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1、GPSGPS原理及应用原理及应用讲授讲授:杨利兵杨利兵测绘本科生课程测绘本科生课程测绘本科生课程测绘本科生课程 石家庄经济学院石家庄经济学院石家庄经济学院石家庄经济学院Tel:13930172526Tel:13930172526Tel:13930172526Tel:13930172526GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第1页!差分差分GPS定位原理定位原理美国的美国的GPS政策政策第八讲第八讲 GPS卫星定位基本原理（三）卫星定位基本原理（三）GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第2页!差分定位差分定位静态定位中：相对定位静态定位中：相对定位动态定位中：动态定位中：
2、差分定位差分定位讲授内容讲授内容讲授内容讲授内容GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第3页!v两台两台GPS接收机分别安置在基线的两端，接收机分别安置在基线的两端，同步观测相同的同步观测相同的GPS卫星，以确定两台接卫星，以确定两台接收机天线之间的相对位置（坐标差）。收机天线之间的相对位置（坐标差）。GPS相对定位相对定位GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第4页!“(DGPS)Differential GPS”至少需两台接收机，分别在运动载体和基准至少需两台接收机，分别在运动载体和基准至少需两台接收机，分别在运动载体和基准至少需两台接收机，分别在运动载体和基准站上。两
3、台接收机同步观测一组卫星，基准站上。两台接收机同步观测一组卫星，基准站上。两台接收机同步观测一组卫星，基准站上。两台接收机同步观测一组卫星，基准接收机为动态接收机提供接收机为动态接收机提供接收机为动态接收机提供接收机为动态接收机提供差分改正数差分改正数差分改正数差分改正数（DGPSDGPS数据数据数据数据），动态接收机根据自己的观测值和差），动态接收机根据自己的观测值和差），动态接收机根据自己的观测值和差），动态接收机根据自己的观测值和差分改正数，精确解算用户的三维坐标。分改正数，精确解算用户的三维坐标。分改正数，精确解算用户的三维坐标。分改正数，精确解算用户的三维坐标。GPS卫星定位的基本原
4、理共71页，您现在浏览的是第5页!DGPS数据链的组成数据链的组成调制解调器调制解调器无线电电台无线电电台通过通过RS-232-C接口与信号接收接口与信号接收机相连机相连GPSGPS信号信号信号信号接收机接收机接收机接收机RS-232-CRS-232-C接口接口接口接口调制调制调制调制解调器解调器解调器解调器无线电无线电无线电无线电发射机发射机发射机发射机基准站上的基准站上的基准站上的基准站上的DGPSDGPS数据链数据链数据链数据链GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第6页!调制解调器调制解调器在基准站上：在基准站上：将将将将DGPSDGPS数据进行编码，进而将其调制在载波上，数
5、据进行编码，进而将其调制在载波上，数据进行编码，进而将其调制在载波上，数据进行编码，进而将其调制在载波上，送到无线电发射机送到无线电发射机送到无线电发射机送到无线电发射机在动态站上：在动态站上：从已调波中解调出从已调波中解调出从已调波中解调出从已调波中解调出DGPSDGPS数据，通过数据，通过数据，通过数据，通过RS-232-CRS-232-C接口送到信号接收机接口送到信号接收机接口送到信号接收机接口送到信号接收机GPSGPS信号信号信号信号接收机接收机接收机接收机RS-232-CRS-232-C接口接口接口接口调制调制调制调制解调器解调器解调器解调器无线电无线电无线电无线电发射机发射机发射机
6、发射机GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第7页!基准站基准站基准站坐标基准站坐标基准站坐标基准站坐标(X(X0 0,Y,Y0 0,Z,Z0 0)L1L1、L2(PL2(P、INTINT、FrdFrd（）)流动站流动站GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第8页!差分差分GPS分类（一）分类（一）按数据处理方式：按数据处理方式：实时实时DGPS测量测量后处理后处理DGPS测量测量 如：如：如：如：GPSGPS航空摄影测量技术航空摄影测量技术航空摄影测量技术航空摄影测量技术GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第9页!计算基准站的精密坐标与观测坐标的改计算基准站的
