5.GPS差分定位基本原理
第五章-GPS卫星定位基本原理1
信号频率
ion
c
40.28 f2
R NedR
电离层对载波影响
•载波是正弦波
•在电离层中以相速度传播
ng 1 40.28Nf 2
ion
c
40.28 f2
R NdR
电离层影响与太阳黑子活动有关
与卫星到接收机方向有关，天顶方向最大50m延迟 高度角20°时150m延迟
对流层影响
GPS定位方法及分类
• 依据测距的原理划分： 伪距法定位（测码） 载波相位测量定位（测相） 差分定位
• 依据（接收机）待定点运动状态划分 动态定位——认为接收机相对于地面是运动的 静态定位——认为接收机相对于地面静止不动
• 绝对定位与相对定位： 绝对定位——求测站点相对于地心的坐标；（静态） 相对定位——求测站点相对于某已知点的坐标增量；
§5.2 伪距测量
• GPS测距码 • 5.2.1 伪距:卫星发射的测距码信号到达
GPS接收机的传播时间乘以光速。 • 5.2.2 伪距定位观测方程
GPS测距码 码：表达信息的二进制数及其组合
模二相加运算规则
11 0;
1 0 1;
0 1 1;
00 0
脉冲：在短时间内突变，随后又迅速返回到其初始值的 物理量；
载波相位测量的特点
• 优点
精度高，测距精度可达0.1mm量级
• 难点
整周未知数问题 整周跳变问题
5.3.1 GPS载波相位测量原理
S SR) R
5.3.1 GPS载波相位测量原理
GPS载波相位测量的基本原理
S SR) R
理想情况
S
(tR )
接收机根据自身 的 钟 在tR时 刻 复 制信号的相位
GPS系统定位原理：卫星信号的三角定位
GPS系统定位原理：卫星信号的三角定位
全球定位系统（GPS）通过卫星信号的三角定位原理来确定接收器的位置。
以下是GPS系统定位的基本原理：
1. GPS卫星网络：
卫星分布： GPS系统中有一群卫星轨道绕地球运行。
这些卫星在不同的轨道上，确保地球上的任何位置都能接收到至少四颗卫星的信号。
信号传输：每颗卫星都以固定的频率向地球发射信号，其中包含卫星的位置和时间信息。
2. 接收器接收卫星信号：
接收器定位： GPS接收器位于地球表面，能够接收到来自多颗卫星的信号。
接收器通过测量信号的到达时间来确定每颗卫星与接收器之间的距离。
多颗卫星：至少接收到四颗卫星的信号，以确保足够的信息进行精准的定位。
3. 三角定位原理：
测量距离：接收器通过测量从卫星发射信号到接收器接收信号的时间来计算距离。
速度等于距离除以时间。
三角定位：使用接收器到多颗卫星的距离，可以确定接收器相对于每颗卫星的位置。
三个或以上卫星的交汇点就是接收器的位置。
4. 时间同步：
精确时间：由于GPS信号中包含卫星的时间信息，接收器使用这些信息来确保接收到的信号和卫星发射信号的时间是同步的。
5. 定位精度：
多个卫星：使用多颗卫星的信息可以提高定位的精度。
更多的卫星提供更多的交叉验证，减小误差。
差分GPS：通过使用参考站的已知位置进行比较，可以进一步提高定位的精度，称为差分GPS。
通过以上原理，GPS系统能够提供全球范围内高精度的定位服务，广泛应用于导航、地图服务、精准农业等领域。
第五章GPS卫星定位基本原理
测角交会法
B
P
P
A
C
A
B
前方交会
A
B
侧方交会
P
后方交会
A、B和C点坐标已知，P点坐标未知
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测边（距）交会法
3. 无线电接收机或卫星
▪ 无线电导航定位 ▪ 卫星激光测距定位
P
1)ABC为三个无线电信号发射台,坐标已
知
d1
d3
2)P为用户接收机
d2 A
C 3)采用无线电测距方法测得PA PB PC
3.由于伪距测量的精度较低，所以要有较多的
λ·No取平均值后才能获得正确的整波段数。
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5.3.3.1静态方法
二 经典方法
❖ 将整周未知数当做平差中的待定参数
一) 整数解 二) 实数解
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5.3.3.1静态方法
二 经典方法—整数解
1. 短基线定位时一般采用这种方法。
2 具体步骤：
1)首先根据卫星位置和修复了周跳后的相位观测 值进行平差计算，求得基线向量和整周未知数。
五
Fast ambiguity resolution approach
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5.3.3.1静态方法 一 伪距法
1.
