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1、东南大学 GPS测量原理及其应用 于先文 ,第六章 GPS差分定位,东南大学 GPS测量原理及其应用 于先文 ,1.1 问题的提出,做为未知数求解,利用模型计算误差,计算值和观测值,测码,测相,由于误差模型的不完善，模型计算误差后的残差依然较大，难以满足测量的高精度要求，为了实现较高的测量精度，需要利用误差间的时空相关性，对误差进行消除或消弱。,对于单点定位,东南大学 GPS测量原理及其应用 于先文 ,为满足较高精度的测量需求，通常需要在两个测站同步观测相同的卫星，利用误差对两个测站影响的相似性，得到较高精度的测站坐标。一般采取如下措施： 1、对测码伪距采用差分定位技术 2、对载波相位采用载波
2、相对定位技术,1.1 问题的提出（续）,东南大学 GPS测量原理及其应用 于先文 ,差分GPS定位技术，是将GPS接收机安置在基准站上进行观测，根据已知的基准站的精密坐标计算出坐标、距离或相位改正数，并由基准站通过数据链实时将改正数发送给用户接收机，从而改正其定位结果，提高定位精度。根据基准站发送信息内容的不同，差分GPS定位分为 1、位置差分 2、伪距差分 3、相位平滑伪距差分,1.1 问题的提出（续）,东南大学 GPS测量原理及其应用 于先文 ,基准站用数据链将这些改正数发送出去，用户接收机接收后即可对解算出的用户站坐标进行改正：,用户测得坐标,坐标改正数,东南大学 GPS测量原理及其应用
3、 于先文 ,若顾及用户接收机位置改正值的瞬时变化，上式可进一步写成 ：,由于网络延迟等原因，导致差分数据应用时延时间,历元间隔,东南大学 GPS测量原理及其应用 于先文 ,经上述改正后，用户坐标中消去了基准站与用户站的共同误差，例如卫星轨道误差、大气影响等，提高了定位精度。 该方法的优点：计算简单，适用于各种型号的GPS接收机。 该方法的缺点：该方法要求基准站与用户站必须观测同一组卫星，这在近距离可以做到，但距离较长时很难满足。因此，位置差分只适用于基准站与用户站相距100km以内的情况,东南大学 GPS测量原理及其应用 于先文 ,伪距差分是目前用途最广的一种差分技术。几乎所有的商用差分GPS
4、接收机均采用这种技术。 在基准站上观测所有卫星，根据基准站的已知精密坐标（X0,Y0,Z0）和由星历数据计算得的卫星坐标，按下式求出每颗卫星在该时刻到基准站的真正距离,设此时测得的伪距为 ,则伪距改正数及其变化率为：,3.1 伪距差分,历元间隔,东南大学 GPS测量原理及其应用 于先文 ,基准站将 和 发送给用户站，用户站在测出的伪距 上加以改正，即可求出经改正后的伪距：,只要观测4颗卫星，利用改正后的伪距就可列出伪距观测方程，进一步计算出用户站的坐标。,3.1 伪距差分（续）,东南大学 GPS测量原理及其应用 于先文 ,伪距差分优点： （1）由于计算的伪距改正数是直接在WGS-84坐标上进行
5、的，即得到的是直接改正数，所以能达到较高的精度。 （2）这种改正数能提供 和 ，所以在未得到改正数的空隙内能继续精密定位。 （3）基准站能提供所有卫星的改正数，而用户站只需接收4颗卫星即可进行改正，无需与基准站接收相同的卫星数。因此，用户站采用具有差分功能的简易接收机即可。,3.1 伪距差分（续）,东南大学 GPS测量原理及其应用 于先文 ,伪距差分不足： 与位置差分相似，伪距差分能将两站间的公共误差抵消，但随着基准站与用户站之间距离的增加，系统误差将会明显增加，且这种误差采用任何差分方法都不能予以消除。因此，基准站与用户站之间的距离对伪距差分的精度有决定性影响。,3.1 伪距差分（续）,东南
