GPS卫星定位的基本原理.ppt

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1、GPSGPS原理及应用原理及应用讲授讲授:杨利兵杨利兵测绘本科生课程测绘本科生课程测绘本科生课程测绘本科生课程 石家庄经济学院石家庄经济学院石家庄经济学院石家庄经济学院Tel:13930172526Tel:13930172526Tel:13930172526Tel:13930172526差分差分GPS定位原理定位原理美国的美国的GPS政策政策第八讲第八讲 GPS卫星定位基本原理（三）卫星定位基本原理（三）差分定位差分定位静态定位中：静态定位中：相对定位相对定位动态定位中：动态定位中：差分定位差分定位讲授内容讲授内容讲授内容讲授内容v两台两台GPS接收机分别安置在基线的两端，接收机分别安置在基线

2、的两端，同步观测相同的同步观测相同的GPS卫星卫星，以确定两台接，以确定两台接收机天线之间的收机天线之间的相对位置相对位置（坐标差）。（坐标差）。GPS相对定位相对定位 一个测站上对两个目标的观测值；一个测站上对两个目标的观测值；两个测站上对同一目标的观测值；两个测站上对同一目标的观测值；一个测站上对一个目标的两次观测值；一个测站上对一个目标的两次观测值；v利用求差后的观测值解算两观测站间利用求差后的观测值解算两观测站间的基线向量。的基线向量。差分技术在相对定位中的运用差分技术在相对定位中的运用“(DGPS)Differential GPS”至少需两台接收机，分别在运动载体和基准至少需两台接收

3、机，分别在运动载体和基准至少需两台接收机，分别在运动载体和基准至少需两台接收机，分别在运动载体和基准站上。两台接收机同步观测一组卫星，基准站上。两台接收机同步观测一组卫星，基准站上。两台接收机同步观测一组卫星，基准站上。两台接收机同步观测一组卫星，基准接收机为动态接收机提供接收机为动态接收机提供接收机为动态接收机提供接收机为动态接收机提供差分改正数差分改正数差分改正数差分改正数（DGPSDGPS数据数据数据数据），动态接收机根据自己的观测值和差），动态接收机根据自己的观测值和差），动态接收机根据自己的观测值和差），动态接收机根据自己的观测值和差分改正数，精确解算用户的三维坐标。分改正数，精确解

4、算用户的三维坐标。分改正数，精确解算用户的三维坐标。分改正数，精确解算用户的三维坐标。基准接收机基准接收机基准接收机基准接收机动态接收机动态接收机动态接收机动态接收机DGPS数据链数据链基准接收机的基准接收机的基准接收机的基准接收机的DGPSDGPS数据数据数据数据无线电发送机无线电发送机无线电发送机无线电发送机，与动，与动，与动，与动态接收机的态接收机的态接收机的态接收机的DGPSDGPS数据数据数据数据无线电接收机无线电接收机无线电接收机无线电接收机，构成了，构成了，构成了，构成了DGPSDGPS数据链数据链数据链数据链差分改正数差分改正数差分改正数差分改正数DGPS数据链的组成数据链的组

5、成调制解调器调制解调器无线电电台无线电电台通过通过RS-232-C接口与信号接收接口与信号接收机相连机相连GPSGPS信号信号信号信号接收机接收机接收机接收机RS-232-CRS-232-C接口接口接口接口调制调制调制调制解调器解调器解调器解调器无线电无线电无线电无线电发射机发射机发射机发射机基准站上的基准站上的基准站上的基准站上的DGPSDGPS数据链数据链数据链数据链RS-232-C接口接口数据终端设备和数据通信设备间的数据终端设备和数据通信设备间的串行二进制数据交换的接口串行二进制数据交换的接口在基准站上：在基准站上：将将将将DGPSDGPS数据送到调制解调器数据送到调制解调器数据送到调

6、制解调器数据送到调制解调器在动态站上：在动态站上：从调制解调器取得从调制解调器取得从调制解调器取得从调制解调器取得DGPSDGPS数据，并送到信号接数据，并送到信号接数据，并送到信号接数据，并送到信号接收机收机收机收机调制解调器调制解调器在基准站上：在基准站上：将将将将DGPSDGPS数据进行编码，进而将其调制在载波上，数据进行编码，进而将其调制在载波上，数据进行编码，进而将其调制在载波上，数据进行编码，进而将其调制在载波上，送到无线电发射机送到无线电发射机送到无线电发射机送到无线电发射机在动态站上：在动态站上：从已调波中解调出从已调波中解调出从已调波中解调出从已调波中解调出DGPSDGPS数