k j ( N k j) ( N 0 j I( n ) ) P t
所以，得 N0j PInt)(
2.将载波相位测量的观测值(化为以距离为单位)
减去伪距实际观测值后即可得到λ·No。
4.特点 1)适用于导航和低精度测量
2) 定位速度快；
3)可作为载波相位测量中解决整波数不确定问题（模 糊度）的辅助资料。
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5.2 伪距测量 5.2.1伪距测量
GPS导航定位原理以及定位解算算法
GPS导航定位原理以及定位解算算法全球定位系统（GPS）是一种基于卫星导航的定位技术。
其基本原理是通过接收来自卫星系统的信号，并利用这些信号的时间差来计算接收器与卫星之间的距离，进而确定接收器的位置。
GPS定位原理：1.卫星信号发射：GPS系统由一组运行在地球轨道上的卫星组成。
这些卫星通过周期性地广播信号来与地面上的GPS接收器进行通信。
2.接收器接收信号：GPS接收器接收来自卫星的信号，一般至少需要接收到4颗卫星的信号才能进行定位。
3.信号延迟计算：GPS接收器通过测量信号从卫星发射到接收器接收的时间来计算信号的传播延迟，然后将延迟转换为距离。
4.距离计算：GPS接收器通过比较接收的信号与预先知道的卫星发射信号之间的时间差，进而计算出接收器与卫星之间的距离。
5.定位解算：通过同时计算接收器与多颗卫星之间的距离，可以确定接收器所在的位置。
这一过程通常使用三角测量或者多路径等算法来完成。
GPS定位解算算法：1.平面三角测量：这是一种常用的定位解算算法。
通过测量接收器与至少三颗卫星之间的距离，可以得到三个方程，从而确定接收器的位置。
2.弧长法：这一算法通过测量接收器与至少四颗卫星之间的距离，将每个卫星看作是一个弧线，然后通过计算不同卫星间弧线的交点来确定接收器的位置。
3.最小二乘法：这种算法将测量误差最小化，通过最小二乘法来计算接收器与卫星之间的距离和接收器的位置。
4.系统解算：该算法利用多个时间点上的观测数据，通过组合计算来减小误差，精确确定接收器的位置。
GPS定位解算算法根据具体的应用场景和精度要求有所不同，不同的算法有着各自的优缺点。
在实际应用中，通常结合多种算法进行定位，以提高精度。
同时，还可以通过使用差分GPS（DGPS）来消除大气延迟和接收器误差，进一步提高定位精度。
总结：GPS导航定位原理基于卫星信号的接收和测量，通过计算信号传播的时间差来确定接收器与卫星之间的距离，并通过不同的算法进行定位解算。
gps差分定位基本原理
gps差分定位基本原理GPS差分定位是一种通过利用多个接收机接收同一卫星信号来提高定位精度的技术。
它基于相位观测的原理，通过对接收机接收到的信号进行比较和处理，可以消除大部分误差，从而提高定位的精度。
GPS差分定位主要涉及两个主要步骤：基准站观测和移动站观测。
基准站观测是指在已知位置的基准站上设置GPS接收机，持续接收卫星信号并记录观测数据。
移动站观测是指在需要定位的移动站上设置GPS接收机，同样接收卫星信号并记录观测数据。
下面详细介绍GPS差分定位的基本原理：1. GPS原始观测数据收集：基准站和移动站同时接收来自多颗卫星发送的信号，并记录观测到的信号强度和到达时间。
2.接收机钟差估计：由于接收机的内部时钟不可能与卫星的精确时间完全同步，因此需要估计接收机的钟差。
通过比较接收机的内部时钟与卫星信号的到达时间，可以计算出接收机的钟差。
3.伪距测量：在差分定位中，接收机测量的是卫星的伪距，即卫星信号从发送到接收的时间差乘以光速。
由于信号传播过程中会受到大气延迟和电离层延迟的影响，因此需要对观测数据进行校正。
4.伪距差分校正：通过对基准站和移动站接收到的各个卫星的伪距进行比较和校正，可以消除大部分的误差。
基准站的观测数据被认为是准确的，因此基于其观测数据可以对移动站的观测数据进行校正，从而提高定位精度。
5.电离层延迟校正：大气中的电离层对信号的传播速度有影响，会导致伪距的测量误差。
通过使用不同频率的卫星信号和模型估计电离层延迟，可以进行校正。
6.估计移动站的位置：通过对校正后的观测数据进行处理，包括解算卫星位置、接收机钟差等参数，最终可以精确估计出移动站的位置。
7.差分定位计算：利用移动站的位置和基准站的已知位置，可以计算出移动站相对于基准站的位置差，也即移动站的相对坐标。
8.定位精度评估：根据差分定位的结果，对定位精度进行评估和分析，可以得到最终的精度估计。
GPS差分定位的优势在于其能够消除大部分误差，提高定位的精度。
gps定位的基本方法
gps定位的基本方法摘要：1.GPS定位原理简介2.GPS定位的基本方法3.常见GPS定位技术的应用4.GPS定位的误差与优化5.我国GPS定位技术的发展正文：随着科技的飞速发展，全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）已成为人们生活中不可或缺的一部分。
GPS定位技术在导航、测绘、军事等领域发挥着重要作用。
本文将介绍GPS定位的基本方法，以及常见GPS 定位技术的应用和发展。
一、GPS定位原理简介GPS定位系统由美国国防部研制和运行，卫星星座由24颗工作卫星和3颗备用卫星组成。
GPS卫星发射的信号包含精确的时间和位置信息，接收器接收到至少4颗卫星的信号后，可以计算出接收器所在位置的经纬度、高度和时间。
二、GPS定位的基本方法1.单点定位：接收器接收到至少4颗卫星信号后，通过解算卫星与接收器之间的距离，计算出接收器的位置。
单点定位精度受大气层影响较大，一般可达到10米左右。
2.差分定位：在基准站和移动站之间建立差分观测值，通过基准站和解算中心计算出移动站的位置。
差分定位可以显著提高定位精度，达到厘米级别。
3.实时动态定位：在运动载体上安装接收器，实时解算载体位置。
实时动态定位适用于导航、监控等应用场景，精度可达1-2米。
三、常见GPS定位技术的应用1.导航：GPS导航系统广泛应用于汽车、船舶、航空等领域，为用户提供实时位置信息、路线规划和语音提示等功能。
2.测绘：GPS测绘技术应用于地形测绘、土地利用、城市建设等领域，提高测绘工作效率和精度。
3.气象：GPS气象观测系统通过接收卫星信号，反演大气层垂直结构，为气象预报提供数据支持。
