1、 武汉大学武汉大学 测绘学院测绘学院 GPSGPS原理及其应用课程组原理及其应用课程组GPS原理及其应用原理及其应用(十二十二)GPS原理及其应用原理及其应用第四章第四章 距离测量与距离测量与GPS定位定位4.8 差分差分GPSGPS原理及其应用原理及其应用概述概述 差分差分GPS产生的诱因：产生的诱因：绝对定位精度不能满绝对定位精度不能满足要求足要求 GPS绝对定位的精度受绝对定位的精度受多种误差因素的影响，多种误差因素的影响，完全满足某些特殊应完全满足某些特殊应用的要求用的要求 美国的美国的GPS政策对政策对GPS绝对定位精度的影响绝对定位精度的影响（选择可用性（选择可用性SA）SA关闭前
2、后关闭前后GPS绝对定位精度的变化绝对定位精度的变化距离测量与距离测量与GPS定位定位 差分差分GPS 概述概述GPS原理及其应用原理及其应用概述概述 差分差分GPS（DGPS Differential GPS）利用设置在坐标已知的点（基准站）上的利用设置在坐标已知的点（基准站）上的GPS接收机测定接收机测定GPS测量定位误差，用以提高在一测量定位误差，用以提高在一定范围内其它定范围内其它GPS接收机（流动站）测量定位接收机（流动站）测量定位精度的方法精度的方法 RTCM-104格式格式距离测量与距离测量与GPS定位定位 差分差分GPS 概述概述GPS原理及其应用原理及其应用影响绝对定位精度的
3、主要误差影响绝对定位精度的主要误差 主要误差主要误差 卫星轨道误差卫星轨道误差 卫星钟差卫星钟差 大气延迟（对流层延迟、对流层延迟）大气延迟（对流层延迟、对流层延迟）多路径效应多路径效应 对定位精度的影响对定位精度的影响。通常大于等效距离误差定位精度1PDOPPDOP距离测量与距离测量与GPS定位定位 差分差分GPS 影响绝对定位精度的主要误差影响绝对定位精度的主要误差GPS原理及其应用原理及其应用差分差分GPS的基本原理的基本原理 误差的空间相关性误差的空间相关性 以上各类误差中除多路径效应均具有较强的空间相关性，以上各类误差中除多路径效应均具有较强的空间相关性，从而定位结果也有一定的空间相
4、关性。从而定位结果也有一定的空间相关性。差分差分GPS的基本原理的基本原理 利用基准站（设在坐标精确已知的点上）测定具有空间利用基准站（设在坐标精确已知的点上）测定具有空间相关性的误差或其对测量定位结果的影响，供流动站改相关性的误差或其对测量定位结果的影响，供流动站改正其观测值或定位结果正其观测值或定位结果 差分改正数的类型差分改正数的类型 距离改正数：利用基准站坐标和卫星星历可计算出站星距离改正数：利用基准站坐标和卫星星历可计算出站星间的计算距离，计算距离减去观测距离即为距离改正数。间的计算距离，计算距离减去观测距离即为距离改正数。位置（坐标改正数位置（坐标改正数）改正数：基准站上的接收机对
5、改正数：基准站上的接收机对GPS卫星进行观测，确定出测站的观测坐标，测站的已知坐卫星进行观测，确定出测站的观测坐标，测站的已知坐标与观测坐标之差即为位置的改正数。标与观测坐标之差即为位置的改正数。距离测量与距离测量与GPS定位定位 差分差分GPS 差分差分GPS的基本原理的基本原理GPS原理及其应用原理及其应用差分差分GPS对对测量定位精度的改进测量定位精度的改进距离测量与距离测量与GPS定位定位 差分差分GPS 差分差分GPS对测量定位精度的改进对测量定位精度的改进GPS原理及其应用原理及其应用差分差分GPS的分类的分类根据时效性根据时效性 实时差分实时差分 事后差分事后差分根据观测值类型根
6、据观测值类型 伪距差分伪距差分 载波相位差分载波相位差分根据差分改正数根据差分改正数 位置差分（坐标差分）位置差分（坐标差分）距离差分距离差分根据工作原理和差分模型根据工作原理和差分模型 局域差分（局域差分（LADGPS Local Area DGPS）单基准站差分单基准站差分 多基准站差分多基准站差分 广域差分（广域差分（WADGPS Wide Area DGPS）位置差分位置差分距离差分距离差分距距离离改改正正坐坐标标改改正正距离测量与距离测量与GPS定位定位 差分差分GPS 差分差分GPS的分类的分类GPS原理及其应用原理及其应用位置差分和距离差分的特点位置差分和距离差分的特点 位置差分
