差分增強系統(tǒng)分類和局域差分GPS技術(shù)

衛(wèi)星導(dǎo)航差分與增強系統(tǒng)第二講差分與增強系統(tǒng)分類和GNSS局域差分技術(shù)主要內(nèi)容差分增強系統(tǒng)分類局域差分GPS實時定位技術(shù)局域差分GPS的作用和優(yōu)缺點常規(guī)RTK技術(shù)常規(guī)RTK概述

RTK類型

RTK系統(tǒng)

RTK的作業(yè)誤差多基準站RTKRTK應(yīng)用常見問題GNSS定位技術(shù)發(fā)展歷史非差相位精密單點定位（PPP）網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)偽距單點定位偽距差分定位載波靜態(tài)定位絕對定位相對定位常規(guī)RTK廣域差分定位PPP-RTK技術(shù)第一代第二代第三代第四代差分GNSS的分類根據(jù)時效性實時差分事后差分根據(jù)運動狀態(tài)靜靜差分靜動差分動動差分根據(jù)觀測值類型偽距差分載波相位差分根據(jù)差分觀測值類型位置差分（坐標差分）觀測值差分根據(jù)工作原理和差分模型局域差分（LADGPS–LocalAreaDGPS）單基準站差分多基準站差分廣域差分（WADGPS–WideAreaDGPS）全球差分位置差分距離差分距離改正坐標改正實時差分基準站設(shè)備通信模塊基準站接收機接收觀測數(shù)據(jù)生成差分改正數(shù)寫入到通訊模塊端口通信方式UHF（陸地15km）公共無線網(wǎng)絡(luò)(GPRS/CDMA)流動站設(shè)備通信模塊流動站接收機接收觀測數(shù)據(jù)接收差分改正數(shù)差分解算事后差分同步原始觀測數(shù)據(jù)采集流動站數(shù)據(jù)采集基準站數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和導(dǎo)入事后數(shù)據(jù)差分處理動態(tài)（基準站靜態(tài)、流動站動態(tài)）靜態(tài)（基準站和流動站都是動態(tài)）動動（基準站動態(tài)、流動站動態(tài)）事后動態(tài)差分處理的優(yōu)勢所有數(shù)據(jù)都可以用，有利于模糊度解算和周跳檢測，質(zhì)量控制可以進行正算和反算偽距差分（一）讀RINEX文件觀測值同步計算每個接收機的接收機鐘差計算衛(wèi)星位置沒有概略坐標（流動站），就是一個單點定位（坐標+接收機鐘差）基準站（有了準確坐標）組成雙差觀測值偽距差分（一）組成雙差觀測值單差觀測值（同一衛(wèi)星不同測站之間觀測值求差）選擇一個參考衛(wèi)星（觀測值質(zhì)量最好，選擇高度角最大的一顆衛(wèi)星）組成雙差觀測值偽距觀測方程系數(shù)矩陣常數(shù)矩陣最小二乘平差偽距差分（二）讀RINEX文件觀測值同步計算每個接收機的接收機鐘差計算衛(wèi)星位置沒有概略坐標（流動站），就是一個單點定位（坐標+接收機鐘差）基準站（有了準確坐標）計算出每顆衛(wèi)星的改正數(shù)（準確的幾何距離-偽距觀測值=改正數(shù)）流動站單點定位的時候（應(yīng)用改正數(shù)）流動站準確坐標偽距差分基本原理偽距觀測值偽距差分的特點偽距差分是基于雙差偽距觀測值進行的差分解算，因為偽距觀測值不存在模糊度的關(guān)系，因此算法簡單。但是由于偽距觀測值的量測精度不高，偽距差分定位的精度只能在分米級。偽距差分能抵消兩站之間的相關(guān)誤差，但隨著用戶離基準站的距離的增大，與空間相關(guān)的誤差的相關(guān)性在減小。這樣基準站對流動站的改正作用也越來越小，因此，流動站的定位精度相應(yīng)的迅速降低。