第三讲 广域差分增强基本原理
差分放大电路工作原理
差分放大电路工作原理差分放大电路是一种常见的电子电路，它在信号处理和放大中起着非常重要的作用。
差分放大电路通常由两个放大器组成，它们的输入信号是相反的，输出信号是它们输入信号的差值。
这种电路结构可以有效地抑制共模干扰，提高信号的抗干扰能力，因此在许多应用中得到了广泛的应用。
差分放大电路的工作原理主要包括差分输入、差分放大和差分输出三个部分。
首先，差分放大电路的输入端接收到两个相反的信号，它们经过放大器的放大作用后得到了两个对应的放大信号。
然后，这两个放大信号经过差分运算，得到了它们的差值作为输出信号。
在这个过程中，放大器的增益和偏置电压等参数都会对差分放大电路的工作性能产生影响。
差分放大电路的工作原理可以用数学模型来描述。
假设两个输入信号分别为Vin+和Vin-，放大器的增益分别为A1和A2，那么放大器的输出信号可以分别表示为Vout+和Vout-。
根据差分放大电路的定义，它们的差值可以表示为：Vout = A1 (Vin+ Vin-) A2 (Vin+ Vin-)。
通过这个数学模型，我们可以清晰地看到差分放大电路的工作原理，它通过放大器的放大作用和差分运算，得到了输入信号的差值作为输出信号。
这种工作原理使得差分放大电路在信号处理中具有很好的线性和抗干扰能力，特别适用于需要高精度放大和抑制干扰的场合。
除此之外，差分放大电路还有一些特殊的工作原理。
例如，它可以通过反馈网络来实现对输出信号的控制和调节，从而实现对信号的精确放大和处理。
同时，差分放大电路还可以通过选择不同的放大器类型和参数来适应不同的应用场合，如低噪声放大、高速放大等。
总的来说，差分放大电路的工作原理是基于放大器的放大作用和差分运算，通过对输入信号进行放大和差分处理，得到了输出信号的差值。
这种工作原理使得差分放大电路在信号处理和放大中具有很好的性能和应用前景。
希望本文对您对差分放大电路的工作原理有所帮助。
广域差分GPS技术
基准站建站方案示意图：
1.数据处理方案与软件
定轨与 4-6跟踪站，GAMIT及自编ORBFIT软件，三 轨道预报 天弧段解，法方程分块迭加算法。
数值结果图
结 论：
定轨结果与IGS 精密星历比较，其RMS为：轨道 平均优于2m，径向和法向优于1m，切向一般 优于2m。轨道外推24h，其RMS为：轨道平均一 般优于3m，径向优于2m，法向一般优于1m， 切向一般优于4m，个别达7m。（96年数据）
WADGPS的基本思想
对GPS观测量的误差源加以区分，并对每一个误差源分别加以模 型化，然后将计算出来的每一个误差源的误差修正值（差分改正值）， 通过数据通讯链传输给用户，对用户GPS接收机的观测值误差加以改 正，以达到削弱这些误差源的影响、改善用户定位精度的目的。因此， 既削弱了LADGPS技术中对基准站和用户站之间的空间相关性的要求， 又保持了LADGPS的定位精度。WADGPS系统中，只要数据通信链有 足够的能力，基准站和用户站之间的距离在原则上是没有限制的。 WADGPS所针对的误差源主要有三个部分： (1) 卫星星历误差，包括SA中ε 技术的影响； (2)卫星钟差，包括SA中δ 技术的影响； (3) 电离层对GPS信号产生的时间延迟。
原理：利用多基准站确定网覆盖区域内多站伪距修正的加权平均，提高 精度，增加使用距离 特点：采用伪距及其变率修正，仍不能分离各类误差的不同影响
3.广域差分GPS（WADGPS）
原理：利用多基准站的实时观测数据，传送给主控站（中心站），分别 确定卫星轨道误差（定轨）卫星钟差和电离层延迟，再把这三项 改正传给用户，实现数千公里远距离的米级精度“单点”定位。 特点：基准站间数据传输频度高，误码率要求严
电离层折射改正模型的确定
差分比较器的工作原理
差分比较器的工作原理嘿，你有没有想过在电子世界里，有这么一个超级厉害的“小侦探”，它能快速又精准地判断两个信号的大小关系呢？这个“小侦探”就是差分比较器啦。
我记得我刚接触电子电路的时候，看到差分比较器就觉得它特别神秘。
那时候我就和我的电子学老师有过这样一段对话。
我问老师：“老师，这个差分比较器到底是怎么知道哪个信号大哪个信号小的呀？感觉就像有魔法一样。
”老师笑了笑说：“哈哈，它可没有魔法，这背后都是有科学原理的。
”那咱们就来揭开这个神秘的面纱吧。
差分比较器呢，简单来说，它就像是一个非常严格的裁判。
它有两个输入端，我们可以把这两个输入端想象成是两个选手站在赛场上。
这两个选手就是输入的两个电压信号，我们叫它们V+和V -。
当这两个选手，也就是这两个电压信号进入到差分比较器这个“赛场”的时候，差分比较器内部的电路就开始工作了。
它里面有很多的晶体管啊、电阻啊之类的电子元件，这些元件就像是赛场里的各种设施一样，各有各的作用。
你可以把差分比较器里面的这些电路元件想象成是一群非常聪明的小助手。
它们会对V+和V -这两个信号进行比较。
怎么比较呢？就好像是在称东西一样，如果V+这个“选手”的电压值比V -这个“选手”的电压值大，那么在差分比较器的输出端就会有一个特定的反应，比如说输出一个高电平。
这就好像是裁判举起了代表V+选手胜利的旗帜一样。
那要是V -的电压值比V+的电压值大呢？这时候，差分比较器就会在输出端输出一个低电平，就像是裁判宣布V -选手获胜了。
这整个过程其实是非常快的，快得就像闪电一样。
我有个朋友，他是做电子设备维修的。
有一次他就跟我讲起了他和差分比较器打交道的经历。
他说：“你知道吗？有一次我修一个设备，就是差分比较器出了问题。
我当时就在想，这个小小的东西，怎么会影响整个设备的运行呢？就像一个小齿轮坏了，结果整个大机器都转不动了。
”我就回答他：“是呀，差分比较器虽然小，但是它的作用可大着呢。
”咱们再深入一点看它的原理。
SBAS广域增强系统
