GPS差分定位原理

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伪距差分原理
• 伪距差分是目前用途最广的一种技术。几乎所有的商用差分GPS接收机均采用 这种技术。国际海事 无线电委员会推荐的RTCM SC-104也采用了这种技术。 在基准站上的接收机要求得它至可见卫星的距离，并将此计算出的距离与含 有误差的测量值 加以比较。利用一个α-β滤波器将此差值滤波并求出其偏 差。然后将所有卫星的测距误差传输 给用户，用户利用此测距误差来改正测 量的伪距。最后，用户利用改正后的伪距来解出本身的位置， 就可消去公共 误差，提高定位精度。 与位置差分相似，伪距差 分能将两站公共误差抵消，但随着用户到基准站距离的增加又 出现了系统误 差，这种误差用任何差分法都是不能消除的。用户和基准站之间的距离对精 度有决定性影响。
结构原理图
信标差分系统原理
• 信标差分系统实际上就是差分系统，只是信标 差分系统不需要用户自己架设基准站，因为考 虑到实时差分系统未来的需要，国家交通部海 监局在我国沿海从南到北沿海岸线建立了20个 信标台站（也就相当于差分系统的基准站）， 这些信标站24小时发送RTCM差分校正信息，而 且不收任何费用，其传输的距离是：在内陆是 300KM的覆盖范围，在海上是500KM的覆盖范围。 用户端只需要一台移动站的GPS就可以实现高 精度的实时定位。
信标差分系统结构原理图
差分GPS(DGPS)原理
• 根据差分GPS基准站发送的信息方式可将差 分GPS定位分为三类，即：位置差分、伪距 差分和相位差分。这三类差分方式的工作 原理是相同的，即都是由基准站发送改正 数，由用户站接收并对其测量结果进行改 正，以获得精确的定位结果。所不同的是， 发送改正数的具体内容不一样，其差分定 位精度也不同。
位置差分原理
• 位置差分原理 这是一种最简单的差分方法，任何一种GPS接收机均可改装和组成这种差分系 统。 安装在基准站上的GPS接收机观测4颗卫星后便可进行三维定位，解算出基准 站的坐标。由于存在着轨道误差、时钟误差、SA影响、大气影响、多径效应 以及其他误差，解算出的坐标与基准站的已知坐标是不一样的， 存在误差。 基准站利用数据链将此改正数发送出去，由用户站接收，并且对其解算的用 户站坐标进行改正。 最后得到的改正后的用户坐标已消去了基准站和用户站的共同误差，例如卫 星轨道误差、 SA影响、大气影响等，提高了定位精度。以上先决条件是基准 站和用户站观测同一组卫星的情况。 位置差分法适用于用户与基准站间距离 在100km以内的情况
差分分类
• 差分GPS分为两大类
– 伪距差分 – 载波相位差分。
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?quot;信标差分"
GPS差分定位原理
工作原理
• 目前单GPS系统提供的定位精度是 优于25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。
• 基准站-移动站差分是指采用两台GPS接收机。 一台是基准站GPS，另一台是用户端GPS，并且 知道一个已知点的坐标，原理是在已知坐标的 固定点上架设一台GPS接收机（称基准站）， 通过GPS的定位数据和已知坐标点的数据解算 出差分数据(RTCM)，再通过数据链将误差修正 参数实时播Hale Waihona Puke Baidu出去，用户端通过数据链接收修 正参数并传给GPS，GPS接收修正参数后和自己 的定位数据进行修正解算，即可将定位精度提 高到米级、甚至厘米级。
差分GPS的出现，能实时给定载体的位置，精度为米级，满足了引航、水下测量等工程的要求。位置差分、伪距差分、 伪距差分相位平滑 等技术已成功地用于各种作业中。随之而来的是更加精密的测量技术 — 载波相位差分技术。 载波相位差分技术又称为RTK技术（real time kinematic），是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的。它能实时提供观测点的三 维坐标，并达到厘米级的高精度。
载波相位差分原理
• 测地型接收机利用GPS卫星载波相位进行的静态基线测量获得了很高的精度（10-6～10-8）。 但为了可靠地求解出相位模糊度，要求静止 观测一两个小时或更长时间。这样就限制了在工程作业中的应用。于是探求快速测量的方法应运而生。例如，采用整周模糊度快速逼近技 术（FARA）使基线观测 时间缩短到5分钟，采用准动态（stop and go），往返重复设站（re-occupation）和动态（kinematic） 来提高 GPS作业效率。这些技术的应用对推动精密GPS测量起了促进作用。但是，上述这些作业方式都是事后进行数据处理， 不能实时提交成果和 实时评定成果质量，很难避免出现事后检查不合格造成的返工现象。
与伪距差分原理相同，由基准站通过数据链实时将其载波观测量及站坐标信息一同传送给用户站。用户站接收GPS卫星的载波相位 与来自 基准站的载波相位，并组成相位差分观测值进行实时处理，能实时给出厘米级的定位结果。
实现载波相位差分GPS的方法分为两类：修正法和差分法。前者与伪距差分相同，基准站将载波相位修正量发送给用户站，以改正其载波相 位，然后求解坐标。后者将基准站采集的载波相位发送给 用户台进行求差解算坐标。前者为准RTK技术，后者为真正的RTK技术。 误差是不可避免的,但是怎么也有10米左右
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。
基准站-移动站差分系统介绍