載波相位差分的處理過程實時偽距差分工作流程載波相位實時差分工作流程實時動動差分過程差分增強系統(tǒng)分類局域差分增強系統(tǒng)較小范圍（地區(qū)，市，省級）單站和多站偽距差分和載波相位差分廣域差分增強系統(tǒng)較大范圍（洲）多站偽距差分和載波相位差分全球差分增強系統(tǒng)全球范圍多站精密單點定位技術(shù)世界已建或在建WAAS系統(tǒng)SA/WAASWAASEGNOSGAGANMSASQZSSChina增強系統(tǒng)（WAAS）北美地區(qū)WAAS歐洲EGNOS日本MSAS（MTSATSatellite-baseAugmentationSystem）QZSS印度GAGAN中國北斗增強系統(tǒng)全球差分系統(tǒng)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展，2000年，美國噴氣推進實驗室JPL（JetPropulsionLaboratory），提出基于網(wǎng)絡(luò)的全球差分系統(tǒng)IGDG(Internet-basedGlobalDifferentialGPS)，旨在實現(xiàn)全球任何地點、任何時間無縫隙高精度實時定位的思想，也稱為全球差分GPS系統(tǒng)。NASA(NationalAeronauticsSpaceAdministration)全球差分GPS網(wǎng)絡(luò)中的18基準站數(shù)據(jù)通過開放式網(wǎng)絡(luò)實時傳送到JPL計算實時衛(wèi)星位置與鐘差，并把廣播星歷軌道與鐘差的改正實時通過開放式網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給用戶，用戶實時定位的測試精度達到分米級。這對于廣域高精度實時定位取得了突破性的進展，IGDG與傳統(tǒng)的DGPS服務(wù)相比，定位精度提高了一個量級。2003年,IGDG增強GPS網(wǎng)絡(luò)中實時永久性跟蹤站的體系構(gòu)成，及DGPS服務(wù)領(lǐng)域擴展到世界范圍，實現(xiàn)全球差分GPS無縫隙的定位。NASA全球差分GPS系統(tǒng)動態(tài)精度達到水平10cm，高程20cm，差分信息的數(shù)據(jù)有效率達到99%以上，也是目前國際上唯一能實現(xiàn)全球?qū)崟r精密差分GPS定位的系統(tǒng)。下圖為美國NASA全球差分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。全球差分GPS結(jié)構(gòu)圖全球差分系統(tǒng)下圖為美國NASA全球差分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。2.局域差分GNSS實時定位技術(shù)技術(shù)特點向用戶提供綜合的差分改正GNSS信息－觀測值改正，而不是提供單個誤差源的改正組成基準站，數(shù)據(jù)通訊鏈路和用戶組成提高定位精度的原理基準站和用戶站對GNSS衛(wèi)星的同步同軌跟蹤的基礎(chǔ)上，若基準站和用戶站同步觀測同一刻衛(wèi)星的同一弧段，基準站和流動站間隔在一定范圍內(nèi)，則觀測值具有強相關(guān)性，即包含有相同的誤差。作用范圍和精度偽距差分<150km，1－5米相位差分<30km,2－5cm3.局域差分的作用和優(yōu)缺點局域差分的作用在局部地區(qū)建立控制網(wǎng)在局部地區(qū)提供較高精度的實時導(dǎo)航和定位服務(wù)優(yōu)點對硬件軟件要求不高，維持費用較低局部區(qū)域建立方便缺點定位精度隨著用戶站與基準站間的距離增加而降低3.常規(guī)RTK概述RTK（RealTimeKinematics）：利用載波相位進行實時定位。RTK算法本質(zhì)上是載波相位相對處理：單差，雙差。RTK技術(shù)的關(guān)鍵是動態(tài)雙差整周模糊度搜索和定位可靠性。FARA技術(shù)LAMDA技術(shù)雙頻P碼技術(shù)OTF技術(shù)……RTK類型載波相位差分基準站發(fā)送未改正的觀測值RTCMSC-104數(shù)據(jù)報文18，19精度：厘米級準載波相位差分基準站發(fā)送載波相位改正值RTCMSC-104數(shù)據(jù)報文20，21精度：分米級RTK系統(tǒng)基準站單元，數(shù)據(jù)鏈單元，流動站單元基準站流動站RTK系統(tǒng)-基準站要求：雙頻，具有RTK差分基準站數(shù)據(jù)輸出功能，帶有可抑制多路徑效應(yīng)的天線。