伪距差分和载波相位差分
差分GPS定位原理
差分GPS定位原理 测绘知识 2007年3月31日差分GPS定位原理根据差分GPS基准站发送的信息方式可将差分GPS定位分为三类，即：位置差分伪距差分相位差分这3类差分方式的工作原理是相同的，即都是由基准站发送改正数，由用户站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果。
所不同的是，发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精度也不同。
位置差分原理这是一种最简单的差分方法，任何一种GPS接收机均可改装和组成这种差分系统。
安装在基准站上的G PS接收机观测4颗卫星后便可进行三维定位，解算出基准站的坐标。
由于存在着轨道误差、时钟误差、SA 影响、大气影响、多径效应以及其他误差，解算出的坐标与基准站的已知坐标是不一样的，存在误差。
基准站利用数据链将此改正数发送出去，由用户站接收，并且对其解算的用户站坐标进行改正。
最后得到的改正后的用户坐标已消去了基准站和用户站的共同误差，例如卫星轨道误差、SA影响、大气影响等，提高了定位精度。
以上先决条件是基准站和用户站观测同一组卫星的情况。
位置差分法适用于用户与基准站间距离在100km以内的情况。
伪距差分原理伪距差分是目前用途最广的一种技术。
几乎所有的商用差分GPS接收机均采用这种技术。
国际海事无线电委员会推荐的RTCMSC-104也采用了这种技术。
在基准站上的接收机要求得到它至可见卫星的距离，并将此计算出的距离与含有误差的测量值加以比较。
利用一个α-β滤波器将此差值滤波并求出其偏差。
然后将所有卫星的测距误差传输给用户，用户利用此测距误差来改正测量的伪距。
最后，用户利用改正后的伪距来解出本身的位置，就可消去公共误差，提高定位精度。
与位置差分相似，伪距差分能将两站公共误差抵消，但随着用户到基准站距离的增加又出现了系统误差，这种误差用任何差分法都是不能消除的。
用户和基准站之间的距离对精度有决定性影响。
载波相位差分原理测地型接收机利用GPS卫星载波相位进行的静态基线测量获得了很高的精度（10-6～10-8）。
GPS导航定位原理以及定位解算算法
G P S导航定位原理以及定位解算算法TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-GPS导航定位原理以及定位解算算法全球定位系统(GPS)是英文Global Positioning System的字头缩写词的简称。
它的含义是利用导航卫星进行测时和测距，以构成全球定位系统。
它是由美国国防部主导开发的一套具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航定位系统。
GPS用户部分的核心是GPS接收机。
其主要由基带信号处理和导航解算两部分组成。
其中基带信号处理部分主要包括对GPS卫星信号的二维搜索、捕获、跟踪、伪距计算、导航数据解码等工作。
导航解算部分主要包括根据导航数据中的星历参数实时进行各可视卫星位置计算；根据导航数据中各误差参数进行星钟误差、相对论效应误差、地球自转影响、信号传输误差(主要包括电离层实时传输误差及对流层实时传输误差)等各种实时误差的计算，并将其从伪距中消除；根据上述结果进行接收机PVT（位置、速度、时间）的解算；对各精度因子(DOP)进行实时计算和监测以确定定位解的精度。
本文中重点讨论GPS接收机的导航解算部分，基带信号处理部分可参看有关资料。
本文讨论的假设前提是GPS接收机已经对GPS卫星信号进行了有效捕获和跟踪，对伪距进行了计算，并对导航数据进行了解码工作。
1 地球坐标系简述要描述一个物体的位置必须要有相关联的坐标系，地球表面的GPS接收机的位置是相对于地球而言的。
因此，要描述GPS接收机的位置，需要采用固联于地球上随同地球转动的坐标系、即地球坐标系作为参照系。
地球坐标系有两种几何表达形式，即地球直角坐标系和地球大地坐标系。
