第四章 广域差分GPS
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前节回顾
相对定位的缘由 动态相对定位——概念、原理 静态相对定位——载波相位观测量
单差(Single-Difference—SD)
消除了与卫星有关的误差，如卫星钟差； 站间距不大时可消除大部分大气误差； 多测站时注意选取基站；
双差(Double-Difference—DD)
在一次差的基础进一步消除了与接收机有关钟差项； 注意选取基星； GPS基线向量处理时常用的模型；
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。
➢特点：消去了基准站和用户 站的共同误差，提高了定位精 度；
➢站间距离在100km以内
坐标偏差
坐标改正 流动站
➢优点：差分改正计算的数 学模型简单；差分传输的数 据量少；计算方法简单；任 何接收机均可使用；
➢缺点：基准站与流动站要 求观测完全相同的一组卫星； 定位效果不如伪距差分；
一、差分GPS测量原理
➢ 优点：基准站提供所有卫星的伪距改正数，用户站观测任 意4颗卫星即可定位，增大了应用范围。
➢ 缺点：
➢差分改正计算的数学模型较复杂。 ➢差分数据的数据量较多。 ➢差分精度随用户至基准站距离增加而降低。
一、差分GPS测量原理
位置差分原理
基站
计算坐标值 已知坐标值
X p X p X d (X ) / dt(t t0 ) Yp Yp Y d (Y ) / dt(t t0 ) Z p Z p Z d (Z ) / dt(t t0 )
RTK技术
流动站可处于静止状态，也可处于运动状态；可在 固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在 动态条件下直接开机，并在动态环境下完成整周未 知数的搜索求解。
在整周末知数解固定后，即可进行每个历元的实时 处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪 和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定 位结果。
三差(Triple-Difference—TD)
在双差的基础上进一步消除了初始整周未知数； 当然还有一些其它的载波相位观测值的线性组合；
SA关闭前后GPS绝对定位精度的变化
差分GPS测量原理 与广域差分GPS
同济大学海洋与地球科学学院 赵晶
2009.4.20
一、差分GPS测量原理
绝对定位主要误差 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
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
支持实时动态测量的软件系统
软件系统的质量与功能,对于保障实时动态测量的可 行性,测量结果的精确性与可靠性,具有决定性的意 义.
以测相伪距为观测量的实时动态测量,其主要问题在 于载波相位初始整周未知数的精密确定、流动观测 中对卫星的连续跟踪、以及失锁后的重新初始化问 题。
目前,由于快速解算和动态解算整周未知数的发展, 为实时动态测量的实施奠定了基础。
实时动态(RTK)测量系统的设备配置
RTK测量系统中，至少包含二台接收机，分别安置 在基准站和用户站上。基准站应设在测区内地势较 高、视野开阔、且坐标已知的点上。在城区可考虑 设在楼顶平台上。作业期间，基准站的接收机应连 续跟踪全部可见GPS卫星，并将观测数据通过数据 传输系统，实时地发送给用户站。
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。
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
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。
RTK技术的关键
RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术。 RTK定位时，要求基准站接收机实时地把观测数据
（伪距观测值，相位观测值）及已知数据传输给流 动站接收机，数据量比较大，一般都要求9600的波 特率，这在无线电上不难实现。
实时动态(RTK)测量系统的设备配置
GPS接收设备; 数据传输系统; 软件系统；
改 正
单基准站差分
ห้องสมุดไป่ตู้
多基准站差分
广域差分
位置差分 距离差分
一、差分GPS测量原理
伪距差分原理
➢ 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，用户在测出的伪距基础上 进行改正，求出经改正后的伪距，提高定位精度。
求差法：又称RTK (Real Time Kinematic)技术， 即是将基准站采集的载波相位值发送给用户接收 机，用户接收机进行求差解算自身坐标。
载波相位差分可使定位精度达到厘米级，已经大 量应用于需要点位高精度的动态测量领域。
RTK技术
RTK是能够在野外实时 得到厘米级定位精度的测 量方法，它采用了实时动 态载波相位差分（Real time kinematic）方法， 是GPS应用的重大里程碑， 它的出现为工程放样、地 形测图，各种控制测量带 来了新曙光，极大地提高 了外业作业效率。