7、位置差分 差分改正计算的数学模型简单差分改正计算的数学模型简单 差分数据的数据量少差分数据的数据量少 基准站与流动站要求观测完全相同的一组卫星基准站与流动站要求观测完全相同的一组卫星 距离差分距离差分 差分改正计算的数学模型较复杂差分改正计算的数学模型较复杂 差分数据的数据量较多差分数据的数据量较多 基准站与流动站不要求观测完全相同的一组卫基准站与流动站不要求观测完全相同的一组卫星星距离测量与距离测量与GPS定位定位 差分差分GPS 位置差分和距离差分的特点位置差分和距离差分的特点GPS原理及其应用原理及其应用单基准站局域差分单基准站局域差分 结构结构 基准站（一个）、数据通讯链和用户基准站（
8、一个）、数据通讯链和用户 数学模型（差分改正数的计算方法数学模型（差分改正数的计算方法）提供距离改正和距离改正的变率提供距离改正和距离改正的变率 特点特点 优点：结构、模型简单优点：结构、模型简单 缺点：差分范围小，精度随距基准站距离的增加而下降，缺点：差分范围小，精度随距基准站距离的增加而下降，可靠性低可靠性低的变率。为距离改正数为距离改正数；dtdVVtdtdVtVttVii)()(基准基准站站数据通数据通讯链讯链流动站流动站（用户）（用户）距离测量与距离测量与GPS定位定位 差分差分GPS 单基准站局域差分单基准站局域差分GPS原理及其应用原理及其应用多基准站局域差多基准站局域差分分 结
9、构结构 基准站（多个）、数据通讯链和用户基准站（多个）、数据通讯链和用户 数学模型（差分改正数的计算方法数学模型（差分改正数的计算方法）加权平均加权平均 偏导数法偏导数法 最小方差法最小方差法 特点特点 优点：差分精度高、可靠性高，差分范围增大优点：差分精度高、可靠性高，差分范围增大 缺点：差分范围仍然有限，模型不完善缺点：差分范围仍然有限，模型不完善多多基准站差分系统结构基准站差分系统结构距离测量与距离测量与GPS定位定位 差分差分GPS 多基准站局域差分多基准站局域差分GPS原理及其应用原理及其应用广域差分广域差分 结构结构 基准站（多个）、数据通讯链和用户基准站（多个）、数据通讯链和用户
10、 数学模型（差分改正数的计算方法数学模型（差分改正数的计算方法）与普通差分不相同与普通差分不相同 普通差分是考虑的是误差的综合影响普通差分是考虑的是误差的综合影响 广域差分对各项误差加以分离，建立各自的改正模型广域差分对各项误差加以分离，建立各自的改正模型 用户根据自身的位置，对观测值进行改正用户根据自身的位置，对观测值进行改正 特点特点 优点：差分精度高、差分精度与距离无关、差分范围大优点：差分精度高、差分精度与距离无关、差分范围大 缺点：系统结构复杂、建设费用高缺点：系统结构复杂、建设费用高距离测量与距离测量与GPS定位定位 差分差分GPS 广域差分广域差分GPS原理及其应用原理及其应用差
11、分差分GPS的新进展的新进展 增强型系统增强型系统 特点特点 伪卫星技术伪卫星技术 卫星通讯技术卫星通讯技术 类型类型 LAAS Local Area Augmentation System 采用地基伪卫星采用地基伪卫星 WAAS Wide Area Augmentation System 采用空基伪卫星采用空基伪卫星 采用通讯卫星发送差分改正数采用通讯卫星发送差分改正数WAAS距离测量与距离测量与GPS定位定位 差分差分GPS 差分差分GPS的新进展的新进展GPS原理及其应用原理及其应用差分差分GPS的新进展的新进展 网络网络RTK 作业模型类似作业模型类似RTK 原理原理 利用基准站网计算出用户附近某点（虚拟参考站利用基准站网计算出用户附近某点（虚拟参考站）各各项误差改正，再将它们加到利用虚拟参考站坐标和卫项误差改正，再将它们加到利用虚拟参考站坐标和卫星坐标所计算出的距离之上，得出虚拟参考站上的虚星坐标所计算出的距离之上，得出虚拟参考站上的虚拟观测值，将其发送给用户，进行实时相对定位。拟观测值，将其发送给用户，进行实时相对定位。特点特点 精度和可靠性高精度和可靠性高距离测量与距离测量与GPS定位定位 差分差分GPS 差分差分GPS的新进展的新进展GPS原理及其应用原理及其应用差分差分GPS的新进展的新进展 网络网络RTK