4.地震预警：GPS地震预警系统可以实时监测地壳形变，提前预警潜在地震风险。
四、GPS定位的误差与优化1.误差来源：大气层影响、卫星钟误差、接收器噪声等。
2.优化方法：选用高精度接收器、改进算法、建立差分观测值等。
五、我国GPS定位技术的发展1.北斗卫星导航系统：我国自主研发的卫星导航系统，已发射50余颗卫星，为全球用户提供导航、定位、通信等服务。
GPS差分定位原理与解算方法介绍
GPS差分定位原理与解算方法介绍导语：全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）已经成为现代社会中不可或缺的一部分。
它的差分定位原理和解算方法是GPS定位精度提高的重要手段。
本文将从基本原理、差分定位方法和解算流程三个方面进行介绍，希望能带给读者更深入的了解。
一、GPS差分定位的基本原理GPS差分定位技术主要通过消除卫星信号传输过程中的时间延迟和误差，提高定位的精度。
其基本原理如下：1.1 卫星信号传输的时间延迟在GPS定位过程中，卫星信号需要经过大气层的传输。
然而，大气层中存在电离层和对流层等不均匀介质，会导致信号的传输速度和路径发生变化，从而引起时间延迟。
这种时间延迟是影响GPS定位精度的主要因素之一。
1.2 接收机和卫星钟差接收机和卫星钟差也会对GPS定位的精度产生影响。
接收机钟差是指接收机内部时钟的不准确性，而卫星钟差是指卫星内部时钟的不准确性。
误差累积后，会使GPS定位出现较大的误差。
二、GPS差分定位的方法GPS差分定位的方法有静态差分定位和动态差分定位两种。
2.1 静态差分定位静态差分定位主要适用于定位场景相对固定的情况，如建筑物测量和基础设施监测等。
它的工作原理是通过一个称为参考站（Reference Station）的固定GPS接收机对已知位置进行定位，并计算多普勒、钟差和大气层延迟等误差参数。
然后，通过无线通信将这些参数传输给移动接收机，移动接收机利用这些参数进行定位。
2.2 动态差分定位相对于静态差分定位，动态差分定位更适用于移动环境中的定位，如汽车导航和船舶定位等。
动态差分定位的关键是实时计算接收机位置的误差参数，并将其发送给移动接收机进行定位。
通常，这种方法需要两个或更多的接收机组成一个虚拟基线，并使用这些接收机之间的数据进行定位。
三、GPS差分定位的解算流程GPS差分定位的解算流程包括差分基准站的建立、测量数据的采集和处理。
3.1 差分基准站的建立差分基准站是差分定位的核心组成部分，它记录了精确的位置和时间信息，并对卫星信号进行实时观测和处理。
测绘技术中常用的GPS差分技术介绍
测绘技术中常用的GPS差分技术介绍GPS（全球定位系统）作为现代测绘技术中不可或缺的一部分，已经广泛应用于地图绘制、地理信息系统以及导航等众多领域。
在GPS测绘中，差分技术是一种重要手段，它通过比较接收机所接收到的GPS信号与参考站接收到的信号之间的差异，实现对GPS测量误差的补偿，提高测量精度和可靠性。
一、差分测量的基本原理差分测量是通过同时接收接收机分别与基准站之间的GPS信号，比较这两个信号之间的差异来消除误差的一种方法。
基础差分技术包括实时差分技术和后处理差分技术，两者的差异主要在于差分信号的获取方式和处理时间。
实时差分技术是指测量过程中，接收机与基准站通过无线电或者互联网传输实时观测数据，并实时进行差分处理。
该技术具有实时性强、响应速度快的优点，适用于需要快速获取测量结果的场景，如施工现场测量、导航系统等。
后处理差分技术是在测量结束后，将接收机的观测数据与基准站的观测数据进行比较和差分处理。
相对于实时差分技术来说，后处理差分技术的精度更高，适用于对测量精度要求较高的场合，如地质勘探、大地测量等。
二、实时差分技术的应用实时差分技术是差分测量中最常见和最广泛应用的一种技术手段。
在实时差分技术中，需要建立一个基准站，该基准站同时接收到GPS卫星的信号并记录下来，然后与周围的移动接收机进行通信和数据传输。
通过对接收机信号和基准站信号进行差分处理，可以得到更为精确的测量结果。
实时差分技术主要用于导航和地理信息系统。
在导航系统中，实时差分技术可以帮助车辆、飞机等交通工具准确地定位，为导航提供精确的位置信息。
在地理信息系统中，实时差分技术可以提供高精度的地图数据，使得地理信息系统的应用更加精准和可靠。
三、后处理差分技术的应用后处理差分技术相对于实时差分技术来说，对计算机性能要求较高，但是其精度更为可靠，并且可以应用于多种场合。
后处理差分技术需要在测量结束后，将接收机记录的测量数据与基准站记录的数据进行差分处理，得到最终的测量结果。
GPS定位基本原理
GPS定位基本原理GPS（全球定位系统）是一种利用地球上的卫星网络进行定位的技术。
它能够提供高精度的位置信息，并广泛应用于导航、地图、车辆追踪等领域。
本文将介绍GPS定位的基本原理。
一、GPS系统概述GPS系统由一组卫星、地面控制站和接收设备组成。
现代化的GPS 系统通常由24颗工作卫星和3颗备用卫星组成，这些卫星分布在地球低轨道上。
地面控制站负责维护卫星轨道和时间同步，并向卫星发送指令。
二、GPS定位原理GPS定位的基本原理是通过测量卫星与接收设备之间的信号传播时间来计算准确的位置。
GPS接收设备内置有多个接收天线，用于接收来自卫星的导航信号。
1. 三角测量原理GPS定位利用了三角测量原理。
当接收设备接收到至少4颗以上的卫星信号后，就可以通过测量信号传输时间来计算卫星与接收设备之间的距离。
接收设备根据这些距离信息，利用三角测量原理计算出自身的准确位置。
2. 卫星钟同步GPS定位还需要考虑卫星和接收设备之间的时间同步问题。
卫星内置高精度的原子钟用于发送导航信号，并提供时间信息。
接收设备通过测量信号传播的时间差，校正卫星和自身设备之间的时间差，以确保定位的准确性。
3. 误差校正GPS定位还需要考虑各种误差对定位结果的影响，并进行相应的校正。
常见的误差包括大气延迟、钟差误差和多径效应等。
大气延迟是由于卫星信号穿过大气层而引起的延迟；钟差误差是卫星和接收设备内部时钟不完全同步所导致的误差；多径效应则是由于信号在传播过程中被建筑物、地形等物体反射而引起的误差。
通过采用差分定位、精密码和半载波技术等手段，可以对这些误差进行校正，提高定位的准确性。
