Trimble GPS接收机用户手册-北京天拓.pdf
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1、Trimble世界名碑Tr imble GPS 接收机Ver sion 2.0用户手册北京天拓基业科技发展有限公司Tel:86-010-516623 88 Fax:89-010-82600293rNTUO天后科技北京天拓基业科技发展有限公司目 录第一部分:静态部分第一章:GPS测量原理.61.1 GPS 简介.61.2 GPS的组成.61.2.1 空间卫星部分.61.2.2 地面监控部分.71.2.3 用户接收部分.81.3 GPS 信号.81.4 GPS 误差.81.4.1 与GPS卫星有关的因素.91.4.2 与信号传播途径有关的误差.91.4.3 仪器本身的误差.101.4.4 其他方面
2、影响.101.5 坐标系统.10151坐标系的分类.101.5.2 GPS测量中常用的坐标系统.111.6 GPS定位成果的坐标转换.121-7工作原理.131.8 GPS卫星定位基本原理.151.9 差分原理.161.10 GPS系统应用.18第二章:接收机硬件介绍,.192.1 使用与保护.192.2 GPS57 00接收机组成.192.3 按钮功能.222.4 GPS57 00指示灯现象.222.5 电池和电源的管理及充电.242.6 电池保护和存放.252.7 GPS5700 的安装.252.8 GPS5800接收机组成.262.9 GPS5800 按键功能.272.10 GPS580
3、0指示灯现象.27北京市海淀区中关村东路18号财智国际大厦C座7层(100083)Tel:010-51662388 Fax:010-826002932rNTUO天后科技北京天拓基业科技发展有限公司2.11 GPS5800流动站的安装.282.12 GPS57 00/5800 常规注意事项.28第三章GPS静态定位在测量中的应用.293.1 GPS静态定位在测量中的应用.293.2 布设GPS基线向量网的工作步骤.293.2.1 测前工作.293.2.2 测量实施.303.2.3 测后工作.313.3 GPS静态作业的选点及布网.313.4 布设GPS网时起算点的选取与分布.323.5 GPS网
4、的等级,.323.6 GPS网的布设形式和实施方案.333.7 静态作业的仪器准备及作业,.34371静态作业的仪器准备.343.7.2静态外业操作流程.34第四章静态数据处理.354.1 TG0静态数据处理流程.364.2 野外观测数据下载至PC.364.2.1 模块按钮说明.374.2.2 连接设备.374.2.3 各设备名称对应表.384.2.4 添加要传输的数据文件.384.2.5 数据传输.394.2.6 自添加设备名称.394.3 TG0软件新建坐标系统.404.4 TG0软件新建项目.464.5 导入静态观测数据产.dat或RINEX)数据.484.6 查看时间线(Timel i
5、ne).494.6.1 概述.494.6.2 工具按钮说明.504.6.3 禁用时间线的中GPS观测.514.7 处理GPS基线.524.7.1 处理形式设置、编辑处理类型普通参数.534.7.2 高级参数设置.554.7.3 GPS基线处理.664.7.4 GPS基线处理报告一残差.674.7.5 TGO软件基线处理接受的三个等级.68北京市海淀区中关村东路18号财智国际大厦C座7层(100083)Tel:010-51662388 Fax:010-826002933rNTUO天后科技北京天拓基业科技发展有限公司4.7.6 GPS基线环的闭合差.684.8 GPS基线网的无约束平差.714.8
6、.1 基准选择.714.8.2 平差形式选择及说明.724.8.3 无约束平差.764.8.4 力口权策略.764.9 GPS网的约束平差.784.9.1 约束平差.784.9.2 平差报告.804.10 地方独立坐标系统处理。.80第五章:TGO软件功能模块介绍,.835.1 Rinex格式转换.835.2 星历预报.-845.3 道路设计模块.88第二部分:动态部分第一章:手簿硬件说明.961.1设备管理.96第二章:手簿软件说明.982.1 菜单介绍.982.1.1 文件.1002.1.2 键入.1042.1.3 配置.1052.1.4 RTK参数设置.1062.2 要素法定义道路.11
