一文弄懂3種差分GPS定位方式的技術(shù)原理

GPS定位應(yīng)用廣泛，我們使用的手機(jī)和汽車(chē)就自帶GPS定位功能，它給我們的生活提供了許多便利。GPS定位存在一定的誤差，誤差來(lái)自3方面：一方面是由衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差、電離層誤差、對(duì)流層誤差等導(dǎo)致的；另一方面是由傳播延遲導(dǎo)致的；此外還有用戶接收機(jī)固有的誤差，由內(nèi)部噪聲、通道延遲、多路徑效應(yīng)等原因?qū)е碌摹?/p>

為了盡可能消除GPS定位誤差，我們可以引入差分GPS定位技術(shù)。利用差分技術(shù)，衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差、電離層誤差、對(duì)流層誤差可以完全消除；傳播延遲誤差大部分可以消除，消除程度主要取決于基準(zhǔn)接收機(jī)和用戶接收機(jī)的距離；內(nèi)部噪聲、通道延遲、多路徑效應(yīng)誤差則無(wú)法消除。

關(guān)于差分定位的技術(shù)原理，我們?cè)谇懊娴奈恼陆榻B過(guò)，大家可以參考文章：GPS定位及差分GPS定位技術(shù)原理 ，接下來(lái)我們來(lái)介紹3種差分GPS定位方式。

差分GPS定位分為：位置差分、偽距差分（ RTD）和載波相位差分（RTK），接下來(lái)我們來(lái)分別介紹。

位置差分

已知坐標(biāo)點(diǎn)的差分定位基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)觀測(cè)4顆衛(wèi)星后進(jìn)行三維定位，得出當(dāng)前基準(zhǔn)站的坐標(biāo)測(cè)量值；

將坐標(biāo)測(cè)量值與基準(zhǔn)站實(shí)際坐標(biāo)值的差值作為差分校正量，基準(zhǔn)站利用數(shù)據(jù)鏈將所得的差分校正量發(fā)送給流動(dòng)站，流動(dòng)站用接收到的差分校正量在自身衛(wèi)星接收機(jī)接收到的測(cè)量值的基礎(chǔ)上進(jìn)行坐標(biāo)修改。

注意事項(xiàng)：采用位置差分技術(shù)時(shí)，基準(zhǔn)站與流動(dòng)站必須觀測(cè)同一組衛(wèi)星，流動(dòng)站與基準(zhǔn)站之間的距離不超過(guò)100km。

偽距差分

偽距差分是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的一種差分技術(shù)，在一定范圍的定位區(qū)域內(nèi)，設(shè)置一個(gè)或多個(gè)定位基準(zhǔn)站，連續(xù)觀測(cè)所有在信號(hào)接收范圍內(nèi)的衛(wèi)星偽距，基準(zhǔn)站利用已知坐標(biāo)計(jì)算出自己到衛(wèi)星的幾何距離；

將幾何距離與觀測(cè)所得的偽距比較，利用一個(gè)α-β濾波器將此差值濾波并求出其偽距修正值，并將所有衛(wèi)星的偽距修正值傳輸給流動(dòng)站，流動(dòng)站利用此修正值來(lái)修改衛(wèi)星傳輸來(lái)的測(cè)量偽距。

注意事項(xiàng)：采用偽距差分技術(shù)時(shí)，流動(dòng)站與基準(zhǔn)站距離越近，定位精度越高。

載波相位差分（RTK）

載波相位差分技術(shù)，又稱(chēng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分技術(shù)(Real Time Kinematic，RTK)；

載波相位差分技術(shù)中基準(zhǔn)站不直接傳輸關(guān)于衛(wèi)星測(cè)量的差分校正量，而是發(fā)送衛(wèi)星的測(cè)量原始值及自身坐標(biāo)信息；

流動(dòng)站收到基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)后，與自身觀測(cè)衛(wèi)星的數(shù)據(jù)組成相位差分觀測(cè)值，利用組合后的測(cè)量值求出基線向量，完成相對(duì)定位，進(jìn)而推算出測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)；

采用RTK進(jìn)行定位工作時(shí)，除了配備基準(zhǔn)站接收機(jī)和流動(dòng)站接收機(jī)外，還需要配備數(shù)據(jù)通信設(shè)備；

基準(zhǔn)站需將自己所獲得的載波相位觀測(cè)值及基準(zhǔn)站坐標(biāo)通過(guò)數(shù)據(jù)通信鏈實(shí)時(shí)播發(fā)給在其周?chē)ぷ鞯膭?dòng)態(tài)用戶；

流動(dòng)站數(shù)據(jù)處理模塊使用動(dòng)態(tài)差分定位的方式確定出流動(dòng)站相對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)站的位置，然后根據(jù)基準(zhǔn)站的坐標(biāo)求得自己的瞬時(shí)絕對(duì)位置。

注意事項(xiàng)

在實(shí)際應(yīng)用中，有2種實(shí)現(xiàn)載波相位差分的方法，分別是修正法和差分法；

修正法：基準(zhǔn)站將載波相位修正量發(fā)給流動(dòng)站，以改正其載波相位觀測(cè)值，得到自身坐標(biāo)；

差分法：將基準(zhǔn)站觀測(cè)的載波相位測(cè)量值發(fā)送給流動(dòng)站，讓其自身求出差分修正量，從而實(shí)現(xiàn)三維定位；

前者為準(zhǔn)RTK技術(shù)，后者為真正的RTK技術(shù)。

審核編輯 黃宇