星站差分GPS定位技術(shù)介紹

1、星站差分GPS定位技術(shù)介紹楊懷春  隨著對GPS定位精度要求的提高 ,一些地區(qū)特別是遠(yuǎn)離基站的海上、沙漠、大山等地區(qū) ,一般的DGPS儀器差分信號已不能覆蓋 ,定位精度也不能滿足要求。而星站差分GPS定位新技術(shù) (RTG) ,采用Inmarsat衛(wèi)星數(shù)字通訊網(wǎng)傳輸廣域差分改正信號比較好地解決了這一難題。文中闡述了星站差分GPS定位的工作原理與差分技術(shù) ,介紹了儀器的部分性能指標(biāo)【作者單位】： 勝利石油管理局地球物理勘探開發(fā)公司 引言 隨著GPS的發(fā)展，偽距差分RTD(Real Time Dynamic)和載波相位差分RTK(Real Time kinematic)技術(shù)的出現(xiàn)，測量已由

2、原來用經(jīng)緯儀測角、測距放樣物理點轉(zhuǎn)向用RTK或RTD方法直接放樣物理點。 RTK和RTD技術(shù)采用無線電發(fā)射和接收，.建立數(shù)據(jù)鏈，將基站的GPS差分改正信號傳給移動的GPS接收機。桂平市GPS RTK因設(shè)備體積和耗電大、抗干擾性差以及受無線電頻率的限制等因素的影響，只能進(jìn)行平面定位。定位精度為米級。GPS RIK用甚高頻無線電接收和發(fā)射，雖然定位精度有所提高，但同樣由于抗干擾性差，特別是作業(yè)距離有限，不能滿足作業(yè)區(qū)域離基站越來越遠(yuǎn)的要求，這些不足.在海上石油物探或海上工程方面表現(xiàn)得尤為突出，StarFircjt星站差分GPS既解決了定位精度問題，又解決了移動臺與基站站之間的距離問題。StarFi

3、rcjt星站差分網(wǎng)絡(luò)在全球范圍內(nèi)提供GPS差分信號發(fā)布服務(wù)，它提供了獨一無二的可靠性和空前的精度，優(yōu)于10cm (min), StarFircjtDGPS改正信號通過Inmarsat靜止衛(wèi)星進(jìn)行傳播，無須建立當(dāng)?shù)氐幕鶞?zhǔn)站或后處理，.該系統(tǒng)覆蓋全世界，在北緯76°到南緯76°的任何地球表面，都能提供同樣的精度，該項技術(shù)具有以下特點： （1）功單機作業(yè)，設(shè)備安裝簡便（2）定位精度高，作業(yè)成果誤差均勻: （3）集成度高;一臺主機和一個集成天線就組成一套系統(tǒng): （4）擺脫了傳統(tǒng)GPS RTK對離岸作業(yè)距離的限制StarFircjt星站站差分GPS主要特點 下面以SDS-2050G/

4、SDS-2050M型號的接收機為例對StarFircjt星站差分GPS特點進(jìn)行具體介紹。1性能SDS-2050G系列采用強大的NCT-2000D高緩GPS模塊，這種摸塊所包含的專利技術(shù)正在把現(xiàn)有的GPS技術(shù)迅速推向下一代，與同類技術(shù)相比，它具有超過50的信嗓比優(yōu)勢，并結(jié)含了干涉抑制、多路徑效應(yīng)緩解和高測量精度等技術(shù)。這種GPS模塊塊正在為GPS接收機建立新的標(biāo)準(zhǔn)。2 應(yīng)用耐用可靠的SDS2050G系列為GIS數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)維護(hù)、野外勘測、.地形測量、機器控側(cè).土地房產(chǎn)管理，電離層研究等提供了易于集成、快速可靠的定位技術(shù)，SDS2050G既可以放在背包里，用于GIS測圖領(lǐng)域，也可以固定在車輛上，

