差分增強(qiáng)系統(tǒng)分類(lèi)和局域差分GPS技術(shù)

1、衛(wèi)星導(dǎo)航差分與增強(qiáng)系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航差分與增強(qiáng)系統(tǒng) 第二講第二講 差分與增強(qiáng)系統(tǒng)分類(lèi)和差分與增強(qiáng)系統(tǒng)分類(lèi)和GNSS局域差分技術(shù)局域差分技術(shù) 主要內(nèi)容 4.常規(guī)RTK技術(shù) PPP-RTK技術(shù) 根據(jù)時(shí)效性 實(shí)時(shí)差分 事后差分 根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 靜靜差分 靜動(dòng)差分 動(dòng)動(dòng)差分 根據(jù)觀測(cè)值類(lèi)型 偽距差分 載波相位差分 根據(jù)差分觀測(cè)值類(lèi)型 位置差分（坐標(biāo)差分） 觀測(cè)值差分 根據(jù)工作原理和差分模型 局域差分（LADGPS Local Area DGPS） 單基準(zhǔn)站差分 多基準(zhǔn)站差分 廣域差分（WADGPS Wide Area DGPS） 全球差分 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(biāo)標(biāo)

2、 改改 正正 實(shí)時(shí)差分實(shí)時(shí)差分 事后差分事后差分 偽距差分（一）偽距差分（一） 偽距差分（一）偽距差分（一） 偽距差分（二）偽距差分（二） 偽距差分基本原理偽距差分基本原理 偽距差分的特點(diǎn)偽距差分的特點(diǎn) 載波相位差分的處理過(guò)程載波相位差分的處理過(guò)程 實(shí)時(shí)偽距差分工作流程實(shí)時(shí)偽距差分工作流程 載波相位實(shí)時(shí)差分工作流程載波相位實(shí)時(shí)差分工作流程 實(shí)時(shí)動(dòng)動(dòng)差分過(guò)程實(shí)時(shí)動(dòng)動(dòng)差分過(guò)程 差分增強(qiáng)系統(tǒng)分類(lèi)差分增強(qiáng)系統(tǒng)分類(lèi) 世界已建或在建世界已建或在建 WAAS 系統(tǒng)系統(tǒng) SA/WAAS WAAS EGNOS GAGAN MSAS QZSS China 增強(qiáng)系統(tǒng)（增強(qiáng)系統(tǒng)（WAAS） 全球差分系統(tǒng)全球差分系統(tǒng)

3、隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展，2000年，美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室JPL（Jet Propulsion Laboratory），提出基于網(wǎng)絡(luò)的全球差分系統(tǒng)IGDG(Internet-based Global Differential GPS)，旨在實(shí)現(xiàn)全球任何地點(diǎn)、任何時(shí)間無(wú)縫隙高精度實(shí)時(shí)定位 的思想，也稱(chēng)為全球差分GPS系統(tǒng)。NASA(National Aeronautics Space Administration) 全球差分GPS網(wǎng)絡(luò)中的18基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)通過(guò)開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳送到JPL 計(jì)算實(shí)時(shí)衛(wèi)星位置與鐘差，并把廣播星歷軌道與鐘差的改正實(shí)時(shí)通過(guò)開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給 用戶，用戶實(shí)時(shí)定位的測(cè)試精度達(dá)

4、到分米級(jí)。這對(duì)于廣域高精度實(shí)時(shí)定位取得了突破性 的進(jìn)展，IGDG與傳統(tǒng)的DGPS服務(wù)相比，定位精度提高了一個(gè)量級(jí)。2003年, IGDG增 強(qiáng)GPS網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時(shí)永久性跟蹤站的體系構(gòu)成，及DGPS服務(wù)領(lǐng)域擴(kuò)展到世界范圍，實(shí)現(xiàn) 全球差分GPS無(wú)縫隙的定位。NASA 全球差分GPS系統(tǒng)動(dòng)態(tài)精度達(dá)到水平10cm，高程 20cm，差分信息的數(shù)據(jù)有效率達(dá)到99%以上，也是目前國(guó)際上唯一能實(shí)現(xiàn)全球?qū)崟r(shí)精 密差分GPS定位的系統(tǒng)。下圖為美國(guó)NASA全球差分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。 全球差分GPS結(jié)構(gòu)圖 全球差分系統(tǒng)全球差分系統(tǒng) 下圖為美國(guó)NASA全球差分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。 2. 局域差分局域差分GNSS實(shí)時(shí)定位技術(shù)實(shí)時(shí)定

