本文以DGPS為例來(lái)說(shuō)明差分定位技術(shù)

首先提個(gè)問(wèn)題：我們?yōu)槭裁匆捎貌罘諫PS定位技術(shù)測(cè)量？

答案是：絕對(duì)定位精度不能滿足要求。

一、DGPS簡(jiǎn)介

DGPS:差分全球定位系統(tǒng)(Differential Global Position System).

目前 GPS 系統(tǒng)提供的定位精度是優(yōu)于 10 米，而為得到更高的定位精度，我們通常采用差分 GPS 技術(shù)：將一臺(tái) GPS 接收機(jī)安置在基準(zhǔn)站上進(jìn)行觀測(cè)。根據(jù)基準(zhǔn)站已知精密坐標(biāo)，計(jì)算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離改正數(shù)，并由基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)將這一數(shù)據(jù)發(fā)送出去。用戶接收機(jī)在進(jìn)行 GPS 觀測(cè)的同時(shí)，也接收到基準(zhǔn)站發(fā)出的改正數(shù)，并對(duì)其定位結(jié)果進(jìn)行改正，從而提高定位精度。

差分 GPS 分為兩大類：偽距差分和載波相位差分

差分的優(yōu)點(diǎn)

（1）消除衛(wèi)星鐘鐘差

（2）消除衛(wèi)星星歷誤差

（3）消除電離層延遲

（4）消除對(duì)流層延遲

（5）將接收機(jī)鐘鐘差做為未知數(shù)求出以上措施將有效地提高GPS定位精度，一般而言，以坐標(biāo)方式差分可達(dá)±5m的精度，以偽距方式可達(dá)±（1～3）m級(jí)精度，以載波相位方式可達(dá)±（1～3）cm的精度，高程精度為平面精度的2～3倍。

RTK測(cè)量原理圖

二、差分GPS的分類

（1）按接收機(jī)天線所處狀態(tài)分類

1. 動(dòng)態(tài)
2. 靜態(tài)
3. 動(dòng)靜合一

（2）按系統(tǒng)處理的方式（數(shù)字模型）分類

1. 坐標(biāo)差分
2. 偽距差分
3. 載波相位差分
4. 偽距差分、載波相位差分合一

（3）按數(shù)據(jù)（x，y，H或B，L，H）獲取方式分

1.   實(shí)時(shí)     
2.   后處理      
3.   實(shí)時(shí)、后處理合一

（4）按基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通訊方式

1. 單基準(zhǔn)站差分（1對(duì)1或1對(duì)n，海上50km，陸地10km，陸地RTK5km）
2. 信標(biāo)差分(1對(duì)n)(海上500km，陸地100km） 
3. 局域差分( M對(duì)n，衛(wèi)星通訊，有償使用 )
4. 廣域差分( M對(duì)n，衛(wèi)星通訊，有償使用 )

這里主要介紹偽距1對(duì)n后處理差分系統(tǒng)，其平面定位精度可達(dá)±1m，高程定位精度可達(dá)±（2—3）m，作用距離可達(dá)200km。

三、差分系統(tǒng)構(gòu)成

（1）基準(zhǔn)站（坐標(biāo)已知，固定不動(dòng)，視野開(kāi)闊，遠(yuǎn)離大水體，遠(yuǎn)離電磁波天線）

1. GPS接收機(jī)主機(jī)
2. GPS接收機(jī)電源
3. GPS天線
4. GPS控制記錄器
5. GPS接插件及對(duì)中桿（基準(zhǔn)站含支架）
6. GPS集裝箱

  若為實(shí)時(shí)差分，還需通訊電臺(tái)

（2）移動(dòng)站（可處于任意可接收四顆星的位置，其配置同基準(zhǔn)站，但為不含支架）

四、基準(zhǔn)站已知數(shù)據(jù)獲取

• GPS單機(jī)單點(diǎn)定位（±5m）
• GPS單機(jī)單點(diǎn)定位4小時(shí)均值（±1m ）
• 從測(cè)繪主管部門(mén)購(gòu)買（±0.5m ～±0.5cm ）
• 從地圖上解析（ ±1m ～ ±40m ）

五、差分GPS定位原理

從上式出發(fā)，推證偽距差分的一般數(shù)學(xué)模型。在基準(zhǔn)站A觀測(cè)j衛(wèi)星，測(cè)得偽距為：

式中ρjAt為t時(shí)刻A至衛(wèi)星j的真實(shí)距離，可用 幾何公式求得。由電臺(tái)送往移動(dòng)臺(tái)B點(diǎn)的差分改正為：

B點(diǎn)觀測(cè)的偽距為：

將偽距改正數(shù)加入(3-17)式，則有：

考慮到現(xiàn)有設(shè)備的通訊能力，A、B點(diǎn)間距不超過(guò)50km，因而LjBtrop≈LjAtrop，LjBion≈LjAion，上式中可消除衛(wèi)星鐘差、對(duì)流層、電離層的影響，令c(VＴＢ-VＴＡ)＝d，則上式可表示為：