5、廣泛用于機器引導(dǎo)、控制領(lǐng)城。為了優(yōu)化性能SDS提拱特殊設(shè)計的三模式天線.，同時SDS2005也可以和各種不同的天線以及其他特殊的儀器連接。如用戶提供的測圖儀器可以簡便地連接到串口上，接收NMEA格式或SDS專用格式的定位數(shù)據(jù)。SDS2050通過不同的操作模式，提供最大的靈活性和可靠性，基本的工作模式使用StarFircjt差分服務(wù)，可以在野外實時獲得定位結(jié)果，適用引于導(dǎo)航、資產(chǎn)調(diào)查等領(lǐng)域的應(yīng)用，:如果不使用StarFircjt網(wǎng)絡(luò)，在有WAAS 或EGNOS差分信號的地方SDS2050接收機可以自動切換到這些信號上，獲得亞米級得精度，另外，用戶可以記錄雙頻GPS原始數(shù)據(jù)，用于后處理。3 靈活的

6、接口 SDS2050接收機可以隨機提拱Windows界面軟件方便地進(jìn)行設(shè)置。為了給系統(tǒng)集成商提拱最大的靈活性，SDS2050提供了二進(jìn)制接口，可以完全控制GPS和L波段衛(wèi)星接收機，從而定制用戶界面和接收機的操作，SDS2050可以接收不同的DGPS差分信號，RTCM、CMR、或SDS專用格式。它能選擇最適合的數(shù)據(jù)源.提供無縫的位置輸出。4 配套軟件為滿足用戶不同的應(yīng)用需求，SDS為SDS2050 提供以下配套軟件：(1) FDC3.5野外放樣、測量手簿(2) EzGIS2.數(shù)據(jù)采集、維護(hù)手簿（3）EzHydro 3.0水上測深、導(dǎo)航、放樣軟件，(4) EzOffice3.0:靜態(tài)后處理軟件。工

7、作原理 1.定位原理StarFie是一個全球性的網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供DGPS差分改正值。由于差分改正值是通過Inmarsat同步衛(wèi)早傳播，所以用戶不需要建立本地基準(zhǔn)站，即叮在全球南緯?6°至北緯76°的范圍內(nèi)獲得優(yōu)與15cm的高精度的定位精度。 StarFire系統(tǒng)利用GPS衛(wèi)星，L波段通訊衛(wèi)星和一個全球范圍的參考站網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)高精度定位。地面參考網(wǎng)絡(luò)由高性能的雙頻GPS接收機構(gòu)成，不斷地接收GPS衛(wèi)星信號,并將數(shù)據(jù)傳送到美國加利福尼亞的Redondo Bcach和伊利諾斯的Moline兩個數(shù)據(jù)處理中心，演算出唯一一組GPS差分改正值，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的雙頻接收機用這一組改正數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部

8、進(jìn)行折射改正計算。這種差分改正值利用冗余、獨立的通訊鏈系統(tǒng)分別傳送到加拿大的 Laurenades、英格蘭的Goonhilly和新西蘭的Auckland三個衛(wèi)星注入站，再由注入站上傳到三個地球同步衛(wèi)星。 StarFire系統(tǒng)之所以方便和精度高.其關(guān)鍵因索在于DGPS改正數(shù)據(jù)的來源。構(gòu)成地面參考站網(wǎng)絡(luò)的雙頻接收機對GPS衛(wèi)星信號進(jìn)行解碼，并將高質(zhì)量的雙頻偽距和載波相位觀測值發(fā)送至兩個處理中心。在處理中心，利用NASA Jet Pnopolsion Loboratory （JPL噴氣動力實驗室）基于Real Time GYPSY（RTG）軟件的處理技術(shù)，演算出實時的高精度的衛(wèi)星軌道和時鐘改止數(shù)據(jù)，

9、這種專門的廣域差分GPS算法對于類似Starfire這種系統(tǒng)是最優(yōu)秀的，:生成差分改止數(shù)據(jù)是第一步，這些數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)處理中心已發(fā)送到地面注入站（LES Land Eartb Station ） ,再由地面注入站發(fā)送三顆海事衛(wèi)星，由這些衛(wèi)星將差分改正信號發(fā)送給全球的用戶。 裝備了能夠同時兼容GPS衛(wèi)星和L波段的Lnmarsat:衛(wèi)星信號的雙預(yù)接收機的用戶，可在全球范圍內(nèi)獲得高精度實時定位精度。 StarFircjt網(wǎng)絡(luò)從1999年4月開始運行以來，具有99.99的聯(lián)機可靠性。它真正覆蓋了全世界。每天全面的檢測數(shù)據(jù)證明，系統(tǒng)具備提供空前的定位精度的能力。2 廣城差分技術(shù)廣域差分系統(tǒng)如圖1所示，主要由