7、据，通过数据，通过数据，通过数据，通过RS-232-CRS-232-C接口送到信号接收机接口送到信号接收机接口送到信号接收机接口送到信号接收机GPSGPS信号信号信号信号接收机接收机接收机接收机RS-232-CRS-232-C接口接口接口接口调制调制调制调制解调器解调器解调器解调器无线电无线电无线电无线电发射机发射机发射机发射机无线电收发机无线电收发机在基准站上：在基准站上：无线电发射机以电磁波的形式将无线电发射机以电磁波的形式将无线电发射机以电磁波的形式将无线电发射机以电磁波的形式将DGPSDGPS数据发数据发数据发数据发送给用户送给用户送给用户送给用户在动态站上：在动态站上：接收接收接收接

8、收DGPSDGPS数据数据数据数据 基准站基准站基准站坐标基准站坐标基准站坐标基准站坐标(X(X0 0,Y,Y0 0,Z,Z0 0)L1L1、L2(PL2(P、INTINT、FrdFrd（）)流动站流动站差分差分GPS技术可以消除的误差技术可以消除的误差多台接收机公有的误差（可完全消除）多台接收机公有的误差（可完全消除）-卫星钟误差、卫星钟误差、卫星钟误差、卫星钟误差、星历误差星历误差星历误差星历误差传播延迟误差（大部分消除）传播延迟误差（大部分消除）-电离层误差、对流层误差电离层误差、对流层误差电离层误差、对流层误差电离层误差、对流层误差接收机固有的误差接收机固有的误差 -内部噪声、通道延迟

9、误差、多路径效应内部噪声、通道延迟误差、多路径效应内部噪声、通道延迟误差、多路径效应内部噪声、通道延迟误差、多路径效应差分差分GPS分类（一）分类（一）按按数据处理方式：数据处理方式：实时实时DGPS测量测量后处理后处理DGPS测量测量 如：如：如：如：GPSGPS航空摄影测量技术航空摄影测量技术航空摄影测量技术航空摄影测量技术差分差分GPS分类（二）分类（二）v单基准站单基准站GPS差分差分v局部区域差分局部区域差分v广域差分广域差分 位置差分位置差分位置差分位置差分 伪距差分伪距差分伪距差分伪距差分 载波相位差分载波相位差分载波相位差分载波相位差分计算基准站的精密坐标与观测坐标的改计算基准

10、站的精密坐标与观测坐标的改正数；正数；基准站发送基准站发送坐标改正数坐标改正数，用户接收机接，用户接收机接收其并对自身观测值进行修正。收其并对自身观测值进行修正。位置差分原理位置差分原理位置差分的计算步骤位置差分的计算步骤基准站的精密坐标已知（基准站的精密坐标已知（基准站的精密坐标已知（基准站的精密坐标已知（X X0 0,Y Y0 0,Z Z0 0）,在基准在基准在基准在基准站上的接收机测得的坐标为（站上的接收机测得的坐标为（站上的接收机测得的坐标为（站上的接收机测得的坐标为（X X,Y Y,Z Z）（）（）（）（包含包含包含包含各种误差），所以，坐标改正数为：各种误差），所以，坐标改正数为：

11、各种误差），所以，坐标改正数为：各种误差），所以，坐标改正数为：基准站用数据链将改正数发送出去，用户接收基准站用数据链将改正数发送出去，用户接收基准站用数据链将改正数发送出去，用户接收基准站用数据链将改正数发送出去，用户接收机在解算时加上改正数：机在解算时加上改正数：机在解算时加上改正数：机在解算时加上改正数：经过改正经过改正经过改正经过改正后的坐标：后的坐标：后的坐标：后的坐标：位置差分的特点位置差分的特点优点：优点：-消去了基准站和用户站共同的误差消去了基准站和用户站共同的误差消去了基准站和用户站共同的误差消去了基准站和用户站共同的误差 -基准接收机只需向动态用户发送三个基准接收机只需向动

12、态用户发送三个基准接收机只需向动态用户发送三个基准接收机只需向动态用户发送三个DGPSDGPS数据，数据，数据，数据，易于实施数据传输易于实施数据传输易于实施数据传输易于实施数据传输 -计算简单，适用于各种型号接收机。计算简单，适用于各种型号接收机。计算简单，适用于各种型号接收机。计算简单，适用于各种型号接收机。缺点：缺点：-基准站与用户须观测同一组卫星，距离较长时难以基准站与用户须观测同一组卫星，距离较长时难以基准站与用户须观测同一组卫星，距离较长时难以基准站与用户须观测同一组卫星，距离较长时难以满足。满足。满足。满足。-随着站间距离的加长，动态用户的位置测量精度逐随着站间距离的加长，动态用

13、户的位置测量精度逐随着站间距离的加长，动态用户的位置测量精度逐随着站间距离的加长，动态用户的位置测量精度逐渐降低渐降低渐降低渐降低伪距差分原理伪距差分原理根据基准站精确坐标和测出的卫星地心坐标，根据基准站精确坐标和测出的卫星地心坐标，根据基准站精确坐标和测出的卫星地心坐标，根据基准站精确坐标和测出的卫星地心坐标，求出卫星至基准站的求出卫星至基准站的求出卫星至基准站的求出卫星至基准站的真正距离真正距离真正距离真正距离，计算伪距改，计算伪距改，计算伪距改，计算伪距改正数及其变化率；正数及其变化率；正数及其变化率；正数及其变化率；用户根据伪距改正数及其变化率求出改正后用户根据伪距改正数及其变化率求出

