本文以DGPS为例来说明差分定位技术

首先提个问题：我们为什么要采用差分GPS定位技术测量？

答案是：绝对定位精度不能满足要求。

一、DGPS简介

DGPS:差分全球定位系统(Differential Global Position System).

目前 GPS 系统提供的定位精度是优于 10 米，而为得到更高的定位精度，我们通常采用差分 GPS 技术：将一台 GPS 接收机安置在基准站上进行观测。根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行 GPS 观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。

差分 GPS 分为两大类：伪距差分和载波相位差分

差分的优点

（1）消除卫星钟钟差

（2）消除卫星星历误差

（3）消除电离层延迟

（4）消除对流层延迟

（5）将接收机钟钟差做为未知数求出以上措施将有效地提高GPS定位精度，一般而言，以坐标方式差分可达±5m的精度，以伪距方式可达±（1～3）m级精度，以载波相位方式可达±（1～3）cm的精度，高程精度为平面精度的2～3倍。

RTK测量原理图

二、差分GPS的分类

（1）按接收机天线所处状态分类

动态
静态
动静合一

（2）按系统处理的方式（数字模型）分类

坐标差分
伪距差分
载波相位差分
伪距差分、载波相位差分合一

（3）按数据（x，y，H或B，L，H）获取方式分

实时
后处理
实时、后处理合一

（4）按基准站数据实时通讯方式

单基准站差分（1对1或1对n，海上50km，陆地10km，陆地RTK5km）
信标差分(1对n)(海上500km，陆地100km）
局域差分( M对n，卫星通讯，有偿使用 )
广域差分( M对n，卫星通讯，有偿使用 )

这里主要介绍伪距1对n后处理差分系统，其平面定位精度可达±1m，高程定位精度可达±（2—3）m，作用距离可达200km。

三、差分系统构成

（1）基准站（坐标已知，固定不动，视野开阔，远离大水体，远离电磁波天线）

GPS接收机主机
GPS接收机电源
GPS天线
GPS控制记录器
GPS接插件及对中杆（基准站含支架）
GPS集装箱

若为实时差分，还需通讯电台

（2）移动站（可处于任意可接收四颗星的位置，其配置同基准站，但为不含支架）

四、基准站已知数据获取

GPS单机单点定位（±5m）
GPS单机单点定位4小时均值（±1m ）
从测绘主管部门购买（±0.5m ～±0.5cm ）
从地图上解析（ ±1m ～ ±40m ）

五、差分GPS定位原理

从上式出发，推证伪距差分的一般数学模型。在基准站A观测j卫星，测得伪距为：

式中ρjAt为t时刻A至卫星j的真实距离，可用几何公式求得。由电台送往移动台B点的差分改正为：

B点观测的伪距为：

将伪距改正数加入(3-17)式，则有：

考虑到现有设备的通讯能力，A、B点间距不超过50km，因而LjBtrop≈LjAtrop，LjBion≈LjAion，上式中可消除卫星钟差、对流层、电离层的影响，令c(VＴＢ-VＴＡ)＝d，则上式可表示为：

将上按台劳级数展开，得：

因A、B二点之距小于50km,故ljAt≈ljBt，mjAt≈mjBt，njAt≈njBt，ρjAt０、ρjBt０为ρjＡt、ρjBt的初值，从而依上式可大部分消除卫星星历误差，进一步整理为：

当有n(n>4)颗同步观测卫星时，按最小二乘法表示的伪距差分模型为：

六、差分GPS技术

A 外业观测

（1）基准台设置要求

GPS天线平面10°仰角以上无大片障碍物阻挡卫星信号
基准站至测区有视野应开阔，无高大建筑物或高山阻挡
100米内无强大有电磁波辐射源，如微波站、大楼电梯电动机房正楼顶等
要有一定的海平面高度，建议在较远距离工作时，将基准站设置在高楼楼顶或山顶上

（2）安置仪器，开机，设置有关参数，如历元数、仪器高等输入文件名

基准站人就可以离去，有遮伞下雨问题不大
移动站安置仪器，开机，设置采样历元数，输入文件包名，可对应每个文件名
移动站测绘，可加入观测点属性

B 内业处理

（1）将基准站、基准站文件传入微机或便携机

（2）将基准站、基准站文件在微机或便携机上求差分（自动处理），显示图形

（3）求算面积，给出测量点并打印

（4）将观测结果进入GIS或数字电子地图，补测补绘地物

C 固定样地标定

七、GPS静态定位技术

用户接收机i和基准站接收机j同时跟踪一颗编号为i的卫星，则载波相位观测方程可以表示为:

显然，由两个整数相减得到的单差整周模糊度 $N^j_i$ 仍是一个整数，而一旦的 $N^j_i$ 值被正确求解出来，那么单差载波相位 $\phi ^j_i$ 就成为既没有模糊度又具有高精度的单差距离测量值。

单差——不同观测站同步观测相同卫星所得观测量之差

双差——不同观测站同步观测一组卫星所得观测量的单差之差

三差——不同观测站同步观测同一组卫星所得观测量的双差之差

RTK关键技术——初始化，通讯

八、载波相位差分(单差、双差、三差)原理

观测站A、B对卫星j的观测值分别为：

单差：消除了卫星钟差，基本消除了电流层、对流层延迟误差。

双差：消除了星历误差，进一步消除了电流层、对流层延迟误差。

三差：消除了整周模糊度、电流层、对流层延迟误差。

原则：用双差不用单差，用固定解不用浮点解

九、CORS系统

连续运行参考站(CORS)，可定义为：一个或若干个固定的、连续运行的GNSS参考站，利用现代计算机、数据通信和互联网(LAN／WAN)技术组成的网络，实时地向不同类型、不同需求、不同层次的用户自动地提供经过检验的不同类型的GNSS观测值(载波相位，伪距)，各种改正数、状态信息，以及其他有关GNSS服务项目的系统。

网络RTK技术

无需架设基准站，省去了野外工作中的值守人员和架设参考站的时间，降低了作业成本，提高了生产效率；
传统“1+1”GNSS接收机真正等于2，生产效率双倍提高；
不需要在四处找控制点；
扩大了作业半径，网络覆盖范围内能够得到均等的精度；
在CORS覆盖区域内，能够实现测绘系统和定位精度的统一，便于测量成果的系统转换和多用途处理。

CORS系统

参考站及控制中心

CORS系统组成

参考站 + 控制中心 + 用户部分

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