地球直角坐标系的定义是：原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向地球赤道面与格林威治子午圈的交点(即0经度方向)，Y轴在赤道平面里与XOZ 构成右手坐标系(即指向东经90度方向)。
伪距和载波相位观测方程异同点
伪距和载波相位观测方程异同点伪距观测和载波相位观测是卫星导航系统中常用的两种测量方式。
它们分别基于卫星信号的传播时间和相位变化来确定接收机与卫星之间的距离和位置。
虽然伪距观测和载波相位观测在原理和应用上存在一些异同点，但它们都是通过测量卫星信号的特征来实现导航定位的重要手段。
伪距观测和载波相位观测都是通过测量接收机接收到的卫星信号来计算距离的。
伪距观测是利用卫星信号的传播时间差来确定距离，而载波相位观测则是通过测量卫星信号的相位变化来计算距离。
不同的是，伪距观测是直接测量卫星信号的传播时间差，而载波相位观测则需要通过对信号的相位进行解算来得到距离。
伪距观测和载波相位观测在测量精度上存在一定的差异。
伪距观测由于只测量了信号的传播时间差，受到误差的影响较大，一般精度在几米至十几米左右。
而载波相位观测由于测量的是信号的相位变化，精度较高，可以达到亚米甚至厘米级别。
因此，在高精度定位和导航应用中，更常采用载波相位观测来实现更精确的定位。
伪距观测和载波相位观测在数据处理上也存在一些差异。
伪距观测直接从接收机接收到的卫星信号中提取出伪距信息，处理简单快速，但由于信号传播过程中存在大气延迟等误差，需要进行差分改正和误差校正才能得到较准确的定位结果。
而载波相位观测需要对信号进行解算，需要更复杂的算法和计算过程，但由于测量精度高，可以获得更准确的定位结果。
不仅如此，伪距观测和载波相位观测在应用上也有一些差异。
伪距观测由于测量简单、处理快速，更适用于实时定位和导航应用，如车载导航、船舶定位等。
而载波相位观测由于精度高，更适用于精密测量和科学研究领域，如大地测量、精密农业等。
总结起来，伪距观测和载波相位观测是卫星导航系统中常用的两种测量方式，它们分别基于卫星信号的传播时间和相位变化来确定接收机与卫星之间的距离和位置。
虽然两者在原理、精度、数据处理和应用上存在一些差异，但都是实现导航定位的重要手段。
伪距观测适用于实时定位和导航应用，而载波相位观测适用于精密测量和科学研究。
gps差分定位原理
GPS差分定位是一种通过利用多个接收机接收同一卫星信号来提高定位精度的技术。
其基本原理是，通过在一定的区域范围内（根据不同的测量等级，基准站与移动站的距离有差异，一般情况下小于25km），在地面已知控制点上架设一个GPS基准站，GPS基准站实时的记录GPS定位信息，通过与地面已知控制点的实际坐标值做比对处理，以解算得到测区移动站的修正量，以此对移动站的测量值进行修正，得到更精准的测量值。
GPS差分定位主要分为位置差分、伪距差分和载波相位差分三种。
位置差分是最简单的差分方法，任何一种GPS接收机均可改装和组成这种差分系统。
伪距差分是目前用途最广的一种技术。
载波相位差分则是利用GPS卫星载波相位进行的静态基线测量，获得了很高的精度。
差分GPS定位还需要考虑一些误差因素，如轨道误差、时钟误差、SA影响、大气影响、多径效应以及其他误差。
这些因素会影响定位精度，因此需要通过差分技术来消除这些误差。
差分GPS定位技术可以消除基准站和用户站的共同误差，例如卫星轨道误差、SA影响、大气影响等，从而提高定位精度。
总的来说，GPS差分定位技术是一种通过多个接收机接收同一卫星信号，并利用差分技术消除误差，提高定位精度的技术。
在实际应用中，根据不同的测量等级和需求，可以选择不同的差分方法和参数设置，以达到最优的定位效果。
RTK使用人员必须了解的学习知识