4. 差分定位技术差分定位是一种通过参考站和接收站之间的距离差异进行差分计算来提高定位精度的技术。
参考站会测量准确的位置，并将数据通过无线电信号传输给接收设备进行差分计算。
差分定位可以有效降低多种误差的影响，提高定位的准确性。
三、GPS定位的应用GPS定位技术已广泛应用于各个领域。
差分GPS定位（DGPS）原理
差分GPS定位（DGPS）原理DGPS是克服SA的不利影响，提高GPS定位精度的有效手段，可达到厘米级及以上精度。
DGPS一般可分为区域DGPS、广域DGPS和全球DGPS，区域性基于基站的DGPS已经实现，全球DGPS正在酝酿中。
DGPS是英文Difference Global Positioning System的缩写，即差分全球定位系统，方法是在一个精确的已知位置上安装监测接收机，计算得到它能跟踪的每颗GPS卫星的距离误差。
该差值通常称为PRC（伪距离修正值），将此数据传送给用户接收机作误差修正，从而提高了定位精度。
随着GPS技术的发展和完善，应用领域的进一步开拓，人们越来越重视利用差分GPS技术来改善定位性能。
它使用一台GPS基准接收机和一台用户接收机，利用实时或事后处理技术，就可以使用户测量时消去公共的误差源电离层和对流层效应，并能将卫星钟误差和星历误差消除，因此，现在发展差分GPS技术就显得越来越重要。
GPS定位是利用一组卫星的伪距、星历、卫星发射时间等观测量来实现的，同时还必须知道用户钟差。
因此，要获得地面点的三维坐标，必须对4颗卫星进行测量。
在这一定位过程中，存在着三部分误差。
一部分是对每一个用户接收机所公有的，例如，卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差等；第二部分为不能由用户测量或由校正模型来计算的传播延迟误差；第三部分为各用户接收机所固有的误差，例如内部噪声、通道延迟、多径效应等。
利用差分GPS定位技术（DGPS），除第三部分误差无法消除外，第一部分误差完全可以消除，第二部分误差大部分可以消除，其主要取决于基准接收机和用户接收机的距离。
差分GPS定位已将卫星钟误差和星历误差消除，并将电离层延迟和对流层延迟误差部分消除，定位精度大大提高。
所以，差分GPS定位技术（DGPS）在最近几年中得到了迅速发展和广泛应用。
根据差分GPS基准站发送的信息方式可将差分GPS定位技术（DGPS）分为三类，即：位置差分、伪距差分和相位差分。
gps差分定位基本原理
gps差分定位基本原理GPS（Global Positioning System，全球定位系统）差分定位是利用多个GPS接收器将测量结果进行差分运算，从而提高定位精度的一种技术。
GPS差分定位的基本原理是通过比较基准接收机和流动接收机接收到的卫星信号之间的差异来计算出位置修正量，从而提高定位的精确度。
GPS系统由一组地面控制站和一定数量的卫星组成。
卫星用精确的时钟发射出信号，地面接收器接收到这些信号后根据信号的传播时间和卫星的精确位置计算出自己的位置。
然而，GPS信号在传播过程中可能会受到多种误差的影响，如大气延迟、多径效应、钟差误差等，从而导致位置测量的精度下降。
差分定位可以通过将一个或多个基准接收器的精确位置与流动接收器接收到的信号进行比较来消除这些误差。
基准接收器位于已知位置上，流动接收器位于待求位置上。
它们同时接收到相同的卫星信号，并利用这些信号计算两个接收器之间的差分修正量，从而提高流动接收器的定位精度。
差分定位技术主要有两种方式：实时差分定位和后续处理差分定位。
实时差分定位是将基准接收器和流动接收器通过无线电链路连接起来，并将基准接收器接收到的卫星信号的位置修正量实时传输给流动接收器。
流动接收器通过将这些修正量应用于接收到的卫星信号，计算出自己的位置。
这种方法可以实时获得流动接收器的精确位置，适用于需要高精度定位结果的应用，如航海、测量和导航等。
后续处理差分定位是将基准接收器和流动接收器分别记录下来的卫星信号的位置修正量进行存储，并将流动接收器的数据和修正量一起后续处理。
在后续处理过程中，使用基准接收器的精确位置和修正量计算流动接收器的位置。
这种方法可以在需要更高精度的情况下进行精确的定位，但无法实时获取位置结果。
差分定位的基本原理是通过比较基准接收器和流动接收器接收到的卫星信号之间的差异来计算出位置修正量。
具体而言，差分定位包括以下几个步骤：1.数据采集：基准接收器和流动接收器同时接收到相同的卫星信号，并记录下来。
gps差分定位原理
gps差分定位原理
差分定位是一种利用全球定位系统（GPS）卫星定位数据误差
进行修正的技术，以提高定位精度。
它的基本原理是通过同时接收一个参考站和一个或多个移动站的GPS信号，将参考站
的准确位置信息作为基准，与移动站接收到的相同卫星信号进行比较，从而计算出相对于参考站的位置偏差，进而实现对移动站的位置进行修正。
差分定位原理关键在于对GPS信号误差的消除。
GPS信号在
传播过程中会受到很多因素的影响而引起误差，比如大气延迟、钟差、多径效应等。
而这些误差对于同时接收相同卫星信号的参考站和移动站来说是相同的，因此通过比较两者接收到的信号特征，可以准确地计算出这些误差。
具体实现差分定位的方式主要有两种：实时差分和后处理差分。
实时差分是在实时接收GPS信号的同时，通过参考站的实时
观测数据以及与移动站之间的无线电传输，对信号误差进行实时修正，从而实现高精度的定位。
后处理差分则是在数据采集完毕后，将参考站和移动站的观测数据进行对比和处理，消除信号误差，并计算出修正的位置信息。
差分定位技术在精度要求较高的领域有广泛应用。
例如土地测量、航空航天、地质勘探等领域都需要精确的位置信息，而差分定位可以显著提高GPS的定位精度，满足这些领域的需求。
随着技术的不断发展，差分定位技术也在不断改进和优化，使得定位精度和稳定性有了显著的提升。
GPS基本原理和使用方法
GPS定位误差
• 1与卫星有关的误差 :包括卫星星历误差和卫星钟误差.卫 星星历误差将导致卫星位置误差.其误差是由于系统的地 面监控部分所给出的卫星轨道预报值误差引起.卫星钟差 是真卫星系统时与卫星上的时钟维持的钟面时之差.此两 者均属于系统误差,可采用数学模型改正方法削弱或消除.