14、改正后用户根据伪距改正数及其变化率求出改正后用户根据伪距改正数及其变化率求出改正后的伪距，计算用户接收机坐标。的伪距，计算用户接收机坐标。的伪距，计算用户接收机坐标。的伪距，计算用户接收机坐标。伪距差分的计算步骤伪距差分的计算步骤1.根据基准站已知坐标（根据基准站已知坐标（根据基准站已知坐标（根据基准站已知坐标（X X0 0,Y Y0 0,Z Z0 0）和观测到的卫和观测到的卫和观测到的卫和观测到的卫星星历星星历星星历星星历,计算每颗卫星每一时刻到基准站的真实距计算每颗卫星每一时刻到基准站的真实距计算每颗卫星每一时刻到基准站的真实距计算每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离，如下：离，如下：离，如

15、下：离，如下：伪距伪距伪距伪距改正数为：改正数为：改正数为：改正数为：其其其其变化率为：变化率为：变化率为：变化率为：伪距伪距伪距伪距伪距差分的计算步骤（续）伪距差分的计算步骤（续）2.基准站将基准站将基准站将基准站将 j j 和和和和d d j j发送给用户，用户在测出的发送给用户，用户在测出的发送给用户，用户在测出的发送给用户，用户在测出的伪距伪距伪距伪距 j j上加上改正，求出经改正后的伪距：上加上改正，求出经改正后的伪距：上加上改正，求出经改正后的伪距：上加上改正，求出经改正后的伪距：然后按下式计算坐标：然后按下式计算坐标：然后按下式计算坐标：然后按下式计算坐标：用户接收用户接收用户接

16、收用户接收机钟差机钟差机钟差机钟差接收机接收机接收机接收机噪声噪声噪声噪声C/A码伪距的单点定位和码伪距的单点定位和DGPS测量的精度估值比较测量的精度估值比较伪距差分定位精度高的原因伪距差分定位精度高的原因消除了消除了GPS卫星时钟偏差的精度损失卫星时钟偏差的精度损失（用户接收机计算出的伪距同伪距改正数中的钟差（用户接收机计算出的伪距同伪距改正数中的钟差（用户接收机计算出的伪距同伪距改正数中的钟差（用户接收机计算出的伪距同伪距改正数中的钟差相互抵消）相互抵消）相互抵消）相互抵消）能够显著减小甚至消除电离层能够显著减小甚至消除电离层/对流层对流层效应和星历误差的精度损失效应和星历误差的精度损失

17、优点：优点：基准接收机发送的基准接收机发送的基准接收机发送的基准接收机发送的DGPSDGPS数据，是所有在视数据，是所有在视数据，是所有在视数据，是所有在视卫星的伪距改正数，动态接收机只需选用其中卫星的伪距改正数，动态接收机只需选用其中卫星的伪距改正数，动态接收机只需选用其中卫星的伪距改正数，动态接收机只需选用其中4 4颗以上的伪距改正值。颗以上的伪距改正值。颗以上的伪距改正值。颗以上的伪距改正值。缺点：缺点：精度随基准站到用户的距离增加而降低。精度随基准站到用户的距离增加而降低。精度随基准站到用户的距离增加而降低。精度随基准站到用户的距离增加而降低。伪距差分的特性伪距差分的特性RTK（Rea

18、l Time Kinematic）技术技术实时处理两个观测站实时处理两个观测站载波相位观测载波相位观测量量的差分方法。的差分方法。载波相位差分载波相位差分载波相位差分方法分类载波相位差分方法分类修正法（准修正法（准RTK）：）：将基准接收机的载波相位将基准接收机的载波相位将基准接收机的载波相位将基准接收机的载波相位修正值修正值修正值修正值发送给用户，发送给用户，发送给用户，发送给用户，改正用户接收到的载波相位，再解求坐标改正用户接收到的载波相位，再解求坐标改正用户接收到的载波相位，再解求坐标改正用户接收到的载波相位，再解求坐标差分法（真差分法（真RTK）：）：将基准接收机的将基准接收机的将基准

19、接收机的将基准接收机的载波相位载波相位载波相位载波相位发送给用户，进行发送给用户，进行发送给用户，进行发送给用户，进行求差解算坐标求差解算坐标求差解算坐标求差解算坐标载波相位差分观测量方程载波相位差分观测量方程RTK的工作原理的工作原理v静态方法静态方法v动态方法动态方法载波相位差分求载波相位差分求解的解的关键关键起始相位模糊度的确定起始相位模糊度的确定静态法静态法伪距法伪距法经典方法经典方法多普勒法多普勒法快速确定法快速确定法需要对需要对GPS卫星的静态观测来实现卫星的静态观测来实现伪距法伪距法v将载波相位测量的观测值将载波相位测量的观测值将载波相位测量的观测值将载波相位测量的观测值(化为以

