广域差分GPS技术
毕业论文 浅谈GPS实时动态定位原理及应用
浅谈GPS实时动态定位原理及应用0、引言随着我国经济的高速发展，为了满足工程施工、测绘等工作的需要,采用GPS 实时动态定位技术的测绘系统逐步进入我国市场。
采用传统GPSRTK （Real-Time-Kinematic）技术的测绘系统的数据链路电台，必须经过无线电管理部门批准才可设置使用，但在此前的几起此类设备所造成的无线电干扰案例中，所查获的无线电台均未向无线电管理部门申报。
目前这类设备使用时所造成的无线电干扰越来越多，因此无线电管理部门应该加强对这类设备的管理。
而增加对GPSRTK技术的了解和认识，将会对查处工作及无线电管理工作大有帮助。
1RTK概述RTK（Real-Time-Kinematic）技术是GPS实时载波相位差分的简称。
这是一种将GPS与数传技术相结合，实时解算并进行数据处理，在1～2秒时间内得到高精度位置信息的技术。
RTK的工作原理是将一台接收机置于基准站上，另一台或几台接收机置于载体（称为流动站）上，基准站和流动站同时接收同一时间、同一GPS卫星发射的信号，基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较，得到GPS差分改正值。
然后将这个改正值通过无线电数据链电台及时传递给共视卫星的流动站精化其GPS观测值，从而得到经差分改正后流动站较准确的实时位置。
精密GPS定位均采用相对技术。
无论是在几点间进行同步观测的后处理(RTK)，还是从基准站将改正值传输给流动站(DGPS)，这些都称为相对技术，以采用值的类型为依据可分为4类：（1）实时差分GPS，其精度为1m～3m；（2）广域实时差分GPS，其精度为1m～2m；（3）精密时差分GPS，其精度为1cm～5cm；（4）实时精密时差分GPS，其精度为1cm～3cm。
差分的数据类型有伪距差分、坐标差分和相位差分三类。
前两类定位误差的相关性，会随基准站与流动站的空间距离的增加而迅速降低。
故RTK采用第三类方法。
RTK的观测模型为：因轨道误差、钟差、电离层折射及对流层折射的影响在实际的数据处理中一般采用双差观测值方程来解算，在定位前需确定整周未知数，这一过程称为动态定位的“初始化”（OnTheFly即OTF）。
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。
GPS定位原理 绝对定位 相对定位 差分模型 单点差分 局域差分 广域差分
第四章GPS定位原理GPS绝对定位（单点定位、伪距定位）静态绝对定位动态绝对定位GPS相对定位（差分定位？）静态相对定位动态相对定位第一节 GPS绝对定位GPS绝对定位：是一个用户利用GPS接收机，以地球质心为参考点，对卫星信号进行接收和观测，确定接收机天线在WGS-84坐标系中的绝对位置，又称单点定位或伪距定位。
GPS绝对定位基本原理：以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离观测量为基准，根据已知的卫星瞬时坐标，来确定用户接收天线所对应的位置。
现令 : (X j Y j Z j) 为卫星 j 的已知坐标, j = 1，2 …n。
2、绝对定位的精度评价:（1）平面位置精度因子HDOP（2）高程精度因子VDOP（3）空间位置精度因子PDOP（4）几何精度因子GDOP（5）接收机钟差精度因子TDOP注:1）DOP值∝ 1/V , V为星站六面体的体积。
2）亦要考虑大气传播误差的影响。
第二节 GPS相对定位GPS相对定位：是利用两台或两台以上GPS接收机分别安置在不同的GPS点上，并同步观测相同的GPS卫星，将所获得观测值按一定的方法进行差分处理，消除一些误差对各观测值影响的相关部分，然后再进行解算，可以获得GPS点间的相对位置或基线向量。
GPS相对定位数学模型载波相位测量的观测方程:1、一次差分观测值:1) .站际一次差分观测※其消除了与卫星有关的误差(星钟误差等)影响,削弱了大气传播误差(电离层和对流层折射误差)影响。
2).星际一次差分观测※其消除了与接收机有关的误差(机钟误差等)影响,削弱了大气传播误差(电离层和对流层折射误差) 的影响。
3).历元间一次差分观测※其削弱了大部分误差的影响,同时消去了N0( 初始整周模糊度 )。
