差分定位原理.doc

差分定位原理 差分GPS定位技术，就是将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测，其坐标是已知的。另一台接收机安置在运动的载体上，载体在运动过程中，其上的GPS接收机与基准站上的接收机同步观测GPS卫星，以实时确定载体在每个观测历元的瞬时位置。在实时定位过程中，由基准站接收机通过数据链发送修正数据，用户站接收机接收该修正数据并对测量结果进行改正处理，以达到消除或减少相关误差的影响，获得精确的定位结果。 差分定位过程中存在着三部分误差：一部分是对每一个用户接收机所公有的，包括卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差等；第二部分为不能由用户测量或由校正模型来计算的传播延迟误差；第三部分为各用户接收机所固有的误差，包括内部噪声、通道延迟、多径效应等。利用差分技术，第一部分误差完全可以消除，第二部分误差大部分可以消除，其主要取决于基准接收机和用户接收机的距离，第三部分误差则无法消除。 按照对GPS信号的处理方式不同，可分为实时差分和事后差分（后处理差分）。实时差分GPS就是在接收机接收GPS信号的同时计算出当前接收机所处位置、速度及时间等信息；后处理差分GPS则是把卫星信号记录在一定介质（GPS接收机主机、电脑等）上，回到室内进行数据处理，获取用户接收机在每个瞬间所处的位置、速度、时间等信息。 按照提供修正数据的基准站的数量不同，差分定位可以分为单基准站差分、多基准站差分。根据基准站所发送的修正数据的类型不同，单基准站差分又可分为位置差分，伪距差分（RTD），载波相位差分（RTK）。而多基准站差分又包括局部区域差分、广域差分和多基准站RTK技术。 一、实时伪距差分定位（RTD） 实时伪距差分的基本原理：利用基准站的伪距改正数，传送给流动站用户，去修正流动站的伪距观测量，从而消除或减弱公共误差的影响，以求得比较精确的流动站位置坐标。 设基准站的已知坐标为（）。差分定位时，基准站的GPS接收机，根据导航电文中的星历参数，计算其观测到的全部GPS卫星在协议地球坐标系中的坐标值（），从而由星、站的坐标值可以反求出每一观测时刻，由基准站至GPS卫星的真距离： （1） 另外，基准站上的GPS接收机利用测码伪距法可以测量星站之间的伪距，其中包含各种误差源的影响。由观测伪距和计算的真距离可以计算出伪距改正数： （2） 同时可以求出伪距改正数的变化率为： （3） 通过基准站的数据链将和发送给流动站接收机，流动站接收机利用测码伪距法测量出流动站至卫星的伪距，再加上数据链接收到的伪距改正数，便可以求出改正后的伪距： （4） 并按照下式计算流动站坐标（）： （5） 式中 为流动站用户接收机钟相对于基准站接收机钟的钟差；为流动站用户接收机噪声。 伪距差分时，只需要基准站提供所有卫星的伪距改正数，而用户接收机观测任意4颗卫星，就可以完成定位。伪距差分能将两测站的公共误差抵消，但是，随着用户到基准站距离的增加，系统误差又将增大，这种误差用任何差分法都无法消除，因此伪距差分的基线长度也不宜过长。 二、实时载波相位差分定位（RTK） 伪距差分能满足米级定位精度，已经广泛用于导航、水下测量等领域。载波相位差分，又称RTK技术，通过对两测站的载波相位观测值进行实时处理，可以实时提供厘米级精度的三维坐标。 载波相位差分的基本原理是，由基准站通过数据链实时的将其载波相位观测量及基准站坐标信息一同发送到用户站，并与用户站的载波相位观测量进行差分处理，适时地给出用户站的精确坐标。 载波相位差份定位的方法又可分为两类：一种为测相伪距修正法，一种为载波相位求差法。 1．测相伪距修正法 测相伪距修正法的基本思想：基准站接收机与卫星之间的测相伪距改正数在基准站解算出，并通过数据链发送给流动站用户接收机，利用此伪距改正数去修正用户接收机到观测卫星之间的测相伪距，获得比较精确的用户站至卫星的伪距，再采用它计算用户站的位置。 在基准站观测卫星，则由卫星坐标和基准站已知坐标反算出基准站至该卫星的真距离为 （6） 式中 （）为卫星的坐标，可利用导航电文中的卫星星历精确的计算出； （）为基准站的精确坐标值，是已知参数。 基准站与卫星之间的测相伪距观测值为 （7） 式中：和分别为基准站站钟钟差和卫星的星钟差； 为卫星历误差（包括SA政策影响）； 和分别为电离层和对流层延迟影响； 和分别为多路经效应和基准站接收机噪声。 由基准站和观测卫星的真距离和测相伪距观测