SBAS 即Space Based Augmentation System (DGNSS/DGPS/WAAS/EGNOS)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。
目前全球发展的SBAS系统有：欧空局接收卫星导航系统(EGNOS)，覆盖欧洲大陆美国的DGPS(Differential GPS)，美国雷声公司的广域增强系统(WAAS)，覆盖美洲大陆日本的多功能卫星增强系统（MSAS），覆盖亚洲大陆。
三者具有完全兼容的互操作性。
其特点是：1、通过地球静止卫星（GEO）发布包括GPS卫星星历误差改正、卫星钟差改正和电离层改的信息；2、通过GEO卫星发播GPS和GEO卫星完整的数据；3、GEO卫星的导航载荷发射GPS L1测距信号。
差分GPS差分GPS是伴随GPS产生而产生的用于局部区域改进导航精度的一种技术。
一个在已知测量位置的GPS接收机，将其GPS测量导出的解与其测量位置比较，得到改正项，将改正项发送至用户，使用户改进他自己的位置解。
一般说来，存在两种差分GPS概念：1.一接收机置于已知位置，测量由GPS导出的位置解误差（△x，△y，△z），这一信息然后发射到携带主接收机的载体，加到用户估计的坐标中。
用这种技术，位置改正数仅当两个接收机使用同一组卫星时才是有效的。
2.一接收机置于已知位置，确定到所有可见卫星的伪距的误差，并发射至用户。
用户在确定其民航解之前从其测量的伪距中减去此项误差改正。
用这种技术，用户和地面接收机不一定使用一组卫星。
还有一种伪卫星概念。
地面站起着伪卫星的作用，计算所有卫星的伪距偏差，将其与导航数据电文一起发射给用户。
用户采集这些信息，作为正常导航电文的一部分，来改正他的位置解。
DGPS可以将用户的三维定位精度改进至5米水平。
DGPS所以能够提高用户定位精度是基于用户与参考点所蒙受的误差相关这一假设。
事实上，用户星历误差、电离层和对流层延迟影响不能被差分改正完全抵销。
随着用户至参考站距离的增加，误差相关退化，以致用户定位精度降低。
广域差分GPS技术课件
AI辅助数据处理技术是广域差分GPS技术的另一个重要发展方向，通过人工智能算法对数据进行处理和分析，可以提高数据处理效率和精度，同时还能发现和解决一些传统方法难以解决的问题。
详细描述
AI辅助数据处理技术利用人工智能算法对广域差分GPS数据进行处理和分析，可以更快速、准确地提取出有用的信息，提高数据处理效率和精度。此外，AI辅助数据处理还可以发现和解决一些传统方法难以发现和解决的问题，例如信号畸变和多径效应等。
航海导航
广域差分GPS技术能够提供高精度地图和定位信息，帮助车辆进行精确导航和行驶控制。
道路交通
广域差分GPS技术能够提供高精度位置信息，帮助科学家进行地球科学、气象学等领域的研究。
科学研究
02
CHAPTER
广域差分GPS技术原理
通过建立地面上分布广泛的基准站接收机网络，实时监测卫星信号误差，并将修正数据发送给移动用户，以实现高精度定位。
广域差分GPS技术课件
目录
引言广域差分GPS技术原理广域差分GPS系统组成广域差分GPS技术优势与挑战广域差分GPS技术发展趋势广域差分GPS技术应用案例
01
CHAPTER
引言
广域差分GPS技术能够提供高精度位置信息，帮助飞行员进行精确导航。
航空导航
广域差分GPS技术能够提供可靠的定位信息，帮助船只进行精确导航和航行控制。
用户接收机在接收到GPS信号和误差修正数据后，通过内部处理器进行误差修正，提高定位精度。
用户接收机一般采用小型化、低功耗设计，方便携带和使用。
04
CHAPTER
广域差分GPS技术优势与挑战
广域差分GPS技术通过差分校正模型，消除公共误差源，从而提高定位精度。
该技术降低了定位失败的风险，提高了在复杂环境和恶劣气候条件下的定位可靠性。
差分放大器原理及应用
差分放大器原理及应用
差分放大器（differential amplifier），也被称为差动放大器，是一种将两个输入端电压的差以一固定增益放大的电子放大器。
差分放大器通常被用作功率放大器（简称“功放”）和发射极耦合逻辑电路（ECL，Emitter Coupled Logic）的输入级。
差分放大器的作用是放大两个输入电压的差值。
若差分放大器的两个输入分别为Va和Vb，则其输出Vout可以表示为：Vout=Va-Vb。
其中，Ad为差模增益（differential-mode gain），Ac为共模增益（common-mode gain）。
差分放大器通常用于电机或者伺服电机控制，以及信号放大。
此外，差分放大器在稳压电源、测量仪器等领域也有广泛应用。
在离散电子学中，差分放大器的一个常用手段是差动放大，见于多数运算放大器集成电路中的差分电路。
此外，为了提高信噪比，应提高差动放大倍数，降低共模放大倍数。
二者之比称做共模抑制比（CMRR, common-mode rejection ratio）。
共模抑制比是衡量差分放大器消除共模信号能力的重要参数。
当共模增益Ac接近0
时，CMRR趋于无穷大。
同时，Re越大，Ac就越低，因此共模抑制比也就越大。
对于完全对称的差分放大器来说，其Ac = 0，因此输出电压可以表示为：Vout=2Ad[(Va+Vb)/2]，此时，若将一个输入端接地，即可得到单端输入
的放大器。
很多系统在差分放大器的一个输入端输入反馈信号，另一个输入端输入反馈信号，从而实现负反馈。
以上内容仅供参考，如需更多信息，建议查阅相关文献或咨询电子工程专家。
GNSS差分技术原理
GNSS差分定位原理1. 微型网的构建由一个基准站和若干个移动站组成，一般作用距离50km左右，不超过100km，配置灵活，投资较少，最适合单位用户的需求，实时精度从米级到厘米级，实时与后处理可选，数据通讯方式一般采用单频点电台，系统构建简单方便。