• 与GPS卫星信号传播有关的误差:包括有电离层延迟、对流 层延迟和信号多路径误差.
GPS定位方法
• 1静态定位和动态定位 • 2绝对定位和相对定位 • 3差分定位
1静态定位和动态定位
• 所谓静态定位,就是在进行GPS定位时,认为接收机的天线在整个观测 过程中的位置是保持不变的.也就是说,在数据处理时,将接收机天线的 位置作为一个不随时间的改变而改变的量.在测量中,静态定位一般用 于高精度的测量定位,其具体观测模式多台接收机在不同的测站上进行 静止同步观测,时间由几分钟、几小时甚至数十小时不等.
差分定位
• 差分定位是在已知三维坐标的基准站上设置GPS接收机, 求出观测值的校正值,并将校正值通过无线电通讯实时发 送给各待测点上,对其接收机的观测值进行修正来提高实 时定位精度的一种方法.它采用的是单点定位模型,但同时 需要多台接受机,在基准站和流动站之间进行同步观测,利 用误差的相关性来提高定位精度.所以差分定位同时具有 单点定位和相对定位特性的定位模式.
地图基准参数输入界面……
##地区 地图基准参数 DX=16 DY=-95 DZ=-55 DA=-108 DF=0.0000005
手持GPS< eTrex summit>数据下载
• 存储在GPS里的数据可用其附带的下载软 件-Mapsource下载,Mapsource是eTrex系 列手持式GPS数据的专用下载软 件.Mapsource中存储有世界各地的矢量化 基础地理地图,在任何一处采集的GPS点位 数据都可以通过下载,在相应的地图窗口中 显示出来,同时可以从地图中获取点位信息.
第五章 GPS卫星定位的基本原理(3)
载波相位差分观测量方程
R (N
j 0 j P0 j
N ) (N
j 0
j P
N )
j 2
j P j
j 0 2
(X
X P ) (Y
2
j
YP ) (Z
Z P ) d
RTK的工作原理
单站差分技术的局限
2
用户接收 机钟差
接收机 噪声
C/A码伪距的单点定位和DGPS测量 的精度估值比较
伪距差分定位精度高的原因
消除了GPS卫星时钟偏差的精度损失
（用户接收机计算出的伪距同伪距改正数中的钟差 相互抵消）
能够显著减小甚至消除电离层/对流层 效应和星历误差的精度损失
伪距差分的特性
优点：
基准接收机发送的DGPS数据，是所有在视 卫星的伪距改正数，动态接收机只需选用其中 4颗以上的伪距改正值。
伪距差分的计算步骤
1. 根据基准站已知坐标（X0,Y0,Z0）和观测到的卫 星星历,计算每颗卫星每一时刻到基准站的真实距 离，如下：
R
j
(X
j
X 0 ) (Y
2
j
Y0 ) ( Z
2
j
Z0)
2
伪距改正数为： 其变化率为：
d
j
j
R 0
j
j
t
j
伪距
伪距差分的计算步骤
2. 基准站将j 和dj发送给用户，用户在测出的 伪距j上加上改正，求出经改正后的伪距：
P (t ) (t ) (t0 ) d (t t0 )
差分定位
何为gps差分定位、与相对定位比较，有哪些优势测绘112差分Gps定位•差分技术介绍：1.在一个测站上对两观测目标进行观测，将观测值求差。
2在两个测站上对同一个目标进行观测，将观测值求差。
3在一个测站上对一个目标进行两次观测求差。
•目的：消除公共误差，提高定位精度。
•差分Gps介绍：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，并由基准站实时的将这一改正数发送出去。
用户接收机在进行Gps观测得同时也接受到基准站的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。
卫星基准站GPS 接受站计算改正数用户接收机接受改正数23差分动态定位类型•局域差分-2. 广域差分---Wide Differential-GPS (WGPS)•单站GPS的差分• 1.位置差分优点：计算简单，适用于各种型号的GPS接收机•缺点：基准站与用户必须观测同一组卫星，这在近距离可以做到，但距离较长时间很难满足。
故位置差分用于100km。
•伪距差分• 1.优点；基准站提供所有卫星的改正数，用户接收机观测任意4颗卫星，就可以定位。
缺点；差分精度随基准站到用户的距离增加而降低•3广域差分增强---(WAAS)二、伪距差分定位1.基本原理设基准站与动态观测站同步观测可视卫星。
通过在基准站上利用已知坐标求出测站至卫星的距离，并将其与含有误差的测量距离比较，然后求出其偏差，并将所有卫星的测距误差发送至移动站GPS接收机，利用此测距误差来改正测量的伪距。
最后，用改正后的伪距确定运动平台精确坐标。
综上所述.：差分定位与相对定位的区别与关系•两者的原理都是设置一个基准站来消除误差•静态定位：由于接受机的位置固定不动，就可以进行大量的重复观测，所以静态定位可靠性强，定位精度高，在大地测量、工程测量中得到了广泛的应用，是精密定位中的基本模式。
•2．动态定位：其特点是测定一个动点的实时位置，多余观测量少、定位精度低。
差分定位原理
差分定位原理
差分定位是一种基于全球定位系统（GPS）的定位技术，它通过对GPS接收机接收到的信号进行精确的处理，可以实现对目标位置的高精度定位。
差分定位原理是基于GPS信号在传播过程中受到大气层延迟、多路径效应等因素的影响，通过对这些误差进行补偿，从而提高定位精度的一种方法。
