GNSS中静态和动态的区别

在GNSS数据处理中，动态和静态是描述接收机状态的两个关键术语，下面介绍两者之间的区别：

区别（1）从GNSS接收机本身的运动状态来看：

动态模式：动态模式是指接收机处于移动载体上，如在车辆、飞机、船舶等移动平台上使用的接收机。动态模式下，GNSS接收机数据处理的特点：

接收机需要实时地获取并处理来自卫星的信号，一般通过接收机的内置算法完成。定位模式主要是伪距单点定位（SPP），用于米级的导航定位；此外是高精度的相对定位(RTK)，可以实现厘米级的高精度定位。
接收机通常需要更高的数据采样率，以满足动态环境下接收机位置的快速变化。

接下来对比几款常见GNSS模组的性能指标。

其中一些指标的概念如下：

【1】首次定位时间（TTFF）

首次定位时间TTFF(Time To First Fix)用于衡量接收机信号搜索过程的快慢程度，定义为接收机加电至其捕获第一个有效导航数据点所需的时间长度。其又分为冷启动、温启动和热启动。
　　冷启动是指GNSS接收机在时间、位置、当前星历均未知的情形下定位所需的时间，如接收机初次使用时，电池耗尽导致星历信息丢失时，关机状态下，接收机移动100公里以上的距离。冷启动定位所需的时间最长。温启动是指接收机在时间和历书已知、无星历、距离上次定位100公里以内的启动。热启动是指时间、历书及星历均已知，位置距离上次定位点100公里以内的启动。

【2】频点

频点是给固定频率的编号。频率间隔都为200KHz。这样就依照200KHz的频率间隔从890MHz、890.2MHz、890.4MHz、890.6MHz、890.8MHz、891MHz … … 915MHz分为125个无线频率段，并对每个频段进行编号，从1、2、3、4 … … 125；这些对固定频率的编号就是我们所说的频点；反过来说：频点是对固定频率的编号。

几款常见GNSS模组的性能指标
	移远LC29H	UBLOX F9P	和芯星通 UM980	司南导航 K803	天宝BD990
支持星座数	BDS GPS GLONASS Galileo QZSS	BDS GPS GLONASS Galileo QZSS SBAS	BDS GPS GLONASS Galileo QZSS	BDS-2 BDS-3 GPS GLONASS Galileo QZSS SBAS IRNSS L-band	BDS GPS GLONASS Galileo QZSS SBAS
频点	BDS:B1l,B2a GPS/QZSS :L1C/A,L5 GLONASS: L1 Galileo:E1,E5a	BDS：B1l GPS：L1C/A GLONASS:L1OF Galileo:E1B/C QZSS:L1C/A,L1S,L5 SBAS:L1C/A	BDS:B1l,B2l,B3l, B1C,B2a,B2b GPS:L1C/A,L1C, L2P(Y), L2C, L5 GLONASS: G1,G2,G3 Galileo:E1,E5a ,E5b,E6 QZSS:L1,L2,L5	BDS-2：B1l,B2l,B3l BDS-3：B1l,B3l ,B1C,B2a,B2b GPS： L1,L1C,L2C, L2P, L5 GLONASS:G1, G2,G3 Galileo:E1,E5a,E5b, E6c,E5AltBOC QZSS: L1C/A,L2C,L5,L1C* SBAS:L1 IRNSS:L5*	BDS:B1, B2， GPS:L1C/A,L2E, L2C, GLONASS:L1C/A, L2 C/A,L3 CDMA Galileo:E1,E5A, E5B, E5AltBO，E6 IRNSS: L5 QZSS:L1C/A,L1 SAIF, L2C, L5, LEX SBAS:L1 C/A, L5
首次定位时间	冷启动<26s 温启动<16s 热启动<1s	冷启动<24s 热启动<2s	冷启动<30s 温启动<20s 热启动<5s	冷启动<20s 热启动<10s	冷启动<45 s 温启动<30 s
数据更新率	GNSS:1HZ IMU:100HZ （最大）	RTK:20HZ	50HZ定位	测量定位：20HZ RTK:20HZ	50Hz
数据格式	LET,UMTS,TD-SCDMA, CDMA2000, GSM	NMEA,UBXbinary, RTCM v. 3.3, SPARTN v. 2.0	NMEA-0183,Unicore	NMEA-0183, CMR, RTCM2.X, RTCM3.X, MSM3-MSM7	差分CMR类，RTCM类 NEMA0183，Trimble GSOF

下面是关于这些GNSS模组的产品手册链接，各位可自行查看：

UBLOX F9P:

ZED-F9P-04B Data sheethttps://content.u-blox.com/sites/default/files/ZED-F9P-04B_DataSheet_UBX-21044850.pdf

