GNSS系統(tǒng)構(gòu)成與作業(yè)原理

1、GPS培訓(xùn)教程培訓(xùn)教程蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司培訓(xùn)內(nèi)容培訓(xùn)內(nèi)容1. GPS的涵義2. GPS定位原理3. GPS差分技術(shù)原理及種類4. GPS技術(shù)的發(fā)展趨勢5. GPS產(chǎn)品的種類 全球衛(wèi)星系統(tǒng)： 1、美國的GPS衛(wèi)星系統(tǒng) 2、俄羅斯的“格洛納斯”(GLONASS衛(wèi)星系統(tǒng) （20顆衛(wèi)星在軌，17顆正常運行，3顆在維修） 3、歐盟的“伽利略” Galileo衛(wèi)星系統(tǒng) 4、中國的“北斗”COMPASS衛(wèi)星系統(tǒng)蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司一、一、GPS的涵義的涵義一、一、GPS的涵義的涵義 GPS（The Global Positioning System ）是一個全球范圍

2、的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，它包括三個部分： 蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司一、一、GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)的組成導(dǎo)航定位系統(tǒng)的組成 GPS由三大部分組成:1、空間部分2、地面監(jiān)控部分3、用戶設(shè)備（接收機）部分。 1、空間部分 由24（21顆正式的工作衛(wèi)星+3顆活動的備用衛(wèi)星）顆工作衛(wèi)星組成,它位于距地表20 200km的上空,均勻分布在6 個軌道面上(每個軌道面4 顆) ,軌道傾角為55。此外,還有4 顆有源備份衛(wèi)星在軌運行。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到4 顆以上的衛(wèi)星,并能保持良好定位解算精度的幾何圖象。這就提供了在時間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰?。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀

3、器有限公司一、一、GPS的涵義的涵義蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司1、空間部分 GPS 衛(wèi)星產(chǎn)生兩組電碼, 一組稱為C/ A 碼( Coarse/ Acquisition Code11023MHz) ;一組稱為P 碼(Procise Code 10123MHz) ,P 碼因頻率較高,不易受干擾,定位精度高,因此受美國軍方管制,并設(shè)有密碼,一般民間無法解讀,主要為美國軍方服務(wù)。C/ A 碼人為采取措施而刻意降低精度后,主要開放給民間使用。導(dǎo)航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時鐘改正、電離層時延修正、大氣折射修正等信息。C/A碼頻率1.023MHz,重復(fù)周期一毫秒，碼間距1微秒，相當(dāng)于300

4、m；P碼頻率10.23MHz，重復(fù)周期266.4天，碼間距0.1微秒，相當(dāng)于30m。一、一、GPS的涵義的涵義 2、地面控制 地面控制部分由：1個主控站,5個全球監(jiān)測站和3個地面控制（注入）站組成。監(jiān)測站均配裝有精密的銫鐘和能夠連續(xù)測量到所有可見衛(wèi)星的接受機。監(jiān)測站將取得的衛(wèi)星GPS觀測數(shù)據(jù),包括電離層和氣象數(shù)據(jù),經(jīng)過初步處理后,傳送到主控站。主控站從各監(jiān)測站收集跟蹤數(shù)據(jù),計算出衛(wèi)星的軌道和時鐘參數(shù),然后將結(jié)果送到3個地面控制站。地面控制站在每顆衛(wèi)星運行至上空時,把這些導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站指令注入到衛(wèi)星。這種注入對每顆GPS 衛(wèi)星每天一次,并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進(jìn)行最后的注入。如果某地面站

5、發(fā)生故障,那么在衛(wèi)星中預(yù)存的導(dǎo)航信息還可用一段時間,但導(dǎo)航精度會逐漸降低。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司一、一、GPS的涵義的涵義2、地面控制 1、主控站（1個）：美國克羅拉多州法爾孔空軍基地。 2、監(jiān)測站（5個）：夏威夷、主控站和注入站。 3、注入站（3個）：阿松森群島（大西洋）、迪戈加西亞（印度洋） 和卡瓦加蘭（太平洋）。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司一、一、GPS的涵義的涵義蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司2、地面控制部分一、一、GPS的涵義的涵義 3、用戶設(shè)備部分 用戶設(shè)備部分即GPS 信號接收機。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并跟