7、精密坐标与观测坐标的改正数；正数；基准站发送基准站发送坐标改正数坐标改正数，用户接收机接，用户接收机接收其并对自身观测值进行修正。收其并对自身观测值进行修正。位置差分原理位置差分原理GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第10页!位置差分的特点位置差分的特点优点：优点：-消去了基准站和用户站共同的误差消去了基准站和用户站共同的误差消去了基准站和用户站共同的误差消去了基准站和用户站共同的误差 -基准接收机只需向动态用户发送三个基准接收机只需向动态用户发送三个基准接收机只需向动态用户发送三个基准接收机只需向动态用户发送三个DGPSDGPS数据，数据，数据，数据，易于实施数据传输易于实施数
8、据传输易于实施数据传输易于实施数据传输 -计算简单，适用于各种型号接收机。计算简单，适用于各种型号接收机。计算简单，适用于各种型号接收机。计算简单，适用于各种型号接收机。缺点：缺点：-基准站与用户须观测同一组卫星，距离较长时难以基准站与用户须观测同一组卫星，距离较长时难以基准站与用户须观测同一组卫星，距离较长时难以基准站与用户须观测同一组卫星，距离较长时难以满足。满足。满足。满足。-随着站间距离的加长，动态用户的位置测量精度逐随着站间距离的加长，动态用户的位置测量精度逐随着站间距离的加长，动态用户的位置测量精度逐随着站间距离的加长，动态用户的位置测量精度逐渐降低渐降低渐降低渐降低GPS卫星定位
9、的基本原理共71页，您现在浏览的是第11页!伪距差分的计算步骤伪距差分的计算步骤1.根据基准站已知坐标（根据基准站已知坐标（根据基准站已知坐标（根据基准站已知坐标（X X0 0,Y Y0 0,Z Z0 0）和观测到的卫）和观测到的卫）和观测到的卫）和观测到的卫星星历星星历星星历星星历,计算每颗卫星每一时刻到基准站的真实距计算每颗卫星每一时刻到基准站的真实距计算每颗卫星每一时刻到基准站的真实距计算每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离，如下：离，如下：离，如下：离，如下：伪距改正数为：伪距改正数为：伪距改正数为：伪距改正数为：其变化率为：其变化率为：其变化率为：其变化率为：伪距伪距伪距伪距GPS卫星
10、定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第12页!C/A码伪距的单点定位和码伪距的单点定位和DGPS测量的精度估值比较测量的精度估值比较GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第13页!优点：优点：基准接收机发送的基准接收机发送的基准接收机发送的基准接收机发送的DGPSDGPS数据，是所有在视数据，是所有在视数据，是所有在视数据，是所有在视卫星的伪距改正数，动态接收机只需选用其中卫星的伪距改正数，动态接收机只需选用其中卫星的伪距改正数，动态接收机只需选用其中卫星的伪距改正数，动态接收机只需选用其中4 4颗以上的伪距改正值。颗以上的伪距改正值。颗以上的伪距改正值。颗以上的伪距改正值。缺点：
11、缺点：精度随基准站到用户的距离增加而降低。精度随基准站到用户的距离增加而降低。精度随基准站到用户的距离增加而降低。精度随基准站到用户的距离增加而降低。伪距差分的特性伪距差分的特性GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第14页!载波相位差分方法分类载波相位差分方法分类修正法（准修正法（准RTK）：）：将基准接收机的载波相位将基准接收机的载波相位将基准接收机的载波相位将基准接收机的载波相位修正值修正值修正值修正值发送给用户，发送给用户，发送给用户，发送给用户，改正用户接收到的载波相位，再解求坐标改正用户接收到的载波相位，再解求坐标改正用户接收到的载波相位，再解求坐标改正用户接收到的载波相
12、位，再解求坐标差分法（真差分法（真RTK）：）：将基准接收机的将基准接收机的将基准接收机的将基准接收机的载波相位载波相位载波相位载波相位发送给用户，进行发送给用户，进行发送给用户，进行发送给用户，进行求差解算坐标求差解算坐标求差解算坐标求差解算坐标GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第15页!v静态方法静态方法v动态方法动态方法载波相位差分求解的关键载波相位差分求解的关键起始相位模糊度的确定起始相位模糊度的确定GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第16页!伪距法伪距法v将载波相位测量的观测值将载波相位测量的观测值将载波相位测量的观测值将载波相位测量的观测值(化为以距离为
