GPS測量基礎(chǔ)知識

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上RTK 原理  RTK簡介    高精度的GPS測量必須采用載波相位觀測值，RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測值的實(shí)時動態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級精度。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實(shí)時處理，同時給出厘米級定位結(jié)果，歷時不到一秒鐘。流動站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運(yùn)動狀態(tài)；可在固定點(diǎn)上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動態(tài)作業(yè)，也可在動態(tài)條件下直

2、接開機(jī)，并在動態(tài)環(huán)境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知數(shù)解固定后，即可進(jìn)行每個歷元的實(shí)時處理，只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結(jié)果。    RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，RTK定位時要求基準(zhǔn)站接收機(jī)實(shí)時地把觀測數(shù)據(jù)（偽距觀測值，相位觀測值）及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動站接收機(jī)，數(shù)據(jù)量比較大，一般都要求9600的波特率，這在無線電上不難實(shí)現(xiàn)。RTK定位技術(shù)可廣泛用于：1各種控制測量    傳統(tǒng)的大地測量、工程控制測量采用三角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)方法來施測，不僅費(fèi)工

3、費(fèi)時，要求點(diǎn)間通視，而且精度分布不均勻，且在外業(yè)不知精度如何，采用常規(guī)的GPS靜態(tài)測量、快速靜態(tài)、偽動態(tài)方法，在外業(yè)測設(shè)過程中不能實(shí)時知道定位精度，如果測設(shè)完成后，回到內(nèi)業(yè)處理后發(fā)現(xiàn)精度不合要求，還必須返測，而采用RTK來進(jìn)行控制測量，能夠?qū)崟r知道定位精度，如果點(diǎn)位精度要求滿足了，用戶就可以停止觀測了，而且知道觀測質(zhì)量如何，這樣可以大大提高作業(yè)效率。如果把RTK用于公路控制測量、電子線路控制測量、水利工程控制測量、大地測量、則不僅可以大大減少人力強(qiáng)度、節(jié)省費(fèi)用，而且大大提高工作效率，測一個控制點(diǎn)在幾分鐘甚至于幾秒鐘內(nèi)就可完成。2地形測圖    過去測地形

4、圖時一般首先要在測區(qū)建立圖根控制點(diǎn)，然后在圖根控制點(diǎn)上架上全站儀或經(jīng)緯儀配合小平板測圖，現(xiàn)在發(fā)展到外業(yè)用全站儀和電子手簿配合地物編碼，利用大比例尺測圖軟件來進(jìn)行測圖，甚至于發(fā)展到最近的外業(yè)電子平板測圖等等，都要求在測站上測四周的地形地貌等碎部點(diǎn)，這些碎部點(diǎn)都與測站通視，而且一般要求至少2-3人操作，需要在拼圖時一旦精度不合要求還得到外業(yè)去返測，現(xiàn)在采用RTK時，僅需一人背著儀器在要測的地形地貌碎部點(diǎn)呆上一二秒種，并同時輸入特征編碼，通過手簿可以實(shí)時知道點(diǎn)位精度，把一個區(qū)域測完后回到室內(nèi)，由專業(yè)的軟件接口就可以輸出所要求的地形圖，這樣用RTK僅需一人操作，不要求點(diǎn)間通視，大大提高了工作效率，采用

5、RTK配合電子手簿可以測設(shè)各種地形圖，如普通測圖、鐵路線路帶狀地形圖的測設(shè)，公路管線地形圖的測設(shè)，配合測深儀可以用于測水庫地形圖，航 海海洋測圖等等。3放樣    工程放樣是測量一個應(yīng)用分支，它要求通過一定方法采用一定儀器把人為設(shè)計(jì)好的點(diǎn)位在實(shí)地給標(biāo)定出來，過去采用常規(guī)的放樣方法很多，如經(jīng)緯儀交會放樣，全站儀的邊角放樣等等，一般要放樣出一個設(shè)計(jì)點(diǎn)位時，往往需要來回移動目標(biāo)，而且要2-3人操作，同時在放樣過程中還要求點(diǎn)間通視情況良好，在生產(chǎn)應(yīng)用上效率不是很高，有時放樣中遇到困難的情況會借助于很多方法才能放樣，如果采用RTK技術(shù)放樣時，僅需把設(shè)計(jì)好的點(diǎn)位坐標(biāo)