2、二次差分观测值:1).站际与星际二次差分观测值:消除了与测站、卫星有关的误差，减弱了对流层折射和电离层折射的误差2).星际与历元间二次差分观测值:消除了与测站、卫星有关的误差，减弱了对流层折射和电离层折射的误差，同时消去了N0 (初始整周模糊度)。
GPS测量原理及应用复习名词解释与论述
第一部分：名词解释春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点真近点角：在轨道平面上卫星与近地点之间的地心角距.升交点赤经：在地球平面上，升交点与春分点之间的地心夹角. 近地点角距：在轨道平面上近地点与升交点之间的地心角距.天球：指以地球质心为中心，半径r为任意长度的一个假想球体。
为建立球面坐标系统，必须确定球面上的一些参考点、线、面和圈。
岁差：指由于日月行星引力共同作用的结果，使地球自转轴在空间的方向发生周期性变化。
章动：北天极除了均匀地每年西行以外，还要绕着平北天极做周期性的运动。
轨迹为一椭圆。
极移：地球自转轴相对于地球体的位置不是固定的，地极点在地球表面上的位置随时间而变化的现象称为极移历元：在天文学和卫星定位中，与所获取数据对应的时刻也称历元。
轨道：卫星在空间运行的轨迹轨道参数：描述卫星轨道位置和状态的参数卫星星历：描述卫星运动轨道的信息，是一组对应某一时刻的轨道根数及其变率预报星历：是通过卫星发射的含有轨道信息的导航电文传递给用户，经解码获得所需的卫星星历，也称广播星历后处理星历：是一些国家的某些部门根据各自建立的跟踪站所获得的精密观测资料，应用与确定预报星历相似的方法，计算的卫星星历。
GPS卫星所发射的信号包括载波信号、P码（或丫码）、C/A码和数据码（或D 码）等多种信号分量，其中P码和C/A码统称为测距码。
（1）码的概念：表达不同信息的二进制数及其组合，称为码（2）随机噪声码：对某一时刻来说，码元是0或1完全是随机的，这种码元幅度的取值完全无规律的码序列。
导航电文：导航电文是包含有关卫星的星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正和由C/A码捕获P码等导航信息的数据码（或D码）。
绝对定位：也称单点定位，是指在协议地球坐标系中，直接确定观测站相对于坐标原点（地球质心）绝对坐标的一种方法。
相对定位：用至少两台GPS接收机，同步观测相同的GPS卫星，确定两台接收机天线之间的相对位置。
DGPS原理以及GPS系统的特点知识介绍
DGPS原理以及GPS系统的特点知识介绍DGPS原理目前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。
GPS系统的特点GPS系统具有全天候、全方位、高精度、多用途以及方便快捷高效等特点。
1）全天候：指野外观测可不受时间的限制。
不论白天黑夜、刮风下雨、夏暖冬寒，均可获得满意的观测效果。
2）全方位：指野外作业不受空间的限制，只要能同时接收到四颗以上卫星的信号，即可进行定位。
不要求测站间互相通视，可在陆地、海上、水上、空中（航测）测量定位。
既可静态观测，也可动态观测。
3）高精度：单频GPS接收机静态测量（后处理）精度可达±5mm+2ppm·D。
双频GPS 接收机静态测量精度可达±5mm+1ppm·D。
实时动态测量（RTK）精度可达±20mm+2ppm·D。
4）多用途：不仅用于测量定位，还可用于导航以及测速和授时。
gps名词解释
名词解释：1.天球坐标系：天球坐标系的坐标原点为地心O,X轴指向春分点，Z轴指向北天极，Y轴垂直于XOZ平面，并构成右手坐标系。
2.地球坐标系：地球坐标系的坐标原点为地心O,X轴指向地球赤道面与格林威治子午面交线的方向，Z轴为地球自转轴，Y轴垂直XOZ轴,并构成右手坐标系。
3.瞬时天球坐标系：原点位于地球质心，z轴指向瞬时地球自转方向（真天极），x轴指向瞬时春分点（真春分点），y轴按构成右手坐标系取向。
4. 瞬时地球坐标系：原点位于地球质心，z轴指向瞬时地球自转轴方向，x轴指向瞬时赤道面和包含瞬时地球自转轴与平均天文台赤道参考点的子午面之交点，y轴构成右手坐标系取向。
5.章动：在日月引力等因素的影响下，月球绕地球的运动轨道以及月球与地球之间的距离都在不断变化，将这时的北天极称为瞬时北天极。
瞬时北天极绕平北天极沿椭圆轨迹进行旋转，这种现象称为章动。