13、单位化为以距离为单位化为以距离为单位化为以距离为单位)减去伪距实际观测值后即可得到减去伪距实际观测值后即可得到减去伪距实际观测值后即可得到减去伪距实际观测值后即可得到NNo o。v由于伪距测量的精度较低，所以要有较多的由于伪距测量的精度较低，所以要有较多的由于伪距测量的精度较低，所以要有较多的由于伪距测量的精度较低，所以要有较多的NNo o取平均值后才能获得正确的整波段数。取平均值后才能获得正确的整波段数。取平均值后才能获得正确的整波段数。取平均值后才能获得正确的整波段数。所以，得所以，得所以，得所以，得GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第17页!多普勒法（三差法）多普勒法（三差
14、法）由于连续跟踪的所有载波相位观测值中由于连续跟踪的所有载波相位观测值中均含有相同的整周未知数均含有相同的整周未知数N0，所以将，所以将相邻两个观测历元的载波相位相减，就相邻两个观测历元的载波相位相减，就可消去可消去N0，从而解出坐标。然后再根，从而解出坐标。然后再根据坐标值求解据坐标值求解N0。GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第18页!单站差分技术的局限单站差分技术的局限测量精度随着站间距离的增加而降低测量精度随着站间距离的增加而降低 如：采用伪距法如：采用伪距法如：采用伪距法如：采用伪距法DGPSDGPS测量，站间距离为测量，站间距离为测量，站间距离为测量，站间距离为500
15、km500km时，时，时，时，用户定位误差为用户定位误差为用户定位误差为用户定位误差为 12.212.2mm；站间距离为；站间距离为；站间距离为；站间距离为600km600km时，用时，用时，用时，用户定位误差为户定位误差为户定位误差为户定位误差为 14.414.4mmGPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第19页!局部区域差分（局部区域差分（LADGPS）在局部区域布设差分在局部区域布设差分GPS网，该网由网，该网由若干个基准站组成，通常还包含一个若干个基准站组成，通常还包含一个或数个监控站。或数个监控站。位于区域中的用户根据多个基准站提位于区域中的用户根据多个基准站提供的供的改正
16、信息改正信息，经平差后求得自己的，经平差后求得自己的改正数。改正数。GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第20页!广域差分的基本思想广域差分的基本思想对对GPS观测量的误差源加以区分，并单独观测量的误差源加以区分，并单独对每一误差源分别加以对每一误差源分别加以“模型化模型化”，然，然后将计算出的每一误差源的数值，通过后将计算出的每一误差源的数值，通过数据链传输给用户，对用户数据链传输给用户，对用户GPS定位的定位的误差加以改正。误差加以改正。GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第21页!广域差分可纠正的误差种类广域差分可纠正的误差种类星历误差星历误差依赖区域精密定轨，确
17、定精密星历，取代广播星历依赖区域精密定轨，确定精密星历，取代广播星历依赖区域精密定轨，确定精密星历，取代广播星历依赖区域精密定轨，确定精密星历，取代广播星历大气延时误差大气延时误差通过建立精确的区域大气延时模型，能够精确地计算通过建立精确的区域大气延时模型，能够精确地计算通过建立精确的区域大气延时模型，能够精确地计算通过建立精确的区域大气延时模型，能够精确地计算出作用区内的大气时延量出作用区内的大气时延量出作用区内的大气时延量出作用区内的大气时延量卫星钟差误差卫星钟差误差可计算出卫星钟各时刻的精确钟差可计算出卫星钟各时刻的精确钟差可计算出卫星钟各时刻的精确钟差可计算出卫星钟各时刻的精确钟差GP
18、S卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第22页!广域差分的特点广域差分的特点定位精度对空间距离的敏感程度比局部区定位精度对空间距离的敏感程度比局部区定位精度对空间距离的敏感程度比局部区定位精度对空间距离的敏感程度比局部区域差分低得多；域差分低得多；域差分低得多；域差分低得多；更大的经济效益；更大的经济效益；更大的经济效益；更大的经济效益；定位精度均匀分布，且精度高；定位精度均匀分布，且精度高；定位精度均匀分布，且精度高；定位精度均匀分布，且精度高；覆盖区域广；覆盖区域广；覆盖区域广；覆盖区域广；硬件昂贵，技术复杂。可靠性和安全性不硬件昂贵，技术复杂。可靠性和安全性不硬件昂贵，技术复杂。可
19、靠性和安全性不硬件昂贵，技术复杂。可靠性和安全性不如单个的局域差分。如单个的局域差分。如单个的局域差分。如单个的局域差分。GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第23页!我国广域差分我国广域差分GPS系统系统CA码码单点定位试验单点定位试验 以库尔勒、喀什、和田为监测站，构成小区域网，选以库尔勒、喀什、和田为监测站，构成小区域网，选以库尔勒、喀什、和田为监测站，构成小区域网，选以库尔勒、喀什、和田为监测站，构成小区域网，选择距这一小网不同距离的四个地点作为用户位置择距这一小网不同距离的四个地点作为用户位置择距这一小网不同距离的四个地点作为用户位置择距这一小网不同距离的四个地点作为用户