觀測值：P1，P2，L1，L2采樣率：根據(jù)實際要求，一般要求1S或以上。輸出：RTCMSC104標準格式或CMRplus。結(jié)構(gòu)：GPS接收機、天線、數(shù)據(jù)發(fā)播設(shè)備RTK系統(tǒng)-基準站常用設(shè)備：Trimble4700/5700/5800，Leica500/530/1200，AshtechZxii，Novatel，……RTK系統(tǒng)-流動站要求：雙頻，具備RTK差分功能觀測值：P1、P2、L1、L2根據(jù)實際要求，一般要求1S或以上。輸入：RTCMSC-104或CMR組成：天線、接收機、數(shù)據(jù)接收設(shè)備、手簿流動站設(shè)備的組成數(shù)據(jù)處理模塊數(shù)據(jù)處理模塊的主要功能包括:與顯控手簿進行交互，進行各種參數(shù)的設(shè)置和顯示如天線高、差分模式等；連接氣象設(shè)備，實時獲取氣象參數(shù)；與XX+GPS接收模塊連接，實時獲取觀測數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)；按照設(shè)置的參數(shù)，進行氣象數(shù)據(jù)和觀測數(shù)據(jù)的存儲；接收差分信息并進行實時解碼；定位解算模塊，利用星歷和差分數(shù)據(jù)進行實時RTK定位。RTK流動站的數(shù)據(jù)處理和控制軟件RTK系統(tǒng)-流動站常用設(shè)備：Trimble4700/5700，Leica1200……RTK系統(tǒng)-數(shù)據(jù)鏈路UHF/VHF速度一般在200到4800bps，非連接優(yōu)點：面狀廣播式，可以同時供多個用戶使用，通信接入方式透明（RS-232接口）缺點：易受干擾，；陸地作用距離有限（經(jīng)驗值1w/km）公眾網(wǎng)絡(luò)：GSM，CDMA，GPRS速度一般在4800到150kbps，面向連接的方式優(yōu)點：可靠性好，距離不受限制缺點：受到公眾網(wǎng)絡(luò)的通信條件影響。RTK作業(yè)誤差與衛(wèi)星有關(guān)與傳播路徑有關(guān)與接收機有關(guān)與觀測環(huán)境有關(guān)多基站RTK流動站處理方式單站處理根據(jù)信號強度或距離選擇基準站進行常規(guī)RTK作業(yè)在某基準站出問題的情況下進行切換。本質(zhì)上是常規(guī)RTK。要求流動站通信設(shè)備具備自動掃頻功能。多站處理同時接收各基準站數(shù)據(jù)，處理時進行加權(quán)或組合處理對接收機運算能力要求很高要求流動站通信設(shè)備具備多通道接收能力。反向RTK工作原理基準站（數(shù)據(jù)中心）接收流動站的原始數(shù)據(jù)進行實時差分解算獲取流動站絕對坐標流動站采集原始觀測數(shù)據(jù)，并發(fā)送給基準站優(yōu)劣勢增加數(shù)據(jù)中心的負擔(dān)減少流動站的計算量和成本RTK常見問題可用性可靠性適用性定位延遲常規(guī)RTK存在的問題工作距離短定位精度隨距離的增加而顯著降低單參考站模式可靠性差大的區(qū)域內(nèi)作業(yè)需要多次設(shè)站或設(shè)立多個參考站。RTK作業(yè)可用性問題可用性問題：初始化時間過長（浮動解到固定解的時間），主要受衛(wèi)星數(shù)、電離層、多路徑等綜合影響?？臻g可用性距離：一般作業(yè)不要超過15km，南方地區(qū)更短。環(huán)境：實驗表明，距離地面1-2米的地方多路徑影響最為明顯。時間可用性時間段：避免中午及下午電離層高峰時期的作業(yè)衛(wèi)星數(shù)：6顆衛(wèi)星作業(yè)較為可靠。RTK作業(yè)中可靠性的問題可靠性問題：固定解的可靠程度精度指標：各種儀器給出的RTK精度實際上是固定整周后的定位精度（內(nèi)符合），不是與已知結(jié)果的比較（外符合）。整周固定：某些情況下固定的整周數(shù)是錯誤的，內(nèi)符合很好，但外符合很差