20、距离为单位化为以距离为单位化为以距离为单位化为以距离为单位)减去伪距实际观测值后即可得到减去伪距实际观测值后即可得到减去伪距实际观测值后即可得到减去伪距实际观测值后即可得到NNo o。v由于伪距测量的精度较低，所以要有较多的由于伪距测量的精度较低，所以要有较多的由于伪距测量的精度较低，所以要有较多的由于伪距测量的精度较低，所以要有较多的NNo o取平均值后才能获得正确的整波段数。取平均值后才能获得正确的整波段数。取平均值后才能获得正确的整波段数。取平均值后才能获得正确的整波段数。所以，得所以，得所以，得所以，得经典方法经典方法v 将整周未知数当做平差中的待定参数将整周未知数当做平差中的待定参数

21、 整数解整数解 实数解实数解多普勒法（三差法）多普勒法（三差法）由于连续跟踪的所有载波相位观测值中由于连续跟踪的所有载波相位观测值中均含有相同的整周未知数均含有相同的整周未知数N0，所以将所以将相邻两个观测历元的载波相位相减，就相邻两个观测历元的载波相位相减，就可消去可消去N0，从而解出坐标。然后再根从而解出坐标。然后再根据坐标值求解据坐标值求解N0。快速确定整周未知数法快速确定整周未知数法v 19901990年年年年E EFreiFrei和和和和G GBeutlerBeutler提出提出提出提出v 基本思路：基本思路：基本思路：基本思路：利用初始平差的解向量及其精度信息，以参利用初始平差的解

22、向量及其精度信息，以参利用初始平差的解向量及其精度信息，以参利用初始平差的解向量及其精度信息，以参数估计和统计假设检验为基础，确定在某一置数估计和统计假设检验为基础，确定在某一置数估计和统计假设检验为基础，确定在某一置数估计和统计假设检验为基础，确定在某一置信区间内信区间内信区间内信区间内NN0 0的可能的整数解的组合；的可能的整数解的组合；的可能的整数解的组合；的可能的整数解的组合；依次将依次将依次将依次将NN0 0的每一组合作为已知值，重复进的每一组合作为已知值，重复进的每一组合作为已知值，重复进的每一组合作为已知值，重复进行平差计算。使估值的验后平差或方差和为最行平差计算。使估值的验后平

23、差或方差和为最行平差计算。使估值的验后平差或方差和为最行平差计算。使估值的验后平差或方差和为最小的一组小的一组小的一组小的一组NN0 0 ，即为最佳估值。即为最佳估值。即为最佳估值。即为最佳估值。单站差分技术的局限单站差分技术的局限测量精度随着站间距离的增加而降低测量精度随着站间距离的增加而降低 如：采用伪距法如：采用伪距法如：采用伪距法如：采用伪距法DGPSDGPS测量，站间距离为测量，站间距离为测量，站间距离为测量，站间距离为500km500km时，时，时，时，用户定位误差为用户定位误差为用户定位误差为用户定位误差为 12.212.2mm；站间距离为站间距离为站间距离为站间距离为600km

24、600km时，用时，用时，用时，用户定位误差为户定位误差为户定位误差为户定位误差为 14.414.4mm克服单站差分技术的局限克服单站差分技术的局限局部区域差分（局部区域差分（LADGPS）广域差分（广域差分（WADGPS）局部区域差分（局部区域差分（LADGPS）在局部区域布设差分在局部区域布设差分GPS网，该网由网，该网由若干个基准站组成，通常还包含一个若干个基准站组成，通常还包含一个或数个监控站。或数个监控站。位于区域中的用户根据多个基准站提位于区域中的用户根据多个基准站提供的供的改正信息改正信息，经平差后求得自己的，经平差后求得自己的改正数。改正数。局部区域差分（续）局部区域差分（续）

25、用户接收机通常采用用户接收机通常采用加权平均法加权平均法或或最小最小方差法方差法对来自多个基准站的改正信息进对来自多个基准站的改正信息进行平差计算，求得自己的坐标改正数或行平差计算，求得自己的坐标改正数或距离改正数距离改正数用户与基准站之间的距离一般在用户与基准站之间的距离一般在500km以内才能获得较好的精度以内才能获得较好的精度广域差分的基本思想广域差分的基本思想对对GPS观测量的误差源加以区分，并单独观测量的误差源加以区分，并单独对每一误差源分别加以对每一误差源分别加以“模型化模型化”，然，然后将计算出的每一误差源的数值，通过后将计算出的每一误差源的数值，通过数据链传输给用户，对用户数据

