星站差分GPS定位技术介绍

星站差分GPS定位技术介绍
杨怀春
随着对GPS定位精度要求的提高,一些地区特别是远离基站的海上、沙漠、大山等地区,一般的DGPS仪器差分信号已不能覆盖,定位精度也不能满足要求。

而星站差分GPS 定位新技术(RTG) ,采用Inmarsat卫星数字通讯网传输广域差分改正信号比较好地解决了这一难题。

文中阐述了星站差分GPS定位的工作原理与差分技术,介绍了仪器的部分性能指标
【作者单位】：胜利石油管理局地球物理勘探开发公司
引言
随着GPS的发展，伪距差分RTD(Real Time Dynamic)和载波相位差分RTK(Rea l Time kinematic)技术的出现，测量已由原来用经纬仪测角、测距放样物理点转向用RTK 或RTD方法直接放样物理点。

RTK和RTD技术采用无线电发射和接收，.建立数据链，将基站的GPS差分改正信号传给移动的GPS接收机。

桂平市GPS RTK因设备体积和耗电大、抗干扰性差以及受无线电频率的限制等因素的影响，只能进行平面定位。

定位精度为米级。

GPS RIK用甚高频无线电接收和发射，虽然定位精度有所提高，但同样由于抗干扰性差，特别是作业距离有限，不能满足作业区域离基站越来越远的要求，这些不足.在海上石油物探或海上工程方面表现得尤为突出，StarFirc jt星站差分GPS既解决了定位精度问题，又解决了移动台与基站站之间的距离问题。

StarFirc jt星站差分网络在全球范围内提供GPS差分信号发布服务，它提供了独一无二的可靠性和空前的精度，优于10cm (min),StarFirc jt DGPS改正信号通过Inmarsat静止卫星进行传播，无须建立当地的基准站或后处理，.该系统覆盖全世界，在北纬76°到南纬76°的任何地球表面，都能提供同样的精度，该项技术具有以下特点：
（1）功单机作业，设备安装简便
（2）定位精度高，作业成果误差均匀:
（3）集成度高;一台主机和一个集成天线就组成一套系统:
（4）摆脱了传统GPS RTK对离岸作业距离的限制
StarFirc jt星站站差分GPS主要特点
下面以SDS-2050G/SDS-2050M型号的接收机为例对StarFircjt星站差分GPS特点进行具体介绍。

1性能
SDS-2050G系列采用强大的NCT-2000D高缓GPS模块，这种摸块所包含的专利技术正在把现有的GPS技术迅速推向下一代，与同类技术相比，它具有超过50﹪的信嗓比优势，并结含了干涉抑制、多路径效应缓解和高测量精度等技术。

这种GPS模块块正在为GPS接收机建立新的标准。

2 应用
耐用可靠的SDS—2050G系列为GIS数据采集、数据维护、野外勘测、.地形测量、机器控侧.土地房产管理，电离层研究等提供了易于集成、快速可靠的定位技术，SDS—205 0G既可以放在背包里，用于GIS测图领域，也可以固定在车辆上，广泛用于机器引导、控制领城。

为了优化性能SDS提拱特殊设计的三模式天线.，同时SDS—2005也可以和各种不同的天线以及其他特殊的仪器连接。

如用户提供的测图仪器可以简便地连接到串口上，接收N MEA格式或SDS专用格式的定位数据。

SDS—2050通过不同的操作模式，提供最大的灵活性和可靠性，基本的工作模式使用StarFircjt差分服务，可以在野外实时获得定位结果，适用引于导航、资产调查等领域的应用，:如果不使用StarFircjt网络，在有WAAS 或EGNOS差分信号的地方SDS—2050接收机可以自动切换到这些信号上，获得亚米级得精度，另外，用户可以记录双频GPS原始数据，用于后处理。

3 灵活的接口
SDS—2050接收机可以随机提拱Windows界面软件方便地进行设置。

为了给系统集成
商提拱最大的灵活性，SDS—2050提供了二进制接口，可以完全控制GPS和L波段卫星接收机，从而定制用户界面和接收机的操作，SDS—2050可以接收不同的DGPS差分信号，RTCM、CMR、或SDS专用格式。

它能选择最适合的数据源.提供无缝的位置输出。

4 配套软件
为满足用户不同的应用需求，SDS为SDS—2050 提供以下配套软件：
(1) FDC3.5野外放样、测量手簿
(2) EzGIS2.数据采集、维护手簿
（3）EzHydro 3.0水上测深、导航、放样软件，
(4) EzOffice3.0:静态后处理软件。

工作原理
1.定位原理
StarFie是一个全球性的网络，为用户提供DGPS差分改正值。

由于差分改正值是通过Inmarsat同步卫早传播，所以用户不需要建立本地基准站，即叮在全球南纬?6°至北纬76°的范围内获得优与15cm的高精度的定位精度。

StarFire系统利用GPS卫星，L波段通讯卫星和一个全球范围的参考站网络来实现高精度定位。

地面参考网络由高性能的双频GPS接收机构成，不断地接收GPS卫星信号,并将数据传送到美国加利福尼亚的Redondo Bcach和伊利诺斯的Moline两个数据处理中心，演算出唯一一组GPS差分改正值，网络内的双频接收机用这一组改正数据在网络内部进行折射改正计算。

