GPS系统是目前在导航定位领域应用最为广泛的系统,它以高精度、全天候、高效率、多功能、易操作等特点著称,比其他导航定位系统具有更强的优势。GPS与GLONASS主要特征比较如表1.1.2所示。
表1.1.2 GPS与GLONASS主要特征比较
2.GPS系统的定位精度
GPS定位技术能够达到毫米级的静态定位精度和厘米级的动态定位精度。所达到的定位精度相对于其他的测量技术如图1.1.8所示。
图1.1.8 几种定位方法的精度比较
3.GPS测量的特点
GPS可为各类用户连续提供动态目标的三维位置、三维速度及时间信息。GPS测量主要特点如下:
(1)功能多、用途广。
GPS系统不仅可以用于测量、导航,还可以用于测速、测时。测速的精度可达0.1 m/s,测时的精度可达几十毫微秒。其应用领域还在不断扩大。
(2)定位精度高。
大量的试验和工程应用表明,用载波相位观测量进行静态相对定位,在小于50 km的基线上,相对定位精度可达1×10-6~2×10-6,而在100~500 km的基线上可达10-6~10-7。随着观测技术与数据处理方法的改善,可望在大于1 000 km的距离上,相对定位精度达到或优于10-8。在实时动态定位(RTK)和实时差分定位(RTD)方面,定位精度可达到厘米级和分米级,能满足各种工程测量的要求。其精度如表1.1.3所示。随着GPS定位技术及数据处理技术的发展,其精度还将进一步提高。
表1.1.3 GPS实时定位、测速与测时精度
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(3)实时定位。
利用全球定位系统进行导航,即可实时确定运动目标的三维位置和速度,可实时保障运动载体沿预定航线运行,亦可选择最佳路线。特别是对军事上动态目标的导航,具有十分重要的意义。
(4)观测时间短。
目前,利用经典的静态相对定位模式,观测20 km以内的基线所需观测时间,对于单频接收机在1 h左右,对于双频接收机仅需15~20 min。采用实时动态定位模式,流动站初始化观测1~5 min后,可随时定位,每站观测仅需几秒钟。利用GPS技术建立控制网,可缩短观测时间,提高作业效益。
(5)观测站之间无须通视。
经典测量技术需要保持良好的通视条件,又要保障测量控制网的良好图形结构。而GPS测量只要求测站15°以上的空间视野开阔,与卫星保持通视即可,并不需要观测站之间相互通视,因而不再需要建造觇标。这一优点即可大大减少测量工作的经费和时间(一般造标费用占总经费的30%~50%);同时,也使选点工作变得非常灵活,完全可以根据工作的需要来确定点位,无须通视,也使点位的选择变得更灵活,可省去经典测量中的传算点、过渡点的测量工作。
不过也应指出,测量虽然不要求观测站之间相互通视,但为了满足用常规方法联测的需要,在布设GPS点时,应该保证至少一个方向通视。
(6)操作简便。
GPS测量的自动化程度很高。对于“智能型”接收机,在观测中测量员的主要任务只是安装并开关仪器,量取天线高,采集环境的气象数据,监视仪器的工作状态,而其他工作,如卫星的捕获、跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。结束观测时,仅需关闭电源,收好接收机,便完成野外数据采集任务。
如果在一个测站上需要作较长时间的连续观测,还可实行无人值守的数据采集,通过网络或其他通信方式,将所采集的观测数据传送到数据处理中心,实现全自动化的数据采集与处理。GPS用户接收机一般质量较轻、体积较小。例如,Ashtech单频接收机——LOCUS最大质量1.4 kg,是天线、主机、电源组合在一起的一体机,自动化程度较高,野外测量时仅“一键”开关,携带和搬运都很方便。
(7)可提供全球统一的三维地心坐标。
经典大地测量将平面和高程采用不同方法分别施测。GPS测量中,在精确测定观测站平面位置的同时,可以精确测量观测站的大地高程。GPS测量的这一特点,不仅为研究大地水准面的形状和确定地面点的高程开辟了新途径,同时也为其在航空物探、航空摄影测量及精密导航中的应用提供了重要的高程数据。
GPS定位是在全球统一的WGS-84坐标系统中计算的,因此全球不同点的测量成果是相互关联的。
(8)全球全天候作业。
GPS卫星较多,且分布均匀,保证了全球地面被连续覆盖,使得在地球上任何地点、任何时候进行观测工作。通常情况下,除雷雨天气不宜观测外,一般不受天气状况的影响。因此,GPS定位技术的发展是对经典测量技术的一次重大突破。一方面,它使经典的测量理论与方法产生了深刻的变革;另一方面,也进一步加强了测量学与其他学科之间的相互渗透,从而促进了测绘科学技术的现代化发展。
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