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(duì)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(hào)已不能覆蓋 ,定位精度也不能滿(mǎn)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(hào)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(kāi)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(cè)量已由

2、原來(lái)用經(jīng)緯儀測(cè)角、測(cè)距放樣物理點(diǎn)轉(zhuǎn)向用RTK或RTD方法直接放樣物理點(diǎn)。 RTK和RTD技術(shù)采用無(wú)線(xiàn)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(hào)傳給移動(dòng)的GPS接收機(jī)。桂平市GPS RTK因設(shè)備體積和耗電大、抗干擾性差以及受無(wú)線(xiàn)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(jí)。GPS RIK用甚高頻無(wú)線(xiàn)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(mǎn)足作業(yè)區(qū)域離基站越來(lái)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(wèn)題，又解決了移動(dòng)臺(tái)與基站站之間的距離問(wèn)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(hào)發(fā)布服務(wù)，它提供了獨(dú)一無(wú)二的可靠性和空前的精度，優(yōu)于10cm (min), StarFircjtDGPS改正信號(hào)通過(guò)Inmarsat靜止衛(wèi)星進(jìn)行傳播，無(wú)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(xiàng)技術(shù)具有以下特點(diǎn)： （1）功單機(jī)作業(yè)，設(shè)備安裝簡(jiǎn)便（2）定位精度高，作業(yè)成果誤差均勻: （3）集成度高;一臺(tái)主機(jī)和一個(gè)集成天線(xiàn)就組成一套系統(tǒng): （4）擺脫了傳統(tǒng)GPS RTK對(duì)離岸作業(yè)距離的限制StarFircjt星站站差分GPS主要特點(diǎn) 下面以SDS-2050G/

4、SDS-2050M型號(hào)的接收機(jī)為例對(duì)StarFircjt星站差分GPS特點(diǎn)進(jìn)行具體介紹。1性能SDS-2050G系列采用強(qiáng)大的NCT-2000D高緩GPS模塊，這種摸塊所包含的專(zhuān)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(lèi)技術(shù)相比，它具有超過(guò)50的信嗓比優(yōu)勢(shì)，并結(jié)含了干涉抑制、多路徑效應(yīng)緩解和高測(cè)量精度等技術(shù)。這種GPS模塊塊正在為GPS接收機(jī)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(cè)、.地形測(cè)量、機(jī)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(cè)圖領(lǐng)域，也可以固定在車(chē)輛上，

5、廣泛用于機(jī)器引導(dǎo)、控制領(lǐng)城。為了優(yōu)化性能SDS提拱特殊設(shè)計(jì)的三模式天線(xiàn).，同時(shí)SDS2005也可以和各種不同的天線(xiàn)以及其他特殊的儀器連接。如用戶(hù)提供的測(cè)圖儀器可以簡(jiǎn)便地連接到串口上，接收NMEA格式或SDS專(zhuān)用格式的定位數(shù)據(jù)。SDS2050通過(guò)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(shí)時(shí)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(hào)的地方SDS2050接收機(jī)可以自動(dòng)切換到這些信號(hào)上，獲得亞米級(jí)得精度，另外，用戶(hù)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(jī)可以隨機(jī)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(jī)，從而定制用戶(hù)界面和接收機(jī)的操作，SDS2050可以接收不同的DGPS差分信號(hào)，RTCM、CMR、或SDS專(zhuān)用格式。它能選擇最適合的數(shù)據(jù)源.提供無(wú)縫的位置輸出。4 配套軟件為滿(mǎn)足用戶(hù)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(cè)量手簿(2) EzGIS2.數(shù)據(jù)采集、維護(hù)手簿（3）EzHydro 3.0水上測(cè)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(gè)全球性的網(wǎng)絡(luò)，為用戶(hù)提供DGPS差分改正值。由于差分改正值是通過(guò)Inmarsat同步衛(wèi)早傳播，所以用戶(hù)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(gè)全球范圍的參考站網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)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(jī)構(gòu)成，不斷地接收GPS衛(wèi)星信號(hào),并將數(shù)據(jù)傳送到美國(guó)加利福尼亞的Redondo Bcach和伊利諾斯的Moline兩個(gè)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(jī)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(jì)算。這種差分改正值利用冗余、獨(dú)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(gè)衛(wèi)星注入站，再由注入站上傳到三個(gè)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(lái)源。構(gòu)成地面參考站網(wǎng)絡(luò)的雙頻接收機(jī)對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行解碼，并將高質(zhì)量的雙頻偽距和載波相位觀測(cè)值發(fā)送至兩個(gè)處理中心。在處理中心，利用NASA Jet Pnopolsion Loboratory （JPL噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室）基于Real Time GYPSY（RTG）軟件的處理技術(shù)，演算出實(shí)時(shí)的高精度的衛(wèi)星軌道和時(shí)鐘改止數(shù)據(jù)，