6、蹤這些衛(wèi)星的運行。當(dāng)接收機捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后，就可測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率,解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進(jìn)行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時間等信息。接收機硬件和機內(nèi)軟件以及GPS 數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成完整的GPS 用戶設(shè)備。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司一、一、GPS的涵義的涵義1、GPS測量方法的理論基礎(chǔ)是“后方交會后方交會” “后方交會”是從一個未知點上分別觀測幾個已知坐標(biāo)點，然后根據(jù)測量出的幾個已知坐標(biāo)點到未知點的距離，計算出未知點坐標(biāo)的測量方法。其幾何原理如下，在平面上，要確

7、定未知點P的坐標(biāo)，至少需要測量出未知點P到三個已知點A、B、C的距離a、b、c。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司二、二、GPS的定位原理的定位原理A(XA，YA) B(XB，YB) C(XC，YC)（XPXA）2（YPYA）2a2（XPXB）2（YPYB）2b2（XPXC）2（YPYC）2c2A(XA，YA)A(XA，YA) 在太空中，這些點變?yōu)榱Ⅲw空間的點，圓圈變?yōu)榍蛎?，所以至少需要知道P點至4個已知點的距離才能確定P的位置（實際上，通過數(shù)學(xué)的方法3顆衛(wèi)星就可以得到用戶的位置，第4顆衛(wèi)星的觀測是由于某個技術(shù)某個技術(shù)原因原因，這將在后面講到）：蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司二

8、、二、GPS的定位原理的定位原理2、為了實現(xiàn)“后方交會”，距離距離是必須測量的值。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司二、二、GPS的定位原理的定位原理 GPS測量距離的方法是通過測量無線電信號在空中傳播的時間來完成的。距離 = 速度 X 時間時間，GPS的測距方法與一般的紅外測距儀本質(zhì)上沒有區(qū)別，地面的用戶是不會發(fā)出任何無線電波的，所有的信號都是衛(wèi)星發(fā)出來的，用戶只要接收即可。 那么如何來測定“時間時間”呢？這里的時間是“時間差時間差”，即信號從衛(wèi)星發(fā) 出到用戶收到時刻，一共花費了多少時間。為了解決這個問題，每一顆衛(wèi)星都有其獨一無二的信號結(jié)構(gòu)：蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司二、

9、二、GPS的定位原理的定位原理2、為了實現(xiàn)“后方交會”，距離是必須測量的值。那么，“信號結(jié)構(gòu)”如何能測量時間時間呢？讓我們做一個假設(shè)，如下圖：蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司二、二、GPS的定位原理的定位原理2、為了實現(xiàn)“后方交會”，距離是必須測量的值。 有兩個好朋友做了一個約定，當(dāng)中午12點時，他們分別在甲、乙兩地同時開始播放命運交響曲，我們站在乙地聽音樂，那么我們將聽到從甲地傳來的音樂會稍微落后于乙地的，如果我們能測量出節(jié)拍落后了多少，那么把落后的時間乘以聲音傳播的速度就可以得到甲乙兩地的距離。 這個時間時間測量得越準(zhǔn)，距離就越準(zhǔn)（其實中世紀(jì)的水手們航海時已經(jīng)懂得用歌聲來進(jìn)行測量）

10、，GPS的“信號結(jié)構(gòu)”就相當(dāng)于一首特殊的歌曲，歌曲的名叫做“Pseudo Random Code（偽距碼）”。匹配衛(wèi)星與接收機兩者的偽距碼可以測量出時間，即兩者間的距離。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司二、二、GPS的定位原理的定位原理3.為了測量無線電信號在空中傳播的時間，GPS需要非常精確的定時定時。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司二、二、GPS的定位原理的定位原理 現(xiàn)在我們知道了測量時間準(zhǔn)確性的重要性，我們的表哪怕有千分之一秒的誤差，乘以光速后，我們將會得到300公里的距離誤差 。 對于衛(wèi)星一端而言，時間是很準(zhǔn)的，因為它們使用了原子鐘（俄羅斯的衛(wèi)星系統(tǒng)GLONASS沒有美

