GNSS伪距差分定位及其特色_GNSS卫星导航定位方法之二

GNSS Pseudorange Differential Positioning and Its Characteristic -- Method of GNSS Navigation/Positioning (2)
Liu Jiyu (School of Geodesy and Geomatics, Wuhan University, Wuhan, 430079)
Abstract: GNSS pseudorange differential positioning is a kind of satellite navigation/positioning method which can obtain high navigation/positioning accuracy. But its equipment is more complicated, the user not only needs to use a GNSS signal receiver, but also need one reference station and a GNSS signal receiver to provide DGNSS correction data. They are named as DGNSS data links. Such we can realize the all-weather, day/night and global measurement for motion carriers of the seven dimensional state parameters. This paper discusses briefly the basic principle of GNSS differential positioning and its realization.
Keywords: Pseudorange Differential Positioning; GNSS signal receiver; DGNSS data links
在静态定位中，“差分定位”叫做“相对定位”； 在动态定位中，我们采用“差 分定位”之 称；对于 GNSS差分定位，叫做DGNSS（Differential Global Navigation Satellite System）测量；若用伪距观测 值作 求 差 解 算，叫做 G N S S 伪距 差 分定位。D G N S S 测 量 至少 需 要二台 G N S S 信号 接 收 机 ，分 别 安设在 运动载体和一个已知点位坐标的地面点（基准站）上 （如图1所 示），且将前者 称为 动 态 G N S S 信号接 收 机（简称为动态接收机），后者叫做基准GNSS信号
（5） 式中，各个符号的意义与式（3）相似，仅式（5） 中的k，表示动态用户。动态接收机在测量伪距的同 时，接 收 来自基 准 接 收 机 的 伪距校 正值 ，而 改 正它 自已测得的伪距
（6）
比较式（5）和式（6）可知，D G NS S 测量消除 了G N S S 卫 星时钟 偏 差引起的距 离误 差（S A 技 术引 起的部分人为距离误 差）。当D G NS S站间距离在 10 0 k m以内时，可以认为
类 型 空间 控制 用户
误差名称
卫星时钟误差 卫星摄动误差 SA技术误差 其他（热辐射等）误差
星历预报误差 其他（如起飞加速器性能等）误差
电离层时延误差 对流层时延误差 接收机噪声误差 多路径误差 其他（波道间偏差等）误差
用户测距误差 总误差（RMS）
用户二维位置误差（2DRMS，HDOP=1.5， 2DRMS=2×HDOP×mρ）
则有
（7） 式中，d=C(dTrr - dTkr)；X j，Yj，Zj为第j颗GNSS 卫星在时元t的在轨位置；X k，Y k，Z k为动态用户的 GNSS信号接收天线在时元t的三维位置。
当 观 测了4 颗 共 视 的 G N S S 卫 星 时，可 列 立4 个 如 式（7）的 方 程 式 ，对其 线 性 化 ，则 知 动 态用户在 时元t的三维位置解为
1.2 按DGNSS数据之异分类
随着 基 准 接 收 机 所提 供的 D G N S S 数 据不同， 而分成下列类型：
（1）位 置 D G N S S 测 量。基 准 接 收 机向动 态用 户发送的DGNSS数据，是“位 置校正值”，以此改 正动态用户所解算出的三维位置。
（2）伪距 D G N S S 测 量。基 准 接 收 机向动 态用 户发送的D GNSS数据，是“伪距校正值”，以此改 正 动 态用户所 测 得 的 伪距 ，进而解 算出动 态用户的 三维位置。
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3 单基准站伪距DGNSS测量
