差分GPS定位原理

根據差分GPS基準站發(fā)送的信息方式可將差分GPS定位分為三類(lèi)，即：位置差分、偽距差分和相位差分。這三類(lèi)差分方式的工作原理是相同的，即都是由基準站發(fā)送改正數，由用戶(hù)站接收并對其測量結果進(jìn)行改正，以獲得精確的定位結果。所不同的是，發(fā)送改正數的具體內容不一樣，其差分定位精度也不同。

1. 位置差分原理

這是一種最簡(jiǎn)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。

安裝在基準站上的GPS接收機觀(guān)測4顆衛星后便可進(jìn)行三維定位，解算出基準站的坐標。由于存在著(zhù)軌道誤差、時(shí)鐘誤差、SA影響、大氣影響、多徑效應以及其他誤差，解算出的坐標與基準站的已知坐標是不一樣的， 存在誤差?；鶞收纠脭祿湆⒋烁恼龜蛋l(fā)送出去，由用戶(hù)站接收，并且對其解算的用戶(hù)站坐標進(jìn)行改正。

最后得到的改正后的用戶(hù)坐標已消去了基準站和用戶(hù)站的共同誤差，例如衛星軌道誤差、 SA影響、大氣影響等，提高了定位精度。以上先決條件是基準站和用戶(hù)站觀(guān)測同一組衛星的情況。 位置差分法適用于用戶(hù)與基準站間距離在100km以?xún)鹊那闆r。

2. 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(wú)線(xiàn)電委員會(huì )推薦的RTCM SC-104也采用了這種技術(shù)。

在基準站上的接收機要求得它至可見(jiàn)衛星的距離，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(gè)α-β濾波器將此差值濾波并求出其偏差。然后將所有衛星的測距誤差傳輸 給用戶(hù)，用戶(hù)利用此測距誤差來(lái)改正測量的偽距。最后，用戶(hù)利用改正后的偽距來(lái)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(zhù)用戶(hù)到基準站距離的增加又 出現了系統誤差，這種誤差用任何差分法都是不能消除的。用戶(hù)和基準站之間的距離對精度有決定性影響。

3. 載波相位差分原理

測地型接收機利用GPS衛星載波相位進(jìn)行的靜態(tài)基線(xiàn)測量獲得了很高的精度（10-6～10-8）。 但為了可靠地求解出相位模糊度，要求靜止觀(guān)測一兩個(gè)小時(shí)或更長(cháng)時(shí)間。這樣就限制了在工程作業(yè)中的應用。于是探求快速測量的方法應運而生。例如，采用整周模糊度快速逼近技術(shù)（FARA）使基線(xiàn)觀(guān)測 時(shí)間縮短到5分鐘，采用準動(dòng)態(tài)（stop and go），往返重復設站（re-occupation）和動(dòng)態(tài)（kinematic） 來(lái)提高GPS作業(yè)效率。這些技術(shù)的應用對推動(dòng)精密GPS測量起了促進(jìn)作用。但是，上述這些作業(yè)方式都是事后進(jìn)行數據處理， 不能實(shí)時(shí)提交成果和實(shí)時(shí)評定成果質(zhì)量，很難避免出現事后檢查不合格造成的返工現象。

差分GPS的出現，能實(shí)時(shí)給定載體的位置，精度為米級，滿(mǎn)足了引航、水下測量等工程的要求。位置差分、偽距差分、 偽距差分相位平滑等技術(shù)已成功地用于各種作業(yè)中。隨之而來(lái)的是更加精密的測量技術(shù) — 載波相位差分技術(shù)。

載波相位差分技術(shù)又稱(chēng)為RTK技術(shù)（real time kinematic），是建立在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測站的載波相位基礎上的。它能實(shí)時(shí)提供觀(guān)測點(diǎn)的三維坐標，并達到厘米級的高精度。

與偽距差分原理相同，由基準站通過(guò)數據鏈實(shí)時(shí)將其載波觀(guān)測量及站坐標信息一同傳送給用戶(hù)站。用戶(hù)站接收GPS衛星的載波相位 與來(lái)自基準站的載波相位，并組成相位差分觀(guān)測值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，能實(shí)時(shí)給出厘米級的定位結果。

實(shí)現載波相位差分GPS的方法分為兩類(lèi)：修正法和差分法。前者與偽距差分相同，基準站將載波相位修正量發(fā)送給用戶(hù)站，以改正其載波相位，然后求解坐標。后者將基準站采集的載波相位發(fā)送給 用戶(hù)臺進(jìn)行求差解算坐標。前者為準RTK技術(shù)，后者為真正的RTK技術(shù)。