9、這種專(zhuān)門(mén)的廣域差分GPS算法對(duì)于類(lèi)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(hào)發(fā)送給全球的用戶(hù)。 裝備了能夠同時(shí)兼容GPS衛(wèi)星和L波段的Lnmarsat:衛(wèi)星信號(hào)的雙預(yù)接收機(jī)的用戶(hù)，可在全球范圍內(nèi)獲得高精度實(shí)時(shí)定位精度。 StarFircjt網(wǎng)絡(luò)從1999年4月開(kāi)始運(yùn)行以來(lái)，具有99.99的聯(lián)機(jī)可靠性。它真正覆蓋了全世界。每天全面的檢測(cè)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(cè)量，各監(jiān)側(cè)站的已知坐標(biāo)，計(jì)算GPS衛(wèi)星的星歷修正量、時(shí)鐘的修正量和電離層的延時(shí)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(wú)線(xiàn)電臺(tái)等； （3）用戶(hù)設(shè)務(wù)。用戶(hù)設(shè)備既GPS衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)，它在接收GPS衛(wèi)星信號(hào)得同時(shí)還接收數(shù)據(jù)鏈發(fā)送來(lái)的衛(wèi)星星歷和時(shí)鐘的修正量以及電離層的時(shí)延參數(shù)信息，并據(jù)此來(lái)修正其所觀測(cè)的GPS衛(wèi)星相應(yīng)參數(shù)和電離層的時(shí)間延遲。 （4）監(jiān)測(cè)站。監(jiān)測(cè)站安裝有雙頻接收機(jī)，實(shí)時(shí)接受GPS衛(wèi)星信號(hào)。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(cè)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(cè)量導(dǎo)航數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)圖 圖2的系統(tǒng)是一個(gè)集導(dǎo)航、測(cè)量、數(shù)據(jù)采集處理等多種功能于一身的水上測(cè)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(mǎn)足內(nèi)河河道勘測(cè)及海上物探等多種水上測(cè)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(jí)精度； （3）全自動(dòng)獲取衛(wèi)星傳播改正信號(hào)；（4）耐用輕巧.便于移動(dòng)作業(yè)；（5）2個(gè)獨(dú)立的WAAS/EGNOS通道；（6）超級(jí)的干涉抑制；（7）多路徑消除專(zhuān)利技術(shù)；2.性能指標(biāo)（1

12、）實(shí)時(shí)StarFire DGPS精度；水平位置15cm垂直位置30cm速度 0.01m/s2)偽距測(cè)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(hù)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(shí)間：冷啟動(dòng)，捕捉衛(wèi)星一般60s衛(wèi)星重摘捉1s（6）動(dòng)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(duì)SF2050M）注:指?jìng)€(gè)別指標(biāo)受美國(guó)出口法律限制。結(jié)束語(yǔ) 1.縱觀理論與實(shí)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(wú)須逐級(jí)控制的特點(diǎn)，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(mǎn)足探區(qū)物探測(cè)量要求。 2.該技術(shù)目前在我國(guó)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(kāi)發(fā)，希望通過(guò)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(hào)服務(wù)的問(wèn)題,希望早日能用上我們國(guó)家自己