6.岁差：地球在绕太阳运行时，地球自转轴的方向在天球上缓慢地移动，春分点在黄道上随之缓慢移动的现象。
7.地极移动（极移）:地球瞬时自转轴在地球上随时间变化而改变。
8.WGS84坐标系：原点位于地球质心，Z轴：指向BIH1984.0定义的协议地球极（CTP）方向，X轴：指向BIH1984.0的零子午面和CTP 赤道的交点；Y轴：与Z，X轴构成右手坐标系；9.历元：各种天球坐标系和地球坐标系无不归属于某一确定的时刻（瞬间），天文学中常称历元。
10.恒星时系统:以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所定义的时间系统。
11.平太阳时系统:以平太阳为参考点，由平太阳的周日视运动所定义的时间系统。
12.世界时UT：以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时。
与平太阳时的尺度相同，但起算点不同。
13.原子时系统：秒长即铯原子基态的两个超精细能级间跃迁辐射振荡9192631170周所持续的时间。
14协调世界时：采用原子时秒长，用跳秒（闰秒）的方法使协调时与世界时的时刻相接近，其差不超过1秒。
GPS测量原理及应用各章知识点总结
GPS测量原理及应用各章知识点总结桂林理工大学测绘08-1 JL（纯手打）第一章绪论1、GPS系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。
能为各个用户提供三维坐标和时间。
2、GPS卫星位置采用WGS-84大地坐标系3、GPS经历了方案论证、系统论证、生产试验三个阶段。
整个系统包括卫星星座、地面监控部分、用户接收机部分。
4、GPS基本参数为：卫星颗数为21+3，卫星轨道面个数为6，卫星高度为20200km，轨道倾角为55度，卫星运行周期为11小时58分，在地球表面任何时刻，在高度较为15度以上，平均可同时观测到6颗有效卫星，最多可以达到9颗。
5、应用双定位系统的优越性：能同时接收到GPS和GLONASS卫星信号的接收机，简称为双系统卫星接收机。
（1）增加接收卫星数。
这样有利于在山区和城市有障碍物遮挡的地区作业（2）提高效率。
观测卫星数增加，所以求解整周模糊度的时间缩短，从而减少野外作业时间，提高了生产效率。
（3）提高定位的可靠性和精度。
因观测的卫星数增加，用于定位计算的卫星数增加，卫星几何分布也更好，所以提高了定位的可靠性和精度。
6、在GPS信号导航的定位时，为了解算测站的三维坐标，必须观测4颗（以上）卫星，称为定位星座。
7、PRN----------卫星所采用的伪随机噪声码8、在导航定位测量中，一般采用PRN编号。
9、用于捕获信号和粗略定位的为随机码叫做C/A码（又叫S码），用于精密定位的精密测距码叫P 码10、GPS系统中各组成部分的作用：卫星星座1、向广大用户发送导航定位信息。
2、接收注入站发送到卫星的导航电文和其他相关信息，并通过GPS信号电路，适时的发送给广大用户。
3、接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，适时的改正运行偏差和启用备用时钟等。
地面监控系统地面监控系统包括1个主控站，3个注入站和5个监测站。
1、监测和控制卫星上的设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行。
第四章 广域差分GPS
一、差分GPS分类
根据时效性
坐
实时差分
标 改
事后差分
正
根据差分改正数类型
伪距差分
位置差分(坐标差分)
载波相位差分
距
根据工作原理和差分模型 离
局域差分
载波相位差分原理：P102，分为改正法和求差法，
改正法与伪距差分类似。
求差法(RTK)
基站 流动站
相位观测值 相位观测值
流动站的坐标 差分计算
➢消去公共误差，能实时给出 厘米级高精度的定位结果。
➢电台的功率限制了用户到基 准站距离，作用范围几十公里。
➢广泛用于工程测量中。
一、差分GPS测量原理
载波相位差分原理
当基准站为多用户服务时，应采用双频GPS接收机， 且其采样率应与用户站接收机采样率最高的相一致。
数据传输系统
数据传输系统(或简称数据链),由基准站的发射台与 用户站的接收台组成,它是实现实时动态测量的关键 设备。