6、輸入到電子手簿中，背著GPS接收機(jī)，它會提醒你走到要放樣點(diǎn)的位置，既迅速又方便，由于GPS是通過坐標(biāo)來直接放樣的，而且精度很高也很均勻，因而在外業(yè)放樣中效率會大大提高，且只需一個人操作。  差分GPS定位技術(shù)及發(fā)展    差分技術(shù)很早就被人們所應(yīng)用。它實(shí)際上是在一個測站對兩個目標(biāo)的觀測量、兩個測站對一個目標(biāo)的觀測量或一個測站對一個目標(biāo)的兩次觀測量之間進(jìn)行求差。其目的在于消除公共項(xiàng)，包括公共誤差和公共參數(shù)。在以前的無線電定位系統(tǒng)中已被廣泛地應(yīng)用。    GPS是一種高精度衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)期間，它能給

7、出高精度的定位結(jié)果。這時盡管有人提出利用差分技術(shù)來進(jìn)一步提高定位精度，但由于用戶要求還不迫切，所以這一技術(shù)發(fā)展較慢。隨著 GPS技術(shù)的發(fā)展和完善，應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步開拓，人們越來越重視利用差分GPS技術(shù)來改善定位性能。它使用一臺 GPS基準(zhǔn)接收機(jī)和一臺用戶接收機(jī)，利用實(shí)時或事后處理技術(shù)，就可以使用戶測量時消去公共的誤差源 電離層和對流層效應(yīng)。特別提出的是，當(dāng)GPS工作衛(wèi)星升空時，美國政府實(shí)行了SA政策。使衛(wèi)星的軌道參數(shù)增加了很大的誤差，致使一些對定位精度要求稍高的用戶得不到滿足。因此，現(xiàn)在發(fā)展差分GPS技術(shù)就顯得越來越重要。    GPS定位是利用一組衛(wèi)星

8、的偽距、星歷、衛(wèi)星發(fā)射時間等觀測量來實(shí)現(xiàn)的，同時還必須知道用戶鐘差。因此，要獲得地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)，必須對4顆衛(wèi)星進(jìn)行測量。    在這一定位過程中，存在著三部分誤差。一部分是對每一個用戶接收機(jī)所公有的，例如，衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差、電離層誤差、對流層誤差等；第二部分為不能由用戶測量或由校正模型來計(jì)算的傳播延遲誤差；第三部分為各用戶接收機(jī)所固有的誤差，例如內(nèi)部噪聲、通道延遲、多徑效應(yīng)等。利用差分技術(shù)，第一部分誤差完全可以消除，第二部分誤差大部分可以消除，其主要取決于基準(zhǔn)接收機(jī)和用戶接收機(jī)的距離，第三部分誤差則無法消除。   &#

9、160;除此以外，美國政府實(shí)施了SA政策，其結(jié)果使衛(wèi)星鐘差和星歷誤差顯著增加，使原來的實(shí)時定位精度從15m降至100m。在這種情況下，利用差分技術(shù)能消除這一部分誤差，更顯示出差分GPS的優(yōu)越性。   差分GPS定位原理根據(jù)差分GPS基準(zhǔn)站發(fā)送的信息方式可將差分GPS定位分為三類，即：位置差分    偽距差分    相位差分    這3類差分方式的工作原理是相同的，即都是由基準(zhǔn)站發(fā)送改正數(shù)，由用戶站接收并對其測量結(jié)果進(jìn)行改正，以獲得精確的定位結(jié)果。所不同的是，發(fā)送改正