將上按臺(tái)勞級(jí)數(shù)展開(kāi)，得：

因A、B二點(diǎn)之距小于50km,故ljAt≈ljBt，mjAt≈mjBt，njAt≈njBt，ρjAt０、ρjBt０為ρjＡt、ρjBt的初值，從而依上式可大部分消除衛(wèi)星星歷誤差，進(jìn)一步整理為：

當(dāng)有n(n>4)顆同步觀測(cè)衛(wèi)星時(shí)，按最小二乘法表示的偽距差分模型為：

六、差分GPS技術(shù)

A  外業(yè)觀測(cè)

（1）基準(zhǔn)臺(tái)設(shè)置要求

1. GPS天線平面10°仰角以上無(wú)大片障礙物阻擋衛(wèi)星信號(hào)
2. 基準(zhǔn)站至測(cè)區(qū)有視野應(yīng)開(kāi)闊，無(wú)高大建筑物或高山阻擋
3. 100米內(nèi)無(wú)強(qiáng)大有電磁波輻射源，如微波站、大樓電梯電動(dòng)機(jī)房正樓頂?shù)?/li>
4. 要有一定的海平面高度，建議在較遠(yuǎn)距離工作時(shí)，將基準(zhǔn)站設(shè)置在高樓樓頂或山頂上

（2）安置儀器，開(kāi)機(jī)，設(shè)置有關(guān)參數(shù)，如歷元數(shù)、儀器高等輸入文件名

1. 基準(zhǔn)站人就可以離去，有遮傘下雨問(wèn)題不大
2. 移動(dòng)站安置儀器，開(kāi)機(jī)，設(shè)置采樣歷元數(shù)，輸入文件包名，可對(duì)應(yīng)每個(gè)文件名
3. 移動(dòng)站測(cè)繪，可加入觀測(cè)點(diǎn)屬性

B  內(nèi)業(yè)處理

（1）將基準(zhǔn)站、基準(zhǔn)站文件傳入微機(jī)或便攜機(jī)

（2）將基準(zhǔn)站、基準(zhǔn)站文件在微機(jī)或便攜機(jī)上求差分（自動(dòng)處理），顯示圖形

（3）求算面積，給出測(cè)量點(diǎn)并打印

（4）將觀測(cè)結(jié)果進(jìn)入GIS或數(shù)字電子地圖，補(bǔ)測(cè)補(bǔ)繪地物

C  固定樣地標(biāo)定

七、GPS靜態(tài)定位技術(shù)

用戶接收機(jī)i和基準(zhǔn)站接收機(jī)j同時(shí)跟蹤一顆編號(hào)為i的衛(wèi)星，則載波相位觀測(cè)方程可以表示為:

顯然，由兩個(gè)整數(shù)相減得到的單差整周模糊度

仍是一個(gè)整數(shù)，而一旦的

值被正確求解出來(lái)，那么單差載波相位

就成為既沒(méi)有模糊度又具有高精度的單差距離測(cè)量值。

單差——不同觀測(cè)站同步觀測(cè)相同衛(wèi)星所得觀測(cè)量之差

雙差——不同觀測(cè)站同步觀測(cè)一組衛(wèi)星所得觀測(cè)量的單差之差

三差——不同觀測(cè)站同步觀測(cè)同一組衛(wèi)星所得觀測(cè)量的雙差之差

RTK關(guān)鍵技術(shù)——初始化，通訊

八、載波相位差分(單差、雙差、三差)原理

觀測(cè)站A、B對(duì)衛(wèi)星j的觀測(cè)值分別為：

單差：消除了衛(wèi)星鐘差，基本消除了電流層、對(duì)流層延遲誤差。

雙差：消除了星歷誤差，進(jìn)一步消除了電流層、對(duì)流層延遲誤差。

三差：消除了整周模糊度、電流層、對(duì)流層延遲誤差。

原則：用雙差不用單差，用固定解不用浮點(diǎn)解

九、CORS系統(tǒng)

連續(xù)運(yùn)行參考站(CORS)，可定義為：一個(gè)或若干個(gè)固定的、連續(xù)運(yùn)行的GNSS參考站，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)(LAN／WAN)技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動(dòng)地提供經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的不同類型的GNSS觀測(cè)值(載波相位，偽距)，各種改正數(shù)、狀態(tài)信息，以及其他有關(guān)GNSS服務(wù)項(xiàng)目的系統(tǒng)。

網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)

• 無(wú)需架設(shè)基準(zhǔn)站，省去了野外工作中的值守人員和架設(shè)參考站的時(shí)間，降低了作業(yè)成本，提高了生產(chǎn)效率；
• 傳統(tǒng)“1+1”GNSS接收機(jī)真正等于2，生產(chǎn)效率雙倍提高 ；
• 不需要在四處找控制點(diǎn)；
• 擴(kuò)大了作業(yè)半徑，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)能夠得到均等的精度；
• 在CORS覆蓋區(qū)域內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)繪系統(tǒng)和定位精度的統(tǒng)一，便于測(cè)量成果的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換和多用途處理。

CORS系統(tǒng)

參考站及控制中心

CORS系統(tǒng)組成

參考站  +  控制中心  +  用戶部分