数据传输设备,要充分保证传输数据的可靠性,其频 率和功率的选择主要决定于用户站与基准站间的距 离、环境质量、数据的传输速度。
RTK的基本思想
在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见GPS 卫星进行连续地观测，并将其观测数据通过无线电 传输设备，实时地发送给用户观测站。
在用户站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同 时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测 数据，然后根据相对定位的原理，组成差分观测值 进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不 到一秒钟。
改 正
单基准站差分
星基广域差分GPS的应用与精度分析
算 出来 的每一个误 差 源 的修 正值 （ 分 值 ） 实 时地 差 ， 将改正 数据 通过数 据通 讯 链 传 输 给用 户 ， 用 户在 对
Ｇ Ｓ定位 中的误差 加 以修 正 ， Ｐ 以达 到 削弱 这 些 误差
其 最 大的缺 陷在 于差分 改正数 的有 效性 随接 收机 与
参 考站距 离 的增 加 而迅 速 降低 。与 局 域差 分 不 同 ， 广 域差分 Ｇ Ｓ ＷＡ Ｇ Ｓ 侧 重 于 分 析误 差 源 ， 一 Ｐ （ Ｄ Ｐ） 进 步 将测量 误差 模 型化 。优 点是 定 位 精 度均 匀 性 好 ， 差 分数据 的置 信 度 高 ， 服务 网覆 盖 范 围大 。星基 广 域 差分 Ｇ Ｓ是对 ＷＡ Ｇ Ｓ系统 进一 步增 强 ， 用距 Ｐ ＤＰ 作
关键 词 ： 基 广 域 差 分 Ｇ Ｓ水 深测 量 ； 度 分 析 星 Ｐ； 精 中 图分 类 号 ： ２ ８４ Ｐ ２． 文 献标 识 码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：１７ —０４ ２ １ ） —０４ ０ ６ １ ４ （０ ０ ０ ０ ５ —３ ３ ４
１ 引 言
周 日活动 影 响 是 导 致 实 时 定 位 精 度 不 高 的 主要 原
（２ ９ 队 ， ９ ２２部 山东 胶南 ２ ６０ ） ６ ４ ５
摘 要 ： 要 介 绍 了 星 基 广 域 差 分 Ｇ Ｓ 位 技 术 的原 理 ， 过 实 例 对 不 同差 分 方 式 定 位 精 度 的 对 比分 析 ， 明 简 Ｐ定 通 表
星基广域 差分 Ｇ Ｓ定位技术在 中远海水深测量 中能满足精度要求 ， Ｐ 使水深测பைடு நூலகம்作业更加快捷方便。
分 信 号播 发 站 、 干 个 监 控 站 、 应 的 数 据 通 讯 网 若 相
差分GPS(DGPS)测量规范
差分GPS（DGPS）数据测量规范●DGPS的组成：1.DGPS由差分数据播发台、DGPS接收台和导航卫星构成。
2.差分数据播发台最少要求设1座基准台和1座无线电发射台，宜再设1座监测台。
较完善的系统设2个以上的基准台和发射台，并有控制中心交叉覆盖的DGPS网。
3.DGPS接收台由1台GPS接收机，1台差分数据接收机及各自的天线组成。
●基准台GPS接收机技术要求：接收频率：L1 1575.42MHz接收通道数：不少于6通道，使用能连续跟踪10颗以上卫星的多通道连续接收机跟踪方式：C/A码相位跟踪和载波相位辅助跟踪接收灵敏度：—135dBm工作方式：差分工作方式卫星识别：0~37定位算法：视界卫星卫星掩角：7度30分电离层改正：不改正天线高度：固定高度位置：固定位置识别号：三位数数据延时：播发伪距修正值的延迟时间可调日历状态电文：根据变化输出星历数据电文：根据变化输出●DGPS主要技术要求：1.DGPS在覆盖范围内的定位误差应小于10米2.系统向用户提供差分信息的更新间隔1~5秒3.DGPS宜采用全球大地坐标系WGS-84，并发布WGS-84玉1954北京坐标系之间的转换值4.DGPS应采用北京时间5.DGPS应公布该系统的服务范围，各区域的定位精度6.DGPS建成后，应公布差分全球定位系统台站表●航海无线电信标DGPS发射特性1.工作频率：DGPS使用航海无线电信标用283.5~325.0kHz的频率发射。
无线电信标用主(F1,在整数频点上)播发指向信号,用副载波(F1+500Hz)播发DGPS修正值和辅助信息。