11、國的好，根本原因之一就是鐘沒有美國的準(zhǔn)）。 對于用戶的接收機一端而言，如果使用原子鐘的話，每一臺接收機的價格幾乎等于一顆衛(wèi)星的價格（真正的“天文數(shù)字”）！ 但是，GPS的設(shè)計師們是真正的科學(xué)家，他們卓越的設(shè)計使得接收機一端對時間精度的要求不需要那么的高。秘密就是前面我們提到的“通過數(shù)學(xué)的方法3顆衛(wèi)星就可以得到用戶的位置，第4顆衛(wèi)星的觀測是由于某個技術(shù)原因某個技術(shù)原因”。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司二、二、GPS的定位原理的定位原理 這個技術(shù)原因就是：第第4顆衛(wèi)顆衛(wèi)星的冗余觀測量改正了接收機因星的冗余觀測量改正了接收機因為時鐘不準(zhǔn)帶來的時間誤差為時鐘不準(zhǔn)帶來的時間誤差。3.為了測量無

12、線電信號在空中傳播的時間，GPS需要非常精確的定時定時。 如果所有測量的距離都沒有誤差，那么所有衛(wèi)星的距離都將相交于一點，就是我們的位置，但現(xiàn)在我們將發(fā)現(xiàn)，第4顆衛(wèi)星的距離與前面3顆的交點不重合。這時，接收機將會尋找一個改正量（第4顆衛(wèi)星），以使得接收機的時鐘改正到一個精確值，如此，我們就得到了原子鐘級別精度的時鐘，可以精確地測出接收機所在位置的坐標(biāo)了。所以接收機最少需要4個并行通道，以便能夠同時接收4顆衛(wèi)星。 現(xiàn)在，測量距離的問題已經(jīng)解決，可是，我們知道“后方交會”必須知道已知點的精確坐標(biāo)坐標(biāo)，所以，如何得到衛(wèi)星在空中的精確位置就是我們要討論的下一個問題。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限

13、公司二、二、GPS的定位原理的定位原理蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司二、二、GPS的定位原理的定位原理4.為了能通過“后方交會”測定接收機的位置，衛(wèi)星在太空中的位置位置必須精確已知。 高軌道運行和無時無刻的監(jiān)測是其保證。 為何GPS衛(wèi)星要運行在一千多公里的高空呢，因為這里幾乎不會受到大氣層的影響，而且衛(wèi)星的軌道的幾何關(guān)系相對簡單。用戶的接收機里面有一個“歷書（almanac）”程序，它時刻地告訴接收機在什么時候天空中的什么衛(wèi)星在什么位置。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司二、二、GPS的定位原理的定位原理4.為了能通過“后方交會”測定接收機的位置，衛(wèi)星在太空中的位置位置必須精確

14、已知。 地面控制站使用雷達(dá)可以精確地測出衛(wèi)星在空中的高程、位置和速度，這樣，通過地面控制，GPS衛(wèi)星的軌道位置將是十分精確的。地面控制站主要檢查影響衛(wèi)星運行的軌道的誤差，稱為“星歷（ephemeris）”，它是由太陽和月亮的引力以及陽光照射在衛(wèi)星上形成的光壓共同造成的。 當(dāng)美國國防部測量出了衛(wèi)星的精確位置，他們就把這個位置發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星就把這個新的改正位置信息加載到GPS信號中廣播出去。于是，衛(wèi)星就不僅僅具有了帶有時間信息的偽距碼，而且還具備了帶有位置信息的星歷星歷。5.最后，必須對GPS信號在大氣中傳播時的任何細(xì)節(jié)影響進(jìn)行改正改正。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司二、二、GPS的定位

15、原理的定位原理 到目前為止，我們的理論都是在真空真空中進(jìn)行的，可是在真實世界中，多種影響使得GPS的信號傳播不像數(shù)學(xué)計算的那么完美。 首先，我們說 衛(wèi)星到接收機的距離 = 光速 X 時間，可光速只有在真空中才是恒定的，當(dāng)無線電波穿過充滿微粒的電離層和充滿水蒸氣的對流層時，速度會變得慢了一點，結(jié)果就好像是衛(wèi)星時鐘不準(zhǔn)一樣。5.最后，必須對GPS信號在大氣中傳播時的任何細(xì)節(jié)影響進(jìn)行改正改正。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司二、二、GPS的定位原理的定位原理 我們可以改正這樣的誤差，一種方法是測量通常情況的天氣下光速會慢多少；另一種方法是比較兩個不同信號在大氣中的相對速度，以獲得一種處理大氣