这种差分改正值利用冗余、独立的通讯链系统分别传送到加拿大的Laurenades、英格兰的Goonhilly和新西兰的Auckland三个卫星注入站，再由注入站上传到三个地球同步卫星。

StarFire系统之所以方便和精度高.其关键因索在于DGPS改正数据的来源。

构成地面参考站网络的双频接收机对GPS卫星信号进行解码，并将高质量的双频伪距和载波相位观测值发送至两个处理中心。

在处理中心，利用NASA Jet Pnopolsion Loboratory （JPL—喷气动力实验室）基于Real Time GYPSY（RTG）软件的处理技术，演算出实时的高精度的卫星轨道和时钟改止数据，这种专门的广域差分GPS算法对于类似Starfire这种系统是最优秀的，:生成差分改止数据是第一步，这些数据由数据处理中心已发送到地面注入站（LE S Land Eartb Station ）,再由地面注入站发送三颗海事卫星，由这些卫星将差分改正信号发送给全球的用户。

装备了能够同时兼容GPS卫星和L波段的Lnmarsat:卫星信号的双预接收机的用户，可在全球范围内获得高精度实时定位精度。

StarFircjt网络从1999年4月开始运行以来，具有99.99﹪的联机可靠性。

它真正覆盖了全世界。

每天全面的检测数据证明，系统具备提供空前的定位精度的能力。

2 广城差分技术
广域差分系统如图1所示，主要由以下四部分组成
图1 广域差分系统示意图
（1）主站。

主站根据监侧站的GPI观测量，各监侧站的已知坐标，计算GPS卫星的星历修正量、时钟的修正量和电离层的延时参数.，
（2）数据链，数据链指的是传输系统，如通讯卫星、无线电台等；
（3）用户设务。

用户设备既GPS卫星信号接收机，它在接收GPS卫星信号得同时还接收数据链发送来的卫星星历和时钟的修正量以及电离层的时延参数信息，并据此来修正其所观测的GPS卫星相应参数和电离层的时间延迟。

（4）监测站。

监测站安装有双频接收机，实时接受GPS卫星信号。

在星站差分RTG（Real—Time GIPSY）的算法中加进了卫星软道误差和卫星钟差的改正.所以，可以得到高于其他广域差分的定位精度。

由星站差分组成的测量导肮数据采集系统如图2所示。

图2 星站差分GPS组成的测量导航数据采集系统图
图2的系统是一个集导航、测量、数据采集处理等多种功能于一身的水上测量集成系统。

它采用星站差分系统，所以不受基站覆盖范围的限制，可满足内河河道勘测及海上物探等多种水上测量的需求。

星站差分系统主耍技术指标
特性指标
(l)“ALL—in—view”跟踪；
（2）使用StarFireTM，可获得全球分米级精度；
（3）全自动获取卫星传播改正信号；
（4）耐用轻巧.便于移动作业；
（5）2个独立的WAAS/EGNOS通道；
（6）超级的干涉抑制；
（7）多路径消除专利技术；
2.性能指标
（1）实时StarFire DGPS精度；
水平位置＜15cm
垂直位置＜30cm
速度0.01m/s
〔2)伪距测量精度（RMS）：
原始C/A 码，20cm @42dB—Hz；
原始载波相位噪音：L1:0.95mm@42 dB—Hz
L2:0.85mm@42 dB—Hz
（3）用户可编程输出频率；
PVT:25/10/5/2/1HZ 或更慢
（4）数据延迟：
PVT: 任何领率均＜20ms
原始数据：任何领率均＜20ms
（5）初次锁定时间：
冷启动，捕捉卫星一般＜60s
卫星重摘捉＜1s
（6）动态:：
加速度°高达6g
速度°＜300m/s
高度°，60000ft
(7)1PPS分辨率12.5nx （只对SF—2050M）
注:指个别指标受美国出口法律限制。

结束语
1.纵观理论与实际应用，与传统GTK GPS、RTD GPS相比，该系统具响精度高、速度快，无须逐级控制的特点，为工作区域提供了可靠的定位保证。

目前该系统完全能够满足探区物探测量要求。

2.该技术目前在我国还处于推广阶段，其系统所具有的功能，有待进一步研究和开发，希望通过交流，不断地完善。

3 与传统RTK GPS相比.该技术还存在收取海事卫星信号服务的问题,希望早日能用上我们国家自己的卫星信号。

4 如果在海洋石油物探以及难以设立基站点的沙漠、山地等地区使用.将会使定位精度得到新的提高。

总而言之，星站差分CFS定位系统是一项基于现场数据、现代化卫星通讯、计算机信息化处理和电子海图等多项高新技术的综合运用。

参考文献
王广运，郭秉义，李洪涛.差分GPS定位技术与应用.北京;电子工业出版杜。

1996.3 王惠南，GPS导航原理与应用北京测绘版社。

1999
收稿日期.2004—04—06。