第四章 广域差分GPS

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
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
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。
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。
改 正
单基准站差分
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。
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
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；
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。
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。
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。
➢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
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；
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。
➢ 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
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