10、數(shù)的具體內(nèi)容不一樣，其差分定位精度也不同。   1、概 述    差分GPS定位系統(tǒng)是由一個基準(zhǔn)站和多個用戶臺組成。基準(zhǔn)站與用戶臺之間的聯(lián)系，即由基準(zhǔn)站計(jì)算出的改正數(shù)發(fā)送到用戶臺的手段是靠數(shù)據(jù)鏈完成的。數(shù)據(jù)鏈由調(diào)制解調(diào)器和電臺組成。    調(diào)制解調(diào)器（MODEM）是將改正數(shù)進(jìn)行編碼和調(diào)制，然后輸入到電臺上發(fā)射出去。用戶臺將其接收下來，并將數(shù)據(jù)解調(diào)后，送入GPS接收機(jī)進(jìn)行改正。    電臺是將調(diào)制后的數(shù)據(jù)變成強(qiáng)大的電磁波輻射出去，能在作用范圍內(nèi)提供足夠的信號強(qiáng)度，使用

11、戶臺能可靠地接收。發(fā)射頻率和輻射功率的選擇是數(shù)據(jù)鏈的重要問題，它視作用距離而定。    為了更有效地選擇發(fā)射頻率，在下表中列出已經(jīng)建立的各種無線電定位和導(dǎo)航系統(tǒng)的主要參數(shù)。各種無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)發(fā)射頻率與作用距離 :  系統(tǒng)名稱采用的頻率覆蓋范圍Decca70-90KHZ，110-130KHZ2000kmRadiobeacon190-415KHZ，510-535KHZ1000kmLoran-c100KHZ2000kmRacal Pulse 8100KHZ1500kmGeoloc1600-2300KHZ500kmToran1800-2000KHZ

12、500kmRagdist-N/RAC3300KHZ，1650KHZ400kmRaydist-DRS3300KHZ，1650KHZ400kmRacal Hyperfix1600/3400KHZ100kmARGO1646.7KHZ100kmHydrotrac1720KHZ100kmMaxian430MHZ320kmSyledis430MHZ120kmLorac1600-2500KHZ460kmRacal Microfix5520/5560MHZ180kmMini-Ranger5570/5480MHZ180kmTrisponder9480/9325MHZ80kmArtemis9200/9300MHZ

13、30km 從上表中,我們可以將通信設(shè)備分為兩大類:     第一類為直接波傳輸,其中包括甚高頻(VHF)、超高頻(UHF)、基準(zhǔn)站的天線必須建立在高塔之上，以視距直接通視的方式以25W的功率進(jìn)行傳輸，一般作用距離可達(dá)到20100km。這種設(shè)備的天線簡單、容易架設(shè)，適用于流動作業(yè)，適用于海港、河道等測量應(yīng)用。    第二類為地波傳輸。其中包括低頻（LF）和中頻（MF）。這種信號能沿地球表面?zhèn)鞑?，能繞過建筑物和山丘，使作用距離達(dá)到10002000km。為了提高輻射頻率，天線設(shè)計(jì)為高桅桿或鐵塔，適合固定基準(zhǔn)站應(yīng)

14、用。一般一旦建立就長期應(yīng)用，適用于遠(yuǎn)距離導(dǎo)航和定位。2、差分GPS的數(shù)據(jù)通信類型    若按傳輸差分信息的覆蓋范圍來區(qū)分，大體可以分為三類，即近程（小于100km）、中程（30800km）和遠(yuǎn)程（大于800km）；按播發(fā)站的位置來分，可分為空（星）基和陸基。1）差分GPS的近程數(shù)據(jù)通信    臨時性或短期性的差分GPS作業(yè)，其近程數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟グl(fā)站一般直接附加在GPS接收機(jī)上，往往采用UHF無線通信傳輸或有線通信傳輸。UHF的頻率在300MHZ3GHZ，波長為10cm1m，故一般為分米波。其穿透性強(qiáng)，直線傳播性強(qiáng)，但

