GPS原理及應用第十二講

1、 武漢大學武漢大學 測繪學院測繪學院 GPSGPS原理及其應用課程組原理及其應用課程組GPS原理及其應用原理及其應用 ( (十二十二) )GPS原理及其應用原理及其應用第四章第四章 距離測量與距離測量與GPS定位定位4.8 差分差分GPSGPS原理及其應用原理及其應用概述概述 差分差分GPS產(chǎn)生的誘因：產(chǎn)生的誘因：絕對定位精度不能滿絕對定位精度不能滿足要求足要求 GPS絕對定位的精度受絕對定位的精度受多種誤差因素的影響，多種誤差因素的影響，完全滿足某些特殊應完全滿足某些特殊應用的要求用的要求 美國的美國的GPS政策對政策對GPS絕對定位精度的影響絕對定位精度的影響（選擇可用性（選擇可用性SA）

2、SA關(guān)閉前后關(guān)閉前后GPS絕對定位精度的變化絕對定位精度的變化距離測量與距離測量與GPS定位定位 差分差分GPS 概述概述GPS原理及其應用原理及其應用概述概述 差分差分GPS（DGPS Differential GPS） 利用設(shè)置在坐標已知的點（基準站）上的利用設(shè)置在坐標已知的點（基準站）上的GPS接收機測定接收機測定GPS測量定位誤差，用以提高在一測量定位誤差，用以提高在一定范圍內(nèi)其它定范圍內(nèi)其它GPS接收機（流動站）測量定位接收機（流動站）測量定位精度的方法精度的方法 RTCM-104格式格式距離測量與距離測量與GPS定位定位 差分差分GPS 概述概述GPS原理及其應用原理及其應用影響絕

3、對定位精度的主要誤差影響絕對定位精度的主要誤差 主要誤差主要誤差 衛(wèi)星軌道誤差衛(wèi)星軌道誤差 衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差 大氣延遲（對流層延遲、對流層延遲）大氣延遲（對流層延遲、對流層延遲） 多路徑效應多路徑效應 對定位精度的影響對定位精度的影響。通常大于等效距離誤差定位精度1PDOPPDOP距離測量與距離測量與GPS定位定位 差分差分GPS 影響絕對定位精度的主要誤差影響絕對定位精度的主要誤差GPS原理及其應用原理及其應用差分差分GPS的基本原理的基本原理 誤差的空間相關(guān)性誤差的空間相關(guān)性 以上各類誤差中除多路徑效應均具有較強的空間相關(guān)性，以上各類誤差中除多路徑效應均具有較強的空間相關(guān)性，從而定位結(jié)果也

4、有一定的空間相關(guān)性。從而定位結(jié)果也有一定的空間相關(guān)性。 差分差分GPS的基本原理的基本原理 利用基準站（設(shè)在坐標精確已知的點上）測定具有空間利用基準站（設(shè)在坐標精確已知的點上）測定具有空間相關(guān)性的誤差或其對測量定位結(jié)果的影響，供流動站改相關(guān)性的誤差或其對測量定位結(jié)果的影響，供流動站改正其觀測值或定位結(jié)果正其觀測值或定位結(jié)果 差分改正數(shù)的類型差分改正數(shù)的類型 距離改正數(shù)：利用基準站坐標和衛(wèi)星星歷可計算出站星距離改正數(shù)：利用基準站坐標和衛(wèi)星星歷可計算出站星間的計算距離，計算距離減去觀測距離即為距離改正數(shù)。間的計算距離，計算距離減去觀測距離即為距離改正數(shù)。 位置（坐標改正數(shù)）改正數(shù)：基準站上的接收機

5、對位置（坐標改正數(shù)）改正數(shù)：基準站上的接收機對GPS衛(wèi)星進行觀測，確定出測站的觀測坐標，測站的已知坐衛(wèi)星進行觀測，確定出測站的觀測坐標，測站的已知坐標與觀測坐標之差即為位置的改正數(shù)。標與觀測坐標之差即為位置的改正數(shù)。距離測量與距離測量與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原理及其應用原理及其應用差分差分GPS對測量定位精度的改進對測量定位精度的改進距離測量與距離測量與GPS定位定位 差分差分GPS 差分差分GPS對測量定位精度的改進對測量定位精度的改進GPS原理及其應用原理及其應用差分差分GPS的分類的分類根據(jù)時效性根據(jù)時效性 實時差分實時差分 事后差分事后

6、差分根據(jù)觀測值類型根據(jù)觀測值類型 偽距差分偽距差分 載波相位差分載波相位差分根據(jù)差分改正數(shù)根據(jù)差分改正數(shù) 位置差分（坐標差分）位置差分（坐標差分） 距離差分距離差分根據(jù)工作原理和差分模型根據(jù)工作原理和差分模型 局域差分（局域差分（LADGPS Local Area DGPS） 單基準站差分單基準站差分 多基準站差分多基準站差分 廣域差分（廣域差分（WADGPS Wide Area DGPS）位置差分位置差分距離差分距離差分距距離離改改正正坐坐標標改改正正距離測量與距離測量與GPS定位定位 差分差分GPS 差分差分GPS的分類的分類GPS原理及其應用原理及其應用位置差分和距離差分的特點位置差分和