2.频率容差：载波的频率精度保持在±6ppm之间（如：315kHz的频率误差为±2Hz）3.相位噪声：频率偏移10Hz时，每一频段的单边带相位噪声应低于－80dB/Hz4.杂散输出：杂散输出应低于－60dB5.同步类型：电文以同步方式播发6.伪距修正值（PRC）延迟时间：播发修正值的平均延迟时间应小于0.25s7.调制方式：采用最小频率键控（MSK）调制，是一种连续的相位、频移键控（CPFSK）调制。
广域差分GPS技术PPT
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
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
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
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。
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
WADGPS的工作流程
WADGSP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； (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吗伪距单点定位以改善用户站的GPS导航定位精度。
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
全球四大导航系统
全球四大卫星定位系统目前，世界上只有少数几个国家能够自主研制生产卫星导航系统。
当前全球有四大卫星定位系统，分别是美国的全球卫星导航定位系统GPS、俄罗斯的格罗纳斯GLONASS系统、欧洲在建的“伽利略”系统、和中国的北斗卫星导航系统。
一、美国GPS长期垄断美国国防部从1973年开始实施的GPS系统，这是世界上第一个全球卫星导航系统，在相当长的一段时间内垄断了全球军用和民用卫星导航市场。
GPS全球定位系统计划自1973年至今，先后共发射了41颗卫星，总共耗资190亿美元。
GPS 原来是专门用于为洲际导弹导航的秘密军事系统，在1991年的海湾战争中首次得到实战应用。
随后，在科索沃战争、阿富汗战争和伊拉克战争中大显身手。
从克林顿时代起，该系统开始应用在了民用方面。
现运行的GPS系统由24颗工作卫星和4颗备用卫星组成。
美国利用GPS获得了巨大的经济利益，多年来在出售信号接收设备方面赚取了巨额利润。
以1986年为例，当时一台一般精度的GPS定位仪价格5万美元，高精度的则达到10万美元。
现在价格虽然有所下降，但也可推算出20年来GPS“收获颇丰”。
以GPS为代表的卫星导航定位应用产业，已成为八大无线产业之一。
据美国国家公共管理研究院进行的调查评估表明，GPS的全球销售额将以每年38%的速度增长，2005年全球GPS市场已达到310亿美元。
长期以来，美国对本国军方提供的是精确定位信号，对其他用户提供的则是加了干扰的低精度信号——也就是说，地球上任何一个目标的准确位置，只有美国人掌握，其他国家只知道个“大概”。
在海湾战争时，美国还曾置欧盟各国利益不顾，一度关闭对欧洲GPS服务。
2003年3月20日，伊拉克战争爆发。
大批轰炸机、战斗机猛扑向伊拉克首都巴格达，用炸弹准确地将一座建筑彻底摧毁，行动代号：“斩首行动”；4月，一架B-1B“枪骑兵”轰炸机临时接到任务，用炸弹摧毁了另一座建筑。
他们的目标都是一个人：萨达姆侯赛因，他们所使用的炸弹都是一种：联合攻击炸弹(JDAM)，这些炸弹之所以都能够精确的打击目标，是因为他们都是通过卫星定位来实现定位，提供这种定位服务的正是由24颗美国卫星组成的全球定位系统--GPS。
全球四大导航系统
全球四大卫星定位系统目前，世界上只有少数几个国家能够自主研制生产卫星导航系统。
当前全球有四大卫星定位系统，分别是美国的全球卫星导航定位系统GPS、俄罗斯的格罗纳斯GLONASS系统、欧洲在建的“伽利略”系统、和中国的北斗卫星导航系统。
一、美国GPS长期垄断美国国防部从1973年开始实施的GPS系统，这是世界上第一个全球卫星导航系统，在相当长的一段时间内垄断了全球军用和民用卫星导航市场。
