差分GPS可分為:單站GPS的差分、局部區(qū)域GPS差分、廣域差分。
5.6.1 單站GPS的差分
根據(jù)差分GPS基準(zhǔn)站發(fā)送的信息方式可將差分GPS定位分為三類,即:位置差分、偽距差分和相位差分。這三類差分方式的工作原理是相同的,即都是由基準(zhǔn)站發(fā)送改正數(shù),由用戶站接收并對其測量結(jié)果進(jìn)行改正,以獲得精確的定位結(jié)果。所不同的是,發(fā)送改正數(shù)的具體內(nèi)容不一樣,其差分定位精度也不同。
1. 位置差分原理
這是一種最簡單的差分方法,任何一種GPS接收機(jī)均可改裝和組成這種差分系統(tǒng)?!“惭b在基準(zhǔn)站上的GPS接收機(jī)觀測4顆衛(wèi)星后便可進(jìn)行三維定位,解算出基準(zhǔn)站的坐標(biāo)。由于存在著軌道誤差、時鐘誤差、SA影響、大氣影響、多徑效應(yīng)以及其他誤差,解算出的坐標(biāo)與基準(zhǔn)站的已知坐標(biāo)是不一樣的,存在一個差值?;鶞?zhǔn)站利用數(shù)據(jù)鏈將此改正數(shù)發(fā)送出去,由用戶站接收,并且對其解算的用戶站坐標(biāo)進(jìn)行改正。
最后得到的改正后的用戶坐標(biāo)已消去了基準(zhǔn)站和用戶站的共同誤差,例如衛(wèi)星軌道誤差、SA影響、大氣影響等,提高了定位精度。以上先決條件是基準(zhǔn)站和用戶站觀測同一組衛(wèi)星的情況。 位置差分法適用于用戶與基準(zhǔn)站間距離在100km以內(nèi)的情況。
2. 偽距差分原理
偽距差分是目前用途最廣的一種技術(shù)。幾乎所有的商用差分GPS接收機(jī)均采用這種技術(shù)。國際海事無線電委員會推薦的RTCM SC-104也采用了這種技術(shù)。
在基準(zhǔn)站上的接收機(jī)要求得它至可見衛(wèi)星的距離,并將此計算出的距離與含有誤差的測量值加以比較。利用一個α-β濾波器將此差值濾波并求出其偏差。然后將所有衛(wèi)星的測距誤差傳輸給用戶,用戶利用此測距誤差來改正測量的偽距。最后,用戶利用改正后的偽距來解出本身的位置,就可消去公共誤差,提高定位精度。
與位置差分相似,偽距差分能將兩站公共誤差抵消,但隨著用戶到基準(zhǔn)站距離的增加又 出現(xiàn)了系統(tǒng)誤差,這種誤差用任何差分法都是不能消除的。用戶和基準(zhǔn)站之間的距離對精度有決定性影響。
3. 載波相位差分原理
載波相位差分技術(shù)又稱為RTK技術(shù)(real time kinematics),是建立在實時處理兩個測站的載波相位基礎(chǔ)上的。它能實時提供觀測點的三維坐標(biāo),并達(dá)到厘米級的高精度。
與偽距差分原理相同,由基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈實時將其載波觀測量及站坐標(biāo)信息一同傳送給用戶站。用戶站接收GPS衛(wèi)星的載波相位與來自基準(zhǔn)站的載波相位,并組成相位差分觀測值進(jìn)行實時處理,能實時給出厘米級的定位結(jié)果。
實現(xiàn)載波相位差分GPS的方法分為兩類:修正法和差分法。前者與偽距差分相同,基準(zhǔn)站將載波相位修正量發(fā)送給用戶站,以改正其載波相位,然后求解坐標(biāo)。后者將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送給用戶臺進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。前者為準(zhǔn)RTK技術(shù),后者為真正的RTK技術(shù)。
5.6.2 局部區(qū)域GPS差分系統(tǒng)
局域差分(LADGPS)是在局部區(qū)域內(nèi)布設(shè)一個GPS差分網(wǎng),網(wǎng)內(nèi)由若干個差分GPS基準(zhǔn)站組成,通常還包含至少1個監(jiān)控站。處于該局域內(nèi)的用戶可根據(jù)多個基準(zhǔn)站提供的改正信息,經(jīng)平差后求得自己的改正數(shù)。它的作用距離一般在200~300km內(nèi),如我國沿海建設(shè)的信標(biāo)差分網(wǎng)。
局域差分GPS技術(shù)通常采用加權(quán)平均法或最小方差法對來自多個基準(zhǔn)站的改正信息進(jìn)行平差,求出自己的坐標(biāo)改正數(shù)或距離改正數(shù)。
5.6.3 廣域差分
廣域差分(Wide Area DGPS,WADGPS)技術(shù)的基本思想是對GPS觀測量的誤差源加以區(qū)分,并對每一個誤差源分別加以"模型化",然后將計算出來的每一個誤差源的誤差修正值(差分改正值),通過數(shù)據(jù)通訊鏈傳輸給用戶,對用戶GPS接收機(jī)的觀測誤差加以改正,以達(dá)到削弱這些誤差源的影響,改善用戶GPS定位精度的目的。
廣域差分主要模型化以下三類GPS定位的誤差源:星歷誤差、大氣延時誤差、衛(wèi)星鐘差誤差。
廣域差分GPS系統(tǒng)的工作流程:
1) 在已知的多個監(jiān)測站上,跟蹤觀測GPS衛(wèi)星的偽距、相位等信息;
2) 監(jiān)測站將所接受的信息全部傳輸?shù)街行恼荆?/p>
3) 中心站計算出三項誤差改正;
4) 將這些誤差改正用數(shù)據(jù)通訊鏈傳輸給用戶;
5) 用戶根據(jù)這些誤差改正自己觀測到的偽距、相位、星歷等信息,計算出高精度結(jié)果。
廣域差分GPS系統(tǒng)的特點:
1) 用戶的定位精度對空間距離的敏感程度比較??;
2) 投資少,經(jīng)濟(jì)效益好;
3) 定位精度較高,且分布均勻;
4) 可擴(kuò)展性好;
5) 技術(shù)復(fù)雜,維護(hù)費用高;可靠性及安全性稍差。