26、链传输给用户，对用户GPS定位的定位的误差加以改正。误差加以改正。广域差分示意图广域差分示意图电离层改正电离层改正电离层改正电离层改正卫星星历改正卫星星历改正卫星星历改正卫星星历改正卫星时钟改正卫星时钟改正卫星时钟改正卫星时钟改正广域差分可纠正的误差种类广域差分可纠正的误差种类星历误差星历误差依赖区域精密定轨，确定精密星历，取代广播星历依赖区域精密定轨，确定精密星历，取代广播星历依赖区域精密定轨，确定精密星历，取代广播星历依赖区域精密定轨，确定精密星历，取代广播星历大气延时误差大气延时误差通过建立精确的区域大气延时模型，能够精确地计算通过建立精确的区域大气延时模型，能够精确地计算通过建立精确的

27、区域大气延时模型，能够精确地计算通过建立精确的区域大气延时模型，能够精确地计算出作用区内的大气时延量出作用区内的大气时延量出作用区内的大气时延量出作用区内的大气时延量卫星钟差误差卫星钟差误差可计算出卫星钟各时刻的精确钟差可计算出卫星钟各时刻的精确钟差可计算出卫星钟各时刻的精确钟差可计算出卫星钟各时刻的精确钟差广域差分的工作流程广域差分的工作流程1)1)在已知坐标的若干监测站上，跟踪观测在已知坐标的若干监测站上，跟踪观测在已知坐标的若干监测站上，跟踪观测在已知坐标的若干监测站上，跟踪观测GPSGPS卫星卫星卫星卫星的伪距、相位等信息；的伪距、相位等信息；的伪距、相位等信息；的伪距、相位等信息；2

28、)2)将测得的伪距、相位和电离层延时的量测结果传将测得的伪距、相位和电离层延时的量测结果传将测得的伪距、相位和电离层延时的量测结果传将测得的伪距、相位和电离层延时的量测结果传输到中心站；输到中心站；输到中心站；输到中心站；3)3)中心站计算出星历误差改正、卫星钟差改正及电中心站计算出星历误差改正、卫星钟差改正及电中心站计算出星历误差改正、卫星钟差改正及电中心站计算出星历误差改正、卫星钟差改正及电离层延迟误差改正；离层延迟误差改正；离层延迟误差改正；离层延迟误差改正；4)4)将上述改正数用数据通信链传输到用户站；将上述改正数用数据通信链传输到用户站；将上述改正数用数据通信链传输到用户站；将上述改

29、正数用数据通信链传输到用户站；5)5)用户利用这些改正数修正自己的观测值，计算出用户利用这些改正数修正自己的观测值，计算出用户利用这些改正数修正自己的观测值，计算出用户利用这些改正数修正自己的观测值，计算出精密结果。精密结果。精密结果。精密结果。广域差分的特点广域差分的特点定位精度对空间距离的敏感程度比局部区定位精度对空间距离的敏感程度比局部区定位精度对空间距离的敏感程度比局部区定位精度对空间距离的敏感程度比局部区域差分低得多；域差分低得多；域差分低得多；域差分低得多；更大的经济效益；更大的经济效益；更大的经济效益；更大的经济效益；定位精度均匀分布，且精度高；定位精度均匀分布，且精度高；定位精

30、度均匀分布，且精度高；定位精度均匀分布，且精度高；覆盖区域广；覆盖区域广；覆盖区域广；覆盖区域广；硬件昂贵，技术复杂。可靠性和安全性不硬件昂贵，技术复杂。可靠性和安全性不硬件昂贵，技术复杂。可靠性和安全性不硬件昂贵，技术复杂。可靠性和安全性不如单个的局域差分。如单个的局域差分。如单个的局域差分。如单个的局域差分。我国建立广域差分系统的方案我国建立广域差分系统的方案北京、拉萨、乌鲁木齐、上海四个北京、拉萨、乌鲁木齐、上海四个永久性永久性GPS监测站；监测站；计划增加武汉、哈尔滨两站；计划增加武汉、哈尔滨两站；拟在北京及武汉建立中心站。拟在北京及武汉建立中心站。我国广域差分我国广域差分GPS系统系

31、统CA码码单点定位试验单点定位试验 以以以以库尔勒、喀什、和田为监测站，构成小区域网，选库尔勒、喀什、和田为监测站，构成小区域网，选库尔勒、喀什、和田为监测站，构成小区域网，选库尔勒、喀什、和田为监测站，构成小区域网，选择距这一小网不同距离的四个地点作为用户位置择距这一小网不同距离的四个地点作为用户位置择距这一小网不同距离的四个地点作为用户位置择距这一小网不同距离的四个地点作为用户位置 根据小网计算卫星相对钟差，用伪距法计算用户测站根据小网计算卫星相对钟差，用伪距法计算用户测站根据小网计算卫星相对钟差，用伪距法计算用户测站根据小网计算卫星相对钟差，用伪距法计算用户测站坐标，并与国家级点计算坐标