7、距離差分的特點 位置差分位置差分 差分改正計算的數(shù)學模型簡單差分改正計算的數(shù)學模型簡單 差分數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量少差分數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量少 基準站與流動站要求觀測完全相同的一組衛(wèi)星基準站與流動站要求觀測完全相同的一組衛(wèi)星 距離差分距離差分 差分改正計算的數(shù)學模型較復雜差分改正計算的數(shù)學模型較復雜 差分數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量較多差分數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量較多 基準站與流動站不要求觀測完全相同的一組衛(wèi)基準站與流動站不要求觀測完全相同的一組衛(wèi)星星距離測量與距離測量與GPS定位定位 差分差分GPS 位置差分和距離差分的特點位置差分和距離差分的特點GPS原理及其應用原理及其應用單基準站局域差分單基準站局域差分 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 基準站（一個）、

8、數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶基準站（一個）、數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶 數(shù)學模型（差分改正數(shù)的計算方法）數(shù)學模型（差分改正數(shù)的計算方法） 提供距離改正和距離改正的變率提供距離改正和距離改正的變率 特點特點 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)、模型簡單優(yōu)點：結(jié)構(gòu)、模型簡單 缺點：差分范圍小，精度隨距基準站距離的增加而下降，缺點：差分范圍小，精度隨距基準站距離的增加而下降，可靠性低可靠性低的變率。為距離改正數(shù)為距離改正數(shù)；dtdVVtdtdVtVttVii)()(基準基準站站數(shù)據(jù)通數(shù)據(jù)通訊鏈訊鏈流動站流動站（用戶）（用戶）距離測量與距離測量與GPS定位定位 差分差分GPS 單基準站局域差分單基準站局域差分GPS原理及其應用原理及其應用多基準站

9、局域差分多基準站局域差分 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 基準站（多個）、數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶基準站（多個）、數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶 數(shù)學模型（差分改正數(shù)的計算方法）數(shù)學模型（差分改正數(shù)的計算方法） 加權(quán)平均加權(quán)平均 偏導數(shù)法偏導數(shù)法 最小方差法最小方差法 特點特點 優(yōu)點：差分精度高、可靠性高，差分范圍增大優(yōu)點：差分精度高、可靠性高，差分范圍增大 缺點：差分范圍仍然有限，模型不完善缺點：差分范圍仍然有限，模型不完善多基準站差分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多基準站差分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)距離測量與距離測量與GPS定位定位 差分差分GPS 多基準站局域差分多基準站局域差分GPS原理及其應用原理及其應用廣域差分廣域差分 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 基準站（多個）、數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶

10、基準站（多個）、數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶 數(shù)學模型（差分改正數(shù)的計算方法）數(shù)學模型（差分改正數(shù)的計算方法） 與普通差分不相同與普通差分不相同 普通差分是考慮的是誤差的綜合影響普通差分是考慮的是誤差的綜合影響 廣域差分對各項誤差加以分離，建立各自的改正模型廣域差分對各項誤差加以分離，建立各自的改正模型 用戶根據(jù)自身的位置，對觀測值進行改正用戶根據(jù)自身的位置，對觀測值進行改正 特點特點 優(yōu)點：差分精度高、差分精度與距離無關(guān)、差分范圍大優(yōu)點：差分精度高、差分精度與距離無關(guān)、差分范圍大 缺點：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、建設(shè)費用高缺點：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、建設(shè)費用高距離測量與距離測量與GPS定位定位 差分差分GPS 廣域差分廣域

11、差分GPS原理及其應用原理及其應用差分差分GPS的新進展的新進展 增強型系統(tǒng)增強型系統(tǒng) 特點特點 偽衛(wèi)星技術(shù)偽衛(wèi)星技術(shù) 衛(wèi)星通訊技術(shù)衛(wèi)星通訊技術(shù) 類型類型 LAAS Local Area Augmentation System 采用地基偽衛(wèi)星采用地基偽衛(wèi)星 WAAS Wide Area Augmentation System 采用空基偽衛(wèi)星采用空基偽衛(wèi)星 采用通訊衛(wèi)星發(fā)送差分改正數(shù)采用通訊衛(wèi)星發(fā)送差分改正數(shù)WAAS距離測量與距離測量與GPS定位定位 差分差分GPS 差分差分GPS的新進展的新進展GPS原理及其應用原理及其應用差分差分GPS的新進展的新進展 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)RTK 作業(yè)模型類似作業(yè)模型類似RTK 原理原理 利用基準站網(wǎng)計算出用戶附近某點（虛擬參考站）各利用基準站網(wǎng)計算出用戶附近某點（虛擬參考站）各項誤差改正，再將它們加到利用虛擬參考站坐標和衛(wèi)項誤差改正，再將它們加到利用虛擬參考站坐標和衛(wèi)星坐標所計算出的距離