15、易受障礙物、地形和地球曲率的影響。    長期性的差分GPS服務(wù)，如在國外已實(shí)際建成的LADGPS系統(tǒng)，往往采用城市的調(diào)頻（FM）電臺，它的頻率一般在80108MHZ，利用調(diào)頻信號基帶中的副載波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，即不影響調(diào)頻臺的主頻道的正常播音，又充分利用了調(diào)頻信號基帶中的副載波資源。因此利用FM來傳輸差分GPS 信號的技術(shù)受到極大重視，已開始在發(fā)達(dá)國家中采用。2）差分GPS的中程數(shù)據(jù)通信    差分GPS的中程數(shù)據(jù)通信可以采用LF、MF和VHF無線通信。長波（LF）通信主要靠地面波傳輸，受大氣影響小而受地形影響較大。

16、但長波通信設(shè)備比較復(fù)雜昂貴，在中國只有級個別臺站具有這一功能。由于數(shù)據(jù)傳輸速率和數(shù)據(jù)分辨率呈正比，因此長波的低分辨不太適宜于差分 GPS的數(shù)據(jù)通信。中波（MF）傳輸?shù)闹饕秉c(diǎn)是頻道較擠，易受干擾，而且傳播速率仍偏低。短波（HF和VHF）易受天氣和電離層干擾和影響，而且在主控站附近常會出現(xiàn)盲區(qū)，收不到信號。它的優(yōu)點(diǎn)是通信設(shè)備低廉，集成度高。3）差分GPS的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信    差分GPS的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信往往采用星基的差分?jǐn)?shù)據(jù)播發(fā)站，例如可以采用HF和衛(wèi)星通訊。衛(wèi)星通信中的Inmarsat系統(tǒng)和公共電話網(wǎng)相聯(lián)，也和Internet 網(wǎng)相聯(lián)，具有64kb/s的傳輸

17、速率，是一種比較理想的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，但價格比較昂貴。3、偽衛(wèi)星方案 一、概述    傳統(tǒng)的差分GPS的組成包括一個位置已知的固定監(jiān)測站，它實(shí)時接收GPS信號并確定出測距誤差，把此誤差作為改正數(shù)提供給本地用戶，用戶則用此改正自己測得的偽距，使計(jì)算出的位置精度更高。這樣，采用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備就能使監(jiān)測站附近幾百公里范圍內(nèi)的定位精度提高到5m。     除了獲得較好的定位精度外，通過對GPS信號的監(jiān)測改正，差分GPS還能提高導(dǎo)航的可靠性，甚至當(dāng)GPS衛(wèi)星顯示不健康信號時仍能工作。由于基準(zhǔn)站在衛(wèi)星測距信號無法校正時，能立刻通

18、知用戶，所以改進(jìn)了系統(tǒng)的完整性。    但是，不管差分GPS如何提高導(dǎo)航精度、可靠性和完善性，也不能克服掉由于衛(wèi)星星座幾何圖形不佳而造成的缺陷。18顆衛(wèi)星的配置方案使這一缺陷更加突出。21+3顆衛(wèi)星的配置方案彌補(bǔ)了這一缺陷。現(xiàn)在正在運(yùn)行著的26顆衛(wèi)星，已完全消除了這一缺陷。現(xiàn)在正在運(yùn)行著的26顆衛(wèi)星，已完全消除了這一缺陷。但是，將來BLOCK 1型試驗(yàn)衛(wèi)星壽命終結(jié)， GPS衛(wèi)星保持著21+3的配置方案運(yùn)行。一旦有一顆衛(wèi)星發(fā)生故障，或者由于某種原因接收不到GPS 信號，幾何配置不當(dāng)?shù)娜毕萑詴嬖凇榱吮ＷCGPS在一些特定地區(qū)為特殊用途時的精確性和可靠性，