微型网在地质矿产勘探、海洋探测、港口管理、交通管理、飞行物姿态校测、工业自动化控制、GIS数据采集、各种工程测量及大地测绘等众多领域有着极其广泛的应用。
2. 局域网差分GNSS实时定位技术基本上可分为二种类型，即局域差分GNSS和广域差分GNSS。
局域差分的技术特点是向用户提供综合的差分GNSS改正信息-观测值改正，而不是提供单个误差源的改正。
它的作用范围比较小，例如在150km之内。
广域差分的技术特点是将GNSS定位中主要的误差源分别加以计算，并分别向用户提供这些差分信息，它作用的范围比较大，往往在1000km 以上。
2.1 局域差分GNSS实时定位技术概述：局域差分GNSS（Local Area Differential GNSS 简写为LADGNSS）定时定位技术是由基准站、数据通信链和用户站组成。
它提高用户站定位精度的原理是建立在基准站和用户站对GNSS卫星的同步同轨迹的基础上。
通常认为，若基准站和用户站同步观测同一颗卫星，且基准站和用户站间隔在一定距离内（一般不超过150km），则这两种站上的观测值相应于同一卫星的同一轨道弧段，它们之间存在强相关性，即它们都包含相同的误差。
因此，以伪距差分为例，将基准站所观测的每一颗GNSS卫星的伪距误差按伪距比例改正的信息（一般还需加上伪距改正变率信息）通过数据通信链传输至邻近的用户站，用户站利用这一信息对其所观测的伪距进行改正，即可提高用户站定位精度。
根据国外经验，当基准站和用户站间隔小于150km时，伪距LADGNSS 实时相对定位误差为3×10-5～10×10-5。
也就是说，基准站和用户站之间的距离在150km范围内时，用户站定位的精度约为±（3-10）m。
卫星导航差分系统和增强系统（十）
卫星导航差分系统和增强系统（十）+刘天雄3.4.1 美国广域增强系统WAAS3.4.1.1 系统组成广域增强系统（Wide Area Augmentation System，WAAS）是美国的星基增强系统，是为满足美国民用航空对GPS更高的精度和完好性要求，1992年，美国联邦航空管理局（FAA）在WADGPS的基础上设计的。
其利用GEO地球同步静止轨道卫星广播GPS差分修正数据和完好性信息电文，实现在北美地区GPS系统的完好性增强。
WAAS系统的GEO卫星不仅作为完好性告警通道，播发增强信号的同时还提供测距服务，利用GEO卫星覆盖范围大且位置相对稳定的特点，对地面用户高仰角高，作为一个稳定的测距信号源，可补充GPS星座用户可见卫星数量。
WAAS系统的发展经历了四个阶段，一是初始运行阶段（Initial Operating Capability，IOC），2003年已实现目标，2003年7月10日，FAA宣布WAAS系统为民航提供服务，服务范围覆盖美国本土95%的区域以及阿拉斯加部分区域。
二是全面实现带垂直引导的水平进近LPV服务（Full LPV Performance），2008年已实现目标，2007年服务区域扩展到加拿大和墨西哥。
三是全面实现带垂直引导的水平进近LPV-200服务（Full LPV-200 Performance），2014年8月，WAAS系统可为全美提供LPV-200服务。
四是开展双频多系统（dual-frequency multi-constellation，DFMC）兼容互操作研究，进一步提升WAAS系统的可用性，计划在2014年～2028年期间实现DFMC 服务。
目前，WAAS系统支持民航航路、终端、进近以及带垂直引导的水平进近（Localizer Performance with Vertical，LPV）服务，为美国和加拿大一千多个机场提供仪表垂直引导进近（vertically guided instrument approach）服务，即带垂直引导的水平进近LPV-200服务（接近CAT-I进近水平），可以引导飞机从200英尺的高度着陆（height above touchdown，HAT）。
广域差分简介
SBAS 即Space Based Augmentation System,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。
目前全球发展的SBAS系统有：欧空局接收卫星导航系统(EGNOS)，欧洲大陆美国雷声公司的广域增强系统(W AAS)，美洲大陆日本的多功能卫星增强系统（MSAS），亚洲大陆三者具有完全兼容的互操作性。
其特点是：1、通过地球静止卫星（GEO）发布包括GPS卫星星历误差改正、卫星钟差改正和电离层改的信息；2、通过GEO卫星发播GPS和GEO卫星完整的数据；3、GEO卫星的导航载荷发射GPS L1测距信号。
SBAS覆盖图WAAS 这个名词、全名为Wide Area Augmentation System，即广域增强系统。
WAAS是美国联邦航空局（FAA）及美国交通部为提升飞行精确度而发展出来的，因为目前单独使用GPS 并无法达到联邦航空局针对精确飞行导航所设定的要求。
WAAS 包含了约25个地面参考站台，位置散布于美国境内，负责监控GPS 卫星的资料。
其中两个分别位于美国东西岸的主站台搜集其它站台传来的资料，并据此计算出GPS 卫星的轨道偏移量、电子钟误差，以及由大气层及电离层所造成的讯息延迟时间，汇整后经由两颗位在赤道上空之同步卫星的其中之一传播出去。
此W AAS 讯号的发送频率与GPS 讯号的频率相同，因此任何具备WAAS 功能的GPS 机台都可接收此讯号，并藉此修正定位信息。
WAAS 可以校正由电离层干扰、时序控制不正确以及卫星轨道错误等因素所造成的GPS 讯号误差，也能提供各卫星是否正常运转之信息。
虽然W AAS 目前尚未正式通过美国航空局的飞行使用认证，但此系统已开放给一般民众使用，例如从事航海或其它休闲活动的人们。