首先，差分定位的原理是基于GPS信号的传播延迟。
当GPS信号穿过大气层时，会受到大气层延迟的影响，导致信号到达接收机的时间延长。
这种延迟会对定位精度产生影响，因此需要对其进行校正。
差分定位技术通过在接收机和参考站之间建立通信链路，将参考站接收到的GPS信号延迟信息传输给接收机，从而实现对大气层延迟的补偿，提高定位精度。
其次，差分定位原理还考虑了GPS信号的多路径效应。
当GPS信号在传播过程中遇到建筑物、树木等障碍物时，会产生多路径效应，即信号会经过不同路径到达接收机，导致定位误差。
差分定位技术通过对多路径效应进行建模和校正，可以减小定位误差，提高定位精度。
此外，差分定位原理还包括对GPS接收机硬件和软件误差的校正。
GPS接收机本身存在一些硬件和软件误差，如钟差、星历误差等，这些误差也会对定位精度产生影响。
差分定位技术通过对这些误差进行校正，可以进一步提高定位精度。
综上所述，差分定位原理是基于对GPS信号传播延迟、多路径效应以及接收机硬件和软件误差的校正，以实现对目标位置的高精度定位。
通过差分定位技术，可以在农业、测绘、航空航天等领域实现对目标位置的精确定位，为相关应用提供可靠的位置信息支持。
差分定位技术在实际应用中具有重要的意义，对于提高定位精度、提升定位可靠性具有重要作用。
GPS差分定位基本原理详解(1)
误差类型
间距（km）
(单位：m) 0 100 300 500
卫星钟误差
3.0 0 0 0 0
卫星星历误差
2.4 0 0.04 0.13 0.22
SA ：卫星钟频抖动
24 0.25 0.25 0.25 0.25
SA ：人为引入的星历误差
24 0 0.43 1.30 2.16
大气延迟误差：电离层延迟
4.0 0 0.73 1.25 1.60
► 实时动态（Real Time Kinematic——RTK）差分测 量系统，是GPS测量技术与数据传输技术相结合而 构成的组合系统。它是GPS测量技术发展中的一个 新的突破。
► RTK 测量技术，是以载波相位观测量为根据的实时 差分GPS测量技术。
► RTK 测量技术是准动态测量技术与AROTF算法和数 据传输技术相结合而产生的，它完全可以达到“精 度、速度、实时、可用”等各方面的要求。
根据测量值可得伪距改正数及变化率： 用户的改正伪距即为：
利用改正的伪距按观测方程计算用户坐标
.
20
优点：
►伪距改正是在ＷＧＳ－８４坐标上进行的， 得到的是直接改正数，所以可到达很高的精 度。
►可提供改正数及变化率，所以在未得到改正 数的空隙内能继续精密定位。
►基准站提供所有卫星改正数，用户只需接收 ４颗卫星信号，结构可简单。
►实时定位精度可达10～15m，事后处理的 定位精度可达3～5m
►差分定位需要数据传播路线，用户接收机 要有差分数据接口
►一个基准站的控制距离约在200～300km范 围。
.
19
伪距差分是目前用途最广的一种差分技术。几乎所有的商 用差分GPS接收机均采用这种技术。
第五 GPS卫星定位基本原理
j k
(t
k
)
——在
tk
时刻接收到j号卫星的相位
k (tk ) ——接收机在时刻 tk 的本振相位
j k
k (tk ) kj (tk )
2 (N
N)
N
（以周为单位）
(
N
N
)
j k
在初始时刻 t0，载波相位的观测值：
j k
(t0
)
k
(t0 )
j k
(t
0
)
0
N
j 0
任一时刻 t j 卫星S j到接收机的相位值：
q22 q32 q42
q23 q33 q43
q24
q34 q44
实际应用中，为了估算点的位置精度，常采用 其在大地坐标中的表达形式。假设在大地坐标系统 中相应点位的权系数阵为：
q11 q12 q13
QB q21
q22
q23
q31 q32 q33
根据误差传播率：
QB RQx RT
式中：
可知，有5个未知数。
把整周未知数当作平差计算中的待定参数来加
以估计和确定有两种方法：
（1）整数解（固定解）：适合于短基线（20km以内）
步骤：
①按四舍五入的原则将平差后得到的实数化为整数；
②将 N0 3mN0 （ 3mN0为 N 0的三倍中误差），在区间
（ N0 3mN0 ~ N0 3mN0 ）内有多个整数 N0 值； ③将各个 N0代入观测方程，求得 (X ,Y, Z)i ，i=1,2,3…； ④在各个 (X ,Y , Z )i 中，精度最高的一组所对应的
两码对齐，R( ) 1。
那么，延迟时间 即为GPS卫星信号从卫星传播
差分基站工作原理(1)
差分基站工作原理对接近跑滑区域的车辆安装高精度GPS车载终端（定位精度<1 米），对不接近跑滑区域的车辆安装低精度GPS车载终端（定位精度<5米）。
一、高精度GPS系统为提高GPS定位精度，系统采用差分GPS技术，即建设差分基站，差分基站和车载终端上的GPS接收单元同时接收GPS卫星的定位信号，差分基站将接收到的定位信号与该基站的已知位置进行比较，获取GPS定位数据的校正值，进而修正车载终端接收的定位信号。
利用差分基准站进行GPS定位工作原理图如下：高精度车载系统中的GPS接收机接收GPS差分改正数据和GPS卫星信号，进行实时差分处理，得到所在特种车辆的精确位置，通过二维GIS方式显示当前车辆位置、速度、方向等信息。
