1、-_RTK 基础知识RTK 作为现代化测量中的测绘仪器，已经非常普及.RTK 在测量中的优越性也是不言而喻.为了能让 RTK 的优越性能在使用中充分的发挥出来，为了能让 RTK 使用人员能灵活的应用 RTK，我认为 RTK 使用人员必须了解以下的基本知识：1.GPS 的概念及组成GPS(Global Positioning System)即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系统，利用该系统，用户可以在全球范围内实现全天候、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。GPS 计划始于 1973 年，已于 1994 年进入完全运行状
2、态(FOC2)。GPS 的整个系统由空间部分、地面控制部分和用户部分所组成：空间部分GPS 的空间部分是由 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 颗为可用于导航的卫星，3 颗为活动的备用卫星。这 24 颗卫星分布在 6 个倾角为 55的轨道上绕地球运行。卫星的运行周期约为 12 恒星时。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的。控制部分GPS 的控制部分由分布在全球的由若干个跟踪站所组成的监控系统所构成，根据其作用的不同，这些跟踪站又被分为主控站、监控站和注入站。主控站有一个，位于美国克
3、罗拉多(Colorado) 的法尔孔(Falcon) 空军基地，它的作用是根据各监控站对 GPS 的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去;同时，它还对卫星进行控制，向卫星发布指令，当工作卫星出现故障时，调度备用卫星，替代失效的工作卫星工作;另外，主控站也具有监控站的功能。监控站有五个，除了主控站外，其它四个分别位于夏威夷(Hawaii)、阿松森群岛(Ascencion)、迭哥伽西亚(Diego Garcia)、卡瓦加兰(Kwajalein)，监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星的工作状态; 注入站有三个，它们分别位于阿松森群岛(Ascencion
4、)、迭哥伽西亚(Diego Garcia)、卡瓦加兰(Kwajalein)，注入站的作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去.-_用户部分GPS 的用户部分由 GPS 接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机气象仪器等所组成。它的作用是接收 GPS 卫星所发出的信号，利用这些信号进行导航定位等工作。以上这三个部分共同组成了一个完整的 GPS 系统。2.GPS 发射的信号GPS 卫星发射两种频率的载波信号，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
5、，它们的波长分别为 19.03cm 和 24.42cm。在 L1 和 L2 上又分别调制着多种信号，这些信号主要有：C/A 码C/A 码又被称为粗捕获码，它被调制在 L1 载波上，是 1MHz 的伪随机噪声码(PRN 码)，其码长为 1023 位(周期为 1ms)。由于每颗卫星的 C/A 码都不一样，因此，我们经常用它们的 PRN 号来区分它们。C/A 码是普通用户用以测定测站到卫星间的距离的一种主要的信号。P 码P 码又被称为精码，它被调制在 L1 和 L2 载波上，是 10MHz 的伪随机噪声码，其周期为七天。在实施 AS 时，P 码与 W 码进行模二相加生成保密的 Y 码，此时，一般用户
6、无法利用 P 码来进行导航定位。Y 码见 P 码。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。3.GPS 定位的原理-_GPS 定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。如下图所示，假设 t 时刻在地面待测点上安置 GPS 接收机，可以测定 GPS 信号到达接收机的时间t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式：上述四个方程
7、式中待测点坐标 x、 y、 z 和 Vto 为未知参数，其中 di=cti (i=1、2、3、4)。di (i=1、2、3 、4) 分别为卫星 1、卫星 2、卫星 3、卫星 4 到接收机之间的距离。ti (i=1、2 、3、4) 分别为卫星 1、卫星 2、卫星 3、卫星 4 的信号到达接收机所经历的时间。c 为 GPS 信号的传播速度(即光速) 。四个方程式中各个参数意义如下：-_x 、 y、z 为待测点坐标的空间直角坐标。xi 、yi 、zi (i=1、 2、3 、4) 分别为卫星 1、卫星 2、卫星 3、卫星 4 在 t 时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得。Vt i (i=1、2、3