ＲＴＫ使用人员必须了解的１０大基本知识ＲＴＫ作为现代化测量中的测绘仪器，已经非常普及．ＲＴＫ在测量中的优越性也是不言而喻．为了能让ＲＴＫ的优越性能在使用中充分的发挥出来，为了能让ＲＴＫ使用人员能灵活的应用ＲＴＫ，我认为ＲＴＫ使用人员必须了解以下的基本知识：１．ＧＰＳ的概念及组成GPS（Global Positioning System）即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系统，利用该系统，用户可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速；另外，利用该系统，用户还能够进行高精度的时间传递和高精度的精密定位。
GPS计划始于1973年，已于1994年进入完全运行状态(FOC[2])。
GPS的整个系统由空间部分、地面控制部分和用户部分所组成：空间部分GPS的空间部分是由24颗GPS工作卫星所组成，这些GPS工作卫星共同组成了GPS卫星星座，其中21颗为可用于导航的卫星，3颗为活动的备用卫星。
这24颗卫星分布在6个倾角为55°的轨道上绕地球运行。
卫星的运行周期约为12恒星时。
每颗GPS工作卫星都发出用于导航定位的信号。
GPS用户正是利用这些信号来进行工作的。
控制部分GPS的控制部分由分布在全球的由若干个跟踪站所组成的监控系统所构成，根据其作用的不同，这些跟踪站又被分为主控站、监控站和注入站。
主控站有一个，位于美国克罗拉多（Colorado）的法尔孔（Falcon）空军基地，它的作用是根据各监控站对GPS的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时，它还对卫星进行控制，向卫星发布指令，当工作卫星出现故障时，调度备用卫星，替代失效的工作卫星工作；另外，主控站也具有监控站的功能。
监控站有五个，除了主控站外，其它四个分别位于夏威夷（Hawaii）、阿松森群岛（Ascencion）、迭哥伽西亚（Diego Garcia）、卡瓦加兰（Kwajalein），监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星的工作状态；注入站有三个，它们分别位于阿松森群岛（Ascencion）、迭哥伽西亚（Diego Garcia）、卡瓦加兰（Kwajalein），注入站的作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去.用户部分GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机气象仪器等所组成。
车载测绘POS算法
车载测绘POS算法车载移动测量系统对POS 精度提出了近乎苛刻的要求：位置精度在厘米量级，姿态和航向精度小于1'。
为保证导航精度，POS 中一般采用高精度双频GPS 接收机，并通过差分GPS 与SINS进行组合导航。
差分GPS 分为伪距差分和载波相位差分两类[146]。
伪距差分称作DGPS，是目前应用最广的一种差分技术，普通商用差分GPS 都采用这种技术；而测绘用的GPS一般采用载波相位差分技术（Kinematic Ambiguity Resolution，KAR），包括实时差分（Real-Time Kinematic, RTK）和事后差分两类。
DGPS 定位精度在亚米级，定位精度随着用户到基准站的距离增加而有所降低；RTK 要求流动站的GPS 接收机能够快速解算载波相位的模糊度，可以达到厘米级的定位精度；KAR 属于事后处理，定位精度不低于RTK。
实时差分要求用户接收机不但要接收GPS 轨道卫星信息，还要接收基准站信息，差分数据的连续性受基准站位置布局的影响；而事后差分只需用户接收机和基准站分别接收并保存GPS 原始测量信息，所以不受二者通讯链路的限制，抗干扰能力更强。
在IMU 精度和GPS 定位精度一定的条件下，车载POS 数据处理主要包含实时SINS/GPS 组合导航和事后平滑处理两个主要部分。
车载POS 本质上就是SINS/GPS 组合导航系统，实时处理算法与成熟的SINS/GPS 组合导航算法类似，因此这也成为国内技术人员研究的切入点。