同时，移动站还将定位数据打包，通过无线传输系统传送到监控调度客户端系统，是车辆实时监控管理信息系统的直接数据源。
二、差分基准站分系统差分基准站分系统采用GPS接收机双机热备的策略，避免因GPS 基准站GPS接收机的故障，导致整个机场内所有特种车辆车载GPS精度降低的事故发生，以保证整个站坪车辆实时监控管理系统的正常工作，提高系统的可靠性。
基准站GPS双机热备的实现依赖基准站双机热备软件，需要在调度监控中心的服务器上部署基准站双机热备软件，其主要功能：➢接收基准接收机的状态信息、时间信息、差分改正信息；➢接收机状态判断和基准接收机切换；➢时间同步信息和差分信息播发；➢差分基准站状态报告；差分基准站分系统主要硬件设备包括GPS接收机、GPS天线、避雷器、差分基准站服务器等。
三、高精度车载终端高精度车载终端具有能够接收基准站播发的差分信号（通过运营商sim卡接收信息），通过差分解算后提高车辆的定位精度，该车载终端差分后定位精度小于1米。
四、低精度GPS系统低精度GPS车载终端直接接收GPS卫星信号，通过解算获得车辆的位置信息，定位精度小于5米。
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顾及用户位置改正的瞬时变化，可得：
用户坐标中消去了基准站与用户站的共同误差，例如 卫星轨道误差、SA影响、大气影响等。
优点：计算简单，适用各种GPS接收机。 缺点：要求观测同一组卫星，近距离可做到，距离较 长很难满足。 位置差分只适用于基准站与用户站相距100km以内的 情况。
▪ 但随用户到基准站距离的增加又出现了系统误差，这种误 差用任何差分法都是不能消除的。
► 基准站和用户站间距离对伪距差分的精度有决定性 影响。
► 星历提供的卫星钟与ＧＰＳ时间不精确同步，卫星 实际位置和计算位置不一致
▪ 两地测量误差始终有无法校正的剩余误差。
结论： ► 用户站和基准站距离越大，用ＧＰＳ差分得到的位
伪距差分原理
► 差分定位是相对定位的一种特殊应用。
► 高精度相对定位采用的是载波相位测量定位，而 差分定位则主要采用伪随机码伪距测量定位。
► 其基本方法是：
▪ 在定位区域内，于一个或若干个已知点上设置GPS接收 机作为基准站，连续跟踪观测视野内所有可见的GPS卫 星伪距
▪ 经与已知距离比对，求出伪距修正值（称为差分修正 参数），通过数据传输线路，按一定格式发播
差分GPS的基本原理
► 误差的空间相关性
▪ 以上各类误差中除多路径效应均具有较强的空间相关 性，从而定位结果也有一定的空间相关性。
► 差分GPS的基本原理
▪ 利用基准站（设在坐标精确已知的点上）测定具有空 间相关性的误差或其对测量定位结果的影响，供流动 站改正其观测值或定位结果
► 差分改正数的类型
▪ 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
► 特点
▪ 优点：差分精度高、差分精度与距离无关、差分范围大 ▪ 缺点：系统结构复杂、建设费用高
位置差分原理
设已知基准站的精密坐标(x0,y0,z0)，可求坐标改正数：
►差分定位需要数据传播路线，用户接收机 要有差分数据接口
►一个基准站的控制距离约在200～300km范 围。
伪距差分是目前用途最广的一种差分技术。几乎所有的商 用差分GPS接收机均采用这种技术。
已知基准站精密坐标和用星历计算得到的某一时刻的卫星 坐标，可计算卫星到基准站的真实距离：
根据测量值可得伪距改正数及变化率：
相位平滑伪距差分原理
► 虽然整周数无法获得，但可由多普勒频率计数获得 载波相位的变化信息，即可获得伪距变化率的信息， 可利用这一信息来辅助伪距差分定位，称为载波多 普勒计数平滑伪距差分；
► 另外，在同一颗卫星的两历元间求差，可消除整周 未知数，可利用历元间的相位差观测值对伪距进行 修正，即所谓的相位平滑伪距差分。
~Rji
j Ri
cti
dion
dtrop
修正量
P误差
~Rji
j Ri
P误差 cti dion dtrop
移动目标 ~修j 正 ~Mj i P
~Mj i
j Mi
cti
dion
dtrop
概述①
►差分GPS产生的诱因： 绝对定位精度不能满 足要求
▪ GPS绝对定位的精度受 多种误差因素的影响， 完全满足某些特殊应用 的要求
扩展伪距差分（广域差分）
► 广域差分ＧＰＳ的基本思想: ▪ 对ＧＰＳ观测量的误差源加以区分，将每一误差源的 数值通过数据链传输给用户站，改正用户站的ＧＰＳ 定位误差 ▪ 引入电离层模型、对流层模型和卫星星历误差估算(包 括卫星钟差改正)
► 扩展伪距差分（广域差分）误差集中表现为三方面： ▪ 星历误差：扩展差分依赖区域精密定轨确定精密星历 取代广播星历。 ▪ 大气时延误差（电离层时延和对流层时延）：广域差 分通过建立精密区域大气时延模型，精确计算大气时 延量。改正模型 ▪ 卫星钟差误差：广域差分可计算出卫星钟各时刻的精 密钟表值。
置精度越低。 ► 卫星位置误差与ＧＰＳ差分误差成正比关系。
扩展伪距差分（广域差分）
►在一个广阔的地区内提供高精度的差分Ｇ ＰＳ服务，将若干基准站和主站组成差分 ＧＰＳ网。
►主站接收各个监测站差分ＧＰＳ信号，组 合后形成扩展区域内的有效差分ＧＰＳ改 正电文，再把扩展ＧＰＳ改正信号发送出 去给用户接收机。
