【正文】 息能實(shí)時(shí)解出用戶站的坐標(biāo)。 為了使主控站能正確算出這三項(xiàng)差分改正，至少需要三個(gè)跟蹤站。 ① 衛(wèi)星跟蹤站 對(duì)衛(wèi)星跟蹤站的要求首先是必須精確知道該站址的三維地心坐標(biāo)，一般其點(diǎn)位精度（相對(duì)于ITRF而言）。② 跟蹤站所獲得的這些信息，通過(guò)數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)全部傳輸?shù)街骺卣尽Ｒ虼嗽赪ADGPS系統(tǒng)眾，只要數(shù)據(jù)通訊鏈有足夠的能力，基準(zhǔn)站和用戶站之間的距離原則上是沒(méi)有限制的。目前，由于這一技術(shù)的先進(jìn)性，已引起GPS生產(chǎn)廠商的關(guān)注。例如海上精密打樁工程，定點(diǎn)打孔炸礁，地籍測(cè)繪地圖等。這樣，在實(shí)際作業(yè)中，觀測(cè)4——6顆星，就可實(shí)時(shí)準(zhǔn)確無(wú)誤地求解△X,△Y,△Z。歷元數(shù)目的多少取決于用戶站到基準(zhǔn)站的距離。因此它的計(jì)算程序是：利用三差求解出近似的基線長(zhǎng)度，再利用浮動(dòng)雙差法求解出相位模糊度和基線矢量。單差:將兩臺(tái)接收機(jī)在同一歷元觀測(cè)同一衛(wèi)星的載波相位觀測(cè)值相減,得到4個(gè)單差方程, 式(2):從式（2）中看出，單差方程中已消去了衛(wèi)星鐘差。求差法，即單差，雙差和三差三種數(shù)學(xué)模型，已廣泛應(yīng)用于靜態(tài)測(cè)量中，在很多文獻(xiàn)中已有論述。這里就主要介紹后者的解算原理。實(shí)現(xiàn)載波相位差分GPS的方法分為兩類：修正法和差分法。隨之而來(lái)的是更加精密的測(cè)量技術(shù)——載波相位差分技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用對(duì)推動(dòng)精密GPS測(cè)量起了促進(jìn)作用。但為了可靠地求出相位模糊度，要求靜止觀測(cè)一兩個(gè)小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間。利用這種差分定位精度可以達(dá)到13m。若在沒(méi)有周跳情況下，在GPS歷元i的偽距Ri的最優(yōu)估計(jì)值Ri可以由以下各式得到，先求當(dāng)I=0（起始?xì)v元）時(shí)的偽距。利用這類差分的定位精度在35m。設(shè)相距觀測(cè)值Ψ和偽距差觀測(cè)值r已作電離層、對(duì)流層改正，設(shè)在GPS相鄰歷元i1和i有相應(yīng)觀測(cè)值Ψi1，Ψi和Ri1，Ri，則用以下遞推公式推算由載波相位的相距來(lái)改善偽距的精度： Ri=（k1）（Ri1 +△Ψi）/k + Ri/k （16）式中： △Ψi =Ψi Ψi1 （17）k是一個(gè)給定的常數(shù)，決定上述回歸過(guò)濾技術(shù)的速率，其他符號(hào)意義同前。由于相位差分定位精度很高，還顧及主站的鐘差，因此RTCM（無(wú)線電技術(shù)委員會(huì)海洋組）推薦在傳送相位差分信息同時(shí)，也應(yīng)考慮傳送鐘差改正及其變率的信息。利用載波相位差分進(jìn)行實(shí)時(shí)GPS定位是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。 Ψ：表示φ對(duì)應(yīng)的距離量。用戶站后續(xù)的計(jì)算模式類同于GPS單點(diǎn)定位，只是對(duì)用戶站測(cè)到的偽距，須利用上述差分信息進(jìn)行相應(yīng)改正。 rY1Y2：用互相關(guān)技術(shù)辨認(rèn)在L1和L2頻道上的(Y1Y2)值，導(dǎo)出相應(yīng)的 偽距。 b：衛(wèi)星鐘差。但目前新型GPS接收機(jī)可以收到由P碼改變的Y碼在兩個(gè)頻道之差(Y1Y2)，由此可間接得到L2的偽距而無(wú)需破譯P碼。以下分別給與介紹： 局域差分GPS局域差分GPS（Local Area Differential GPS，簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)ADGPS）實(shí)時(shí)定位技術(shù)是由基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶站組成。差分實(shí)時(shí)定位技術(shù)基本上可分為兩種類型，即局域差分GPS和廣域差分GPS。這些誤差從總體上講都具有較好的空間相關(guān)性，也就是說(shuō)對(duì)于相距不太遠(yuǎn)的各個(gè)測(cè)站來(lái)講上述誤差所產(chǎn)生的影響基本上是相同的。至1993年5月止，在全球已建立了20個(gè)向社會(huì)各界開(kāi)放的商業(yè)差分GPS服務(wù)系統(tǒng)。第2章 差分GPS定位原理 根據(jù)觀測(cè)瞬間GPS衛(wèi)星在空間的位置以及接收機(jī)所得的至這些衛(wèi)星的距離，并加上大氣傳播延遲各項(xiàng)改正后，即可用距離交會(huì)的方法求得該瞬間接受機(jī)的位置。由于衛(wèi)星信號(hào)較弱，在天線基座中有一個(gè)前置放大器，將信號(hào)放大后，再由同軸電纜饋入主機(jī)。用戶接收機(jī)部分由主機(jī)、電源和天線組成。電文信號(hào)同時(shí)以50bit/s的速度調(diào)制，電文內(nèi)容包括衛(wèi)星星歷表、各項(xiàng)改正數(shù)和衛(wèi)星工作狀態(tài)等。