在图1中，只有一台基准接收机向动态用户发送 “伪距校 正值”，这 种 D G N S S 测 量模 式，叫做单 基 准站伪距DGNSS测量，其工作原理如下所述。
在基准站R 上，基准接收机测得至第j颗GNSS 卫星的伪距为
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数据链。由此可知，所谓“DGNSS数据链”，就是一 种用于作差分航定位的无线电收发设备。
（3）载 波 相 位 D G N S S 测 量。基 准 接 收 机向动 态用户发送的DGNSS数据，是“载波相位测量校正 值”，以此改正动态用户所测得的载波滞后相位，进 而解算出动态用户的三维位置。
（3）
式中，P rj为基准接收机在时元t测得的基准站 至 第 j 颗 G N S S 卫 星的 伪距；ρ r t j为 基 准 站 在 时元 t 至 第j 颗 G N S S 卫 星的真实距 离；d t j为 第j 颗 G N S S 卫 星
时钟相对于GNSS时系的偏差；dTrr为基准接收机钟
相 对于 G N S S 时系的偏 差；d ρ r j为 G N S S 卫 星 星 历 误
差 在 基 准 站引起 的距 离 偏 差；d j r i o n为电离层 时延 在
基
准
站引起的距离偏差；d
j r
t
r
op为对
流层
时延在基
准
站引起的距离偏差；C为电磁波传播速度。
依据基准站的三维坐标已知值和GNSS卫星星 历，可以精确地计算出真实距离ρrtj，则依式（3）可得 “伪距校正值”为
（4） 对 于 动 态 用 户而 言，动 态 接 收 机也 对 第 j 颗 GNSS卫星作伪距测量，其观测值为
（1）实 时D G N S S 测量。站际之间实 施 D G N S S 数 据 传 输（如图1所 示），动 态用户在 航作实 时 数 据 处理，而不断解算出用户的三维坐标。
（2）后处 理 D G N S S 测 量。站 际 之 间不进 行 D G N S S 数 据 传 输，而是在 D G N S S 测 量 之 后，对 动 态接收机和基准接收机的GNSS观测数据进行联合 解算，求得动态用户在各个时元的三维坐标。例如， GNSS航空摄影测量技术，就是采用后处理DGNSS 测量。
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GNSS伪距差分定位及其特色
── GNSS卫星导航定位方法之二
刘基余
（武汉大学测绘学院，武汉 43 0 0 7 9）
摘要：G N S S 伪距差分定位是一种 能够获取 较高导 航 定位 测量 精度的卫星导 航 定位方法，但 是，它的设备 较 复杂， 用户不仅需要 使用一台GNSS信号接收机，而且需要设置提供DGNSS改正数据的基准站及其一台GNSS信号接收机， 以及与之匹配的DGNSS数据链，才能够实现全天候、全天时和全球性地测量运动载体的7维状态参 数。本文简要地论 述了G N S S差分定位的基 本原理 及其实现 。
2 位置DGNSS测量
位 置 D G N S S 测 量 是一种较简单的差 分定位 模 式，虽然它的组成与图1一样，但是，基准接收机向 动态用户发送的DGNSS数据，是如下所述的位置校 正值
（1）
图1 实时DGNSS测量的基本结构
1 DGNSS测量的类型
1.1 按数据处理方式之异分类
依据DGNSS测量数据处理方式之异，可分成下 列类型：
接 收 机（简 称为 基 准 接 收 机）。这 两 种 接 收 机 同 步 地 对一 组在 视 G N S S 卫 星 进行观 测，基 准 接 收 机 为 动态接收机提供差分改正数，称之为DGNSS数据； 动 态 接 收 机 用自已的 G N S S 观 测 值和 来自基 准 接 收 机的DGNSS数据，精确地解算出用户的三维坐标。 当 动 态用户需要 不 断 解 算 在 航 点位 时，基 准 接 收 机 就需要实时地将D GNSS数据发送到动态用户。基 准 接 收 机 的 D G N S S 数 据 无 线电 发 送 机，与动 态 接 收 机的 D G N S S 数 据无 线电 接 收 机，构成了D G N S S
GPS
3.0 1.0 32.3 0.5
4.2 0.9
5.0 1.5 1.5 2.5 0.5
33.3（有SA） 8.1（无SA）
99.9（有SA） 24.3（无SA）
DGPS
0.0 0.0 0.0 0.0
0.0 0.0
0 0 2.1 2.5 0.5
3.3
9.9
当DGPS站间距离在10 0k m时，用GPS C/A码 作 D G P S 测量的精度估计如表1所 示。由此可见， D G P S 测量，在二维位 置 几何 精度因子（H D O P）等 于1. 5 时，动 态用户的二 维位 置 精度，比单点定位 的 二 维位 置精度，提高一个数 量 级，即，从 9 9. 9 m 提高 到 9. 9 m；在 S A 技 术停止使 用的情况下，能 够从单点 定位的 2 4 . 3 m 提高到 9. 9 m。2 014 年1月12日，在北 纬