移远LC29H：

| 移远通信https://www.quectel.com/cn/news-and-pr/2023-qiot-summit-held-in-shenzhen

和芯星通 UM980:

https://www.unicorecomm.com/products

司南导航 K803:

https://www.sinognss.com/K803.html

天宝BD990:

http://bjcyxt.51sole.com/companyproductdetail_271397740.htm

静态模式：静态模式适用于固定或几乎不移动的接收机，例如在地面测量、地质勘探、科学研究等应用中使用的接收机。在静态模式下，接收机可以更多地专注于精确的测量和定位任务，而不需要应对快速的位置变化。静态模式下GNSS接收机数据处理的特点：

静态模式的接收机可以使用较低的数据采样率，并且更多地依赖信号质量和持续时间来提高测量的精度和可靠性。数据处理模式可以通过PPK或PPP处理，以获取高精度的定位结果。

区别（2）从GNSS数据处理角度来看：

首先，我们介绍一下目前使用较多的差分模式：单差、双差和三差。在RTK短基线测量中，我们常采用的是双差模式。非差观测方程提供了一个直观的描述，用于说明原始观测值与估计参数及其他误差参数之间的相互关系。换句话说，它帮助我们理解如何将观测数据与参数之间的差异进行消除或降低。伪距观测值和载波相位观测值的非差观测方程为：

表示的是卫星，频率以及接收机；

表示原始伪距观测值 (m)；

表示原始载波观测值 (cycle)；

表示频率 j上的波长 (m)；

为卫星与接收机之间的几何距离 (m)；

表示接收机钟差和卫星钟差 (m)；

分别为 L1 频点上的对流层延迟以及电离层延迟 (m)；

为频率的比值；

分别为频率 j 上的接收机端和卫星端的伪距偏差 (m)；

分别为频率 j 上的接收机端和卫星端的载波相位偏差 (m)；

为载波相位整周模糊度（cycle）；

为其他与频率无关的误差，如潮汐改正，地球自转效应，相对论效应，轨道误差等 (m)；

均为其他未建模的误差 (m)；

以载波相位非差观测方程为例，主要介绍下单差和双差。

单差模式

单差模式是指保持卫星一致，将多个观测站的观测数据作站间差，将卫星钟差和星历误差进行消除。如果应用于短基线场景，两接收机的传播途径误差相似，也可以通过单差进行消除[22]。

对非差载波相位观测方程进行单差模式处理，可得

式中：

双差模式

联立卫星 s 与卫星i 之间的站间单差方程，可以组成站间星间二次差分（简称双差）观测方程：

式中：

由于后续要在此基础上进行参数估计，因此采用前面介绍的线性化处理方法对其进行线性化处理,假设观测站T2的概略坐标为(X20,Y20,Z20)，在两个观测站间的基线矢量(δX,δY,δZ)两观测卫星k和i中选取高度角较高的i为基准卫星，可得

线性化处理后，双差载波相位观测方程即为：

在GNSS定位的误差方程中，接收机坐标会作为待估参数，不同的处理模式对参数的处理存在差异。

动态模式下，方程会每个历元重新初始化接收机的坐标参数的方差，即无论接收机是静止还是运动，每个历元都重新估计接收机坐标，所以即便静态的接收机，采用动态解算模式，坐标也不会解算错误，只是坐标精度会稍差一些。
静态模式下，方程不会每个历元重新初始化接收机的坐标方差参数，随着数据处理的进行，接收机坐标的方差不断收敛，定位精度也不断提高。所以这种情况下如果使用动态数据来处理，会导致解算失败。

我们采用由Crustal Dynamics Data Information System（CDDIS）提供的国际GNSS服务（IGS）观测数据，包括GOP63440和GOPE3440。这些数据的时间范围为2020年12月9日0时0分0秒至2020年12月9日23时59分30秒。我们在RTKPOST软件上中分别使用静态和动态模式对其进行解算，对比静态和动态模式下坐标序列的差异：

图 1 静态解算结果

图 2 动态解算结果

图 3 对比结果

我们对比发现，两种模式下的坐标序列图较为接近，但动态解算的结果有微小的误差，且坐标序列不断波动。具体分析后我们发现：

1.静态模式下的固定率为99.6%，而动态模式下的固定率仅为65.8%。

2.动态解算模式下的噪声或波动的影响更加显著。在静态固定解算中，噪声或波动的影响通常是较小的。这是因为静态解算假设物体没有运动，仅考虑接收机观测数据和初始位置。在这种情况下，由于物体静止，噪声通常会被平均化或被固定解的算法所抑制，从而对结果产生较小的影响。而动态解算考虑了物体的运动信息，包括速度、加速度等因素。因此，噪声或波动可能会在解算过程中引入一定的误差。特别是在高速移动或加速的情况下，噪声可能会对结果产生更大的影响。

	E (m)	N (m)	U (m)
动态模式	0.0052	0.0093	0.0096
静态模式	0.0039	0.0083	0.0041

通过对比两种模式下的STD精度，我们发现该组基线在静态解算模式下的精度较高。