设备接受】或在工具栏点击 图标，从GPS开始传输数据到电脑。,1.输入,操作输入项如下所示,Mapsource下的航迹图,2.存储,存储对话框如图所示,2.存储,2.存储,gdb格式存储后图标,2.DXF存储,3.导出,MapSource 下拉菜单的“file”下，点击“export”，出现对话框点击保存后出现如图对话框。,五GPS图像处理,1.文件格式转换2.属性表修改,1.文件格式转换,点击红框选中按钮开始转换,查错,查错部分在图副编辑后进行，主要是查悬节点。差错之前需建拓扑关系，同时注意容差。差错完成后保存退出。,2.属性表修改,打开ArcMap，点击【file】【add data】或点击 图标加载编辑过的图形文件。 在Layers下右键该图形文件【Open attribute Table】打开文件属性表。如下图：,点击此处打开文件属性表,修改文件属性,谢谢！,
