GPS差分定位技术的分类及比较
张珍云
【摘 要】【摘 要】在GPS测绘领域，对其测量精度要求越来越高，因此通过相关技术减小测量误差，提高定位精度是非常有必要的。本文主要讨论通过差分定位技术减小测量误差。差分定位技术分为位置差分定位；伪距差分定位；载波相位差分定位（RTK），并对三种定位技术的适用情况和优缺点进行了比较。 【期刊名称】科技展望 【年(卷),期】2015(025)025 【总页数】1
【关键词】【关键词】GPS 差分定位 位置差分 伪距差分 载波相位差分
随着全站仪的推广普及，在测绘领域传统的经纬仪、测距仪逐渐被取代。近年来，随着GPS测量技术的发展，工程测量的作业方法发生了历史性的变革。GPS测量已成功应用于工程测量、航空摄影测量、工程变形测量、资源调查等诸多领域。相应的，对于测量精度的要求也越来越高。通过差分定位技术可在一定程度上减小测量误差，提高精度。
1 差分定位技术的基本工作原理
将差分技术用于GPS就称为差分GPS[1]。准确的说，就是在某个已知精确的坐标点上安装一台GPS接收机（基准站），利用已知坐标和卫星星历计算得到基准站与GPS卫星间观测数据的PRC（伪距离修正值）。然后，基准站将这些数据通过无线电设备（数据链）发送给运动中的用户接收机（流动站），流动站再利用已接收到的PRC值对本设备观测到的GPS数据进行修正，从而基本消除接收机时钟误差、卫星时钟误差、电离层折射影响、对流层折射影响等误差
影响，提高定位精度。
通过测量接收机天线位置到GPS卫星间的伪距,可以确定GPS接收机的三维坐标和钟差。GPS测量不可避免地会存在着各种误差，这些误差主要包括三部分：首先是GPS接收机的公共误差，即每一个用户接收机所公有的,例如,卫星钟差、星历误差等；其次是传播延迟误差，这部分误差不能由用户测量或通过校正模型来计算，例如电离层误差、对流层误差等；第三是GPS接收机本身固有误差，如多路径效应、通道延迟以及机器内部噪声等。
2 差分定位技术的分类
根据基准站发送的信息方式的不同，可将差分定位分为三类：位置差分、伪距差分和相位差分[2]。它们的工作原理基本相同，但是改正数据的内容和定位精度均不同。其中，位置差分算法简单但精度较低，伪距差分和相位差分更复杂但精度高、应用更广泛。位置差分和伪距差分，能满足米级定位精度；而载波相位差分可使实时三维定位精度达到厘米级[3]。 2.1 位置差分定位
位置差分是一种最简单的差分方法，任何一种GPS接收机均可组成这种差分系统[4]。利用这种方法基准站和用户站通过观测同一组卫星的情况，得到改正后的位置信息可以消去基准站和流动站间如卫星轨道误差、大气影响等共有误差。位置差分适用于用户站与基准站间距在100km内的情况。 2.2 伪距差分定位
伪距差分是目前用途最广的一种技术[5]。与位置差分不同，伪距差分是在原始观测量间求差。其优点是：精度高，符合国际海事无线电委员会（RTCM）的RTCMSC–104标准，并能提供距离改正值和改正值变化率方便用户站在未得到
改正值的空歇期继续完成精密定位的功能；由于基准站提供了全部观测卫星的改正数，使得用户站可以自由选择数据质量及信号强度相对较好的卫星。目前，几乎全部商用差分GPS接收机都可以使用伪距差分技术。 2.3 载波相位差分定位（RTK）
差分定位能实时确定载体的三位坐标，精度为米级，已经成功地用于引航、水下测量等工程作业中。载波相位测量是将GPS卫星所发射的载波作为测量信号，其观测量是GPS接收机所接收到的载波信号和接收机本身振荡产生的参考信号之间的相位差[6]。载波相位差分定位建立在实时处理两个测量站的载波相位观测量的基础上，流动站利用基准站的载波相位观测量和本身的载波相位观测量，通过最小二乘搜索法OTF(OnTheFly)求解载波相位整周模糊度，并求出流动站GPS接收机天线位置的三维坐标，它能实时提供观测点坐标，其相对定位精度可达lcm+1ppm以上，是目前GPS定位测量中精度最高的一种方法。载波相位差分定位系统包括基准站，流动站以及数据链三个基本部分。
解算起始状态的整周模糊度并保持固定是载波相位差分测量的关键问题。所以测量时不仅要求有足够数量的卫星，且卫星分布的几何图形较好。由于数据量比较大，为确保良好的数据传输状况,一般设置波特率为9600bit/s。RTK技术本身也存在一定的局限性，主要表现在两方面：一是需要架设参考基站；二是流动站与参考基站间的距离不能超过15km，否则误差将增长，可靠性将大大降低[7]。
2.4 几种差分方法的对比
综合以上三种差分方式对其进行比较，它们的优缺点如下：
位置差分：优点是计算方法简单，只需要在解算的坐标中加改正数即可，能适
GPS差分定位技术的分类及比较