16、誤差的手段。使用高精尖的高級GPS接收機進(jìn)行“雙雙頻頻”測量可以達(dá)到這一目的。 GPS衛(wèi)星發(fā)射兩種頻率的載波信號，即頻率為1575.42MHz的L1載波和頻率為1227.60HMz的L2載波，它們的頻率分別是基本頻率10.23MHz的154倍和120倍，它們的波長分別為19.03cm和24.42cm。 在L1和L2上分別調(diào)制著多種信號，這些信號主要有： C/A碼和P碼。C/A碼被調(diào)制在L1載波上，P碼被調(diào)制在L1、L2載波上。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司二、二、GPS的定位原理的定位原理5.最后，必須對GPS信號在大氣中傳播時的任何細(xì)節(jié)影響進(jìn)行改正改正。 其次，當(dāng)GPS信號達(dá)到地面

17、后，在到達(dá)我們的接收機以前，可能會在各種障礙物間多次反射，這就類似于我們在電視上看到的“重影”，這種現(xiàn)象在GPS中稱之為“多路徑效應(yīng)多路徑效應(yīng)”。優(yōu)秀的GPS接收機能夠運用某些高級的算法來削弱這種情況帶來的誤差。 最后，前面我們說過，衛(wèi)星的時鐘是十分精準(zhǔn)的，可是精準(zhǔn)并不是完美，這也會帶來一定的誤差。前面的這些誤差都是不得已的，可是，GPS也有人為的刻意降低精度的誤差存在著，很難讓人相信，對吧？這種人為的手段稱之為“SA政策（Selective Availability選擇可用性）”，其目的是不讓敵人或恐怖分子在精確武器上使用GPS，只有美國的軍隊才能進(jìn)行特殊的GPS譯碼，以去除SA的影響，從而

18、得到高精度的測量值。好在2000年5月1日，當(dāng)時的美國總統(tǒng)克林頓宣布停止SA政策，所以現(xiàn)在的民用用戶可以得到優(yōu)于10米的單點定位精度。 幸運的是，盡管存在以上許多誤差，但人們還是發(fā)現(xiàn)了某些方法，可以相當(dāng)有效的削弱它們對測量精度的影響，比如一種稱之為“差分差分GPS（DGPS = Differential GPS）”的系統(tǒng)。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司二、二、GPS的定位原理的定位原理5.最后，必須對GPS信號在大氣中傳播時的任何細(xì)節(jié)影響進(jìn)行改正改正。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司二、二、GPS的定位原理的定位原理 至此，我們已經(jīng)知道了GPS的工作原理了。回憶一下，原理分為

19、4個步驟：后方交會：后方交會：- 測量距離測量距離- 測量時間測量時間- 測量衛(wèi)星位置測量衛(wèi)星位置 - 誤差改正誤差改正蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司三、三、GPS差分技術(shù)原理及種類差分技術(shù)原理及種類1.DGPS(Differential GPS)，俗稱差分GPS。 差分GPS（DGPS，differential GPS-DGPS）就是首先利用已知精確三維坐標(biāo)的差分GPS基準(zhǔn)臺，求得偽距修正量或位置修正量，再將這個修正量實時或事后發(fā)送給用戶（GPS導(dǎo)航儀），對用戶的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，以提高GPS定位精度。如果說單點定位的GPS能夠幫助您找到飛機場，那么DGPS就能夠幫助您找到機場跑道

20、的中心。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司三、三、GPS差分技術(shù)原理及種類差分技術(shù)原理及種類 通常，我們根據(jù)DGPS所能達(dá)到的精度將DGPS細(xì)分為DGPS和RTK，它們與一般的GPS精度的關(guān)系為： 單點定位單點定位GPS（5米）米） DGPS（0.45米）米） RTK（1厘米）厘米） 1.DGPS(Differential GPS)，俗稱差分GPS。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司三、三、GPS差分技術(shù)原理及種類差分技術(shù)原理及種類2.DGPS工作原理 DGPS至少包括兩個接收單元，一個是基準(zhǔn)站（固定在一個地方不動），另外一個是流動站（不停地運動到需要測量的地點進(jìn)行測量）。其中，基

