5 伪距差分定位原理
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距离越远差分 误差越来越大， 需建立大量基 准站
局域差分
差分范围有限
广域差分GNSS
定义：
在一个相当大的区域中，较为均匀地布设少量的基准站 组成一个稀疏的差分GNSS网，各基准站独立进行观测并将 求得的距离差分改正数传给数据处理中心，由其进行统一 处理，以便将各种误差分离开来，然后再将卫星星历 改正数、卫星钟差改正数、大气延迟模型等播发给用户， 这种技术（系统）称为广域差分GNSS技术（系统）。
SA on
100m 20 40m
伪距单点定位
SA off 单基准站差分
差分GNSS
Differential GNSS
局域差分
广域差分
5 ~ 10m
应用范围和用户数量 受到限制
sub meter
WAAS
1.2 差分GNSS原理(I)
卫星轨道误差 卫星钟差
~ 1.0m ~ 1.5 m
0.59 1.11
1.2 差分GNSS原理(III)
位置差分
优点
差分改正计算的数学模型简 单，差分数据的传输量少。
缺点
基准站接收机 -- 通道数较多 P'
已知位置
P
用户接收机
-- 通道数较少
伪距单点定位
PP-- 基准站上的接收机对GNSS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改正数。
European Geostationary Navigation Overlay Service
Multi-functional Satellite Augmentation System
GPS Aided Geo Augmented Navigation
印度 -- GAGAN
SBAS -- Satellite Based Augmentation System
谢谢！
Thanks for your attention
差分定位时的误差估值
误差类型
数据通讯链
0 0 0 0 0
间距 ( km ) 100 300 500 0 0.04 0.73 0.40 0 0 0.13 0.22 1.25 1.60 0.40 0.40 1.94 2.79
已知坐标 基准站 差分改正信号 用户
卫星钟差 卫星轨道误差 电离层延迟 对流层延迟 差分GNSS误差
电离层误差 对流层误差
~ 4 -- 7 m
~ 0.4 -- 0.7 m
接收机钟差
A B
~ 30 m
误 差 空 间 相 关
多路径效应
~ 0.6 -- 1.2 m
1.2 差分GNSS原理(II)
差分GNSS
利用设置在坐标已知的点（基准站）上 的GNSS接收机测定GNSS测量定位误差， 用以提高在一定范围内其它GNSS接收机 （流动站）测量定位精度的方法。
实时差分
距离差分
事后差分
伪距差分
观测值类型
单基准站差分
工作原理及数学模型
相位差分
局域差分 广域差分
相位平滑 伪距差分
2.2 差分GNSS构建(I)
单基准站差分
定义：
仅仅根据一个基准站所提供的差 分改正数信息进行改正的差分GNSS 技术（系统），称为单基准站 GNSS差分技术（系统）。
系统构成：
基准站（一个）、数据通讯链、用户
RTCM-SC-104
已知坐标 基准站
差分改正信号
特点：
用户
优点 -- 结构和模型简单、易实施； 缺点 -- 差分范围小、精度随距基准
站距离的增加而下降，可靠性低。
2.2 差分GNSS构建(II)
局域差分
定义：
在某一局部区域中布设若干个基 准站，用户根据多个基准站所提供 的改正信息经平差计算后求得自己 的改正数，这种技术（系统）称为
多基准站局域的GNSS差分技 术（系统）。 系统构成：
基准站（多个）、数据通讯链、用户
各基准站进行独立观测，分别计算差分 改正数并向外播发；
多个基准站的 改正数
用户改正数
对改正数的类型、内容、结构、格式及 各站的标识符作统一规定。
2.2 差分GNSS构建(II)（续）
数学模型：
① 加权平均法
关、差分范围大
缺点 --系统结构复杂、建设费用高
2.2 差分GNSS构建(III)（续）
广域差分增强系统WAAS
Wide Area Augmentation System
区别：
地球同步卫星也采用 L1 载波， 在载波上也调制C/A码，并将自己 的卫星星历和差分改正信息当做 导航电文转发给用户。
优点：
ic
已知位置
c 计算距离 i
wenku.baidu.com
· P
观测伪距 i
缺点
真实位置 P
差分改正计算的数学模型较 复杂，差分数据的传输量大。
c 计算距离 i i
二 差分GNSS类型及其构建 2.1 差分GNSS类型 2.2 差分GNSS构建
2.1 差分GNSS类型
位置差分
差分改正数类型 数据处理时间
二者观测的卫星组可能不 一致，由此得到的坐标结果之间 往往不匹配，相关性较差，从而 影响差分定位精度。
1.2 差分GNSS原理(IV)
距离差分
星历位置
S'i
卫星钟差 电离层延迟 对流层延迟
优点
基准站与流动站不要求观测 完全相同的一组卫星。
真实位置
Si
接收机钟差
ic i
测量噪声
i ( xs xr ) 2 ( ys yr ) 2 ( zs zr ) 2 ( tr ts )c ion trop rel
2.2 差分GNSS构建(III)（续）
数学模型：
与普通差分的主要区别在于：
普通差分是考虑的是误差的综合影响（位置或距 离改正），而广域差分对各项误差加以分离，建立 卫星星历误差、卫星钟差、大气延迟等各自的改正模 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、差分精度基本上与用户至基准站的距离无
伪距差分定位原理
授课教师：刘志强 单 位：河海大学
主要内容
（一）差分GNSS基本原理
（二）差分GNSS类型及其构建
一 差分GNSS基本原理 1.1 概 述 1.2 差分GNSS原理
一 差分GNSS基本原理 1.1 概 述 1.2 差分GNSS原理
1.1 概 述
导航和实时动态定位
多种误差 因素影响
③ 最小方差法
Vu PV1 PV2 PV3 PV4 PV5 1 2 3 4 5 var (Vi ) min
Pj
优点 -- 差分精度高、可靠性高，差分范围增大。 特 点：缺点 -- 差分范围仍然有限，模型不完善。
2.2 差分GNSS构建(III)
广域差分
单基准站差分
各种误差源综合考虑 卫星星历误差 卫星钟差 . . .