32、比较坐标，并与国家级点计算坐标比较坐标，并与国家级点计算坐标比较坐标，并与国家级点计算坐标比较虚拟参考站法（虚拟参考站法（VRS）区域改正技术（区域改正技术（FKP)(Area Correction Parameter)多多基站基站RTK技术（网络技术（网络RTK）虚拟参考站系统组成虚拟参考站系统组成1.控制中心控制中心既是通讯控制中心，也是数据处理中心。通过通讯线（光既是通讯控制中心，也是数据处理中心。通过通讯线（光既是通讯控制中心，也是数据处理中心。通过通讯线（光既是通讯控制中心，也是数据处理中心。通过通讯线（光缆，缆，缆，缆，ISDNISDN（综合业务数字网），电话线）与所有的固定参考综

33、合业务数字网），电话线）与所有的固定参考综合业务数字网），电话线）与所有的固定参考综合业务数字网），电话线）与所有的固定参考站通讯；通过无线网络（站通讯；通过无线网络（站通讯；通过无线网络（站通讯；通过无线网络（GSMGSM，CDMACDMA，GPRS.GPRS.）与移动用与移动用与移动用与移动用户通讯户通讯户通讯户通讯 2.固定站固定站分分分分布布布布在在在在整整整整个个个个网网网网络络络络中中中中，最最最最少少少少要要要要3 3 3 3个个个个站站站站，站站站站与与与与站站站站之之之之间间间间的的的的距距距距离离离离可可可可达达达达70707070公里，数据实时的传送到控制中心公里，数据实

34、时的传送到控制中心公里，数据实时的传送到控制中心公里，数据实时的传送到控制中心3.用户用户用用用用户户户户的的的的接接接接收收收收机机机机加加加加上上上上无无无无线线线线通通通通讯讯讯讯的的的的调调调调制制制制解解解解调调调调器器器器。通通通通过过过过无无无无线线线线网网网网络络络络将将将将自自自自己己己己初初初初始始始始位位位位置置置置发发发发给给给给控控控控制制制制中中中中心心心心，并并并并接接接接收收收收中中中中心心心心的的的的差差差差分分分分信信信信号号号号，生生生生成厘米级的位置信息成厘米级的位置信息成厘米级的位置信息成厘米级的位置信息VRS工作步骤工作步骤 各固定参考站将所有的原始

35、数据通过数据通讯线发各固定参考站将所有的原始数据通过数据通讯线发各固定参考站将所有的原始数据通过数据通讯线发各固定参考站将所有的原始数据通过数据通讯线发给控制中心给控制中心给控制中心给控制中心 移动用户在工作前，先向控制中心发送一个移动用户在工作前，先向控制中心发送一个移动用户在工作前，先向控制中心发送一个移动用户在工作前，先向控制中心发送一个概略坐概略坐概略坐概略坐标标标标，控制中心根据用户位置，由计算机自动选择最，控制中心根据用户位置，由计算机自动选择最，控制中心根据用户位置，由计算机自动选择最，控制中心根据用户位置，由计算机自动选择最佳的一组固定基准站，根据这些站发来的信息，整佳的一组固

36、定基准站，根据这些站发来的信息，整佳的一组固定基准站，根据这些站发来的信息，整佳的一组固定基准站，根据这些站发来的信息，整体的改正体的改正体的改正体的改正GPSGPS的各种误差，将的各种误差，将的各种误差，将的各种误差，将高精度的差分信号高精度的差分信号高精度的差分信号高精度的差分信号发发发发给移动站。这个差分信号的效果相当于在移动站旁给移动站。这个差分信号的效果相当于在移动站旁给移动站。这个差分信号的效果相当于在移动站旁给移动站。这个差分信号的效果相当于在移动站旁边，生成一个边，生成一个边，生成一个边，生成一个虚拟参考基站虚拟参考基站虚拟参考基站虚拟参考基站 移动站与虚拟参考站进行载波相位差

37、分改正，实现移动站与虚拟参考站进行载波相位差分改正，实现移动站与虚拟参考站进行载波相位差分改正，实现移动站与虚拟参考站进行载波相位差分改正，实现实时实时实时实时RTKRTK。VRS与普通广域差分系统的区别与普通广域差分系统的区别普通广域差分系统：普通广域差分系统：各基准站将各种各基准站将各种各基准站将各种各基准站将各种误差改正数模型误差改正数模型误差改正数模型误差改正数模型发送给移动发送给移动发送给移动发送给移动用户用户用户用户VRS：各基准站不直接向移动用户发送各基准站不直接向移动用户发送各基准站不直接向移动用户发送各基准站不直接向移动用户发送DGPSDGPS数据，数据，数据，数据，而是将其