21、準(zhǔn)站是關(guān)鍵，所謂的“差分”就是由它來完成的。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司三、三、GPS差分技術(shù)原理及種類差分技術(shù)原理及種類 如上圖，在甲地放置了一臺基準(zhǔn)站，在乙地放置了一臺流動站。甲乙兩地相距不是很遠(yuǎn)（RTK要求約十幾公里，DGPS可以更遠(yuǎn)），所以甲乙兩地的大氣狀況等應(yīng)該幾乎相同，基準(zhǔn)站和流動站可視的衛(wèi)星也幾乎相同，這就使得甲乙電臺接收機的誤差狀況基本是一樣的。 全球定位系統(tǒng)之誤差來源種類繁多，而一般誤差來源可區(qū)分成三大類，即衛(wèi)星偏差、觀測偏差及與觀測相關(guān)之偏差。衛(wèi)星偏差：（1） 星歷誤差，由衛(wèi)星實際運行之軌道或瞬間位置與導(dǎo)航訊號中廣播星歷之軌道 預(yù)估資料間之偏差。（2） 衛(wèi)星時鐘

22、之偏差，衛(wèi)星上之時鐘與GPS接收機時鐘間之偏差；觀測偏差 ：指接收儀之時鐘誤差，即接收儀時鐘與全球定位系統(tǒng)時鐘間之偏差；與觀測相關(guān)之偏差： 為衛(wèi)星信號傳播過程中，因傳播介質(zhì)與環(huán)境所引起的偏差。如起始整數(shù)周波未定值、對流層或電離層傳播延遲、多路徑誤差、周波脫落值及精密值強弱度等因素。2.DGPS工作原理蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司三、三、GPS差分技術(shù)原理及種類差分技術(shù)原理及種類 在同一時刻，相距不遠(yuǎn)的地方，該區(qū)域內(nèi)的接收機的誤差情況基本是一樣的，這就是DGPS的理論基礎(chǔ)。即如果位置往某一個方向發(fā)生偏移，也都是所有位置同時往該方向發(fā)生偏移?；谶@點，如果我們知道了基準(zhǔn)站發(fā)生的偏移值，

23、那么讓流動站在測量時加上這個偏移，就可以得到流動站精確的坐標(biāo)。而基準(zhǔn)站之所以不動，目的就是要得到某一時刻它自己發(fā)生的偏移量是多少，該時刻，流動站無論動還是不動，只要加上這個偏移量就可以使自己測量的坐標(biāo)精確。2.DGPS工作原理蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司三、三、GPS差分技術(shù)原理及種類差分技術(shù)原理及種類3.DGPS的種類 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，位置差分， 偽距差分，偽距差分， 相位差分相位差分 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

24、改正數(shù)的具體內(nèi)容不一樣，其差分定位精度也不同。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司三、三、GPS差分技術(shù)原理及種類差分技術(shù)原理及種類 1. 位置差分原理位置差分原理 這是一種最簡單的差分方法，任何一種GPS接收機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?；鶞?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

25、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。 3.DGPS的種類 2. 偽距差分原理偽距差分原理 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接收機均采用這種技術(shù)。國際海事 無線電委員會推薦的RTCM SC-104也采用了這種技術(shù)。 在基準(zhǔn)站上的接收機要求得它至可見衛(wèi)星的距離，并將此計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

26、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性影響。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司三、三、GPS差分技術(shù)原理及種類差分技術(shù)原理及種類3.DGPS的種類 3. 載波相位差分原理 載波相位差分技術(shù)又稱為RTK技術(shù)（real time kinematic），是建立在實時處理兩個測站的載波相位基礎(chǔ)上的。它能實時提供觀測點的三維坐標(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)據(jù)鏈實時將其載波觀測量及站坐

27、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)行實時處理，能實時給出厘米級的定位結(jié)果。 實現(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)。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司三、三、GPS差分技術(shù)原理及種類差分技術(shù)原理及種類3.DGPS的種類蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司三、三、GPS差分技術(shù)原理及種類差分技術(shù)原理及種類 總結(jié)一下，R