相对定位的缘由 动态相对定位——概念、原理 静态相对定位——载波相位观测量
单差(Single-Difference—SD)
消除了与卫星有关的误差，如卫星钟差； 站间距不大时可消除大部分大气误差； 多测站时注意选取基站；
双差(Double-Difference—DD)
在一次差的基础进一步消除了与接收机有关钟差项； 注意选取基星； GPS基线向量处理时常用的模型；
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。
➢特点：消去了基准站和用户 站的共同误差，提高了定位精 度；
➢站间距离在100km以内
坐标偏差
坐标改正 流动站
➢优点：差分改正计算的数 学模型简单；差分传输的数 据量少；计算方法简单；任 何接收机均可使用；
➢缺点：基准站与流动站要 求观测完全相同的一组卫星； 定位效果不如伪距差分；
一、差分GPS测量原理
➢ 优点：基准站提供所有卫星的伪距改正数，用户站观测任 意4颗卫星即可定位，增大了应用范围。
➢ 缺点：
➢差分改正计算的数学模型较复杂。 ➢差分数据的数据量较多。 ➢差分精度随用户至基准站距离增加而降低。
一、差分GPS测量原理
位置差分原理
基站
计算坐标值 已知坐标值
X p X p X d (X ) / dt(t t0 ) Yp Yp Y d (Y ) / dt(t t0 ) Z p Z p Z d (Z ) / dt(t t0 )
RTK技术
流动站可处于静止状态，也可处于运动状态；可在 固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在 动态条件下直接开机，并在动态环境下完成整周未 知数的搜索求解。
在整周末知数解固定后，即可进行每个历元的实时 处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪 和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定 位结果。
三差(Triple-Difference—TD)
在双差的基础上进一步消除了初始整周未知数； 当然还有一些其它的载波相位观测值的线性组合；
SA关闭前后GPS绝对定位精度的变化
差分GPS测量原理 与广域差分GPS
同济大学海洋与地球科学学院 赵晶
2009.4.20
一、差分GPS测量原理
绝对定位主要误差 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
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
支持实时动态测量的软件系统
软件系统的质量与功能,对于保障实时动态测量的可 行性,测量结果的精确性与可靠性,具有决定性的意 义.
以测相伪距为观测量的实时动态测量,其主要问题在 于载波相位初始整周未知数的精密确定、流动观测 中对卫星的连续跟踪、以及失锁后的重新初始化问 题。
目前,由于快速解算和动态解算整周未知数的发展, 为实时动态测量的实施奠定了基础。
实时动态(RTK)测量系统的设备配置
RTK测量系统中，至少包含二台接收机，分别安置 在基准站和用户站上。基准站应设在测区内地势较 高、视野开阔、且坐标已知的点上。在城区可考虑 设在楼顶平台上。作业期间，基准站的接收机应连 续跟踪全部可见GPS卫星，并将观测数据通过数据 传输系统，实时地发送给用户站。
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。
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
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。
RTK技术的关键
RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术。 RTK定位时，要求基准站接收机实时地把观测数据
（伪距观测值，相位观测值）及已知数据传输给流 动站接收机，数据量比较大，一般都要求9600的波 特率，这在无线电上不难实现。
实时动态(RTK)测量系统的设备配置
GPS接收设备; 数据传输系统; 软件系统；
改 正
单基准站差分
ห้องสมุดไป่ตู้
多基准站差分
广域差分
位置差分 距离差分
一、差分GPS测量原理
伪距差分原理
➢ 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，用户在测出的伪距基础上 进行改正，求出经改正后的伪距，提高定位精度。
求差法：又称RTK (Real Time Kinematic)技术， 即是将基准站采集的载波相位值发送给用户接收 机，用户接收机进行求差解算自身坐标。
载波相位差分可使定位精度达到厘米级，已经大 量应用于需要点位高精度的动态测量领域。
RTK技术
RTK是能够在野外实时 得到厘米级定位精度的测 量方法，它采用了实时动 态载波相位差分（Real time kinematic）方法， 是GPS应用的重大里程碑， 它的出现为工程放样、地 形测图，各种控制测量带 来了新曙光，极大地提高 了外业作业效率。