7、02.3 点校正.112第三章:动态数据处理.1153.1 观测数据导入TG0项目.1153.2 输出自定义格式文件.1163.3 数据文件发送到手簿.120第四章:电台说明.1214.1 电台菜单介绍.1214.2 电台常见问题说明及注意事项.123附录1:如何安装语言包.125附录2:GPS外业观测记录表.130附录3:专业术语.131北京市海淀区中关村东路18号财智国际大厦C座7层(100083)Tel:010-51662388 Fax:010-826002934天后科技北京天拓基业科技发展有限公司第一部分:静态部分北京市海淀区中关村东路18号财智国际大厦C座7层(100083)Tel:
8、010-51662388 Fax:010-826002935TSNTU天后科技北京天拓基业科技发展有限公司第一章:G PS测量原理1.1 GPS简介GPS 是英文 Navigat ion Sat el l it e Timing and Ranging/Gl obal Posit ioning Syst em 的字头缩写词NAVSTAR/GPS的简称,它的含义是利用导航卫星进行测时和测距,以 构成全球定位系统。它是美军70年代初在子午卫星导航定位系统NNSS系统”的技术上发展而起的具有全球性、全能性(陆地、海洋、航空与航天)全天候性优 势的导航定位、定时、测速系统。利用该系统,用户可以在全球范
9、围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速;另外,利用该系统,用户还能够进行高精度的 时间传递和高精度的精密定位。1.2 GPS的组成1973年12月,美国国防部正式批准陆海空三军共同研制导航全球定位系统-全 球定位系统(GPS X 1994年进入完全运行状态;整套GPS定位系统由三个部分组成 的,即由GPS卫星组成的空中部分、由若干地面站组成的地面监控系统、以接收机 为主体的用户设备。三者有各自独立的功能和作用,但又是有机地配合而缺一不可 的整体系统。1.2.1 空间卫星部分GPS的空间部分由24颗GPS工作卫星所组成,这些GPS工作卫星共同组成了 GPS卫星星座,其中21颗为用于导航的
10、卫星,3颗为活动备用卫星。这24颗卫星分 布在6个倾角为55。,高度约为20200公里的高空轨道上绕地球运行。卫星的运行 周期约为12恒星时。完整的工作卫星星座保证在全球各地可以随时观测到4-8颗高 度角为15。以上的卫星,若高度角在5。则可达到12颗卫星。每颗GPS工作卫星都 发出用于导航定位的信号。GPS用户正是利用这些信号来进行工作。北京市海淀区中关村东路18号财智国际大厦C座7层(100083)Tel:010-51662388 Fax:010-826002936天后科技北京天拓基业科技发展有限公司1.2.2 地面监控部分GPS的控制部分由分布在全球的若干个跟踪站所组成的监控系统构成,根
11、据其作 用不同,这些跟踪站又被分为主控站、监控站和注入站。主控站的作用:主控站拥有大型电子计算机,用作为主体的数据采集、计算、传输、诊 断、编辑等工作,它完成下列功能:A、采集数据:主控站采集各监控站所测得的伪距和积分多普勒观测值、气象要素、卫 星时钟和工作状态的数据、监测站自身的状态数据等B、编辑导航电文(卫星星历、时钟改正数、状态数据及大气改正数)并送入注入站。C、诊断地面支撑系统的协调工作、诊断卫星健康状况并向用户指示的功能。D、调整卫星误差。监控站的作用:监测站的主要任务是对每颗卫星进行观测,并向主控站提供观测数据。每 个监控站配有GPS接收机,对每颗卫星长年连续不断地进行观测,每6秒
12、进行一次伪距 测量和积分多普勒观测,采集气象要素等数据。监测站是一种无人值守的数据采集中心,受主控站的控制,定时将观测数据送往主控站。注入站的作用:主控站将编辑的卫星电文传送到位于三大洋的三个注入站,定时将这些信息注入各个卫星,然后由GPS卫星发送给广大用户。北京市海淀区中关村东路18号财智国际大厦C座7层(100083)Tel:010-51662388 Fax:010-826002937TSNTU天后科技北京天拓基业科技发展有限公司1.2.3 用户接收部分GPS用户部分由GPS接收机(移动站、基准站等)、数据处理软件及相应用户设备,如计算机气象仪器等所组成。它的作用是接收GPS卫星所发出的信
13、号,利用这些信号进 行导航定位等工作。1.3 GPS信号GPS导航定位系统属于无线电导航定位系统,用户只需通过接收设备接收卫星播的 信号就能测定卫星信号传播时间延迟或相位延迟,解算出接收机与GPS卫星间的距离(称 为伪距),确定接收机位置。GPS卫星发射两种频率的载波信号-一伪随机码,即频率为1575.42MHz的L1载波 和频率为1227.60HMZ的L2载波,它们的频率分别是基本频率10.23MHz的154倍和120 倍,它们的波长分别为19.03c m和24.42c m。在L1和L2上又分别调制着多种信号,这 些信号主要有:(1)C/A码:C/A码又被称为粗捕获码,它被调制在L1载波上,