PjV j Vu Pj
按照用户离基准站的距离定权；
Pj
Dj
通过加权平均可一定程度上顾及位 置对差分改正数的影响。 至少需要三个基准站，当覆盖区域 较大时，可扩充至二阶偏导数，相应基 准站数也要增加； 已顾及位置变化对差分改正数的影 响，差分定位精度有明显提高； 用户位于基准站连成的多边形外时， 效果不理想。 实质也是加权平均法，其权是在是用户 改正数的方差最小条件下导出的；
② 偏导数法
V V V2 V1 ( L2 L1 ) ( B2 B1 ) L B V V V ( L L ) V ( B B ) 1 3 1 3 1 3 L B V V Vu V1 ( Lu L1 ) (Bu B1 ) L B
用户只需GPS接收机即可接收 到差分改正信息，无需配备其他 装置，而且同步卫星具有很大的 覆盖面，较好地解决了数据 通讯问题； 同步卫星可作为GPS卫星来使 用，提高了GPS导航的精度和可 靠性，即所谓的空基伪卫星技 术。
2.2 差分GNSS构建(III)（续）
类似系统：
日本 -- MSAS 欧洲 -- EGNOS
2.2 差分GNSS构建(III)（续）
系统构成： 基准站*（多个）、数据通讯链*、数据处理中心、
监测站、用户
地球同步卫星 GNSS卫星
用户
通 讯
数据处理中心
基准站
基准站的数量视覆盖面积而定； 数据通讯链分为两部分：
基准站、数据处理中心与监测站 （计算机网络） 数据处理中心与用户 （卫星通信、无线电广播）
局域差分
差分范围有限
广域差分GNSS
定义：
在一个相当大的区域中，较为均匀地布设少量的基准站 组成一个稀疏的差分GNSS网，各基准站独立进行观测并将 求得的距离差分改正数传给数据处理中心，由其进行统一 处理，以便将各种误差分离开来，然后再将卫星星历 改正数、卫星钟差改正数、大气延迟模型等播发给用户， 这种技术（系统）称为广域差分GNSS技术（系统）。
SA on
100m 20 40m
伪距单点定位
SA off 单基准站差分
差分GNSS
Differential GNSS
局域差分
广域差分
5 ~ 10m
应用范围和用户数量 受到限制
sub meter
WAAS
1.2 差分GNSS原理(I)
卫星轨道误差 卫星钟差
~ 1.0m ~ 1.5 m
0.59 1.11
1.2 差分GNSS原理(III)
位置差分
优点
差分改正计算的数学模型简 单，差分数据的传输量少。
缺点
基准站接收机 -- 通道数较多 P'
已知位置
P
用户接收机
-- 通道数较少
伪距单点定位
PP-- 基准站上的接收机对GNSS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改正数。
European Geostationary Navigation Overlay Service
Multi-functional Satellite Augmentation System
GPS Aided Geo Augmented Navigation
印度 -- GAGAN
SBAS -- Satellite Based Augmentation System
谢谢！
Thanks for your attention
差分定位时的误差估值
误差类型
数据通讯链
0 0 0 0 0
间距 ( km ) 100 300 500 0 0.04 0.73 0.40 0 0 0.13 0.22 1.25 1.60 0.40 0.40 1.94 2.79
已知坐标 基准站 差分改正信号 用户
卫星钟差 卫星轨道误差 电离层延迟 对流层延迟 差分GNSS误差
电离层误差 对流层误差
~ 4 -- 7 m
~ 0.4 -- 0.7 m
接收机钟差
A B
~ 30 m
误 差 空 间 相 关
多路径效应
~ 0.6 -- 1.2 m
1.2 差分GNSS原理(II)
差分GNSS
利用设置在坐标已知的点（基准站）上 的GNSS接收机测定GNSS测量定位误差， 用以提高在一定范围内其它GNSS接收机 （流动站）测量定位精度的方法。
实时差分
距离差分
事后差分
伪距差分
观测值类型
单基准站差分
工作原理及数学模型
相位差分
局域差分 广域差分
相位平滑 伪距差分
2.2 差分GNSS构建(I)
单基准站差分
定义：
仅仅根据一个基准站所提供的差 分改正数信息进行改正的差分GNSS 技术（系统），称为单基准站 GNSS差分技术（系统）。
系统构成：
基准站（一个）、数据通讯链、用户
RTCM-SC-104
已知坐标 基准站
差分改正信号
特点：
用户