W AAS提供校正GPS讯号的功能，让您得到更精确的定位。
到底能提升多少精确度呢？官方给出的数据是，可以平均提升最多五倍的精确度！目前无W AAS功能的普通GPS接收机的正常精确度是15米，而一台具备W AAS功能的GPS接收机能在95%的情况下提供您误差小于三公尺的精准定位，而且您不必为了使用WAAS功能而支付任何使用费。
差分放大器电路工作原理
差分放大器电路工作原理差分放大器是一种常用的电路，用于放大差分信号。
在实际应用中，差分放大器广泛用于放大微弱信号、抑制共模干扰和实现差分信号的线性放大等场景。
差分放大器的工作原理主要涉及两个关键概念：差模增益和共模抑制比。
差模增益是指差分放大器对差分信号的放大倍数，而共模抑制比则是衡量差分放大器对共模信号的抑制能力。
下面将详细介绍差分放大器的工作原理。
差分放大器电路通常由两个共源极放大器组成，分别称为P极放大器和N极放大器。
这两个放大器的输入端分别与两个输入信号相连，输出端则连接在一起。
在差分放大器中，P极放大器和N极放大器的工作状态是相同的，只是输入信号的极性相反。
当输入信号作用于差分放大器时，P极放大器和N极放大器会将输入信号放大，并输出到共同的输出端。
由于输入信号的极性相反，经过放大的信号在输出端得到叠加，从而放大差分信号。
差分放大器的差模增益可以通过调整P极放大器和N极放大器的工作状态来实现。
例如，可以通过调整两个放大器的偏置电流和放大倍数来改变差模增益。
在实际应用中，可以根据需要选择合适的差模增益，以满足系统的要求。
除了放大差分信号外，差分放大器还能够有效抑制共模信号。
共模信号是指同时作用于两个输入端的信号，它不会在输出端产生有效的放大。
差分放大器通过差分放大的方式，将共模信号抑制在输出端。
共模抑制比是衡量差分放大器抑制共模信号能力的重要指标，一般要求共模抑制比较高，以保证差分信号的纯净性。
差分放大器的工作原理还涉及到一些细节问题，例如输入电阻、输出电阻和偏置电流等。
输入电阻是指差分放大器对输入信号的阻抗，输出电阻则是指差分放大器对输出信号的阻抗。
偏置电流是指差分放大器中放大器的工作状态所需的电流。
差分放大器是一种常用的电路，可用于放大差分信号、抑制共模干扰和实现差分信号的线性放大。
其工作原理是通过两个共源极放大器的差分放大方式来实现的。
差分放大器的差模增益和共模抑制比是衡量其性能的重要指标。
差分放大器公式推导
差分放大器公式推导差分放大器是一种常见的电路，主要用于放大差分输入信号。
它具有共模抑制功能，可以消除共模干扰，提高电路的稳定性和精度。
本文将从基本原理入手，详细介绍差分放大器的公式推导过程。
一、差分放大器基本原理差分放大器由两个基本电路组成：差动输入电路和共源极放大器。
其中，差动输入电路由两个输入电阻和两个输入信号组成，可以将两个输入信号进行差分运算，从而消除共模干扰。
共源极放大器则具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点，可以增益差分输入信号。
二、差分放大器公式推导为了方便推导，我们先定义一些符号：Vin+：正输入信号Vin-：负输入信号Vout+：正输出信号Vout-：负输出信号Rin：输入电阻Rf：反馈电阻Av：电压增益，即输出电压与输入电压之比共模电压Vo：两个输入信号的平均值，即Vo=(Vin+ +Vin-)/2差模电压Vd：两个信号的差值，即Vd=Vin+ -Vin-1、输入电阻公式推导对于差分输入电路，根据欧姆定律可以得到：Vin+ =I1 * Rin +VoVin- =I2 * Rin +Vo其中，I1和I2分别为流经Vin+和Vin-的电流，Vo为共模电压。
将两式相减，可得：Vin+ -Vin- =(I1 -I2)*Rin由于差分电路需要将两个输入信号相减，因此需要满足I1=I2，即两个输入电阻必须相等。
因此，我们可以得到输入电阻公式：Rin=Rin1=Rin22、电压增益公式推导对于共源极放大器，我们可以使用KVL和KCL进行分析。
首先，根据KVL可得：Vout+ =-gm*(Vgs1 +Vgs2)*RfVout- =-gm*(Vgs1 +Vgs2)*Rf其中，gm为MOS管的转导系数，Vgs1和Vgs2为两个MOS管的栅极-源极电压。
由于两个MOS管的栅极相互反向，因此它们的Vgs之和等于差模电压Vd。
因此，可以得到：Vgs1 +Vgs2 =Vd/2代入上式，可得：Vout+ =-gm*Vd/2*RfVout- =gm*Vd/2*Rf将两式相加并化简，可得输出电压：Vout =gm*Vd*Rf因此，电压增益公式为：Av=Vout/Vd=gm*Rf3、共模抑制比公式推导对于一个理想的差分放大器，当两个输入信号的共模电压变化时，输出电压应该不变。
差分放大器的原理
差分放大器的原理嘿，小伙伴们！今天咱们来聊一聊差分放大器的原理，这听起来有点高大上，但其实没那么难理解啦。
想象一下，你在一个特别吵闹的集市上，你想和朋友聊天。
周围的嘈杂声就像是干扰信号，而你们俩之间清晰传达的话语就是我们想要的有用信号。
差分放大器干的事儿呢，就有点像帮你们从这一堆乱糟糟的声音里，把彼此的对话单独拎出来放大，让你们能听清楚。
差分放大器有两个输入端，咱们就叫它们A端和B端吧。
这两个输入端就像两个耳朵，都在接收信号。
这信号呢，可以是各种各样的，比如电压信号。
那它是怎么把有用的信号放大，把那些干扰信号去掉的呢？这里面就有个很有趣的数学关系。
假设A端接收到的电压是V1，B端接收到的电压是V2。
差分放大器主要放大的是这两个电压的差值，也就是Vd = V1 - V2。
这就好比两个人说话声音大小不一样，咱们关心的是他们声音大小的差别，而不是各自声音的绝对值。