28、TK的工作的兩大要素： 1、共用共用衛(wèi)星顆數(shù) 2、基準(zhǔn)站差分?jǐn)?shù)據(jù)鏈發(fā)射方式數(shù)據(jù)鏈發(fā)射方式蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司四、四、GPS技術(shù)的發(fā)展趨勢技術(shù)的發(fā)展趨勢 針對RTK工作原理的兩大要素：1、共用衛(wèi)星顆數(shù)；2、差分?jǐn)?shù)據(jù)鏈發(fā)射方式。我們找到了一些新技術(shù)的發(fā)展方向。 （1）針對RTK的OEM主板開發(fā)支持雙星、三星雙星、三星系統(tǒng)，來獲得更多的共用衛(wèi)星顆數(shù)。全球的衛(wèi)星系統(tǒng)包括：美國的GPS衛(wèi)星系統(tǒng)、俄羅斯的GLONASS衛(wèi)星系統(tǒng)、歐盟的Galileo衛(wèi)星系統(tǒng)。 蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司四、四、GPS技術(shù)的發(fā)展趨勢技術(shù)的發(fā)展趨勢 （2）采用何種差分?jǐn)?shù)據(jù)鏈發(fā)射方式，一般我們現(xiàn)

29、在使用的是無線電臺無線電臺比如在海岸線上，國家建立了許多差分站，通過無線電不停發(fā)送改正數(shù)，使得過往的船只在近海能得到比較精確的坐標(biāo)。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司四、四、GPS技術(shù)的發(fā)展趨勢技術(shù)的發(fā)展趨勢 由于受到電臺的限制，差分?jǐn)?shù)據(jù)有一個作用距離，如下圖：因為距離比較短，且易受到干擾和阻擋，所以人們開始尋求其他形式的數(shù)據(jù)鏈，比如GPRS、CDMA等。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司四、四、GPS技術(shù)的發(fā)展趨勢技術(shù)的發(fā)展趨勢手機SIM卡、GPRS天線服務(wù)器IP地址輸入 但是，我們知道，即使數(shù)據(jù)鏈的作用距離可以無限遠(yuǎn)，受到差分原理的約束，流動站離基準(zhǔn)站越遠(yuǎn)，改正的效果越差，流動

30、站也不能離基準(zhǔn)站太遠(yuǎn)，否則大氣條件和共同可視衛(wèi)星將會有很大的不同，差分將失效。 那么怎么樣才能在一個大范圍內(nèi)得到穩(wěn)定的改正數(shù)呢？人們發(fā)展了許多技術(shù)，在這里我們說兩種： （1）是“基于衛(wèi)星的增強系統(tǒng)（SBAS）”。 （2）是“CORS系統(tǒng)，連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)”。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司四、四、GPS技術(shù)的發(fā)展趨勢技術(shù)的發(fā)展趨勢1、基于衛(wèi)星的增強系統(tǒng) Satellite-Based Augmentation System 這種系統(tǒng)一般由針對某個區(qū)域的靜地衛(wèi)星組成，這些衛(wèi)星對GPS作補充，提高了GPS的精度和可靠性。目前有多個這種系統(tǒng)存在，比如：廣域增強系統(tǒng)Wide-Area

31、Augmentation System (WAAS), 歐洲靜地衛(wèi)星導(dǎo)航重疊系統(tǒng)the European Geo-Stationary Navigation System (EGNOS), 日本的MSAS衛(wèi)星增強系統(tǒng) the MTSAT Satellite-Based Augmentation System (MSAS)，中國的北斗系統(tǒng)。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司四、四、GPS技術(shù)的發(fā)展趨勢技術(shù)的發(fā)展趨勢2、CORS系統(tǒng)，連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)。 蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司四、四、GPS技術(shù)的發(fā)展趨勢技術(shù)的發(fā)展趨勢 由于單獨一個基站的種種不便（區(qū)域小、精度隨著與基

32、站距離的增加而降低等），人們設(shè)想，為什么不能建立多個基站，并且這些基站長年不間斷運行，隨時提供差分信息呢？于是“CORS”這種系統(tǒng)就出現(xiàn)了。 CORS(Continuous Operational Reference System連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng))，是建立于現(xiàn)代衛(wèi)星技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化實時定位服務(wù)技術(shù)、現(xiàn)代移動通信技術(shù)基礎(chǔ)之上的大型城市定位與導(dǎo)航綜合服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，是城市“空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施”的最為重要的組成部分，也是數(shù)字城市多種空間數(shù)據(jù)采集的基準(zhǔn)參考框架，是現(xiàn)代化城市獲取和采集各類空間信息的位置、時間和與此相關(guān)的動態(tài)變化的一種基礎(chǔ)設(shè)施。 分別在ABCDEF六個地方建立了基站，它們每時