10、以下四部分組成圖1 廣域差分系統(tǒng)示意圖 （1）主站。主站根據(jù)監(jiān)側(cè)站的GPI觀測量，各監(jiān)側(cè)站的已知坐標(biāo)，計算GPS衛(wèi)星的星歷修正量、時鐘的修正量和電離層的延時參數(shù).， （2）數(shù)據(jù)鏈，數(shù)據(jù)鏈指的是傳輸系統(tǒng)，如通訊衛(wèi)星、無線電臺等； （3）用戶設(shè)務(wù)。用戶設(shè)備既GPS衛(wèi)星信號接收機，它在接收GPS衛(wèi)星信號得同時還接收數(shù)據(jù)鏈發(fā)送來的衛(wèi)星星歷和時鐘的修正量以及電離層的時延參數(shù)信息，并據(jù)此來修正其所觀測的GPS衛(wèi)星相應(yīng)參數(shù)和電離層的時間延遲。 （4）監(jiān)測站。監(jiān)測站安裝有雙頻接收機，實時接受GPS衛(wèi)星信號。在星站差分RTG（RealTime GIPSY）的算法中加進(jìn)了衛(wèi)星軟道誤差和衛(wèi)星鐘差的改正.所以，可以得

11、到高于其他廣域差分的定位精度。由星站差分組成的測量導(dǎo)骯數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖2所示。 圖2 星站差分GPS組成的測量導(dǎo)航數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)圖 圖2的系統(tǒng)是一個集導(dǎo)航、測量、數(shù)據(jù)采集處理等多種功能于一身的水上測量集成系統(tǒng)。它采用星站差分系統(tǒng)，所以不受基站覆蓋范圍的限制，可滿足內(nèi)河河道勘測及海上物探等多種水上測量的需求。星站差分系統(tǒng)主耍技術(shù)指標(biāo)特性指標(biāo)(l)“ALLinview”跟蹤； （2）使用StarFireTM，可獲得全球分米級精度； （3）全自動獲取衛(wèi)星傳播改正信號；（4）耐用輕巧.便于移動作業(yè)；（5）2個獨立的WAAS/EGNOS通道；（6）超級的干涉抑制；（7）多路徑消除專利技術(shù)；2.性能指標(biāo)（1

12、）實時StarFire DGPS精度；水平位置15cm垂直位置30cm速度 0.01m/s2)偽距測量精度（RMS）：原始C/A 碼，20cm 42dBHz；原始載波相位噪音：L1:0.95mm42 dBHzL2:0.85mm42 dBHz（3）用戶可編程輸出頻率；PVT:25/10/5/2/1HZ 或更慢（4）數(shù)據(jù)延遲：PVT: 任何領(lǐng)率均20ms原始數(shù)據(jù)：任何領(lǐng)率均20ms（5）初次鎖定時間：冷啟動，捕捉衛(wèi)星一般60s衛(wèi)星重摘捉1s（6）動態(tài):：加速度° 高達(dá)6g速度° 300m/s高度°，60000ft(7)1PPS分辨率 12.5nx （只對SF2050M）注:指個別指標(biāo)受美國出口法律限制。結(jié)束語 1.縱觀理論與實際應(yīng)用，與傳統(tǒng)GTK GPS、RTD GPS相比，該系統(tǒng)具響精度高、速度快，無須逐級控制的特點，為工作區(qū)域提供了可靠的定位保證。目前該系統(tǒng)完全能夠滿足探區(qū)物探測量要求。 2.該技術(shù)目前在我國還處于推廣階段，其系統(tǒng)所具有的功能，有待進(jìn)一步研究和開發(fā)，希望通過交流，不斷地完善。 3 與傳統(tǒng)RTK GPS相比.該技術(shù)還存在收取海事衛(wèi)星信號服務(wù)的問題,希望早日能用上我們國家自己