比如说，A端的电压是5伏，B端的电压是3伏，那么这个差值Vd就是2伏。
差分放大器就会把这个2伏的差值按照一定的倍数放大。
这个倍数呢，就是差分放大器的放大倍数，就像一个魔法放大镜，能把这个差值变得更大。
再来说说差分放大器为什么能抵抗干扰。
还是回到那个集市的例子，周围的嘈杂声对你们两个人的影响几乎是一样的，就像干扰信号同时加到A端和B端。
因为差分放大器关注的是V1 - V2，这种同时加到两个输入端的干扰信号，在做减法的时候就被减掉了，就好像干扰声音同时进入两只耳朵，但是大脑能识别出这是干扰，然后把它过滤掉一样。
从电路的角度来看，差分放大器里面有很多电子元件，像晶体管之类的。
这些元件就像是一个个小助手，它们相互配合，根据V1和V2的差值，调整输出的电压。
就像一个小团队，大家分工合作，最终实现把电压差值放大的目标。
比如说，有一个简单的差分放大器电路，它里面的晶体管会根据V1和V2的微小变化，改变电流的大小，从而改变输出电压。
这个过程是很精确的，就像一个超级精密的小机器在工作。
广域差分增强系统建立可行性及高精度手持GPS应用分析
广域差分增强系统建立可行性及高精度手持GPS应用分析摘要：传统导航型手持GPS设备，在定位精度及工程性能上都欠佳，不能很好的满足生产建设中对于地理空间数据采集的高精度及高时效性等要求。
使用内置专业硬件的高精度GNSS采集设备并基于广域差分增强系统的应用，可以大大提高及发挥手持GPS采集设备在经济建设各个领域的应用性能。
关键词：手持GPS广域增强实时差分高精度SDASAbstract：Traditional hand-held navigational GPS device,has poor performance in the positioning precision and engineering , which cannot meet the requirements of high precision and high efficiency to the spatial data acquisition in ing the built-in specialized hardware of high precision GNSS acquisition equipment and based on the WAAS application, it can greatly improve the performance of hand-held GPS acquisition device in economic construction field.Key words：Handheld GPS; Wide area augmentation; Real time differential; High-precision; SDAS.1手持GNSS设备的应用发展1.1传统手持GNSS设备的应用起源——便携、自动化空间地理信息数据采集的手段从最初经典的平板测量、全站仪测量已发展到自动化程度极高的GNSS测量。
差分放大器知识讲座
差分放大器知识讲座差分放大器是一种常用的电子电路，在许多应用中起着关键作用。
它是一种特殊的放大器，其输出信号是两个输入信号的差值的放大。
本次讲座将介绍差分放大器的基本原理、工作特性和应用。
首先，让我们来了解差分放大器的基本结构。
差分放大器通常由两个输入端和一个输出端组成。
输入端通常称为非反相输入端（IN+）和反相输入端（IN-），输出端称为输出端（OUT）。
此外，差分放大器还包括两个输入电阻和两个输出电阻。
差分放大器的工作原理基于两个输入信号的差值得出的输出信号。
当非反相输入端和反相输入端的电压相等时，输出信号为零。
当两个输入信号有所差异时，输出信号将进行放大。
差分放大器的增益通常由输入电阻和电源电压决定。
差分放大器的一个重要特性是其独立于共模信号的增益。
在实际应用中，信号通常包含了两个部分：一个是差模信号，即两个输入信号的差值；另一个是共模信号，即两个输入信号的平均值。
差分放大器能够将差模信号放大，同时忽略共模信号。
差分放大器的应用非常广泛，尤其是在信号处理和仪器测量领域。
它可以用于放大微小信号，提高信噪比。
此外，差分放大器还可以用于抑制干扰信号，提高系统的抗干扰能力。
在实际设计和应用差分放大器时，需要考虑一些关键问题。
首先是电源电压的选择，它既要满足电路工作的要求，又要保证稳定性和可靠性。
其次是输入电阻和输出电阻的合理选择，以提高电路的性能。
此外，还需要注意差分放大器输入端的匹配性，以保证信号的准确性和稳定性。
总之，差分放大器是一种重要的电子电路，其工作原理基于两个输入信号的差值。
它具有独立于共模信号的增益特性，广泛应用于信号处理和测量领域。
在实际设计和应用中，需要考虑电源电压、输入输出电阻以及输入端匹配性等关键问题。
希望通过本次讲座，使大家对差分放大器有更深入的了解。
谢谢大家！差分放大器是一种常用的电子电路，在许多应用中起着关键作用。
它是一种特殊的放大器，其输出信号是两个输入信号的差值的放大。
GPS 05 GPS卫星定位基本原理(三)
特点
优点： 实时消除误差，
实现精密定位 缺点：需要额外的接收设备
DGPS数据链
基准接收机的DGPS数据无线电发送机，与动 态接收机的DGPS数据无线电接收机，构成了 DGPS数据链
差分改正数
基准接收机
动态接收机
DGPS数据链的组成
调制解调器
无线电电台
通过RS-232-C接口与信号接收 机相连
广域差分示意图
电离层改正 卫星星历改正
卫星时钟改正
广域差分可纠正的误差种类
星历误差
依赖区域精密定轨，确定精密星历，取代广播星历
大气延时误差
通过建立精确的区域大气延时模型，能够精确地计算 出作用区内的大气时延量
卫星钟差误差
可计算出卫星钟各时刻的精确钟差