33、每刻不停接收GPS信號，然后把這些數(shù)據(jù)都統(tǒng)一傳送到一個地方“O”進(jìn)行處理，從而得到整個區(qū)域內(nèi)的各種信息。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司四、四、GPS技術(shù)的發(fā)展趨勢技術(shù)的發(fā)展趨勢2、CORS系統(tǒng)，連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司四、四、GPS技術(shù)的發(fā)展趨勢技術(shù)的發(fā)展趨勢2、CORS系統(tǒng)，連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)。 目前，國內(nèi)具體使用CORS系統(tǒng)的技術(shù)有兩種： （1）Trimble的”VRS”技術(shù)。 （2）LEICA 的“主、輔站主、輔站”技術(shù)。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司四、四、GPS技術(shù)的發(fā)展趨勢技術(shù)的發(fā)展趨勢（1）Trimble的”VR

34、S”技術(shù) 虛擬參考站VRS (VirtualReferenceStation)技術(shù)就是利用地面布設(shè)的多個參考站組成GPS連續(xù)運行參考站網(wǎng)絡(luò)（CORS）的觀測信息，通過建立精確的誤差模型來修正距離相關(guān)誤差，在用戶站附近產(chǎn)生一個物理上不存在的虛擬參考站，由于VRS一般通過流動站用戶接收機的單點定位解來確定，故VRS與用戶站構(gòu)成的基線通常只有十幾米，只要能夠生成VRS的觀測值或RTCM差分改正數(shù)，就可以在VRS和用戶站間實現(xiàn)常規(guī)差分解算。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司四、四、GPS技術(shù)的發(fā)展趨勢技術(shù)的發(fā)展趨勢（1）Trimble的”VRS”技術(shù) 圖中的B1、B2、Bn及服務(wù)器組成了CORS

35、，當(dāng)區(qū)域中的移動用戶需要差分改正數(shù)時，向服務(wù)器發(fā)送一個請求和自己的大概坐標(biāo)，服務(wù)器收到請求后根據(jù)用戶提供的大概坐標(biāo)計算出一組改正數(shù)發(fā)給用戶，這組改正數(shù)是通過CORS系統(tǒng)計算后給出的，效果就像是在用戶身邊不遠(yuǎn)的地方有一個基準(zhǔn)站發(fā)出的，所以稱為“虛擬”參考站。蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司 這個系統(tǒng)的優(yōu)點是，整個CORS區(qū)域可以很大，一般最長邊大約70公里（電臺僅10公里），因為邊太長無法使用一般無線電臺，所以使用GPRS等；同時測量精度不會有隨著與基準(zhǔn)站距離增大而降低的問題了，因為那個虛擬的基準(zhǔn)站總是被系統(tǒng)計算得在用戶的身邊不遠(yuǎn)處；整個大區(qū)域內(nèi)的大氣、衛(wèi)星等條件都可以根據(jù)多個基站的數(shù)據(jù)

36、進(jìn)行計算（差值、平差），使得區(qū)域內(nèi)任何一個位置的多種信息都可以得到。 VRS的出現(xiàn)將使一個地區(qū)的所有測繪工作成為一個有機的整體，結(jié)束以前GPS作業(yè)單打獨斗的局面。同時，它將大大擴展RTK的作業(yè)范圍，使GPS的應(yīng)用更廣泛，精度和可靠性將進(jìn)一步提高，使從前許多GPS無法完成的任務(wù)成為可能。四、四、GPS技術(shù)的發(fā)展趨勢技術(shù)的發(fā)展趨勢（1）Trimble的”VRS”技術(shù)蘇州一光儀器有限公司蘇州一光儀器有限公司四、四、GPS技術(shù)的發(fā)展趨勢技術(shù)的發(fā)展趨勢（2）LEICA 的“主、輔站主、輔站”技術(shù) 當(dāng)區(qū)域中的移動用戶需要差分改正數(shù)時，向服務(wù)器發(fā)送一個請求和自己的大概坐標(biāo)，服務(wù)器收到請求后根據(jù)用戶提供的大概坐標(biāo)，然后把距離移動用戶的最近的基站參考差分信息（作為主要基準(zhǔn)站）發(fā)給移動用戶，再把距離移動用戶稍遠(yuǎn)的一個基站的參考差分信息（作為輔基準(zhǔn)站）發(fā)給