5、位技術(shù) 3. 局域差分的作用和優(yōu)缺點(diǎn)局域差分的作用和優(yōu)缺點(diǎn) RTK（Real Time Kinematics）：利用載波相位進(jìn) 行實(shí)時(shí)定位。 n RTK算法本質(zhì)上是載波相位相對(duì)處理：?jiǎn)尾?，雙 差。 n RTK技術(shù)的關(guān)鍵是動(dòng)態(tài)雙差整周模糊度搜索和定 位可靠性。 FARA技術(shù) LAMDA技術(shù) 雙頻P碼技術(shù) OTF 技術(shù) 載波相位差分載波相位差分 基準(zhǔn)站發(fā)送未改正的觀測(cè)值基準(zhǔn)站發(fā)送未改正的觀測(cè)值 RTCM SC-104數(shù)據(jù)報(bào)文數(shù)據(jù)報(bào)文 18，19 精度：厘米級(jí)精度：厘米級(jí) 準(zhǔn)載波相位差分準(zhǔn)載波相位差分 基準(zhǔn)站發(fā)送載波相位改正值基準(zhǔn)站發(fā)送載波相位改正值 RTCM SC-104數(shù)據(jù)報(bào)文數(shù)據(jù)報(bào)文 20，2

6、1 精度：分米級(jí)精度：分米級(jí) 基準(zhǔn)站單元，數(shù)據(jù)鏈單元，流動(dòng)站單元 要求：雙頻，具有RTK差分基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)輸出功能， 帶有可抑制多路徑效應(yīng)的天線。 觀測(cè)值：P1，P2，L1，L2 采樣率：根據(jù)實(shí)際要求，一般要求1S或以上。 輸出：RTCM SC104標(biāo)準(zhǔn)格式或CMR plus。 結(jié)構(gòu)：GPS接收機(jī)、天線、數(shù)據(jù)發(fā)播設(shè)備 常用設(shè)備：Trimble 4700/5700/5800， Leica 500/530/1200，Ashtech Zxii， Novatel ， 要求：雙頻，具備要求：雙頻，具備RTK差分功能差分功能 觀測(cè)值：觀測(cè)值：P1、P2、L1、L2 根據(jù)實(shí)際要求，一般要求根據(jù)實(shí)際要求，一般要求

7、1S或以上?；蛞陨稀?輸入：輸入：RTCM SC-104或或CMR 組成：天線、接收機(jī)、數(shù)據(jù)接收設(shè)備、手簿組成：天線、接收機(jī)、數(shù)據(jù)接收設(shè)備、手簿 流動(dòng)站設(shè)備的組成流動(dòng)站設(shè)備的組成 數(shù)據(jù)處理模塊數(shù)據(jù)處理模塊 RTK流動(dòng)站的數(shù)據(jù)處理和控制軟件流動(dòng)站的數(shù)據(jù)處理和控制軟件 UHF/VHF 速度一般在速度一般在200到到4800bps，非連接，非連接 優(yōu)點(diǎn)：面狀廣播式，可以同時(shí)供多個(gè)用戶使用，優(yōu)點(diǎn)：面狀廣播式，可以同時(shí)供多個(gè)用戶使用， 通信接入方式透明（通信接入方式透明（RS-232接口）接口） 缺點(diǎn)：易受干擾，；陸地作用距離有限（經(jīng)驗(yàn)值缺點(diǎn)：易受干擾，；陸地作用距離有限（經(jīng)驗(yàn)值 1w/km） 公眾網(wǎng)絡(luò)

8、：公眾網(wǎng)絡(luò)：GSM，CDMA，GPRS 速度一般在速度一般在4800到到150kbps，面向連接的方式，面向連接的方式 優(yōu)點(diǎn)：可靠性好，距離不受限制優(yōu)點(diǎn)：可靠性好，距離不受限制 缺點(diǎn)：受到公眾網(wǎng)絡(luò)的通信條件影響。缺點(diǎn)：受到公眾網(wǎng)絡(luò)的通信條件影響。 n 與衛(wèi)星有關(guān)與衛(wèi)星有關(guān) n 與傳播路徑有關(guān)與傳播路徑有關(guān) n 與接收機(jī)有關(guān)與接收機(jī)有關(guān) n 與觀測(cè)環(huán)境有關(guān)與觀測(cè)環(huán)境有關(guān) 流動(dòng)站處理方式流動(dòng)站處理方式 單站處理單站處理 根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度或距離選擇基準(zhǔn)站進(jìn)行常規(guī)根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度或距離選擇基準(zhǔn)站進(jìn)行常規(guī)RTK作業(yè)作業(yè) 在某基準(zhǔn)站出問(wèn)題的情況下進(jìn)行切換。在某基準(zhǔn)站出問(wèn)題的情況下進(jìn)行切換。 本質(zhì)上是常規(guī)本質(zhì)上是常