GPS全球定位系统计划自1973年至今，先后共发射了41颗卫星，总共耗资190亿美元。
GPS 原来是专门用于为洲际导弹导航的秘密军事系统，在1991年的海湾战争中首次得到实战应用。
随后，在科索沃战争、阿富汗战争和伊拉克战争中大显身手。
从克林顿时代起，该系统开始应用在了民用方面。
现运行的GPS系统由24颗工作卫星和4颗备用卫星组成。
美国利用GPS获得了巨大的经济利益，多年来在出售信号接收设备方面赚取了巨额利润。
以1986年为例，当时一台一般精度的GPS定位仪价格5万美元，高精度的则达到10万美元。
现在价格虽然有所下降，但也可推算出20年来GPS“收获颇丰”。
以GPS为代表的卫星导航定位应用产业，已成为八大无线产业之一。
据美国国家公共管理研究院进行的调查评估表明，GPS的全球销售额将以每年38%的速度增长，2005年全球GPS市场已达到310亿美元。
长期以来，美国对本国军方提供的是精确定位信号，对其他用户提供的则是加了干扰的低精度信号——也就是说，地球上任何一个目标的准确位置，只有美国人掌握，其他国家只知道个“大概”。
在海湾战争时，美国还曾置欧盟各国利益不顾，一度关闭对欧洲GPS服务。
2003年3月20日，伊拉克战争爆发。
大批轰炸机、战斗机猛扑向伊拉克首都巴格达，用炸弹准确地将一座建筑彻底摧毁，行动代号：“斩首行动”；4月，一架B-1B“枪骑兵”轰炸机临时接到任务，用炸弹摧毁了另一座建筑。
他们的目标都是一个人：萨达姆侯赛因，他们所使用的炸弹都是一种：联合攻击炸弹(JDAM)，这些炸弹之所以都能够精确的打击目标，是因为他们都是通过卫星定位来实现定位，提供这种定位服务的正是由24颗美国卫星组成的全球定位系统--GPS。
GPS_RTK测量技术要求
GPS RTK测量技术规程Technical Specifications For GPS RTK Surveys1 总则1.1 为了GPS RTK技术在治黄测绘及其它相关领域内推广应用，统一RTK作业方法、仪器使用要求、数据处理方法，特制定本规程。
1.2本标准参照与引用的标准1.2.1 《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2001）；1.2.2 《全球定位系统城市测量技术规程》（CJJ73-97）；1.2.3 《公路全球定位系统（GPS）测量规范》（JTJ/T066-98）；1.2.4 《全球定位系统（GPS）测量型接收机检定规程》（CH8016-1995）。
1.3 本规程适用于四等平面以下、等外水准控制测量、放样测量、地形测量（包括水下地形测量）、断面测量，以及当采用RTK技术辅助水文测验、河道冲淤监测时亦可参照本规程。
2 术语2．1全球定位系统(GPS ) Global Position SystemGPS是由美国研制的导航、授时和定位系统。
它由空中卫星、地面跟踪监控站、和用户站三部分组成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力。
GPS系统的特点是高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。
2.2 实时动态测量(RTK) Real Time KinematiRTK定位技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘M级精度。
在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。
流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理。
流动站可处于静止状态，也可处于运动状态。
RTK 技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术。
2．3 观测时段Observation测站上开始接收卫星信号到停止接收，连续观测的时间长度。
2．4 同步观测Simultaneous Observation两站或两站以上接收机同时对同一组卫星进行观测。
差分GPS与GPS
GPS与差分GPS一、GPS介绍GPS全球卫星定位导航系统(Global Positioning System-GPS)是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。