优点 -- 结构和模型简单、易实施； 缺点 -- 差分范围小、精度随距基准
站距离的增加而下降，可靠性低。
2.2 差分GNSS构建(II)
局域差分
定义：
在某一局部区域中布设若干个基 准站，用户根据多个基准站所提供 的改正信息经平差计算后求得自己 的改正数，这种技术（系统）称为
多基准站局域的GNSS差分技 术（系统）。 系统构成：
基准站（多个）、数据通讯链、用户
各基准站进行独立观测，分别计算差分 改正数并向外播发；
多个基准站的 改正数
用户改正数
对改正数的类型、内容、结构、格式及 各站的标识符作统一规定。
2.2 差分GNSS构建(II)（续）
数学模型：
① 加权平均法
关、差分范围大
缺点 --系统结构复杂、建设费用高
2.2 差分GNSS构建(III)（续）
广域差分增强系统WAAS
Wide Area Augmentation System
区别：
地球同步卫星也采用 L1 载波， 在载波上也调制C/A码，并将自己 的卫星星历和差分改正信息当做 导航电文转发给用户。
优点：
ic
已知位置
c 计算距离 i
wenku.baidu.com
· P
观测伪距 i
缺点
真实位置 P
差分改正计算的数学模型较 复杂，差分数据的传输量大。
c 计算距离 i i
二 差分GNSS类型及其构建 2.1 差分GNSS类型 2.2 差分GNSS构建
2.1 差分GNSS类型
位置差分
差分改正数类型 数据处理时间
二者观测的卫星组可能不 一致，由此得到的坐标结果之间 往往不匹配，相关性较差，从而 影响差分定位精度。
1.2 差分GNSS原理(IV)
距离差分
星历位置
S'i
卫星钟差 电离层延迟 对流层延迟
优点
基准站与流动站不要求观测 完全相同的一组卫星。
真实位置
Si
接收机钟差
ic i
测量噪声
i ( xs xr ) 2 ( ys yr ) 2 ( zs zr ) 2 ( tr ts )c ion trop rel
2.2 差分GNSS构建(III)（续）
数学模型：
与普通差分的主要区别在于：
普通差分是考虑的是误差的综合影响（位置或距 离改正），而广域差分对各项误差加以分离，建立 卫星星历误差、卫星钟差、大气延迟等各自的改正模 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、差分精度基本上与用户至基准站的距离无
伪距差分定位原理
授课教师：刘志强 单 位：河海大学
主要内容
（一）差分GNSS基本原理
（二）差分GNSS类型及其构建
一 差分GNSS基本原理 1.1 概 述 1.2 差分GNSS原理
一 差分GNSS基本原理 1.1 概 述 1.2 差分GNSS原理
1.1 概 述
导航和实时动态定位
多种误差 因素影响
③ 最小方差法
Vu PV1 PV2 PV3 PV4 PV5 1 2 3 4 5 var (Vi ) min
Pj
优点 -- 差分精度高、可靠性高，差分范围增大。 特 点：缺点 -- 差分范围仍然有限，模型不完善。
2.2 差分GNSS构建(III)
广域差分
单基准站差分
各种误差源综合考虑 卫星星历误差 卫星钟差 . . .
PjV j Vu Pj
按照用户离基准站的距离定权；
Pj
Dj
通过加权平均可一定程度上顾及位 置对差分改正数的影响。 至少需要三个基准站，当覆盖区域 较大时，可扩充至二阶偏导数，相应基 准站数也要增加； 已顾及位置变化对差分改正数的影 响，差分定位精度有明显提高； 用户位于基准站连成的多边形外时， 效果不理想。 实质也是加权平均法，其权是在是用户 改正数的方差最小条件下导出的；
② 偏导数法
V V V2 V1 ( L2 L1 ) ( B2 B1 ) L B V V V ( L L ) V ( B B ) 1 3 1 3 1 3 L B V V Vu V1 ( Lu L1 ) (Bu B1 ) L B
用户只需GPS接收机即可接收 到差分改正信息，无需配备其他 装置，而且同步卫星具有很大的 覆盖面，较好地解决了数据 通讯问题； 同步卫星可作为GPS卫星来使 用，提高了GPS导航的精度和可 靠性，即所谓的空基伪卫星技 术。
2.2 差分GNSS构建(III)（续）
类似系统：
日本 -- MSAS 欧洲 -- EGNOS
2.2 差分GNSS构建(III)（续）
系统构成： 基准站*（多个）、数据通讯链*、数据处理中心、
监测站、用户
地球同步卫星 GNSS卫星
用户
通 讯
数据处理中心
基准站
基准站的数量视覆盖面积而定； 数据通讯链分为两部分：
基准站、数据处理中心与监测站 （计算机网络） 数据处理中心与用户 （卫星通信、无线电广播）