▪ 修正法：与伪距差分相同，基准站将载波相位 修正量发送给用户站，以改正其载波相位，然 后求解坐标。为准RTK技术．
▪ 差分法：后者将基准站采集的载波相位发送给 用户进行求差解算坐标。为真正的RTK技术。
载波相位实时动态差分技术 ——RTK（Real Time Kinematic）GPS技术
► 实时差分动态（Real Time Kinematic——RTK）测 量系统，是GPS测量技术与数据传输技术相结合而 构成的组合系统。它是GPS测量技术发展中的一个 新的突破。
►RTCM-104格式
影响绝对定位精度的主要误差
►主要误差
▪ 卫星轨道误差 ▪ 卫星钟差 ▪ 大气延迟（对流层延迟、对流层延迟） ▪ 多路径效应
►对定位精度的影响
定位精度 等效距离误差 PDOP PDOP通常大于1。
PDOP：Position Dilution of Precision ,位置精度衰减因子
►结构
▪ 基准站（多个）、数据通讯链和用户
►数学模型（差分改正数的计算方法）
▪ 加权平均
▪ 偏导数法
▪ 最小方差法
►特点
多基准站差分系统结构
▪ 优点：差分精度高、可靠性高，差分范围增大
▪ 缺点：差分范围仍然有限，模型不完善
广域差分
► 结构
▪ 基准站（多个）、数据通讯链和用户
► 数学模型（差分改正数的计算方法）
用户接收到坐标改正数对其计算得到的坐标进行 改正。
经过坐标改正后的用户坐标已经消去了基准站与 用户的共同误差，如星历误差、大气折射误差、 卫星误差，提高精度。
伪距差分
伪距差分时目前应用最为广泛的一种差分定位技 术。通过在基准站上利用已知坐标求出站星的距 离，并将其与含有误差的测量距离比较，并将测 距误差传输给用户，用户用此来对测距进行相应 改正。 但伪距差分很大程度上依赖两站距离，随着距离 增加，其公共误差减弱，如对流层、电离层，因 此应考虑距离因素。
位置差分和距离差分的特点
►位置差分
▪ 差分改正计算的数学模型简单 ▪ 差分数据的数据量少 ▪ 基准站与流动站要求观测完全相同的一组卫星
►距离差分
▪ 差分改正计算的数学模型较复杂 ▪ 差分数据的数据量较多 ▪ 基准站与流动站不要求观测完全相同的一组卫星
单基准站局域差分
► 结构
▪ 基准站（一个）、数据通讯链和用户
► 应用
数据链
1．概述 ► 差分GPS定位系统是由一个基准站和多个用户台组成。基
准站与用户台之间的联系，即由基准站计算出的改正数发送 到用户台的手段是靠数据链完成的。数据链由调制解调器和 电台组成。 ► 调制解调器是将改正数进行编码和调制，然后输入到电台上 发射出去。用户台将其接收下来，并将数据解调后，送入 GPS接收机进行改正。 ► 电台是将调制后的数据变成强大的电磁波辐射出去，能在作 用范围内提供足够的信号强度，使用户台能可靠地接收。发 射频率和辐射功率的选择是数据链的重要问题，它视作用距 离而定。 ► 根据已建立的各种无线电导航系统的发射频率和作用距离， 将通信设备分为直接波传输和地波传输两大类。
大气延迟误差：对流层延迟
0.4 0 误差
0.50 0.50 0.50 0.50
基准站接收机误差：测量误差
0.20 0.20 0.20 0.20
DGPS 误差（ms)
0.59 1.11 1.94 2.79
用户接收机误差
1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
► RTK 测量技术，是以载波相位观测量为根据的实时 差分GPS测量技术。
► RTK 测量技术是准动态测量技术与AROTF算法和数 据传输技术相结合而产生的，它完全可以达到“精 度、速度、实时、可用”等各方面的要求。
RTK – Real Time Kinametic （实时动态差分）
► 系统构成 参考站（基准站） 流动站 数据链
► 数学模型（差分改正数的计算方法）
▪ 提供距离改正和距离改正的变率
dV V (ti t) V (ti ) dt t
基准 站
V为距离改正数；dV 为距离改正数 的变率。
dt
►
特点
▪ ▪
优缺点点：：结差构分、范模围型小简，单精度随距基准站流（站距动用 离的增加数通而链据讯下
降，可靠性低
户）
多基准站局域差分
▪ 距离改正数：利用基准站坐标和卫星星历可计算出站 星间的计算距离，计算距离减去观测距离即为距离改 正数。
▪ 位置（坐标改正数）改正数：基准站上的接收机对GPS 卫星进行观测，确定出测站的观测坐标，测站的已知 坐标与观测坐标之差即为位置的改正数。
差分GPS对测量定位精度的改进
GPS
DGPS(单位：m)
▪ 美国的GPS政策对GPS 绝对定位精度的影响 （选择可用性SA）
SA关闭前后GPS绝对定位精度的变化
概述②
►差分GPS（DGPS – Differential GPS）
▪ 利用设置在坐标已知的点（基准站）上的GPS接 收机测定GPS测量定位误差，用以提高在一定范 围内其它GPS接收机（流动站）测量定位精度的 方法
误差类型
间距（km）
(单位：m) 0 100 300 500
卫星钟误差
3.0 0 0 0 0
卫星星历误差
2.4 0 0.04 0.13 0.22
SA ：卫星钟频抖动
24 0.25 0.25 0.25 0.25