广域差分的工作流程
1) 在已知坐标的若干监测站上，跟踪观测GPS卫 星的伪距、相位等信息； 2) 将测得的伪距、相位和电离层延时的量测结果 传输到中心站； 3) 中心站计算出星历误差改正、卫星钟差改正及 电离层延迟误差改正； 4) 将上述改正数用数据通信链传输到用户站； 5) 用户利用这些改正数修正自己的观测值，计算 出精密结果。
以库尔勒、喀什、和田为监测站，构成小区域网， 选择距这一小网不同距离的四个地点作为用户位置
根据小网计算卫星相对钟差，用伪距法计算用户测 站坐标，并与国家Ａ级点计算坐标比较
RTK 测量技术的发展
两个关键因素
1.整周模糊度的解算，即OEM板的工作性 能问题。 2.数据的传输技术即通讯方式的可靠性问 题。 数据的通讯方式决定了RTK系统的作用 距离和工作稳定性，现有的通讯方式有:
数传电台
数据质量高，但有距 离限制。 电台的能力强弱可以 直接影响到RTK的测量 效果。
差分放大器原理详解
差分放大器是一种常见的放大器类型，其基本原理是接收两个输入信号，并放大它们之间的差值。
这种放大器的主要优点是可以抑制共模信号，即同时作用于两个输入端的信号，从而提高信号的质量和准确性。
差分放大器的基本组成部分包括两个输入晶体管，它们的集电极分别连接到负载电阻上，而发射极则连接到公共电源上。
两个输入晶体管的基极分别接收两个输入信号。
当两个输入信号的电压差改变时，两个晶体管的电流差也会改变，从而改变负载电阻上的电压，实现信号的放大。
差分放大器的主要参数包括共模抑制比（CMRR）和差模增益（Ad）。
共模抑制比表示差分放大器抑制共模信号的能力，通常用共模信号与差模信号之比来表示。
差模增益表示差分放大器对差模信号的放大能力，通常用差模信号的输出电压与输入电压之比来表示。
差分放大器广泛应用于各种电子设备中，如运算放大器、数据转换器和通信系统等。
它们的主要优点是能够抑制共模信号，提高信号的质量和准确性。
然而，差分放大器的设计和实现也具有一定的挑战性，需要考虑诸如失调电压、温度漂移和电源抑制比等因素。
差分放大电路工作原理
差分放大电路工作原理
差分放大电路是一种能够将两个输入信号的差值放大的电路，在
许多电子设备中经常被使用。
它由一个差分放大器和一个输出级组成。
差分放大器的主要作用是将两个输入信号的差值放大并输出，输出端
接入输出级进行进一步放大。
差分放大器的工作原理基于比较两个输入信号的差异。
差分放大
器由两个输入端和一个输出端组成。
两个输入端都连接到一个共同的
反馈回路上。
当两个输入信号的差异增大时，反馈回路会将其放大并
输出到输出端。
输出级进一步将其放大并输出到负载。
差分放大电路的核心是差动放大器，它是一种由两个晶体管组成
的差模输入和单端输出的电路。
两个输入信号经过不同放大的差模输
入幅度透过不同的放大系数之后，输出信号则会被重新组合。
一般而言，差分放大器的增益为其输入电阻值的倒数，这种数学关系使得差
分放大器在许多高灵敏度的应用中经常被使用。
总的来说，差分放大电路是一种基于差分放大器的电路，可以将
两个输入信号的差异放大并输出到负载上。
这种电路在许多电子设备
中被广泛应用，因为它可以提高信号的灵敏度和精度。
第三讲 广域差分增强基本原理
WADGPS系统的基本构成
卫星跟踪站
➢ 设备
双频GPS接收机，自动气象仪（可选），原子钟（可选）
➢ 任务
采集GPS原始观测数据，气象数据 计算当地电离层时间延迟 把各类数据传输到主控站
➢ 要求至少3个（计算三项差分改正）
主控站
➢ 接收各跟踪站的数据 ➢ 计算三类广域差分修正值（星历改正，钟差改正，电离层延迟） ➢ 传输改正信息到差分信息播发站
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数学模型（差分改正数的计算方法） 数学模型（差分改正数的计算方法）
➢ 与普通差分不相同
普通差分是考虑的是误差的综合影响 广域差分对各项误差加以分离，建立各自的改正模型
➢ 用户根据自身的位置，对观测值进行改正
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性，不能完全满足高精度、高完好性、高持续性的实时导航定位服务，
因此，增强系统服务应运而生。目前，世界上发达国家及一些发展中
国家已建立了或正在建立覆盖本地区域的增强系统，其中典型的增强
系统包括：
美国的WAAS
欧洲的EGNOS
本的MSAS
中国的北斗增强系统
全球差分系统
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跟踪站和用户都用双频接收机
分布式广域差分GPS技术特点
➢ 中国境内GPS跟踪站确定星历改正 ➢ SA钟的抖动问题 ➢ 预报星历的外推
分布式广域差分GPS的布网方案
➢ 卫星跟踪站（7～8） ➢ 主控站（1～2) ➢ 地区性的GPS差分基准站（7～9） ➢ 监测站 ➢ GPS差分播发站 ➢ 用户站
差分放大电路的基本原理差分放大电路如何抑制共模电压
差分放大电路的基本原理差分放大电路如何抑制共模电压1.输入部分：通常由两个输入端口组成，一个是非反相输入端（+IN），另一个是反相输入端（-IN）。
2.应用区分电阻：为了使差分放大器能够对输入端口进行差分放大，通常在输入端口和电源之间添加输入电阻。
3.放大元件：可以是晶体管、运算放大器等，通过对输入电压的放大来实现差分放大。
4.输出部分：输出信号可以通过晶体管或共射放大器来实现。
差分放大电路的抑制共模电压的能力来自于差分输入模式和共模输入模式的行为差异。
差分输入模式是指输入信号分别应用在非反相输入端和反相输入端，并且相对于地或电源有相等反向的电压。
共模输入模式是指输入信号同时应用在非反相输入端和反相输入端，相对于地或电源具有相同方向的电压。