20、位置 根据小网计算卫星相对钟差，用伪距法计算用户测站根据小网计算卫星相对钟差，用伪距法计算用户测站根据小网计算卫星相对钟差，用伪距法计算用户测站根据小网计算卫星相对钟差，用伪距法计算用户测站坐标，并与国家级点计算坐标比较坐标，并与国家级点计算坐标比较坐标，并与国家级点计算坐标比较坐标，并与国家级点计算坐标比较GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第24页!虚拟参考站系统组成虚拟参考站系统组成1.控制中心控制中心既是通讯控制中心，也是数据处理中心。通过通讯线（光既是通讯控制中心，也是数据处理中心。通过通讯线（光既是通讯控制中心，也是数据处理中心。通过通讯线（光既是通讯控制中心，也是数据
21、处理中心。通过通讯线（光缆，缆，缆，缆，ISDNISDN（综合业务数字网），电话线）与所有的固定参考综合业务数字网），电话线）与所有的固定参考综合业务数字网），电话线）与所有的固定参考综合业务数字网），电话线）与所有的固定参考站通讯；通过无线网络（站通讯；通过无线网络（站通讯；通过无线网络（站通讯；通过无线网络（GSMGSM，CDMACDMA，GPRS.GPRS.）与移动用）与移动用）与移动用）与移动用户通讯户通讯户通讯户通讯 2.固定站固定站分分分分布布布布在在在在整整整整个个个个网网网网络络络络中中中中，最最最最少少少少要要要要3 3 3 3个个个个站站站站，站站站站与与与与站站站站之之之
22、之间间间间的的的的距距距距离离离离可可可可达达达达70707070公里，数据实时的传送到控制中心公里，数据实时的传送到控制中心公里，数据实时的传送到控制中心公里，数据实时的传送到控制中心3.用户用户用用用用户户户户的的的的接接接接收收收收机机机机加加加加上上上上无无无无线线线线通通通通讯讯讯讯的的的的调调调调制制制制解解解解调调调调器器器器。通通通通过过过过无无无无线线线线网网网网络络络络将将将将自自自自己己己己初初初初始始始始位位位位置置置置发发发发给给给给控控控控制制制制中中中中心心心心，并并并并接接接接收收收收中中中中心心心心的的的的差差差差分分分分信信信信号号号号，生生生生成厘米级的位
23、置信息成厘米级的位置信息成厘米级的位置信息成厘米级的位置信息GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第25页!GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第26页!VRS相对于普通相对于普通RTK的的优势优势 1.覆盖范围广覆盖范围广 按按按按边边边边长长长长7070公公公公里里里里计计计计算算算算，一一一一个个个个三三三三角角角角形形形形可可可可覆覆覆覆盖盖盖盖面面面面积积积积为为为为22002200多多多多平平平平方方方方公公公公里里里里。北北北北京京京京市市市市区区区区面面面面积积积积900900多多多多平平平平方方方方公公公公里里里里，那那那那么么么么一一一一个个个个三三三
24、三角角角角形形形形（3 3个个个个站站站站）就就就就可可可可控控控控制整个北京市区。制整个北京市区。制整个北京市区。制整个北京市区。1010个站就可以完全控制北京全市。个站就可以完全控制北京全市。个站就可以完全控制北京全市。个站就可以完全控制北京全市。GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第27页!网络网络RTK的发展前景的发展前景将极大扩展将极大扩展GPSGPS的应用领域，业内人士认的应用领域，业内人士认为，未来为，未来5 5至至1010年，年，GPSGPS网络建设将高速网络建设将高速发展，而这种网络发展，而这种网络RTKRTK技术，将代表着技术，将代表着GPSGPS发展的方向。发
25、展的方向。目前我国只有深圳、北京（在建）、成目前我国只有深圳、北京（在建）、成都（在建）等地采用了此项技术。都（在建）等地采用了此项技术。GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第28页!SA和和AS政策政策GPS卫星发射的测距码：卫星发射的测距码：P码码 精密定位服务（精密定位服务（PPS）C/A码码 标准定位服务（标准定位服务（SPS）1989.111990.9：“SA”和和“AS”实实验验1991.7：实施：实施SA技术技术GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第29页!AS（Anti-Spoofing）技术）技术v将将P码与保密的码与保密的W码相加成码相加成Y码码，Y