19、SC-104分會提出了偽衛(wèi)星的概念，即在該地區(qū)建立類似于GPS衛(wèi)星的固定基準(zhǔn)站，行使 GPS和基準(zhǔn)站的功能。    從本質(zhì)上看，偽衛(wèi)星僅僅是差分GPS應(yīng)用的特殊方案。因此偽衛(wèi)星電文格式也和其他差分 GPS的電文格式一樣。    下圖為偽衛(wèi)星系統(tǒng)配置圖。監(jiān)測站接收所有可見的GPS衛(wèi)星信號和偽衛(wèi)星信號，并把它們和已知監(jiān)測站位置及偽衛(wèi)星天線位置進(jìn)行比較。監(jiān)測站控制偽衛(wèi)星發(fā)射并提供差分GPS電文。因?yàn)閭涡l(wèi)星是精確地在GPS L1頻率1575.42MHZ上發(fā)射信號的，所以GPS用戶設(shè)備可以同時接收GPS信號和偽衛(wèi)星信號。概括

20、起來，利用偽衛(wèi)星系統(tǒng)具有下列優(yōu)點(diǎn)： 1. 根據(jù)國際和美國無線電管理的規(guī)定，15591610MHZ頻段用于航空導(dǎo)航與天線電衛(wèi)星導(dǎo)航。 GPS采用了其中一個頻率1575.42MHZ，而偽衛(wèi)星仍選用這一頻率。所以，GPS用戶設(shè)備可同時接收GPS 信號和偽衛(wèi)星信號，不必再設(shè)置另一套接收差分GPS基準(zhǔn)站信號的設(shè)備。 2. 由于偽衛(wèi)星信號處相在GPS時間中是被精確確定的，所以用戶設(shè)備能從偽衛(wèi)星獲得一個附加的偽距測量，這樣就增大了衛(wèi)星覆蓋面積，改善了導(dǎo)航幾何配置。結(jié)果，即使某個衛(wèi)星工作不健康或其他原因造成衛(wèi)星幾何配置不良，仍能獲得優(yōu)良的導(dǎo)航性能。 3. 差分GPS偽衛(wèi)星體制比傳統(tǒng)體制所需費(fèi)用要少，因?yàn)樗恍?/p>

21、要單獨(dú)的接收設(shè)備。天線前置放大器等部分是與GPS接收機(jī)相同的。對用戶來說，沒有增加更多的負(fù)擔(dān)。 4. 在偽衛(wèi)星作用范圍內(nèi)，偽衛(wèi)星能提供許多比利用傳統(tǒng)差分GPS或普通GPS更多的導(dǎo)航功能。特別是通過偽衛(wèi)星能減少或限制高度誤差，能為飛機(jī)（包括直升飛機(jī)）提供非精密進(jìn)場能力。 5. 利用GPS的非精密進(jìn)場并不限定在直線段，飛機(jī)不是跟蹤一個窄波信號波束。對于從任何航線進(jìn)場的飛機(jī)都能把位置計(jì)算并顯示出來，這對于復(fù)雜地形非常有用，因?yàn)樗试S在任何需要的時候都可以改變進(jìn)場航線，而不影響地面設(shè)備的安裝和運(yùn)行。 二、方案設(shè)計(jì)    設(shè)計(jì)偽衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu)的一個重要問題是對GPS

22、衛(wèi)星信號的干擾問題。假如用戶在距偽衛(wèi)星 50km處，偽衛(wèi)星信號與GPS衛(wèi)星信號一樣強(qiáng)，那麼當(dāng)用戶靠近偽衛(wèi)星只有50m時，則此偽衛(wèi)星信號將比GPS衛(wèi)星信號強(qiáng)60dB。因此偽衛(wèi)星的信號結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要解決這種遠(yuǎn)-近效應(yīng)問題。即在最大范圍內(nèi)能提供足夠強(qiáng)的偽衛(wèi)星信號，又能在距偽衛(wèi)星很近時不干擾GPS衛(wèi)星信號。這樣要求設(shè)計(jì)的接收機(jī)動態(tài)范圍至少在60dB以上。要達(dá)到60dB的動態(tài)范圍，有三種方法可供選擇。1.CDMA碼分多址技術(shù)    利用不同C/A碼進(jìn)行碼間互相關(guān)，只能分離25dB，因此還剩下35dB必須考慮采用其他手段。如果要應(yīng)用偽隨機(jī)碼來分離這60dB,則必須使此碼