差分放大器的输入特性使得它对差分模式具有高放大增益，同时对共模模式具有低放大增益。
这意味着差分放大器在放大差分信号时能够保持高增益，而在放大共模信号时能够减小增益，从而抑制共模电压。
差分放大电路通过采用差分对称结构和共模反馈电路等方法来实现共模电压抑制。
差分对称结构使得输入的共模电压在整个差分放大电路中被均匀分布，而共模反馈电路通过在差分放大电路的输出端口引入反馈电路，把输出共模电压信号反馈给输入端口，并加以补偿和减小。
最常见的共模电压抑制方法是通过差分对称结构、共模反馈电路和差分电阻等手段来实现。
例如，在差分对称结构中，差分对称放大器的两个输入端通过相等阻值的电阻连接到地，以实现输入共模电压的均匀分布和共模抑制。
另外，还可以通过共模反馈来抑制共模电压。
共模反馈是指在差分放大器的输出端口引入一个串联电阻和一个共模反馈电阻，在共模信号模式下，将输出共模电压信号反馈到输入端口并进行减小。
这样，共模电压的放大倍数就大大降低，实现了共模电压的抑制。
总的来说，差分放大电路通过差分对称结构和共模反馈电路等方法来抑制共模电压，提高信号的抗干扰能力和恢复能力。
差分放大电路是一种常见且有效的电路结构，在许多应用领域中都有着重要的应用。
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分布式广域差分GPS技术特点
➢ 中国境内GPS跟踪站确定星历改正 ➢ SA钟的抖动问题 ➢ 预报星历的外推
分布式广域差分GPS的布网方案
➢ 卫星跟踪站（7～8） ➢ 主控站（1～2) ➢ 地区性的GPS差分基准站（7～9） ➢ 监测站 ➢ GPS差分播发站 ➢ 用户站
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GNSS广域差分技术
第三讲
唐卫明 武汉大学卫星导航定位技术研究中心
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主要内容
1. 广域差分GPS技术概述 2. 广域增强差分GPS(WAAS) 3. 广域差分改正数的计算方法 4. 广域差分GPS系统的要求 5. 分布式广域差分GPS技术 6. 广域差分GPS技术的数据处理流程
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广域差分GPS(WADGPS)实时定位技术
广域差分GPS技术 基本思想 WADGPS系统的基本构成 工作流程 技术特点 数学模型（差分改正数的计算方法）
➢ 与普通差分不相同
普通差分是考虑的是误差的综合影响 广域差分对各项误差加以分离，建立各自的改正模型
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广域差分GPS的要求
技术指标的要求
➢ 精度 ➢ 覆盖面 ➢ 更新率
运行功能的要求
➢ 完备性
报警限值（定位误差的规定限值） 示警耗时 示警能力 失误几率
➢ 有效性（95～99.9%） ➢ 可靠性
在系统服务时间内，系统正常运行的几率
模型提高用户的定位精度
与局域差分GPS和普通广域差分GPS的比较 与WAAS的关系
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广域差分GPS的数据处理流程
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广域差分GPS基准站设备和配置
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克劳布歇模型（广播星历中发播的电离层改正模型） VTEC模型
克劳布歇模型
➢ 代表电离层延迟的周日平均特性，最大定为当地时间14点， 比较苻合中纬度地区
➢ 改正效率50％ ➢ 改正方法（参考书上）
电离层折射改正模型的确定
➢ 用双频数据确定一个能反映电离层折射实时变化的改正模 型
➢ 单层模型
格网模型的用户电离层改正计算
➢ 实现区域实时精密定轨并提供精密预报星历，克服SA中广 播星历人为精度降低
➢ 实现精确实时测定SA中频率抖动对卫星钟差的影响 ➢ 实现较为精确确定区域电离层模型以消弱电离层的影响
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WADGPS的基本思想
对GPS观测量的误差源加以区分，并对每一个误差源分别加以模 型化，然后将计算出来的每一个误差源的误差修正值（差分改正值）， 通过数据通讯链传输给用户，对用户GPS接收机的观测值误差加以改 正，以达到削弱这些误差源的影响、改善用户定位精度的目的。因此， 既削弱了LADGPS技术中对基准站和用户站之间的空间相关性的要求， 又保持了LADGPS的定位精度。WADGPS系统中，只要数据通信链有 足够的能力，基准站和用户站之间的距离在原则上是没有限制的。
WADGPS的技术特点
跟踪站与用户站的间隔可以增大至1000－1500km甚至更长，且 不会显著降低用户站的精度。 由于实时给出主要误差源的差分改正值，对于削弱SA的影响， WADGPS技术的效果要比LADGPS的效果要好。 WADGPS系统的作用范围可以扩展到一下困难地区如远洋、沙 漠 WADGPS技术由于要求有较好的硬件和软件、高效率的强大的 通讯设备，因此投资、运行和维护费相对来说就比较高。
差分观测值改正的计算方法 1. 用消除电离层影响的双差观测值确定并外推
轨道 2. 用基准站的双频观测值计算电离层改正参数 3. 把电离层模型和轨道作为已知值确定卫星钟
差
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电离层模型改正