26、码严格保密。码严格保密。v目的：目的：防止敌方使用防止敌方使用P码进行精密码进行精密导航定位。导航定位。GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第30页!针对针对SA和和AS政策的政策政策的政策应用应用P-W技术和技术和L1与与L2交叉相关技术交叉相关技术研制能同时接收研制能同时接收GPS和和GLONASS信号信号的接收机的接收机发展发展DGPS和和WADGPS差分差分GPS系统系统建立独立的建立独立的GPS卫星测轨系统卫星测轨系统建立独立的卫星导航与定位系统建立独立的卫星导航与定位系统GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第31页!研制能同时接收研制能同时接收GPS和和GL
27、ONASS信号的接收机信号的接收机GLONASS无无SA技术，定位精度高于技术，定位精度高于GPS接收机接收机GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第32页!建立独立的建立独立的GPS卫星测轨系统卫星测轨系统利用利用利用利用GPSGPS卫星，建立独立的跟踪系统，以卫星，建立独立的跟踪系统，以卫星，建立独立的跟踪系统，以卫星，建立独立的跟踪系统，以精密地测定卫星轨道，为用户提供精密星精密地测定卫星轨道，为用户提供精密星精密地测定卫星轨道，为用户提供精密星精密地测定卫星轨道，为用户提供精密星历服务历服务历服务历服务加拿大、澳大利亚和欧洲的一些国家在实加拿大、澳大利亚和欧洲的一些国家在实加
28、拿大、澳大利亚和欧洲的一些国家在实加拿大、澳大利亚和欧洲的一些国家在实施建立区域性或全球精密测轨系统的计划施建立区域性或全球精密测轨系统的计划施建立区域性或全球精密测轨系统的计划施建立区域性或全球精密测轨系统的计划以美国为首从以美国为首从以美国为首从以美国为首从19861986年开始建立的国际合年开始建立的国际合年开始建立的国际合年开始建立的国际合作作作作GPSGPS卫星跟踪网（卫星跟踪网（卫星跟踪网（卫星跟踪网（CIGNETCIGNET）GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第33页!GPS现代化计划现代化计划v 增加民用信号增加民用信号v 改善现有信号改善现有信号v 克服大气层效
29、应克服大气层效应v 改善地面设施改善地面设施v 开发第三代开发第三代GPS卫星卫星GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第34页!军用信号军用信号保护作战区内的军用服务，防止敌方使保护作战区内的军用服务，防止敌方使用用GPS服务，保存区域外的民用服务服务，保存区域外的民用服务军用军用PPS服务中提供新的军用服务中提供新的军用M码，比码，比现有的现有的P码功率大码功率大GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第35页!克服大气层效应克服大气层效应使用使用L2 C/A码与码与L1相结合，使电相结合，使电离层误差从离层误差从7.0m降低到降低到0.1mGPS卫星定位的基本原理共71
30、页，您现在浏览的是第36页!开发第三代开发第三代GPS卫星卫星2010年后开发新一代年后开发新一代GPS Block卫星和相关的地面控制网卫星和相关的地面控制网GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第37页!一个测站上对两个目标的观测值；一个测站上对两个目标的观测值；两个测站上对同一目标的观测值；两个测站上对同一目标的观测值；一个测站上对一个目标的两次观测值；一个测站上对一个目标的两次观测值；v利用求差后的观测值解算两观测站间利用求差后的观测值解算两观测站间的基线向量。的基线向量。差分技术在相对定位中的运用差分技术在相对定位中的运用GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第3
31、8页!基准接收机基准接收机基准接收机基准接收机动态接收机动态接收机动态接收机动态接收机DGPS数据链数据链基准接收机的基准接收机的基准接收机的基准接收机的DGPSDGPS数据数据数据数据无线电发送机无线电发送机无线电发送机无线电发送机，与动，与动，与动，与动态接收机的态接收机的态接收机的态接收机的DGPSDGPS数据数据数据数据无线电接收机无线电接收机无线电接收机无线电接收机，构成了，构成了，构成了，构成了DGPSDGPS数据链数据链数据链数据链差分改正数差分改正数差分改正数差分改正数GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第39页!RS-232-C接口接口数据终端设备和数据通信设备间