14、C/A码是普通用户用以 测定接收机到卫星间的距离的一种主要的信号。(2)P码:P码又被称为精码,它被调制在L1和L2载波上,一般用户无法利用P码来 进行导航定位。(3)Y码:P码与W码进行模二相加生成保密的Y码。(4)导航信息:导航信息被调制在L1载波上,其信号频率为50Hz,包含有GPS卫星的轨 道参数、卫星钟改正数和其它一些系统参数。用户一般需要利用此导航信 息来计算某一时刻GPS卫星在地球轨道上的位置,导航信息也被称为广播 星历。1.4 GPS误差利用GPS定位时,GPS卫星播发的信号受各种因素影响,使得测量结果产生误差,精度下降。影响GPS定位精度的因素可分为下列几个方面:北京市海淀区
15、中关村东路18号财智国际大厦C座7层(100083)Tel:010-51662388 Fax:010-826002938rNTUO天后科技北京天拓基业科技发展有限公司1.4.1 与GPS卫星有关的因素SA政策:美国政府从其国家利益出发,通过对导航电文采用?技术、对GPS卫星基 准频率加入高频抖动(5技术)、对P码采用译密技术(P码经过译密技术处理成Y 码一反电子欺骗AS政策),人为降低普通用户利用GPS进行导航定位时的精度。单机 定位误差达100m。现已取消SA政策,单机误差约15mo(2000年5月1日已经取消 该政策)卫星星历误差二卫星星历是GPS卫星定位中的重要数据。卫星星历是由地面监控
16、站跟 踪监测GPS卫星测定的。由于地面监控站测试的误差以及卫星在空中运行受到多种 摄动力影响,地面监测站难以充分可靠地测定这些作用力的影响,使得测定的卫星轨 道会有误差。卫星钟差二卫星钟差是GPS卫星上所安装的原子钟的钟面时与GPS标准时间之间会有 偏差和漂移,并且随着时间的推移而发生变化。而GPS定位所需要的观测量都是以精 密测时为依据,卫星钟差会对伪码测距和载波相位测量产生误差。当卫星钟差总量达 到1ms时,产生的等效距离误差可达300KM地球自转的影响:GPS定位采用的坐标是协议地球坐标系,地面接收到卫星信号时 与地球固连的协议坐标系相对于卫星发射瞬间的位置已产生了旋转(绕Z轴旋转),这
17、 样接收到的卫星信号会有时间延迟。(卫星发送信号瞬间坐标与接收机接收的瞬间坐 标产生位置上的旋转)。发射天线相位中心偏差二发射天线相位中心偏差是GPS卫星上信号发射天线的标称 相位中心与其真实相位中心之间的差异。1.4.2 与信号传播途径有关的误差电离层延迟二地球周围的电离层对电磁波的折射效应,使得GPS信号的传播速度发生 变化,这种变化称为电离层延迟。对流层延迟二由于地球周围的对流层对电磁波的折射效应,使得GPS信号的传播速度 发生变化,这种变化称为对流层延迟。北京市海淀区中关村东路18号财智国际大厦C座7层(100083)Tel:010-51662388 Fax:010-826002939
18、rNTUO天后科技北京天拓基业科技发展有限公司多路径效应二由于接收机周围环境的影响,使得接收机所接收到的卫星信号中还包含 有各种反射和折射信号的影响,这些信号会相互叠加,这就是所谓的多路径效应。1.4.3 仪器本身的误差接收机钟差二接收机石英钟与卫星的原子钟钟面时间的误差。接收机天线相位中心偏差二GPS接收机天线的标称相位中心与其真实的相位中心之 间的差异。接收机软件和硬件造成的误差;在进行GPS定位时,定位结果还会受到诸如处理与 控制软件和硬件等的影响。1.4.4 其他方面影响GPS控制部分人为或计算机造成的影响;由于GPS控制部分的问题或用户在进行数 据处理时引入的误差等。数据处理软件的影
19、响二数据处理软件的算法不完善对定位结果的影响。1.5 坐标系统1.5.1 坐标系的分类所谓坐标系指的是描述空间位置的表达形式,即采用什么方法来表示空间位置。如 直角坐标系、极坐标系等。在测量中,常用的坐标系有以下几种:空间直角坐标系空间直角坐标系的坐标系(见下图)原点位于参考椭球的中心o,z轴指向参考椭球 的北极,X轴指向起始子午面与赤道的交点,Y轴位于赤道面卜=且按右手系与X轴呈90夹角。北京市海淀区中关村东路18号财智国际大厦C座7层(100J83)Tel:010-51662388 Fax:010-8260029310rNTUO天后科技北京天拓基业科技发展有限公司空间大地坐标系空间大地坐标
