差分GPS定位原理

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、偽距差分和相位差分。這三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(duì)其測(cè)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)送改正數(shù)的具體內(nèi)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(jī)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(jī)觀測(cè)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(shí)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。基準(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(duì)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(cè)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。

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(jī)均采用這種技術(shù)。國(guó)際海事 無線電委員會(huì)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(jī)要求得它至可見衛(wèi)星的距離，并將此計(jì)算出的距離與含有誤差的測(cè)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(wèi)星的測(cè)距誤差傳輸 給用戶，用戶利用此測(cè)距誤差來改正測(cè)量的偽距。最后，用戶利用改正后的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(duì)精度有決定性影響。

3. 載波相位差分原理

測(cè)地型接收機(jī)利用GPS衛(wèi)星載波相位進(jìn)行的靜態(tài)基線測(cè)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，要求靜止觀測(cè)一兩個(gè)小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間。這樣就限制了在工程作業(yè)中的應(yīng)用。于是探求快速測(cè)量的方法應(yīng)運(yùn)而生。例如，采用整周模糊度快速逼近技術(shù)（FARA）使基線觀測(cè) 時(shí)間縮短到5分鐘，采用準(zhǔn)動(dòng)態(tài)（stop and go），往返重復(fù)設(shè)站（re-occupation）和動(dòng)態(tài)（kinematic） 來提高GPS作業(yè)效率。這些技術(shù)的應(yīng)用對(duì)推動(dòng)精密GPS測(cè)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(shù)據(jù)處理， 不能實(shí)時(shí)提交成果和實(shí)時(shí)評(píng)定成果質(zhì)量，很難避免出現(xiàn)事后檢查不合格造成的返工現(xiàn)象。

差分GPS的出現(xiàn)，能實(shí)時(shí)給定載體的位置，精度為米級(jí)，滿足了引航、水下測(cè)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。隨之而來的是更加精密的測(cè)量技術(shù) — 載波相位差分技術(shù)。

載波相位差分技術(shù)又稱為RTK技術(shù)（real time kinematic），是建立在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)站的載波相位基礎(chǔ)上的。它能實(shí)時(shí)提供觀測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并達(dá)到厘米級(jí)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(shí)時(shí)將其載波觀測(cè)量及站坐標(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(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，能實(shí)時(shí)給出厘米級(jí)的定位結(jié)果。

實(shí)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(tái)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)。