差分GPS

中文名稱：差分GPS

英文名稱：differential GPS

定義：通過在固定測站和流動測站上進行同步觀測，利用在固定測站上所測得衛星定位誤差數據改正流動測站上定位結果的衛星定位。

應用學科：測繪學（一級學科）；大地測量學（二級學科）

根據差分GPS基準站發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。

差分GPS (DGPS)是在正常的GPS外附加(差分)修正信號，此改正信號改善了GPS的精度。

這三類差分方式的工作原理是相同的，即都是由基準站發送改正數，由用戶站接收並對其測量結果進行改正，以獲得精確的定位結果。所不同的是，發送改正數的具體內容不一樣，其差分定位精度也不同。

這是一種最簡單的差分方法，任何一種GPS接收機均可改裝和組成

這種差分系統。

安裝在基準站上的GPS接收機觀測4顆衛星后便可進行三維定位，解算出基準站的坐標。由於存在著軌道誤差、時鐘誤差、SA影響、大氣影響、多徑效應以及其他誤差，解算出的坐標與基準站的已知坐標是不一樣的，存在誤差。基準站利用數據鏈將此改正數發送出去，由用戶站接收，並且對其解算的用戶站坐標進行改正。

最後得到的改正後的用戶坐標已消去了基準站和用戶站的共同誤差，例如衛星軌道誤差、 SA影響、大氣影響等，提高了定位精度。以上先決條件是基準站和用戶站觀測同一組衛星的情況。位置差分法適用於用戶與基準站間距離在100km以內的情況。

偽距差分是目前用途最廣的一種技術。幾乎所有的商用差分GPS接收機均採用這種技術。國際海事無線電委員會推薦的RTCM SC-104也採用了這種技術。

在基準站上的接收機要求得它至可見衛星的距離，並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並求出其偏差。然後將所有衛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。最後，用戶利用改正後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，但隨著用戶到基準站距離的增加又 出現了系統誤差，這種誤差用任何差分法都是不能消除的。用戶和基準站之間的距離對精度有決定性影響。

測地型接收機利用GPS衛星載波相位進行的靜態基線測量獲得了很高的精度（10-6～10-8）。但為了可靠地求解出相位模糊度，要求靜止觀測一兩個小時或更長時間。這樣就限制了在工程作業中的應用。於是探求快速測量的方法應運而生。例如，採用整周模糊度快速逼近技術（FARA）使基線觀測 時間縮短到5分鐘，採用准動態（stop and go），往返重複設站（re-occupation）和動態（kinematic）來提高GPS作業效率。這些技術的應用對推動精密GPS測量起了促進作用。但是，上述這些作業方式都是事後進行數據處理，不能實時提交成果和實時評定成果質量，很難避免出現事後檢查不合格造成的返工現象。

差分GPS的出現，能實時給定載體的位置，精度為米級，滿足了引航、水下測量等工程的要求。位置差分、偽距差分、偽距差分相位平滑等技術已成功地用於各種作業中。隨之而來的是更加精密的測量技術— 載波相位差分技術。

載波相位差分技術又稱為RTK技術（real time kinematic），是建立在實時處理兩個測站的載波相位基礎上的。它能實時提供觀測點的三維坐標，並達到厘米級的高精度。

與偽距差分原理相同，由基準站通過數據鏈實時將其載波觀測量及站坐標信息一同傳送給用戶站。用戶站接收GPS衛星的載波相位 與來自基準站的載波相位，並組成相位差分觀測值進行實時處理，能實時給出厘米級的定位結果。

實現載波相位差分GPS的方法分為兩類：修正法和差分法。前者與偽距差分相同，基準站將載波相位修正量發送給用戶站，以改正其載波相位，然後求解坐標。後者將基準站採集的載波相位發送給 用戶台進行求差解算坐標。前者為準RTK技術，後者為真正的RTK技術。

GPS定位是利用一組衛星的偽距、星曆、衛星發射時間等觀測量和用戶鐘差來實現的。要獲得地面的三維坐標，必須對至少4顆衛星進行測量。在這一定位過程中，存在3部分誤差：

第一部分誤差是由衛星鐘誤差、星曆誤差、電離層誤差、對流層誤差等引起的；

第二部分是由傳播延遲導致的誤差；

第三部分為各用戶接收機固有的誤差，由內部雜訊、通道延遲、多路徑效應等原因造成。

利用差分技術，第一部分誤差可以完全消除；第二部分誤差大部分可以消除，消除程度主要取決於基準接收機和用戶接收機的距離；第三部分誤差則無法消除。

下面，我們主要介紹消除由於電離層延遲和對流層延遲引起的誤差的演演算法。在演演算法中使用的時間系統為GPS時，坐標系統為WGS-84坐標系。

1．消除電離層誤差的演演算法

我們主要通過電離層網格延遲演演算法來獲得實際的電離層延遲值，以消除電離層誤差。具體過程如下：解算星曆，得出衛星位置→求電離層穿透點位置→求對應網格點→求網格4個頂點的電離層延遲改正數→內插獲得穿透點垂直延遲改正數→求穿透點的實際延遲值。