23、率比C/A碼率提高若干倍,以降低偽衛(wèi)星信號對可接收值的噪聲電平.根據(jù)不同的假定和試驗(yàn),此碼率必須達(dá)到2550MHZ,并具有類似的帶寬. 但是,現(xiàn)在GPS的帶寬是30MHZ,所以現(xiàn)有的GPS接收機(jī)是無法達(dá)到的。 解決這個問題的另一條途徑是提高碼元的碼率.但這在硬件上也存在著困難.這種技術(shù)將減少GPS信號的兼容性,而且顯著增加接收機(jī)的成本.因此,利用一種新碼來解決遠(yuǎn)-近效應(yīng)似乎是不現(xiàn)實(shí)的。2.FDMA頻率偏值技術(shù)    使偽衛(wèi)星信號偏離標(biāo)稱值1575.42MHZ約1020MHZ。這樣可隔離正常碼的25dB。下表示出了干擾衰減與頻率分離的關(guān)系。這一技術(shù)是具有吸

24、引力的，因?yàn)樵谝蟮母綦x上有可能產(chǎn)生60dB。因此，偽衛(wèi)星用這一方案將忽略掉對接收機(jī)的影響。 因?yàn)閭涡l(wèi)星和GPS衛(wèi)星信號是通過不同通道進(jìn)入接收機(jī)的，必須仔細(xì)控制兩通道間的相對時延，以避免組合誤差。于是在接收機(jī)中改善濾波器和內(nèi)部校準(zhǔn)技術(shù)，增加了接收機(jī)的成本。 干擾電平與頻率偏移的關(guān)系: 信號描述dB/1kHz備注參考衛(wèi)星C/A碼其他衛(wèi)星C/A碼偽衛(wèi)星C/A碼（偏離10MHz）偽衛(wèi)星C/A碼（偏離15MHz）偽衛(wèi)星C/A碼（偏離20MHz）0-23-58-60.5-63參考電平基本碼隔離3dB，取決于假定條件3dB，取決于假定條件3dB，取決于假定條件3dB，取決于假定條件 3

25、.TDMA時分信號結(jié)構(gòu)    在TDMA工作方式下，使用一種低占空率的短脈沖來傳送偽衛(wèi)星信號，這樣，只在很短的時間內(nèi)干擾GPS信號。這一方案偽衛(wèi)星和用戶設(shè)備造價都很低，具有巨大的吸引力 。使用TDMA的主要缺點(diǎn)是，偽衛(wèi)星信號能夠?qū)Σ话磦涡l(wèi)星環(huán)境下設(shè)計(jì)的接收機(jī)進(jìn)行脈沖干擾。例如，對于建議采用的10%占空率的TDM信號格式而言，由非參與接收機(jī)所承擔(dān)的最大信噪比損耗約為1dB。這就必須要求設(shè)計(jì)出適用于偽衛(wèi)星環(huán)境下的新型接收機(jī)。    綜合上述，TDMA是偽衛(wèi)星工作的優(yōu)選方案。偽衛(wèi)星每秒發(fā)送11個90.91US的脈沖。這樣

26、偽衛(wèi)星干擾GPS信號不超過10%的時間，此時使接收機(jī)的GPS平均信號功率損耗不大于1dB。所有偽衛(wèi)星都在相同時間內(nèi)發(fā)射脈沖，脈沖對脈沖，數(shù)據(jù)bit對數(shù)據(jù)bit的位置都是每200Mms復(fù)一次，并且與GPS時間同步。脈沖位置隨機(jī)化的目的是講每ms所有11個位置均勻分布。應(yīng)用了非Gold 編碼，不同的偽衛(wèi)星采用不同碼加以識別。  4、DGPS系統(tǒng)方案1、DGPS精確定位系統(tǒng)1.1 GPS和DGPS    全球定位系統(tǒng)（GPS）自從建立以來，已得到非常廣泛的應(yīng)用。但美國出于其戰(zhàn)略上的考慮，對外應(yīng)用上，一直采用SA政策，使用戶的GPS接收機(jī)精度都在100