32、的数据终端设备和数据通信设备间的串行二进制数据交换的接口串行二进制数据交换的接口在基准站上：在基准站上：将将将将DGPSDGPS数据送到调制解调器数据送到调制解调器数据送到调制解调器数据送到调制解调器在动态站上：在动态站上：从调制解调器取得从调制解调器取得从调制解调器取得从调制解调器取得DGPSDGPS数据，并送到信号接数据，并送到信号接数据，并送到信号接数据，并送到信号接收机收机收机收机GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第40页!无线电收发机无线电收发机在基准站上：在基准站上：无线电发射机以电磁波的形式将无线电发射机以电磁波的形式将无线电发射机以电磁波的形式将无线电发射机以电磁
33、波的形式将DGPSDGPS数据发数据发数据发数据发送给用户送给用户送给用户送给用户在动态站上：在动态站上：接收接收接收接收DGPSDGPS数据数据数据数据GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第41页!差分差分GPS技术可以消除的误差技术可以消除的误差多台接收机公有的误差（可完全消除）多台接收机公有的误差（可完全消除）-卫星钟误差、卫星钟误差、卫星钟误差、卫星钟误差、星历误差星历误差星历误差星历误差传播延迟误差（大部分消除）传播延迟误差（大部分消除）-电离层误差、对流层误差电离层误差、对流层误差电离层误差、对流层误差电离层误差、对流层误差接收机固有的误差接收机固有的误差 -内部噪声、
34、通道延迟误差、多路径效应内部噪声、通道延迟误差、多路径效应内部噪声、通道延迟误差、多路径效应内部噪声、通道延迟误差、多路径效应GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第42页!差分差分GPS分类（二）分类（二）v单基准站单基准站GPS差分差分v局部区域差分局部区域差分v广域差分广域差分 位置差分位置差分位置差分位置差分 伪距差分伪距差分伪距差分伪距差分 载波相位差分载波相位差分载波相位差分载波相位差分GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第43页!位置差分的计算步骤位置差分的计算步骤基准站的精密坐标已知（基准站的精密坐标已知（基准站的精密坐标已知（基准站的精密坐标已知（X X
35、0 0,Y Y0 0,Z Z0 0）,在基准在基准在基准在基准站上的接收机测得的坐标为（站上的接收机测得的坐标为（站上的接收机测得的坐标为（站上的接收机测得的坐标为（X X,Y Y,Z Z）（包含）（包含）（包含）（包含各种误差），所以，坐标改正数为：各种误差），所以，坐标改正数为：各种误差），所以，坐标改正数为：各种误差），所以，坐标改正数为：基准站用数据链将改正数发送出去，用户接收基准站用数据链将改正数发送出去，用户接收基准站用数据链将改正数发送出去，用户接收基准站用数据链将改正数发送出去，用户接收机在解算时加上改正数：机在解算时加上改正数：机在解算时加上改正数：机在解算时加上改正数：经过
36、改正经过改正经过改正经过改正后的坐标：后的坐标：后的坐标：后的坐标：GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第44页!伪距差分原理伪距差分原理根据基准站精确坐标和测出的卫星地心坐标，根据基准站精确坐标和测出的卫星地心坐标，根据基准站精确坐标和测出的卫星地心坐标，根据基准站精确坐标和测出的卫星地心坐标，求出卫星至基准站的求出卫星至基准站的求出卫星至基准站的求出卫星至基准站的真正距离真正距离真正距离真正距离，计算伪距改，计算伪距改，计算伪距改，计算伪距改正数及其变化率；正数及其变化率；正数及其变化率；正数及其变化率；用户根据伪距改正数及其变化率求出改正后用户根据伪距改正数及其变化率求出改正
37、后用户根据伪距改正数及其变化率求出改正后用户根据伪距改正数及其变化率求出改正后的伪距，计算用户接收机坐标。的伪距，计算用户接收机坐标。的伪距，计算用户接收机坐标。的伪距，计算用户接收机坐标。GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第45页!伪距差分的计算步骤（续）伪距差分的计算步骤（续）2.基准站将基准站将基准站将基准站将 j j 和和和和d d j j发送给用户，用户在测出的发送给用户，用户在测出的发送给用户，用户在测出的发送给用户，用户在测出的伪距伪距伪距伪距 j j上加上改正，求出经改正后的伪距：上加上改正，求出经改正后的伪距：上加上改正，求出经改正后的伪距：上加上改正，求出经改