38、发送到控制中心，后者依据用户的实而是将其发送到控制中心，后者依据用户的实而是将其发送到控制中心，后者依据用户的实而是将其发送到控制中心，后者依据用户的实时请求，经过选择和计算，向用户发送时请求，经过选择和计算，向用户发送时请求，经过选择和计算，向用户发送时请求，经过选择和计算，向用户发送DGPSDGPS数据数据数据数据VRS相对于普通相对于普通RTK的的优势优势 1.覆盖范围广覆盖范围广 按按按按边边边边长长长长7070公公公公里里里里计计计计算算算算，一一一一个个个个三三三三角角角角形形形形可可可可覆覆覆覆盖盖盖盖面面面面积积积积为为为为22002200多多多多平平平平方方方方公公公公里里里

39、里。北北北北京京京京市市市市区区区区面面面面积积积积900900多多多多平平平平方方方方公公公公里里里里，那那那那么么么么一一一一个个个个三三三三角角角角形形形形（3 3个个个个站站站站）就就就就可可可可控控控控制整个北京市区。制整个北京市区。制整个北京市区。制整个北京市区。1010个站就可以完全控制北京全市。个站就可以完全控制北京全市。个站就可以完全控制北京全市。个站就可以完全控制北京全市。VRS的的优势优势 2.2.2.2.费用将大幅度降低费用将大幅度降低费用将大幅度降低费用将大幅度降低 7070公公公公里里里里的的的的边边边边长长长长使使使使建建建建GPSGPS网网网网络络络络费费费费用

40、用用用大大大大大大大大降降降降低低低低，用用用用户户户户不不不不再再再再架架架架设设设设自自自自己的基准站己的基准站己的基准站己的基准站 3.3.3.3.相对传统相对传统相对传统相对传统RTKRTK，提高了精度。提高了精度。提高了精度。提高了精度。在在在在VRSVRS网络控制范围内，精度始终在网络控制范围内，精度始终在网络控制范围内，精度始终在网络控制范围内，精度始终在1-21-2个厘米个厘米个厘米个厘米。4.4.可靠性提高可靠性提高可靠性提高可靠性提高 采用了多个参考站的联合数据，大大提高可靠性。采用了多个参考站的联合数据，大大提高可靠性。采用了多个参考站的联合数据，大大提高可靠性。采用了多

41、个参考站的联合数据，大大提高可靠性。5.5.应用范围更广应用范围更广应用范围更广应用范围更广 城城城城市市市市规规规规划划划划，市市市市政政政政建建建建设设设设，交交交交通通通通管管管管理理理理，机机机机械械械械控控控控制制制制，气气气气象象象象，环环环环保保保保，农业等农业等农业等农业等。网络网络RTK的发展前景的发展前景将极大扩展将极大扩展GPSGPS的应用领域，业内人士认的应用领域，业内人士认为，未来为，未来5 5至至1010年，年，GPSGPS网络建设将高速网络建设将高速发展，而这种网络发展，而这种网络RTKRTK技术，将代表着技术，将代表着GPSGPS发展的方向。发展的方向。目前我国

42、只有深圳、北京（在建）、成目前我国只有深圳、北京（在建）、成都（在建）等地采用了此项技术。都（在建）等地采用了此项技术。美国的美国的GPS政策政策v美国的美国的SA和和AS政策政策v针对针对SA和和AS政策的政策政策的政策vGPS现代化计划现代化计划SA和和AS政策政策GPS卫星发射的测距码：卫星发射的测距码：P码码 精密定位服务（精密定位服务（PPS）C/A码码 标准定位服务（标准定位服务（SPS）1989.111990.9：“SA”和和“AS”实实验验1991.7：实施：实施SA技术技术SA（Selective Availability）技术技术v人为地将误差引入卫星钟和卫星数据中，人为地

43、将误差引入卫星钟和卫星数据中，降低降低GPS定位精度。定位精度。v主要内容：主要内容：对卫星基准频率使用对卫星基准频率使用对卫星基准频率使用对卫星基准频率使用 技术，降低星历精度；技术，降低星历精度；技术，降低星历精度；技术，降低星历精度；在卫星钟的钟频信号中加高频抖动（在卫星钟的钟频信号中加高频抖动（在卫星钟的钟频信号中加高频抖动（在卫星钟的钟频信号中加高频抖动（技术）技术）技术）技术）AS（Anti-Spoofing）技术技术v将将P码与保密的码与保密的W码相加成码相加成Y码码，Y码严格保密。码严格保密。v目的：目的：防止敌方使用防止敌方使用P码进行精密码进行精密导航定位。导航定位。SA和

44、和AS技术对定位的影响技术对定位的影响 降低单点定位精度降低单点定位精度 降低长距离相对定位精度降低长距离相对定位精度 AS技术给确定技术给确定整周未知数整周未知数带来不便带来不便是否实施是否实施SA政策，可以从导航电文政策，可以从导航电文中的测距精度（中的测距精度（URA）中判别中判别（书上书上书上书上例子例子例子例子）针对针对SA和和AS政策的政策政策的政策应用应用P-W技术和技术和L1与与L2交叉相关技术交叉相关技术研制能同时接收研制能同时接收GPS和和GLONASS信号信号的接收机的接收机发展发展DGPS和和WADGPS差分差分GPS系统系统建立独立的建立独立的GPS卫星测轨系统卫星测

