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  • NEWS新聞資訊

    GPS差分定位系統

    2021-08-13

    差分GPS可分為:單站GPS的差分、局部區域GPS差分、廣域差分。

    一、單站GPS的差分

    根據差分GPS基準站發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,即都是由基準站發送改正數,由用戶站接收并對其測量結果進行改正,以獲得精確的定位結果。所不同的是,發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!“惭b在基準站上的GPS接收機觀測4顆衛星后便可進行三維定位,解算出基準站的坐標。由于存在著軌道誤差、時鐘誤差、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,存在一個差值;鶞收纠脭祿湆⒋烁恼龜蛋l送出去,由用戶站接收,并且對其解算的用戶站坐標進行改正。

    最后得到的改正后的用戶坐標已消去了基準站和用戶站的共同誤差,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站觀測同一組衛星的情況。 位置差分法適用于用戶與基準站間距離在100km以內的情況。

    2. 偽距差分原理

    偽距差分是目前用途最廣的一種技術。幾乎所有的商用差分GPS接收機均采用這種技術。國際海事無線電委員會推薦的RTCM SC-104也采用了這種技術。

    在基準站上的接收機要求得它至可見衛星的距離,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,用戶利用此測距誤差來改正測量的偽距。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

    載波相位差分技術又稱為RTK技術(real time kinematics),是建立在實時處理兩個測站的載波相位基礎上的。它能實時提供觀測點的三維坐標,并達到厘米級的高精度。

    與偽距差分原理相同,由基準站通過數據鏈實時將其載波觀測量及站坐標信息一同傳送給用戶站。用戶站接收GPS衛星的載波相位與來自基準站的載波相位,并組成相位差分觀測值進行實時處理,能實時給出厘米級的定位結果。

    實現載波相位差分GPS的方法分為兩類:修正法和差分法。前者與偽距差分相同,基準站將載波相位修正量發送給用戶站,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送給用戶臺進行求差解算坐標。前者為準RTK技術,后者為真正的RTK技術。

    二、局部區域GPS差分系統

    局域差分(LADGPS)是在局部區域內布設一個GPS差分網,網內由若干個差分GPS基準站組成,通常還包含至少1個監控站。處于該局域內的用戶可根據多個基準站提供的改正信息,經平差后求得自己的改正數。它的作用距離一般在200~300km內,如我國沿海建設的信標差分網。

      局域差分GPS技術通常采用加權平均法或最小方差法對來自多個基準站的改正信息進行平差,求出自己的坐標改正數或距離改正數。

    三、廣域差分

    廣域差分(Wide Area DGPS,WADGPS)技術的基本思想是對GPS觀測量的誤差源加以區分,并對每一個誤差源分別加以"模型化",然后將計算出來的每一個誤差源的誤差修正值(差分改正值),通過數據通訊鏈傳輸給用戶,對用戶GPS接收機的觀測誤差加以改正,以達到削弱這些誤差源的影響,改善用戶GPS定位精度的目的。

    廣域差分主要模型化以下三類GPS定位的誤差源:星歷誤差、大氣延時誤差、衛星鐘差誤差。

    廣域差分GPS系統的工作流程:

    1) 在已知的多個監測站上,跟蹤觀測GPS衛星的偽距、相位等信息;

    2) 監測站將所接受的信息全部傳輸到中心站;

    3) 中心站計算出三項誤差改正;

    4) 將這些誤差改正用數據通訊鏈傳輸給用戶;

    5) 用戶根據這些誤差改正自己觀測到的偽距、相位、星歷等信息,計算出高精度結果。

    廣域差分GPS系統的特點:

    1) 用戶的定位精度對空間距離的敏感程度比較;

    2) 投資少,經濟效益好;

    3) 定位精度較高,且分布均勻;

    4) 可擴展性好;

    5) 技術復雜,維護費用高;可靠性及安全性稍差。


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