6、大学 GPS测量原理及其应用 于先文 ,扩展伪距差分又称广域差分。为了在一个广阔的地区内提供高精度的差分GPS服务，将若干个基准站和主站组成差分GPS网。主差分站接收来自各个监测站的差分GPS信号，然后将其组合并形成在扩展区域内的有效差分GPS改正电文，通过卫星通信线路或无线电数据链把扩展GPS改正信号传送给用户站，这就形成了扩展的差分GPS。,3.2 扩展伪距差分,东南大学 GPS测量原理及其应用 于先文 ,扩展差分GPS的基本思想是对GPS观测量的误差源加以区分，并单独对每一种误差分别加以“模型化”，然后将计算出的每一误差源的数值，通过数据链传输给用户站，改正用户站的GPS定位误差。具体而
7、言，其误差集中表现在以下三个方面 ： （1）星历误差 广播星历是一种外推星历，精度不高，约在20m左右，它是GPS定位的主要误差来源之一。扩展差分GPS依赖区域精密定轨，确定精密星历，取代广播星历。,3.2 扩展伪距差分（续）,东南大学 GPS测量原理及其应用 于先文 ,（2）大气时延误差（包括电离层时延和对流层时延） 常规差分GPS提供的综合值改正值误差较大，这是因为用户站与基准站两地面大气层的电子密度和水气密度不同，对GPS信号的时延也就不一样。广域差分GPS技术通过建立精确的区域大气时延模型，能够精确地计算出其作用区域内的大气时延量。 （3）卫星钟差 对星历误差和大气时延误差进行精确改正
8、后，残余误差中卫星钟差影响最大。常规差分GPS利用广播星历提供的卫星钟差改正数仅近似反映了卫星钟与标准GPS时间的物理差异。而广域差分GPS可以计算出卫星钟各时刻的精确钟表值。,3.2 扩展伪距差分（续）,东南大学 GPS测量原理及其应用 于先文 ,与伪距差分相比，广域差分不仅扩大了差分GPS的有效工作范围，而且保证了该区域的定位精度，表中的数据也进一步说明了这一点。,3.2 扩展伪距差分（续）,东南大学 GPS测量原理及其应用 于先文 ,位置差分和伪距差分很好地消弱了两个测站所含有的共同的系统误差，但是却无法消除伪距观测值中所含的随机误差，从而限制了伪距差分定位的精度。 由于载波相位测量的精
9、度比码相位测量的精度高2个数量级，所以，若能获得载波整周数，就可获得高精度的伪距测量值。,4.1 相位平滑伪距差分的出发点,东南大学 GPS测量原理及其应用 于先文 ,利用载波观测值辅助测距码进行伪距测量，则可以获得比单独采用码伪距测量更高的精度。这一思路称为相位平滑伪距测量,载波整周数无法测得,可测得 载波观测值,4.1 相位平滑伪距差分的出发点（续）,东南大学 GPS测量原理及其应用 于先文 ,4.2 相位平滑原理,两个历元的载波观测方程,两式相减,东南大学 GPS测量原理及其应用 于先文 ,两个历元的伪距观测方程,4.2 相位平滑原理（续）,两式相减，并项,将载波相应项代入，得,东南大学
10、 GPS测量原理及其应用 于先文 ,同理可得,4.2 相位平滑原理（续）,参照,东南大学 GPS测量原理及其应用 于先文 ,于是,可见，由其他历元的伪距观测量及这两历元间的载波相位观测值之差可推得某特定历元的伪距观测量。,各历元伪距观测值的平均值精度较高,各历元载波相位观测值精度很高，这里可忽略不计,得到该特定历元的伪距观测值精度较高,4.2 相位平滑原理（续）,东南大学 GPS测量原理及其应用 于先文 ,利用两历元的载波相位观测值之差，可以把各历元的伪距观测值归算到某一个特定历元，取平均虚拟出一个精度较高的伪距观测值，这样的技术叫做相位平滑伪距技术。 很显然，结合伪距差分原理，分别对基站和流动站进行相位平滑伪距，实现对随机误差的消弱；通过差分，实现对系统误差有效消弱，最终达到较高的定位精度。,4.2 相位平滑原理（续）,