8、 、 4) 分别为卫星 1、卫星 2、卫星 3、卫星 4 的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。Vto 为接收机的钟差。由以上四个方程即可解算出待测点的坐标 x、y 、z 和接收机的钟差 Vto 。目前 GPS 系统提供的定位精度是优于 10 米，而为得到更高的定位精度，我们通常采用差分GPS 技术：将一台 GPS 接收机安置在基准站上进行观测。根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行 GPS 观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。差分 GPS 分为两大类：伪距差分和载波相位差分。 http
9、:/ 中国 3S 专业站1. 伪距差分原理这是应用最广的一种差分。在基准站上，观测所有卫星，根据基准站已知坐标和各卫星的坐标，求出每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离。再与测得的伪距比较，得出伪距改正数，将其传输至用户接收机，提高定位精度。这种差分，能得到米级定位精度，如沿海广泛使用的“信标差分”。2.载波相位差分原理载波相位差分技术又称 RTK(Real Time Kinematic)技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。即是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。载波相位差分可使定位精度达到厘米级。大量应用于动态需要高精度位置的领域。4.GPS 定位的误差源-_我
10、们在利用 GPS 进行定位时，会受到各种各样因素的影响。影响 GPS 定位精度的因素可分为以下四大类：一、与 GPS 卫星有关的因素1.SA 政策美国政府从其国家利益出发，通过降低广播星历精度(技术)、在 GPS 基准信号中加入高频抖动( 技术 )等方法，人为降低普通用户利用 GPS 进行导航定位时的精度。2.卫星星历误差在进行 GPS 定位时，计算在某时刻 GPS 卫星位置所需的卫星轨道参数是通过各种类型的星历提供的，但不论采用哪种类型的星历，所计算出的卫星位置都会与其真实位置有所差异，这就是所谓的星历误差。3.卫星钟差卫星钟差是 GPS 卫星上所安装的原子钟的钟面时与 GPS 标准时间之间
11、的误差。4.卫星信号发射天线相位中心偏差卫星信号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。二、与传播途径有关的因素1.电离层延迟由于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。电磁波所受电离层折射的影响与电磁波的频率以及电磁波传播途径上电子总含量有关。2.对流层延迟-_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。电磁波所受对流层折射的影响与电磁波传播途径上的温度、湿度和气压有关。3.多路径效应由于接收机周围环境的影响，使得接收机所接收
12、到的卫星信号中还包含有各种反射和折射信号的影响，这就是所谓的多路径效应。三、与接收机有关的因素1.接收机钟差接收机钟差是 GPS 接收机所使用的钟的钟面时与 GPS 标准时之间的差异。2.接收机天线相位中心偏差接收机天线相位中心偏差是 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。3.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。四、其它1.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。2.数据处理软件的影响数据处理软件的算法不完善对定位结果的影响。5.GPS 测量中坐
13、标系统、坐标系的转换过程引用:-_摘要：GPS 在测量领域得到了广泛的应用，本文介绍将 GPS 所采集到的 WGS-84 坐标转换成工程所需的坐标的过程。关键词：GPS 坐标系统 坐标系 转换一、概述 GPS 及其应用GPS 即全球定位系统(Global Positioning System)是美国从本世纪 70 年*始研制，历时20 年，耗资 200 亿美元，于 1994 年全面建成的卫星导航定位系统。作为新一代的卫星导航定位系统经过二十多年的发展，已成为在航空、航天、军事、交通运输、资源勘探、通信气象等所有的领域中一种被广泛采用的系统。我国测绘部门使用 GPS 也近十年了，它最初主要用于高
14、精度大地测量和控制测量，建立各种类型和等级的测量控制网，现在它除了继续在这些领域发挥着重要作用外还在测量领域的其它方面得到充分的应用，如用于各种类型的工程测量、变形观测、航空摄影测量、海洋测量和地理信息系统中地理数据的采集等。GPS 以测量精度高 ;操作简便，仪器体积小，便于携带;全天候操作; 观测点之间无须通视 ;测量结果统一在 WGS84 坐标下，信息自动接收、存储，减少繁琐的中间处理环节、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖。二、GPS 测量常用的坐标系统1.WGS-84 坐标系WGS-84 坐标系是目前 GPS 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。 W