2．衛星位置的計算

解算出星曆數據后，加入星曆修正和差分信息，便可計算出衛星位置。

從GPS OEM板接收到的是二進位編碼的星曆數據流，必須按照本文前面部分列出的數據結構解算星曆數據，再依據IEEE-754標準將其轉換為十進位編碼的數據。在這裡，需要解算的參數有：軌道長半軸的平方根（sqrta）、平近點角改正（dn）、星曆表基準時間（toe）、toe時的平近點角（m0）、偏心率（e）、近地點角距（w）、衛星軌道攝動修正參數（cus cuc cis cic crs crc）、軌道傾角（i0）、升交點赤經（omg0）、升交點赤經變化率（odot）。

1．精確定時：廣泛應用在天文台、通信系統基站、電視台中

2．工程施工：道路、橋樑、隧道的施工中大量採用GPS設備進行工程測量

3．勘探測繪：野外勘探及城區規劃中都有用到

1．武器導航：精確制導導彈、巡航導彈

2．車輛導航：車輛調度、監控系統

3．船舶導航：遠洋導航、港口/內河引水

4．飛機導航：航線導航、進場著陸控制

5．星際導航：衛星軌道定位

6．個人導航：個人旅遊及野外探險

車輛防盜系統

手機，PDA，PPC等通信移動設備防盜，電子地圖，定位系統

兒童及特殊人群的防走失系統

精準農業：農機具導航、自動駕駛，土地高精度平整

第一，全天候，不受任何天氣的影響；

第二，全球復蓋（高達98%）；

第三，三維定點定速定時高精度；

第四，快速、省時、高效率；

第五，應用廣泛、多功能；

第六，可移動定位。

目前正在運行的全球衛星定位系統有美國的GPS系統和俄羅斯的GLONASS系統。歐盟1999年初正式推出“伽利略”計劃，部署新一代定位衛星。該方案由27顆運行衛星和3顆預備衛星組成，可以復蓋全球，位置精度達幾米，亦可與美國的GPS系統兼容，總投資為35億歐元。該計劃預計於2010年投入運行。中國還獨立研製了一個區域性的衛星定位系統北斗導航系統。該系統的復蓋範圍限於中國及周邊地區，不能在全球範圍提供服務，主要用于軍事用途。

由於GPS技術所具有的全天候、高精度和自動測量的特點，作為先進的測量手段和新的生產力，已經融入了國民經濟建設、國防建設和社會發展的各個應用領域。隨著冷戰結束和全球經濟的蓬勃發展，美國政府宣布2000年至2006年期間，在保證美國國家安全不受威脅的前提下，取消SA政策，GPS民用信號精度在全球範圍內得到改善，利用C/A碼進行單點定位的精度由100米提高到10米，這將進一步推動GPS技術的應用，提高生產力、作業效率、科學水平以及人們的生活質量，刺激GPS市場的增長。據有關專家預測，在美國，單單是汽車GPS導航系統，2000年後的市場將達到30億美元，而在中國，汽車導航的市場也將達到50億元人民幣。可見，GPS技術市場的應用前景非常可觀。

三招教你學會選購可靠的車載導航儀

選擇導航技巧一：選擇正規大廠出品

車載導航儀作為高科技產品，涉及眾多高新技術領域，一個功能齊全、質量上乘的車載導航產品需要有強大的技術和製造實力支撐。由於市場處於高速成長期，國內做導航產品的廠家大大小小有不下於1000家，但是其中絕大多數是小工廠或手工式作坊，而真正的正規大廠屈指可數，這也是為什麼國內生產廠家眾多，但質量抽檢合格率僅有三成的原因。目前國內上規模的車載導航產品廠家有拓邦、好幫手、飛歌等少數幾家。選擇正規大廠另一個原因是因為它們一般比較重視售後服務，有完善的售後服務體系。特別是上市公司，隨時要接受公眾和證監會的監督，出現問題時往往會勇於擔當而不是推卸責任。而小廠因實力有限，根本無法提供完善的售後服務，沒有售後的支持，產品一旦出現問題，消費者只能自行承擔相應損失。

選擇導航技巧二：軟體升級很重要

大多數消費者在選購汽車導航，存在一個誤區，他們往往最關心的是硬體，會在挑選時更加註重外觀好不好看，顯示屏有多大，什麼材質等等忽視了對於軟體的要求，而導航軟體功能可以說決定著一款導航產品的導航性能，因此如何選擇一款合適的導航軟體成為重中之重，更為重要的是消費者在購買時一定要注意地圖軟體能否升級。許多小廠家的GPS根本沒有升級的服務，或者需要付出高昂的費用才能升級。GPS是電子信息產品，與電腦一樣可以通過技術改造進行升級。GPS導航中的核心部分是地圖，一般說來，地圖最遲一年需要更新一次。眼下不少GPS品牌免費提供升級服務，但有些公司並沒有更新地圖的承諾，或者要收取費用，消費者在購買時一定要了解清楚。

選擇導航技巧三：信號接收能力需要好的晶元

作為導航產品，我們最關心的絕對是它的收星能力，即信號接收能力。市場上銷售的車載GPS大多數都會採用SiRFStarIII第三代晶元，這類晶元的優勢是在有遮擋和天氣情況惡劣的情況下可以捕捉和跟蹤信號、減輕高樓林立帶來的的信號干擾。此外，晶元的好壞還直接關係到計算路徑時快捷準確的好壞。去同一個目的地，晶元的不同可能會出現不同的路線，而我們需要的是最佳路線

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