38、正后的伪距：然后按下式计算坐标：然后按下式计算坐标：然后按下式计算坐标：然后按下式计算坐标：用户接收用户接收用户接收用户接收机钟差机钟差机钟差机钟差接收机接收机接收机接收机噪声噪声噪声噪声GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第46页!伪距差分定位精度高的原因伪距差分定位精度高的原因消除了消除了GPS卫星时钟偏差的精度损失卫星时钟偏差的精度损失（用户接收机计算出的伪距同伪距改正数中的钟差（用户接收机计算出的伪距同伪距改正数中的钟差（用户接收机计算出的伪距同伪距改正数中的钟差（用户接收机计算出的伪距同伪距改正数中的钟差相互抵消）相互抵消）相互抵消）相互抵消）能够显著减小甚至消除电离层能
39、够显著减小甚至消除电离层/对流层对流层效应和星历误差的精度损失效应和星历误差的精度损失GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第47页!RTK（Real Time Kinematic）技术）技术实时处理两个观测站实时处理两个观测站载波相位观测载波相位观测量量的差分方法。的差分方法。载波相位差分载波相位差分GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第48页!载波相位差分观测量方程载波相位差分观测量方程RTK的工作原理的工作原理GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第49页!静态法静态法伪距法伪距法经典方法经典方法多普勒法多普勒法快速确定法快速确定法需要对需要对GPS卫星的
40、静态观测来实现卫星的静态观测来实现GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第50页!经典方法经典方法v 将整周未知数当做平差中的待定参数将整周未知数当做平差中的待定参数 整数解整数解 实数解实数解GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第51页!快速确定整周未知数法快速确定整周未知数法v 1990 1990年年年年E EFreiFrei和和和和G GBeutlerBeutler提出提出提出提出v 基本思路：基本思路：基本思路：基本思路：利用初始平差的解向量及其精度信息，以参利用初始平差的解向量及其精度信息，以参利用初始平差的解向量及其精度信息，以参利用初始平差的解向量及其精度信
41、息，以参数估计和统计假设检验为基础，确定在某一置数估计和统计假设检验为基础，确定在某一置数估计和统计假设检验为基础，确定在某一置数估计和统计假设检验为基础，确定在某一置信区间内信区间内信区间内信区间内NN0 0的可能的整数解的组合；的可能的整数解的组合；的可能的整数解的组合；的可能的整数解的组合；依次将依次将依次将依次将NN0 0的每一组合作为已知值，重复进的每一组合作为已知值，重复进的每一组合作为已知值，重复进的每一组合作为已知值，重复进行平差计算。使估值的验后平差或方差和为最行平差计算。使估值的验后平差或方差和为最行平差计算。使估值的验后平差或方差和为最行平差计算。使估值的验后平差或方差和
42、为最小的一组小的一组小的一组小的一组NN0 0 ，即为最佳估值。，即为最佳估值。，即为最佳估值。，即为最佳估值。GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第52页!克服单站差分技术的局限克服单站差分技术的局限局部区域差分（局部区域差分（LADGPS）广域差分（广域差分（WADGPS）GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第53页!局部区域差分（续）局部区域差分（续）用户接收机通常采用用户接收机通常采用加权平均法加权平均法或或最小最小方差法方差法对来自多个基准站的改正信息进对来自多个基准站的改正信息进行平差计算，求得自己的坐标改正数或行平差计算，求得自己的坐标改正数或距离改正数距
43、离改正数用户与基准站之间的距离一般在用户与基准站之间的距离一般在500km以内才能获得较好的精度以内才能获得较好的精度GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第54页!广域差分示意图广域差分示意图电离层改正电离层改正电离层改正电离层改正卫星星历改正卫星星历改正卫星星历改正卫星星历改正卫星时钟改正卫星时钟改正卫星时钟改正卫星时钟改正GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第55页!广域差分的工作流程广域差分的工作流程1)1)在已知坐标的若干监测站上，跟踪观测在已知坐标的若干监测站上，跟踪观测在已知坐标的若干监测站上，跟踪观测在已知坐标的若干监测站上，跟踪观测GPSGPS卫星卫星卫