车载POS 中SINS/GPS 实时组合导航的最佳方案是采用紧组合策略，即GPS 接收机无需进行定位解算，而是直接采用测量伪距和载波相位观测值与SINS 的导航结果构成量测值。
POS LV 系统即是在紧组合策略的基础上构建了In-Fusion 组合滤波结构[146]，其主要优势在于：①可以采用SINS 的解算结果对单个卫星的测量信息进行故障检测，在可见星数少于5 颗的情况下仍能进行故障检测；②当可见星数少于4 颗时，GPS 接收机不能进行定位解算，但紧组合策略仍能利用这些信息进行组合导航，从而改善定位精度；③使用SINS 的解算结果辅助解算模糊度的初值，即IARTK 技术，可以减少对整周模糊度初始化的时间，当失锁结束后，可以快速恢复模糊度的解算，提供抗干扰能力强的RTK 定位。
高精度卫星定位技术误差分析与改进策略
高精度卫星定位技术误差分析与改进策略高精度卫星定位技术是现代导航和地理信息系统中的关键技术之一，它通过接收卫星信号来确定接收器在地球上的精确位置。
随着科技的发展，高精度卫星定位技术在各个领域，如测绘、交通、农业、事等，都发挥着越来越重要的作用。
然而，这项技术在实际应用中仍然面临着多种误差源，这些误差源可能会影响到定位的精度和可靠性。
本文将探讨高精度卫星定位技术中的误差分析，并提出相应的改进策略。
一、高精度卫星定位技术概述高精度卫星定位技术主要依赖于全球导航卫星系统（GNSS），如的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）、欧洲的伽利略（Galileo）和中国的北斗导航系统（BDS）。
这些系统通过发射卫星信号，使得地面接收器能够计算出其位置、速度和时间。
1.1 卫星定位技术原理卫星定位技术基于三角测量原理，即通过测量接收器与至少四颗卫星之间的距离，来确定接收器在三维空间中的位置。
接收器通过计算信号传播时间来确定距离，而信号的传播时间与卫星和接收器之间的距离成正比。
1.2 定位技术的应用场景高精度卫星定位技术在多个领域有着广泛的应用，包括但不限于：- 测绘工程：用于地形测绘、土地规划和工程建设。
- 交通导航：提供车辆定位、路线规划和实时导航服务。
- 精准农业：指导农业机械进行精确播种、施肥和收割。
- 事应用：用于定位、导航和武器制导。
二、高精度卫星定位技术的误差分析尽管高精度卫星定位技术在理论上可以提供非常精确的位置信息，但在实际应用中，多种误差源会影响定位的精度。
2.1 卫星误差卫星误差主要包括卫星轨道误差和卫星钟差。
卫星轨道误差是由于卫星轨道模型与实际轨道之间的偏差造成的，而卫星钟差则是由于卫星时钟与标准时间之间的偏差造成的。
2.2 信号传播误差信号传播误差主要包括电离层延迟和对流层延迟。
电离层延迟是由于卫星信号在通过电离层时受到电子密度变化的影响，导致信号传播速度的变化。
对流层延迟则是由于信号在通过对流层时受到温度、湿度和大气压力变化的影响。
第十讲 RTK_原理及注意事项
RTK – Real Time Kinametic（实时动态差分）
差分GPS定位原理
• 根据差分GPS基准站发送的信息方式可将差分 GPS定位分为三类， • 即：位置差分 • 伪距差分 • 载波相位差分 • 这3类差分方式的工作原理是相同的，即都是 由基准站发送改正数，由用户站接收并对其测量 结果进行改正，以获得精确的定位结果。所不同 的是，发送改正数的具体内容不一样，其差分定 位精度也不同。
RTK技术主要应用范围
• 测图根点（精度均匀，效率高） • 地形测图 （效率高，一人即可操作） • 工程放样（实时显示位置信息，可进行复杂的线 路测量，只需要输入线路要素即可生成复杂的道 路曲线） • 无验潮测水深 水下地形测量随着RTK技术的出现，使得水上测 量采用GPS无验潮测量方式工作（RTK方式）成 为可能。采用此种方式不仅可以避免定位系统和 测深系统之间的延迟误差，而且由于无验潮，使 得内业处理更简单、方便 .