15、GS-84 坐标系统的全称是 World Geodical System-84(世界大地坐标系-84)，它是一个地心地固坐标系统。WGS-84 坐标系统由美国国防部制图局建立，于 1987 年取代了当时 GPS 所采用的坐标系统WGS-72 坐标系统而成为 GPS 的所使用的坐标系统。WGS-84 坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z 轴指向 BIH1984.0 定义的协议地球极方向，X 轴指向 BIH1984.0 的启始子午面和赤道的交点，Y 轴与 X 轴和 Z 轴构成右手系。采用椭球参数为： a = 6378137m f = 1/298.2572235632.1954 年北京坐标系1954
16、年北京坐标系是我国目前广泛采用的大地测量坐标系，是一种参心坐标系统。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，该-_椭球的参数为：a = 6378245m f = 1/298.3.我国地形图上的平面坐标位置都是以这个数据为基准推算的。3.地方坐标系(任意独立坐标系)在我们测量过程中时常会遇到的如一些某城市坐标系、某城建坐标系、某港口坐标系等，或我们自己为了测量方便而临时建立的独立坐标系。三、坐标系统的转换在工程应用中使用 GPS 卫星定位系统采集到的数据是 WGS-84 坐标系数据，而目前我们测量成果普遍使用的是以 1954 年北京坐标
17、系或是地方 (任意)独立坐标系为基础的坐标数据。因此必须将 WGS-84 坐标转换到 BJ-54 坐标系或地方(任意)独立坐标系。目前一般采用布尔莎公式(七参数法) 完成 WGS-84 坐标系到北京 54 坐标系的转换，得到北京 54 坐标数据。XBJ54=XWGS84+ KXWGS84+x+YWGS84Z“/“-ZWGS84Y“/“YBJ54=YWGS84+ KYWGS84+Y-XWGS84Z“/“+ZWGS84X“/“ZBJ54=ZWGS84+ KZWGS84+Z+XWGS84Y“/“-ZWGS84X“/“四、坐标系的变换同一坐标系统下坐标有多种不同的表现形式，一种形式实际上就是一种坐标系
18、。如空间直角坐标系(X ，Y ，Z)、大地坐标系 (B，L)、平面直角坐标(x，y)等。通过坐标统的转换我们得到了 BJ54坐标系统下的空间直角坐标，我们还须在 BJ54 坐标系统下再进行各种坐标系的转换，直至得到工程所需的坐标。1.将空间直角坐标系转换成大地坐标系，得到大地坐标(B ，L)：L=arctan(Y/X)B=arctan (Z+Ne2sinB)/(X2+Y2)0.5-_H=(X2+Y2)0.5sinB-N用上式采用迭代法求出大地坐标(B，L)2.将大地坐标系转换成高斯坐标系，得到高斯坐标(x ，y)按高斯投影的方法求得高斯坐标，x=F1(B，L) ，y=F2(B，L)3.将高斯坐
19、标系转换成任意独立坐标系，得到独立坐标(x，y)在小范围内测量，我们可以将地面当作平面，用简单的旋转、平移便可将高斯坐标换成工程中所采用坐标系的坐标(x ，y) ，x=xcos+ysiny=ycos-xsin五、小结由于 GPS 测量的种种优点，GPS 定位技术现已基本上取代了常规测量手段成为了主要的技术手段，市面上出现了许多转换软件和不同型号的 GPS 数据处理配套软件(包含了怎样将 GPS 测量中所得到的 WGS-84 转换成工程中所须坐标的功能 )，万变不离其宗，只要我们明白了 WGS-84 转换到独立坐标系的转换过程，便可很容易的使用该软件了，甚至可以自己编写程序，将 WGS-84 坐
20、标转换成独立坐标系坐标6.GPS 高程测量一、高程系统1、高程系统(1)大地高(Hg)(2)正常高/正高(Hr/hg)2、大地高系统-_大地高系统是以参考椭球面为基准面的高程系统。某点的大地高是该点到通过该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间的距离。大地高也称为椭球高，大地高一般用符号 H 表示。大地高是一个纯几何量，不具有物理意义，同一个点，在不同的基准下，具有不同的大地高。3、正高系统正高系统是以大地水准面为基准面的高程系统。某点的正高是该点到通过该点的铅垂线与大地水准面的交点之间的距离，正高用符号 hg 表示。4、正常高系统正常高系统是以似大地水准面为基准的高程系统。某点的正常高是该点到通过该点的铅垂线与似大地水准面的交点之间的距离，正常高用 Hr 表示。5、高程系统之间的转换关系Hr=H-rHg=H-hg二、GPS 测高方法1、等值线图法从高程异常图或大地水准面差距图分别查出各点的高程异常或大地水准面差距，然后分别采用下面两式可计算出正常高和正高。在采用等值线图法确定点的正常高和正高时要注意以下几个问题：(1)注意等值线图所适用的坐标系统，在求解正常高或正高时，要采用相应坐标系统的大地高数据。(2)采用等值线图法确定正常高或正高，其结果的精度在很大程度上取决于等值线图的精度。2、大地水准面模型法
