GPS差分定位技术基本原理
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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
静态差分
安置在基线端点的接收机固定不动，通过连续观测，取得充分的多 余观测数据，改善定位精度。
静态相对定位一般均采用载波相位观测值（或测相伪距）为基本观 测量，对中等长度的基线（100-500km），相对定位精度可达10-610-7甚至更好。
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 美国的GPS政策对
SA关闭前后GPS绝对定位精度的变化
GPS绝对定位精度的
影响（选择可用性SA）
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
卫星
动态差分定位
用一台接收机安置在基准站上固定不动，另一台接收 机安置在运动载体上，两台接收机同步观测相同卫星， 以确定运动点相对基准站的实时位置。
动态差分定位根据采用的观测量不同，分为:
以测码伪距为观测量的动态相对定位
差分定位是利用两台GPS接收机，分别安置在基线的两 端，同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点在协
议地球坐标系中的相对位置或基线向量。相对定位方
法一般可推广到多台接收机安置在若干条基线的端点， 通过同步观测GPS卫星，以确定多条基线向量。
s1
s2
s3 s4
T1
T2
差分GPS的基本原理
误差的空间相关性
位置差分 距离差分
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
在载波相位观测的数据处理中，为可靠地确定载波相位整周未知数， 静态相对定位一般需要较长的观测时间（1.0-1.5小时）
如何缩短观测时间，是研究和关心的热点。 缩短静态相对定位的观测时间关键在于快速而可靠地确定整周未知数。
理论和实践表明，在载波相位观测中，如果整周未知数已经确定， 则差分定位精度不会随观测时间的延长而明显提高。
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
误差类型
卫星钟误差 卫星星历误差 SA ：卫星钟频抖动 SA ：人为引入的星历误差 大气延迟误差：电离层延迟 大气延迟误差：对流层延迟 基准站接收机误差噪声和多路径误差 基准站接收机误差：测量误差 DGPS 误差（ms) 用户接收机误差 用户等效距离误差（rms) 导航精度（2drms）HDOP = 1.5
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
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。
差分GPS的分类
坐
根据时效性
标 改
实时差分
正
事后差分
根据观测值类型
伪距差分
载波相位差分
根据差分改正数
距
位置差分（坐标差分）
离
距离差分
改 正
根据工作原理和差分模型
局域差分（LADGPS – Local Area DGPS）
单基准站差分
多基准站差分
广域差分（WADGPS – Wide Area DGPS）
准动态差分定位
接收机在移动过程中必须保持对观测卫星的连续跟踪
在高精度静态差分定位中，当仅有两台接收机时，一 般应考虑将单独测定的基线向量联结成向量网（三角 网或导线网），以增强几何强度，改善定位精度。
当有多台接收机时，应采用网定位方式，可检核和控制多种 误差对观测量的影响，明显提高定位精度。
GPS
(单位：m) 3.0 2.4 24 24 4.0 0.4
1.0 34.4 103.2
DGPS(单位：m) 间距（km）
0 100 300 500 0000 0 0.04 0.13 0.22 0.25 0.25 0.25 0.25 0 0.43 1.30 2.16 0 0.73 1.25 1.60 0 0.40 0.40 0.40 0.50 0.50 0.50 0.50 0.20 0.20 0.20 0.20 0.59 1.11 1.94 2.79 1.0 1.0 1.0 1.0 1.16 1.49 2.19 2.96 3.5 4.5 6.6 8.9
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）
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
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
V (ti
t)
V (ti )
dV dt
t
基准 站
V为距离改正数；dV 为距离改正数的变率。
Βιβλιοθήκη Baidu
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
结构
基准站（多个）、数据通讯链和用户
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
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
静态差分
安置在基线端点的接收机固定不动，通过连续观测，取得充分的多 余观测数据，改善定位精度。
静态相对定位一般均采用载波相位观测值（或测相伪距）为基本观 测量，对中等长度的基线（100-500km），相对定位精度可达10-610-7甚至更好。
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 美国的GPS政策对
SA关闭前后GPS绝对定位精度的变化
GPS绝对定位精度的
影响（选择可用性SA）
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
卫星
动态差分定位
用一台接收机安置在基准站上固定不动，另一台接收 机安置在运动载体上，两台接收机同步观测相同卫星， 以确定运动点相对基准站的实时位置。
动态差分定位根据采用的观测量不同，分为:
以测码伪距为观测量的动态相对定位
差分定位是利用两台GPS接收机，分别安置在基线的两 端，同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点在协
议地球坐标系中的相对位置或基线向量。相对定位方
法一般可推广到多台接收机安置在若干条基线的端点， 通过同步观测GPS卫星，以确定多条基线向量。
s1
s2
s3 s4
T1
T2
差分GPS的基本原理
误差的空间相关性
位置差分 距离差分
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
在载波相位观测的数据处理中，为可靠地确定载波相位整周未知数， 静态相对定位一般需要较长的观测时间（1.0-1.5小时）
如何缩短观测时间，是研究和关心的热点。 缩短静态相对定位的观测时间关键在于快速而可靠地确定整周未知数。
理论和实践表明，在载波相位观测中，如果整周未知数已经确定， 则差分定位精度不会随观测时间的延长而明显提高。
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
误差类型
卫星钟误差 卫星星历误差 SA ：卫星钟频抖动 SA ：人为引入的星历误差 大气延迟误差：电离层延迟 大气延迟误差：对流层延迟 基准站接收机误差噪声和多路径误差 基准站接收机误差：测量误差 DGPS 误差（ms) 用户接收机误差 用户等效距离误差（rms) 导航精度（2drms）HDOP = 1.5
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
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。
差分GPS的分类
坐
根据时效性
标 改
实时差分
正
事后差分
根据观测值类型
伪距差分
载波相位差分
根据差分改正数
距
位置差分（坐标差分）
离
距离差分
改 正
根据工作原理和差分模型
局域差分（LADGPS – Local Area DGPS）
单基准站差分
多基准站差分
广域差分（WADGPS – Wide Area DGPS）
准动态差分定位
接收机在移动过程中必须保持对观测卫星的连续跟踪
在高精度静态差分定位中，当仅有两台接收机时，一 般应考虑将单独测定的基线向量联结成向量网（三角 网或导线网），以增强几何强度，改善定位精度。
当有多台接收机时，应采用网定位方式，可检核和控制多种 误差对观测量的影响，明显提高定位精度。
GPS
(单位：m) 3.0 2.4 24 24 4.0 0.4
1.0 34.4 103.2
DGPS(单位：m) 间距（km）
0 100 300 500 0000 0 0.04 0.13 0.22 0.25 0.25 0.25 0.25 0 0.43 1.30 2.16 0 0.73 1.25 1.60 0 0.40 0.40 0.40 0.50 0.50 0.50 0.50 0.20 0.20 0.20 0.20 0.59 1.11 1.94 2.79 1.0 1.0 1.0 1.0 1.16 1.49 2.19 2.96 3.5 4.5 6.6 8.9
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）
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
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
V (ti
t)
V (ti )
dV dt
t
基准 站
V为距离改正数；dV 为距离改正数的变率。
Βιβλιοθήκη Baidu
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
结构
基准站（多个）、数据通讯链和用户
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