经近十几年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。
随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。
1、GPS系统的特点（1）全球、全天候工作：能为用户提供连续，实时的三维位置，三维速度和精密时间。
不受天气的影响。
（2）定位精度高：单机定位精度优于10米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。
（3）功能多，应用广：随着人们对GPS认识的加深，GPS不仅在测量，导航，测速，测时等方面得到更广泛的应用，而且其应用领域不断扩大2、GPS发展历程GPS实施共分三个阶段：（1）第一阶段为方案论证和初步设计阶段。
1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。
研制了地面接收机及建立地面跟踪网。
（2）第二阶段为全面研制和试验阶段。
从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。
实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。
（3）第三阶段为实用组网阶段。
1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，表明GPS系统进入工程建设阶段。
1993年底实用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。
3、GPS原理（1）GPS系统的组成GPS由三个独立的部分组成：a、空间部分：21颗工作卫星，3颗备用卫星。
GPS卫星SA政策小论
2000年美国总统克林顿5月1日发布命令，取消了长期以来由美国军方采取的有意降低全球定位系统（GPS）卫星信号质量的措施，为民用用户享受该系统的高精度信号铺平了道路。
从这一天格林尼治时间午夜起，美国军方已停止采用称为选择可用性（SA）的措施，也就是不再有意降低供非军方用户使用的GPS信号的精度。
克林顿称他的此项决定是在征求了各有关方面的意见后才做出的，“他们认为取消SA会有助于全球运输安全以及科学和商业活动的开展”。
GPS是美国为满足其军事部门对高精度导航和定位的需要而建立的，受美国国防部的控制。
为了保护其自身的安全利益，防止在未来的高技术战争中敌人使用GPS和GPS制导武器系统，美国制订了控制性政策和措施，包括SA措施。
该项措施一是扰动导航电文中的星历数据，二是给卫星基准信号人为地加入一个高频扰动信号，目的都是要使定位精度下降。
但美国国防部现在认为，它可以只在特定的地区（而不是在全球范围内）采取SA措施，由此可以保证美国的国家安全利益不受损害。
采用SA措施时，民用GPS接收机可以使用的定位精度不到100米，而关掉SA后，用户们就可以得到20米、甚至10米的位置精度。
政府官员认为，精度上的改进将使快速增长的GPS接收机和其它GPS应用市场得到进一步扩大。
美国政府通过免费提供GPS服务、公开发行接收机设计说明和鼓励进行公开的市场竞争，已培育起了大约80亿美元的全球GPS相关产品与服务市常，取消SA后，随着这项技术与大众消费者的靠近，估计今后3年这一市场将会有成倍的增长。
美国还在采取新的措施来增强GPS系统，主要是要加强它的民用效果。
到2003年，GPS将增加一个信号，两年后还会有第三个信号投入使用。
地面系统的改进也在进行之中，以进一步提高机场等特定区域的精度。
美国军方也计划从2002年起逐步用更先进的GPS-2F型卫星取代目前系统中的24颗卫星。
另据外刊近期报道，美国军方在未来冲突中将对GPS进行干扰，以防被敌方利用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
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
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
区域性差 分基准站
...