20、系(见下图)是采用大地经、纬度和大地高来描述空间位置的。纬度是 空间的点与参考椭球面的法线与赤道面的夹角,经度是空间中的点与参考椭球的自转轴 所在的面与参考椭球的起始子午面的夹角,大地高是空间点沿参考椭球的“线方向到参 考椭球面的距离。产了吧/-1J平面直角坐标系 匚亘下f一“平面直角坐标系是利用投影变换,将空间坐标(空间直角坐标或空间大地坐标)通 过某种数学变换映射到平面上,这种变换又称为投影变换。投影变换的方法有很多,如 UTM投影、Lambuda投影等,在我国采用的是高斯-克吕格投影,也称为高斯投影。1.5.2 GPS测量中常用的坐标系统WG S-84坐标系WGS-84坐标系是目前GPS
21、所采用的坐标系统,GPS所发布的星历参数就是基于此 坐标系统的。WGS-84坐标系统的全称是Worl d Geodic al Syst em-84(世界大地坐标系-84),它是一个地心地固坐标系统。WGS-84坐标系的坐标原点位于地球的质心,Z轴 指向BIH 1984.0定义的协议地球极方向,X轴指向BIH1984.0的起始子午面和赤道的 交点,丫轴与X轴和Z轴构成右手系。WGS-84系所采用椭球参数为:a-6378137m/=1/298.257223563C20=-484.16685 x IQ-6刃=7.292115GM=398600.5W-5-21954年北京坐标系1954年北京坐标系是我
22、国目前广泛采用的大地测量坐标系。该坐标系源自于原苏 联采用过的1942年普尔科夫坐标系。该坐标系采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球。椭球长半轴6378245米,扁率298.3;X轴加常数为0,Y轴加常数为500000米。北京市海淀区中关村东路18号财智国际大厦C座7层(100083)Tel:010-51662388 Fax:010-8260029311TSNTU天后科技北京天拓基业科技发展有限公司1980年西安大地坐标系椭球的短轴平行于地球的自转轴(由地球质心指向1968.0 JYD地极原点方向),起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面,椭球面同似大地水准面在我国境内符合 最好;椭球长半轴637
23、8140米,扁率298.257;X轴加常数为0,Y轴加常数为500000 米;高程系统以56年黄海平均海水面为高程起算基准。1.6 GPS定位成果的坐标转换GPS定位成果(包括单点定位的坐标以及相对定位中解算的基线向量,由GPS基线 向量可以得到两点间的空间距离还可以得到它们之间的方位和高差信息属于WGS-84 大地坐标系(因为卫星星历是以WGS-84坐标系为根据而建立的),而实用的测量成果 往往是属于某一国家坐标系或地方坐标系(或叫局部的、参考坐标系)。参考坐标系 与WGS-84坐标系之间一般存在着平移和旋转的关系。实际应用中必须研究GPS成果与 参考坐标系统的转换关系。进行两个不同坐标系统
24、之间的坐标转换,需要求出坐标系 统之间的转换参数,转换参数一般是利用重合点的两套坐标值通过一定的数学模型进 行计算。研究这种转换模型的主要作用在于:1.合理地确定两种坐标系的转换参数,实现两种坐标系的转换;2.利用卫星测量建立地面控制网;3.利用卫星测量成果加强和改善地面控制网;4.利用卫星测量分析和研究地面网的系统误差;(1)、转换参数的计算如果已知两个不同的空间直角坐标系相应于某个转换模型的转换参数,需要将一些点 在一个坐标系中的坐标,转换为它们在另一个坐标系中的坐标,则按照相应的转换模型计算 就行了。但如果并不知道两个坐标系间的转换参数,而一般只是已知一部分点(通常称为公 共点)在两个坐
25、标系中的坐标,需要将另一部分点从一个坐标系转换到另一坐标系中,这就 需要先根据已知的公共点在两个坐标系中的坐标求定两个坐标系间的转换参数。然后利用所 求得的转换参数对另一部分点进行转换。例如,已知地面网与卫星网的公共点在地面参心坐北京市海淀区中关村东路18号财智国际大厦C座7层(100083)Tel:010-51662388 Fax:010-8260029312TSNTU天后科技北京天拓基业科技发展有限公司标系和卫星地心坐标系中的坐标,求卫星其它点在地面参心中的坐标,就得先计算地面参心 坐标系和卫星地心坐标系的转换参数。两个不同的空间直角坐标系的转换参数有7个,因此,一般来说,有三个公共点就可
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