44、星卫星的伪距、相位等信息；的伪距、相位等信息；的伪距、相位等信息；的伪距、相位等信息；2)2)将测得的伪距、相位和电离层延时的量测结果传将测得的伪距、相位和电离层延时的量测结果传将测得的伪距、相位和电离层延时的量测结果传将测得的伪距、相位和电离层延时的量测结果传输到中心站；输到中心站；输到中心站；输到中心站；3)3)中心站计算出星历误差改正、卫星钟差改正及电中心站计算出星历误差改正、卫星钟差改正及电中心站计算出星历误差改正、卫星钟差改正及电中心站计算出星历误差改正、卫星钟差改正及电离层延迟误差改正；离层延迟误差改正；离层延迟误差改正；离层延迟误差改正；4)4)将上述改正数用数据通信链传输到用户
45、站；将上述改正数用数据通信链传输到用户站；将上述改正数用数据通信链传输到用户站；将上述改正数用数据通信链传输到用户站；5)5)用户利用这些改正数修正自己的观测值，计算出用户利用这些改正数修正自己的观测值，计算出用户利用这些改正数修正自己的观测值，计算出用户利用这些改正数修正自己的观测值，计算出精密结果。精密结果。精密结果。精密结果。GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第56页!我国建立广域差分系统的方案我国建立广域差分系统的方案北京、拉萨、乌鲁木齐、上海四个北京、拉萨、乌鲁木齐、上海四个永久性永久性GPS监测站；监测站；计划增加武汉、哈尔滨两站；计划增加武汉、哈尔滨两站；拟在北京及
46、武汉建立中心站。拟在北京及武汉建立中心站。GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第57页!虚拟参考站法（虚拟参考站法（VRS）区域改正技术（区域改正技术（FKP)(Area Correction Parameter)多基站多基站RTK技术（网络技术（网络RTK）GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第58页!VRS工作步骤工作步骤 各固定参考站将所有的原始数据通过数据通讯线发各固定参考站将所有的原始数据通过数据通讯线发各固定参考站将所有的原始数据通过数据通讯线发各固定参考站将所有的原始数据通过数据通讯线发给控制中心给控制中心给控制中心给控制中心 移动用户在工作前，先向控制中
47、心发送一个移动用户在工作前，先向控制中心发送一个移动用户在工作前，先向控制中心发送一个移动用户在工作前，先向控制中心发送一个概略坐概略坐概略坐概略坐标标标标，控制中心根据用户位置，由计算机自动选择最，控制中心根据用户位置，由计算机自动选择最，控制中心根据用户位置，由计算机自动选择最，控制中心根据用户位置，由计算机自动选择最佳的一组固定基准站，根据这些站发来的信息，整佳的一组固定基准站，根据这些站发来的信息，整佳的一组固定基准站，根据这些站发来的信息，整佳的一组固定基准站，根据这些站发来的信息，整体的改正体的改正体的改正体的改正GPSGPS的各种误差，将的各种误差，将的各种误差，将的各种误差，将
48、高精度的差分信号高精度的差分信号高精度的差分信号高精度的差分信号发发发发给移动站。这个差分信号的效果相当于在移动站旁给移动站。这个差分信号的效果相当于在移动站旁给移动站。这个差分信号的效果相当于在移动站旁给移动站。这个差分信号的效果相当于在移动站旁边，生成一个边，生成一个边，生成一个边，生成一个虚拟参考基站虚拟参考基站虚拟参考基站虚拟参考基站 移动站与虚拟参考站进行载波相位差分改正，实现移动站与虚拟参考站进行载波相位差分改正，实现移动站与虚拟参考站进行载波相位差分改正，实现移动站与虚拟参考站进行载波相位差分改正，实现实时实时实时实时RTKRTK。GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是
49、第59页!VRS与普通广域差分系统的区别与普通广域差分系统的区别普通广域差分系统：普通广域差分系统：各基准站将各种各基准站将各种各基准站将各种各基准站将各种误差改正数模型误差改正数模型误差改正数模型误差改正数模型发送给移动发送给移动发送给移动发送给移动用户用户用户用户VRS：各基准站不直接向移动用户发送各基准站不直接向移动用户发送各基准站不直接向移动用户发送各基准站不直接向移动用户发送DGPSDGPS数据，数据，数据，数据，而是将其发送到控制中心，后者依据用户的实而是将其发送到控制中心，后者依据用户的实而是将其发送到控制中心，后者依据用户的实而是将其发送到控制中心，后者依据用户的实时请求，经过
50、选择和计算，向用户发送时请求，经过选择和计算，向用户发送时请求，经过选择和计算，向用户发送时请求，经过选择和计算，向用户发送DGPSDGPS数据数据数据数据GPS卫星定位的基本原理共71页，您现在浏览的是第60页!VRS的的优势优势 2.2.2.2.费用将大幅度降低费用将大幅度降低费用将大幅度降低费用将大幅度降低 7070公公公公里里里里的的的的边边边边长长长长使使使使建建建建GPSGPS网网网网络络络络费费费费用用用用大大大大大大大大降降降降低低低低，用用用用户户户户不不不不再再再再架架架架设设设设自自自自己的基准站己的基准站己的基准站己的基准站 3.3.3.3.相对传统相对传统相对传统相对