9、規(guī)RTK。 要求流動(dòng)站通信設(shè)備具備自動(dòng)掃頻功能。要求流動(dòng)站通信設(shè)備具備自動(dòng)掃頻功能。 多站處理多站處理 同時(shí)接收各基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)，處理時(shí)進(jìn)行加權(quán)或組合處理同時(shí)接收各基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)，處理時(shí)進(jìn)行加權(quán)或組合處理 對(duì)接收機(jī)運(yùn)算能力要求很高對(duì)接收機(jī)運(yùn)算能力要求很高 要求流動(dòng)站通信設(shè)備具備多通道接收能力。要求流動(dòng)站通信設(shè)備具備多通道接收能力。 反向反向RTK 工作原理工作原理 基準(zhǔn)站（數(shù)據(jù)中心）基準(zhǔn)站（數(shù)據(jù)中心） 接收流動(dòng)站的原始數(shù)據(jù)接收流動(dòng)站的原始數(shù)據(jù) 進(jìn)行實(shí)時(shí)差分解算進(jìn)行實(shí)時(shí)差分解算 獲取流動(dòng)站絕對(duì)坐標(biāo)獲取流動(dòng)站絕對(duì)坐標(biāo) 流動(dòng)站流動(dòng)站 采集原始觀測(cè)數(shù)據(jù)，并發(fā)送給基準(zhǔn)站采集原始觀測(cè)數(shù)據(jù)，并發(fā)送給基準(zhǔn)站 優(yōu)劣勢(shì)優(yōu)

10、劣勢(shì) 增加數(shù)據(jù)中心的負(fù)擔(dān)增加數(shù)據(jù)中心的負(fù)擔(dān) 減少流動(dòng)站的計(jì)算量和成本減少流動(dòng)站的計(jì)算量和成本 常規(guī)常規(guī)RTK存在的問(wèn)題存在的問(wèn)題 可用性問(wèn)題：初始化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（浮動(dòng)解到固定可用性問(wèn)題：初始化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（浮動(dòng)解到固定 解的時(shí)間），主要受衛(wèi)星數(shù)、電離層、多路徑解的時(shí)間），主要受衛(wèi)星數(shù)、電離層、多路徑 等綜合影響。等綜合影響。 空間可用性空間可用性 距離：一般作業(yè)不要超過(guò)距離：一般作業(yè)不要超過(guò)15km，南方地區(qū)更短。，南方地區(qū)更短。 環(huán)境：實(shí)驗(yàn)表明，距離地面環(huán)境：實(shí)驗(yàn)表明，距離地面1-2米的地方多路徑影米的地方多路徑影 響最為明顯。響最為明顯。 時(shí)間可用性時(shí)間可用性 時(shí)間段：避免中午及下午電離層高峰時(shí)期

11、的作業(yè)時(shí)間段：避免中午及下午電離層高峰時(shí)期的作業(yè) 衛(wèi)星數(shù)：衛(wèi)星數(shù)：6顆衛(wèi)星作業(yè)較為可靠。顆衛(wèi)星作業(yè)較為可靠。 精度指標(biāo)：各種儀器給出的RTK精度實(shí)際上是固定 整周后的定位精度（內(nèi)符合），不是與已知結(jié)果的 比較（外符合）。 整周固定：某些情況下固定的整周數(shù)是錯(cuò)誤的，內(nèi) 符合很好，但外符合很差。 可靠性指標(biāo)：某些儀器給出了95%、99%或者99。 999%的精度指標(biāo)，實(shí)際是可靠性指標(biāo)，即達(dá)到正 常精度的概率。 適用性問(wèn)題：遮擋條件下的作業(yè)適用性問(wèn)題：遮擋條件下的作業(yè) 原因：遮擋造成信號(hào)失鎖，導(dǎo)致重新搜索整周原因：遮擋造成信號(hào)失鎖，導(dǎo)致重新搜索整周 解決方法：解決方法： 單歷元整周模糊度的固定，但目前的算法可單歷元整周