差 分播 发站
分播 发站
...
差 分播 发站
用户站 用户站 用户站
监测站
用户站 用户站 用户站
监测站
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
GPS广域差分技术
武汉大学卫星导航定位技术研究中心
差分GPS：利用相对定位思想实现米级精度的实时定位技术
1.局域（常规）差分GPS（LADGPS/CDGPS）
原理：利用单基准站确定的伪距误差修正值修正用户伪距 特点：受距离限制，基准站作用半径（100-200km）
2.局域网差分GPS（LANGPS）
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
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
与局域差分GPS和普通广域差分GPS的比较 与WAAS的关系
广域差分GPS的数据处理流程
核心：•利用星历、星钟、电离层延迟三者的确定需要不同的数据采样 率的特点来简化通信频度要求。
•利用卫星钟差确定基本上与基准站数量无关和与基准站几何分 布完全无关的特点建立地区差分基准站来确定卫星钟差。
方法：•各基准站每12h或24h传输一次RINEX格式数据至主控站，主控 站用之计算精密星历，并外推一天，传给各地区差分基准站。
星钟误差确定方法 受SA影响，卫星钟差变化在 300ns以内，相对卫星钟差估值中 误差为2~3ns左右，个别大的不超过5ns 钟差局部变化在短时间内〈10S）小于5ns，因此，可用线性拟合 方法外推10秒间隔的卫星钟差 外推10s，钟差的RMS一般为 5ns，外推15s，RMS一般为10ns， 最大外推时间间隔应小于15s
WADGPS的工作流程
WADGSP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； (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吗伪距单点定位以改善用户站的GPS导航定位精度。
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
跟踪站 跟踪站
每12或24小时传输一 次GPS30秒采样数据
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； 同步卫星信号的实时传输数据的能力强，而且可以覆盖很大的区域，从而较好的 解决了主控站与播发站，播发站与用户站之间的数据传输问题 若在WAAS中要求同步卫星所传输的信号不仅仅是差分改正信息，而且还包括C/A 码和同步卫星星历，则这颗同步卫星就成为空基的“伪卫星”，相当于增加了卫 星测距源，因而用户的定位精度和可靠性上都高于WADGPS.
WADGPS的技术特点
主控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。
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
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）
跟踪站 跟踪站 跟踪站
主控站：利用跟踪站3天跟踪数据，每12（或24）小时计算一 次外推15（或28）小时的GPS预报精密星历（2m）
每12或24小时传输一次，外推GPS精密星历
区域性差 分基准站
差 分播 发站
每6秒计算一次卫星钟差改正 每30分计算一次电离层差分改正 实时传输差分改正 更新率：星钟6秒，星历 差 3分钟，电离层30分钟
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）
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）
通信方案：
建站标准：
连续运行参考站（CORS）技术要求
跟踪站与主控站通信：VSAT，MODEM+电话网 主控站与地区差分站通信： VSAT，MODEM+电话网 地区差分站与播发站通信：微波，专用市话线 播发站与用户通信：FM，MW…...
天线 G天线 GPS监控 接收机
网
图：
技术标准：三个性能指标:
定位 精度：±1~5m + 覆盖：全国陆地，近海海区 更新率：星历3min，电离层延迟30min， 星钟 6sec 三个技术标准： 完备性：报警限值（7m），示警时耗 -6 （6sec），失误几率（1.6110 ） 有效性：连续服务时间95% 可靠性：正常运行几率98%
在系统服务时间内，系统正常运行的几率
经费
建立的软件硬件费用，维持费用和用户使用费用
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
方案C
跟踪站和用户都用双频接收机
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
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
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)