27、米左右，這樣的精度不能滿足實(shí)際應(yīng)用需要，也給使用者帶來極大不便。為了實(shí)際定位需求，采用差分技術(shù)（DGPS）可以改善因各種誤差所影響的定位精度，使定位精度提高到10米甚至1米。差分定位是在一個地理位置準(zhǔn)確已知點(diǎn)建立差分基準(zhǔn)臺，實(shí)時計(jì)算出差分誤差信息，并將此信息傳送給用戶，用戶即可得到高精度定位。這項(xiàng)技術(shù)由基準(zhǔn)站、移動站和數(shù)據(jù)鏈組成，由數(shù)據(jù)鏈來傳送差分所需要的偽距修正值。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)褂玫氖浅哳l（VHF）和甚高頻（UHF）的無線電通訊設(shè)備，傳輸距離與電臺發(fā)射天線高度、功率及移動站天線和基準(zhǔn)站天線間的阻擋有關(guān)。在城區(qū)電臺只能覆蓋25公里范圍非常有限。另外，隨著通訊事業(yè)的發(fā)展，VHF和UHF頻段資源

28、愈來愈緊張，互相干擾現(xiàn)象也十分嚴(yán)重。每一組DGPS系統(tǒng)都要建一個基準(zhǔn)站，無疑對無線電資源造成了很大的浪費(fèi)。尋找一條合適的數(shù)據(jù)鏈來傳送差分信息十分必要。    采用先進(jìn)的"無線電數(shù)據(jù)系統(tǒng)"向DGPS用戶廣播差分修正數(shù)據(jù)是一種非常理想的方案。1、位置差分原理   任何一種GPS接收機(jī)均可改裝和組成這種差分系統(tǒng)。    安裝在基準(zhǔn)站上的GPS接收機(jī)觀測4顆衛(wèi)星后便可進(jìn)行三維定位，解算出基準(zhǔn)站的坐標(biāo)。由于存在著軌道誤差、時鐘誤差、SA影響、大氣影響、多徑效應(yīng)以及其他誤差，解

29、算出的坐標(biāo)與基準(zhǔn)站的已知坐標(biāo)是不一樣的，存在誤差。基準(zhǔn)站利用數(shù)據(jù)鏈將此改正數(shù)發(fā)送出去，由用戶站接收，并且對其解算的用戶站坐標(biāo)進(jìn)行改正。    最后得到的改正后的用戶坐標(biāo)已消去了基準(zhǔn)站和用戶站的共同誤差，例如衛(wèi)星軌道誤差、 SA影響、大氣影響等，提高了定位精度。以上先決條件是基準(zhǔn)站和用戶站觀測同一組衛(wèi)星的情況。位置差分法適用于用戶與基準(zhǔn)站間距離在100km以內(nèi)的情況。這是一種最簡單的差分方法。2、偽距差分原理    偽距差分是目前用途最廣的一種技術(shù)。幾乎所有的商用差分GPS接收機(jī)均采用這種技術(shù)。國際海事無線電委員會推

30、薦的RTCM SC-104也采用了這種技術(shù)。    在基準(zhǔn)站上的接收機(jī)要求得它至可見衛(wèi)星的距離，并將此計(jì)算出的距離與含有誤差的測量值加以比較。利用一個-濾波器將此差值濾波并求出其偏差。然后將所有衛(wèi)星的測距誤差傳輸給用戶，用戶利用此測距誤差來改正測量的偽距。最后，用戶利用改正后的偽距來解出本身的位置，就可消去公共誤差，提高定位精度。    與位置差分相似，偽距差分能將兩站公共誤差抵消，但隨著用戶到基準(zhǔn)站距離的增加又出現(xiàn)了系統(tǒng)誤差，這種誤差用任何差分法都是不能消除的。用戶和基準(zhǔn)站之間的距離對精度有決定影響。3、載波相位