45、轨系统建立独立的卫星导航与定位系统建立独立的卫星导航与定位系统应用应用P-W技术和技术和L1与与L2交叉相关技术交叉相关技术目的：使目的：使目的：使目的：使L L2 2载波相位观测值得到恢复，其精度载波相位观测值得到恢复，其精度载波相位观测值得到恢复，其精度载波相位观测值得到恢复，其精度与使用与使用与使用与使用P P码相同码相同码相同码相同P-WP-W技术：技术：技术：技术：将接收到的将接收到的将接收到的将接收到的L L1 1和和和和L L2 2信号和接收机生成的以原信号和接收机生成的以原信号和接收机生成的以原信号和接收机生成的以原P P码信号码信号码信号码信号为基础的人工复制信号相关，并将频

46、带宽度降低得到为基础的人工复制信号相关，并将频带宽度降低得到为基础的人工复制信号相关，并将频带宽度降低得到为基础的人工复制信号相关，并将频带宽度降低得到密码带宽，便可获知密码带宽，便可获知密码带宽，便可获知密码带宽，便可获知WW码的估值，将上述接收到的信码的估值，将上述接收到的信码的估值，将上述接收到的信码的估值，将上述接收到的信号减去号减去号减去号减去WW码估值，恢复码估值，恢复码估值，恢复码估值，恢复P P码码码码L L1 1与与与与L L2 2交叉相关技术：交叉相关技术：交叉相关技术：交叉相关技术：可辨认可辨认可辨认可辨认Y Y1 1-Y Y2 2的值，进一步得到的值，进一步得到的值，进

47、一步得到的值，进一步得到L L2 2码伪距码伪距码伪距码伪距研制能同时接收研制能同时接收GPS和和GLONASS信号的接收机信号的接收机GLONASS无无SA技术，定位精度高于技术，定位精度高于GPS接收机接收机发展发展DGPS和和WADGPS差分差分GPS系统系统已在已在不少国家和地区得到了发展不少国家和地区得到了发展定位精度达厘米级定位精度达厘米级应用领域广泛应用领域广泛建立独立的建立独立的GPS卫星测轨系统卫星测轨系统利用利用利用利用GPSGPS卫星，建立独立的跟踪系统，以卫星，建立独立的跟踪系统，以卫星，建立独立的跟踪系统，以卫星，建立独立的跟踪系统，以精密地测定卫星轨道，为用户提供精

48、密星精密地测定卫星轨道，为用户提供精密星精密地测定卫星轨道，为用户提供精密星精密地测定卫星轨道，为用户提供精密星历服务历服务历服务历服务加拿大、澳大利亚和欧洲的一些国家在实加拿大、澳大利亚和欧洲的一些国家在实加拿大、澳大利亚和欧洲的一些国家在实加拿大、澳大利亚和欧洲的一些国家在实施建立区域性或全球精密测轨系统的计划施建立区域性或全球精密测轨系统的计划施建立区域性或全球精密测轨系统的计划施建立区域性或全球精密测轨系统的计划以美国为首从以美国为首从以美国为首从以美国为首从19861986年开始建立的国际合年开始建立的国际合年开始建立的国际合年开始建立的国际合作作作作GPSGPS卫星跟踪网（卫星跟踪

49、网（卫星跟踪网（卫星跟踪网（CIGNETCIGNET）建立独立的卫星导航与定位系统建立独立的卫星导航与定位系统GLONASS、伽俐略计划、北斗计划伽俐略计划、北斗计划技术复杂、耗资巨大技术复杂、耗资巨大GPS现代化计划现代化计划v 增加民用信号增加民用信号v 改善现有信号改善现有信号v 克服大气层效应克服大气层效应v 改善地面设施改善地面设施v 开发第三代开发第三代GPS卫星卫星增加民用信号增加民用信号民用空间信号：标准精度服务民用空间信号：标准精度服务民用空间信号：标准精度服务民用空间信号：标准精度服务SPSSPS19981998年美国副总统戈尔宣布在年美国副总统戈尔宣布在年美国副总统戈尔宣

50、布在年美国副总统戈尔宣布在L L2 2=1227.6MHz=1227.6MHz频率上广播第二民用信号频率上广播第二民用信号频率上广播第二民用信号频率上广播第二民用信号20052005年在年在年在年在L L5 5=1176.45MHz=1176.45MHz上广播第三民用上广播第三民用上广播第三民用上广播第三民用信号信号信号信号对于单点定位的用户，利用第二和第三民用信对于单点定位的用户，利用第二和第三民用信对于单点定位的用户，利用第二和第三民用信对于单点定位的用户，利用第二和第三民用信号改善定位精度，提高信号的可用性和服务号改善定位精度，提高信号的可用性和服务号改善定位精度，提高信号的可用性和服务