电离层影响的一般消除方法
➢ 观测值组合方法（双频理想，单频不实用） ➢ 经验改正模型（公式简单，改正精度差） ➢ 实测模型（需要基准站，精度好）
WADGPS系统的基本构成
卫星跟踪站
➢ 设备
双频GPS接收机，自动气象仪（可选），原子钟（可选）
➢ 任务
采集GPS原始观测数据，气象数据 计算当地电离层时间延迟 把各类数据传输到主控站
➢ 要求至少3个（计算三项差分改正）
主控站
➢ 接收各跟踪站的数据 ➢ 计算三类广域差分修正值（星历改正，钟差改正，电离层延迟） ➢ 传输改正信息到差分信息播发站
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广域增强差分GPS（WAAS）
工作方式
➢ 将主控站计算出来的广域差分改正信息，通过地球站传到地球同步卫星，该同步 卫星以GPS的L1频率为载波，将上述差分改正信息当作GPS导航电文转发给用户 站。
技术特点
➢ 由于数据传输链所采用载波频率与GPS卫星的信号频率一致，因此用户接收机可 以接收WAAS的差分改正信息，而不需要另外增加通信链；
➢ 用户根据自身的位置，对观测值进行改正
广域增强差分GPS和局域增强差分GPS
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广域差分GPS技术
目的
➢ 抵制SA政策 ➢ 避免常规差分精度随着差分距离增加而显著下降 ➢ 确保导航广域可用性、可靠性
主要特点
➢ 在一个广大的区域内建立起若干个GPS跟踪站组成差分GPS 网，通过数据通信连接
分布式广域差分GPS技术方案图
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分布式广域差分GPS的技术标准和功能要求
技术指标
➢ 精度（1～5m） ➢ 覆盖面（我国全部陆地、岛屿和近海地区） ➢ 更新率（卫星星历3h，钟差6s，电离层改正30min）
运行功能指标
➢ 完备性
报警限值（7m） 示警耗时（<6s） 示警能力(>95%) 失误几率(<1.61×10－6/天)
WADGPS系统一般有一个主控制站、若干个GPS卫星跟踪站（又称基准 站或参考站）、一个差分信号播发站、若干个监测站、相应的数据通 讯网络和若干个用户站组成。系统的工作流程可以分为五个步骤：
(1) 在已知精确地心坐标的若干个GPS卫星跟踪站上，跟踪接收 GPS卫星的广播星历、伪距和载波相位信息等；
(2)跟踪站所获得的这些信息，通过数据通讯网络全部传输到主控 站；
性，不能完全满足高精度、高完好性、高持续性的实时导航定位服务，
因此，增强系统服务应运而生。目前，世界上发达国家及一些发展中
国家已建立了或正在建立覆盖本地区域的增强系统，其中典型的增强
系统包括：
美国的WAAS
欧洲的EGNOS
本的MSAS
中国的北斗增强系统
全球差分系统
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数据通信链路和差分信息播发站
➢ 多个跟踪站与主控站之间的通信，主控制与差分信息播发站之间的通信 ➢ 常用长波和卫星通讯（数据量大，覆盖面广）
用户站
➢ C/A码的单频接收机，具有接收差分播发站发送的差分信息的能力，并用 于定位解算
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WADGPS的工作流程
WADGPS所针对的误差源主要有三个部分： (1) 卫星星历误差，包括SA中ε技术的影响； (2)卫星钟差，包括SA中δ技术的影响； (3) 电离层对GPS信号产生的时间延迟。
WADGPS系统就是为了削弱这三种主要误差源而设计的一种导航定 位系统工程
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Thank you !
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➢ 有效性（>95%） ➢ 可靠性
在系统服务时间内，系统正常运行的几率(>99%)
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分布式广域差分GPS的与其他系统的比较 分布式广域差分GPS的优点
➢ 简化数据通信，主控制站无需连续、实时传播 GPS跟踪站数据
➢ 区域性差分基准站计算卫星的相对钟差 ➢ 利用预报精密星历和预报卫星钟差及电离层改正
广域差分（增强）卫星导航系统
差分GPS（DGPS）是伴随GPS产生的用于区域改进导航定位精度的
一种技术。过去的二十年，DGPS一直是民用高精度定位的主要手段。
目前，差分GPS技术的发展趋势是广域化、实时性。广域化主要表现
在服务范围扩大、基准站系统趋向网络化，利用基准站网络代替传统
的单基准站，网络差分代替单差分；由于卫星导航系统本身的、局限
(3)在主控站计算出相对于广播星历的卫星轨道误差改正、卫星钟 差改正及电离层时间延迟改正。
(4)将这些改正通过信号播发站（数据通讯网络）传输到用户站。 (5) 用户站利用这些改正值来改正它们所接收到的GPS信息，进行 C/A码伪距单点定位以改善用户站的GPS导航定位精度。
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➢ 经费
建立的软件硬件费用，维持费用和用户使用费用
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分布式广域差分GPS技术方案
一般WADGPS布设方案
➢ 方案A
跟踪站和用户都用单频接收机，中心计算机 投入建设经费较少，适合低精度导航
➢ 方案B
跟踪站双频，用户用单频接收机