31、差分原理    測地型接收機(jī)利用GPS衛(wèi)星載波相位進(jìn)行的靜態(tài)基線測量獲得了很高的精度（10-610-8）。但為了可靠地求解出相位模糊度，要求靜止觀測一兩個小時或更長時間。這樣就限制了在工程作業(yè)中的應(yīng)用。于是探求快速測量的方法應(yīng)運(yùn)而生。例如，采用整周模糊度快速逼近技術(shù)（FARA）使基線觀測 時間縮短到5分鐘，采用準(zhǔn)動態(tài)（stop and go），往返重復(fù)設(shè)站（re-occupation）和動態(tài)（kinematic）來提高GPS作業(yè)效率。這些技術(shù)的應(yīng)用對推動精密GPS測量起了促進(jìn)作用。但是，上述這些作業(yè)方式都是事后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不能實(shí)時提交成果和實(shí)時評定成果

32、質(zhì)量，很難避免出現(xiàn)事后檢查不合格造成的返工現(xiàn)象。    差分GPS的出現(xiàn)，能實(shí)時給定載體的位置，精度為米級，滿足了引航、水下測量等工程的要求。位置差分、偽距差分、偽距差分相位平滑等技術(shù)已成功地用于各種作業(yè)中。隨之而來的是更加精密的測量技術(shù) 載波相位差分技術(shù)。    載波相位差分技術(shù)又稱為RTK技術(shù)（real time kinematic），是建立在實(shí)時處理兩個測站的載波相位基礎(chǔ)上的。它能實(shí)時提供觀測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并達(dá)到厘米級的高精度。    與偽距差分原理相同，由基準(zhǔn)站通過數(shù)

33、據(jù)鏈實(shí)時將其載波觀測量及站坐標(biāo)信息一同傳送給用戶站。用戶站接收GPS衛(wèi)星的載波相位與來自基準(zhǔn)站的載波相位，并組成相位差分觀測值進(jìn)行實(shí)時處理，能實(shí)時給出厘米級的定位結(jié)果。    實(shí)現(xiàn)載波相位差分GPS的方法分為兩類：修正法和差分法。前者與偽距差分相同，基準(zhǔn)站將載波相位修正量發(fā)送給用戶站，以改正其載波相位，然后求解坐標(biāo)。后者將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送給用戶臺進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。前者為準(zhǔn)RTK技術(shù)，后者為真正的RTK技術(shù)。定性影響。3、載波相位差分原理    測地型接收機(jī)利用GPS衛(wèi)星載波相位進(jìn)行的靜態(tài)基線測量獲得了很高的

34、精度（10-610-8）。但為了可靠地求解出相位模糊度，要求靜止觀測一兩個小時或更長時間。這樣就限制了在工程作業(yè)中的應(yīng)用。于是探求快速測量的方法應(yīng)運(yùn)而生。例如，采用整周模糊度快速逼近技術(shù)（FARA）使基線觀測 時間縮短到5分鐘，采用準(zhǔn)動態(tài)（stop and go），往返重復(fù)設(shè)站（re-occupation）和動態(tài)（kinematic）來提高GPS作業(yè)效率。這些技術(shù)的應(yīng)用對推動精密GPS測量起了促進(jìn)作用。但是，上述這些作業(yè)方式都是事后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不能實(shí)時提交成果和實(shí)時評定成果質(zhì)量，很難避免出現(xiàn)事后檢查不合格造成的返工現(xiàn)象。    差分GPS的出現(xiàn)，能實(shí)時給定載體的位置，精度為米級，滿足了引航、水下測量等工程的要求。位置差分、偽距差分、偽距差分相位平滑等技術(shù)已成功地用于各種作業(yè)中。隨之而來的是更加精密的測量技術(shù) 載波相位差分技術(shù)。    載波相位差分技術(shù)又稱為RTK技術(shù)（real time kinematic），是建立在實(shí)時處理兩個