RTK工作原理
在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测 的星历数据传送给流动站。流动站通过数据链接收 来自基准站的数据，同时采集GPS观测数据，并在 系统内进行实时处理，给出厘米级定位结果，历时 不到一秒钟。流动站可处于静止状态，也可处于运 动状态，也可在动态条件下直接开机，并在动态环 境下完成周模糊度的搜索求解。载整周末知数解固 定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持 5颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形， 则流动站可随时给出厘米级定位结果。
RTK(Real Time Kinematic)
载波相位差分技术
RTK测量系统是GPS测量技术与数据传输技术构成 的组合系统。高精度的GPS测量必须采用载波相 位观测，RTK定位技术就是基于载波相位观测的 实时动态定位技术，它能够实时快速地提供测站 点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米 级精度。
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1.伪距差分
目前应用最广的一种差分。
它是在基准站上，观测所有卫星，根据基准站的精确坐标和各卫星的坐标，求出每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离。
再与测得的伪距比较，得出伪距改正数，将其传输至流动站接收机来改正测量的伪距，提高定位精度。
伪距差分和载波相位差分实现过程和重难点：
基准站伪距公式：
()i i i i i i
m m m m m m
R r c t t dI dT ρ=+∆-∆+∆++ (1)
i
m
R 接收机到第I 颗卫星的伪距 i
m
r 接收机到第I 颗卫星的真实距离 m t ∆接收机钟差
i t ∆第I 颗卫星钟差
i
m
ρ∆星历误差 i
m
dI 电离层误差 i
m
dT 大气层误差 知道卫星星历和基准站坐标可以求出卫星到基准站真实距离i m r 则伪距改正数可以表示为：i i i m m m
dr r R =- 接收机伪距公式：
()i i i i i i n n n n n n R r c t t dI dT ρ=+∆-∆+∆++
(2)
在接收机距离机站在200-300Km 的情况下，通过接收机伪距测量值加上伪距改正数：
i i
m n
dr R +可以消除电离层，大气层和星历误差。
2221/2()[()()()]i i
i i i i m n n n m n n n dr R r c t t x x y y z z D +=+∆-∆=-+-+-+∆ 2222()()()()i i i i i m n n n n dr R D x x y y z z +-∆=-+-+- 其中i m R 可以由基站发送信息中得到。
在解出卫星星历后求出卫星坐标,在基站信息中可以得到基站天线坐标，则可以求出i m r ,则
i
m
dr 可以得到。
由4个方程即可以进行定位解算
2、载波相位差分：
测相伪距观测方程：
载波相位差分又称RTK 技术，是实时处理两个观测站载波相位观测量的差分方法。
基准站将观测到的载波相位，发送给移动站，与移动站自身的载波相位观测值进行相位求差，再解算用户的位置，有单差、双差和三差三种模型。
假设，安置在基线端点的接收机T1 和T2 对GPS 卫星 j
S 和 k
S ，于历元 t1 和 t2 进行同步观测，则可得以下独立的载波相位观测量。
其中，观测量的一般形式为：
并结合载波测相伪距观测方程：
通过对这些观测量的组合可以得到以下基本模型： 单差模型：
对相位观测值在站间求差：
0,,()()[()()]()()()j j j j j j
i i i i i I i T t R t c t t t t N t t t λϕδδλ⋅=+⋅--⋅+∆+∆0,,()()[()()]()[()()]j j j j j j i i i i i I i T f f t R t f t t t t N t t t c c
ϕδδ=+⋅--+∆+∆或1111121221212222(),(),(),(),(),(),(),()j k j k j k j k
t t t t t t t t ϕϕϕϕϕϕϕϕ0,,()()[()()]()[()()]j j j j j j i i i i i I i T f f
t R t f t t t t N t t t c c
ϕδδ=+⋅--+∆+∆2121()()()j
j j t t t ϕϕϕ∆=-
将观测站T1和T2各自的观测方程带入上式得：
卫星钟差已消除，同时可以减弱卫星的轨道误差，大气折射误差等影响。
将观测站T1对卫星j
S 和 k
S 各自的观测方程带入上式得：
可消除接收机钟差的影响。
双差模型：
2121212010()[()()][()()][()()]j
j j j j f t R t R t f t t t t N t N t c
ϕδδ∆=-+⋅---2,1,2,1,[()()][()()]j j j j I I T T f f t t t t c c
+∆-∆+∆-
∆1111010()[()()][()()][()()]
kj k j j k k j f t R t R t f t t t t N t N t c
ϕδδ∆=-+⋅---1,1,1,1,[()()][()()]k j k j I I T T f f t t t t c c
+∆-∆+∆-∆。