GPS衛(wèi)星發(fā)射的是一對(duì)相干波，作為載波載有兩類調(diào)制信號(hào)，一類為導(dǎo)航信號(hào)，另一類為電文信號(hào)。GPS定位系統(tǒng)由于其定位的高度靈活性和常規(guī)測(cè)量無(wú)法比擬的高精度，成為測(cè)量學(xué)科中革命性的變化。目前，單點(diǎn)實(shí)時(shí)定位精度為+/15~100米，靜態(tài)相對(duì)定位為 ，,授時(shí)10納秒。因此這里所說(shuō)的載波相位觀測(cè)量實(shí)際上是衛(wèi)星信號(hào)與接收機(jī)的本地信號(hào)之間的相位差。（1～10）cm級(jí)，高程定位精度為177。（10～30）cm級(jí)；差分 GPS定位已將衛(wèi)星鐘誤差和星歷誤差消除，并將電離層延遲和對(duì)流層延遲誤差消除，定位精度大大提高。目 錄第1章 緒論…………………………………………………………………………. 1第2章 差分GPS定位原理 ………………………………...……………………...2 局域差分GPS ……………………………………………………...………….2 廣域差分GPS ……………………………………………………...………….7 第3章 數(shù)據(jù)鏈與數(shù)據(jù)格式 ……………………………………..…………………..10 電臺(tái)選擇 …………………………………………………………….……….10 調(diào)制解調(diào)器 ………………………………………………………..…………11 NMEA0183數(shù)據(jù)格式 …………………………………………….………….11 RTCM104數(shù)據(jù)格式 ……………………………………………..…………12第4章 南方NGK500型實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)GPS測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介 ………………..…….. ..15第5章 系統(tǒng)功能概述 ………………………………………...…………………….17 靜態(tài)相對(duì)定位模式 …………………………………………………………..17 快速靜態(tài)相對(duì)定位模式 ……………………………………………………….17 RTD作業(yè)模式 ……………………………………………................................18 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)作業(yè)模式 …………………………………………………………….18第6章 應(yīng)用實(shí)例 …………………………………………...………………..............19 ………………………..……………….19 …………………………………………23總結(jié) …………………………………………………………………….……………….24致謝………………………………………………………………………………………25參考文獻(xiàn) ………………………………………………...……………………………...26 第一章 緒論 一． 引言 GPS(Global Position System)全球定位系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)，可為航空、航天、陸地、海洋等用戶提供三維導(dǎo)航，定位和定時(shí)，GPS是美國(guó)國(guó)防部在本世紀(jì)80年代推出的，是由其60年代研制的海軍航海衛(wèi)星NNSS具有厘米機(jī)Doppler定位系統(tǒng)發(fā)展起來(lái)的。同時(shí)，GPS實(shí)時(shí)定位速度快，可在1秒內(nèi)完成，它的抗干擾性能好、保密性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單。因?yàn)闇y(cè)量點(diǎn)位不象經(jīng)典三角測(cè)量一樣有等級(jí)之分，不存在誤差的積累，測(cè)點(diǎn)可以在真正需要的地方進(jìn)行，無(wú)需過(guò)渡點(diǎn)，點(diǎn)間不需要有造標(biāo)，通視等問(wèn)題的考慮。導(dǎo)航信號(hào)又分為兩種。地面控制部分是整個(gè)系統(tǒng)的中樞。主機(jī)的核心為微電腦、石英振蕩器，還有相應(yīng)的輸入輸出設(shè)備和接口。電源部分為主機(jī)和天線供電，可使用經(jīng)整流，穩(wěn)壓處理的、也可用蓄電池。由于全球定位系統(tǒng)在軍事上具有重要的作用因而美國(guó)決定采用SA技術(shù)（Selective Availability）和AS技術(shù)（AntiSpoofing）把未經(jīng)美國(guó)政府特許的廣大用戶的實(shí)時(shí)定位精度降低到它所允許的水平：+/100m (2drms),以免美國(guó)的利益受到損害。差分GPS技術(shù)的發(fā)展也很迅速。如果我們能在一個(gè)位置已精確確定的已知點(diǎn)配備GPS接收機(jī)，并和用戶一起進(jìn)行GPS觀測(cè)的話，就有可能求得各個(gè)觀測(cè)瞬間由于上述各種所造成的影響。局域差分技術(shù)特點(diǎn)是向用戶提供綜合的差分GPS改正信息—觀測(cè)值改正，而不是單個(gè)誤差源的改正。它提高用戶站定位精度的原理是建立在基準(zhǔn)站和用戶站對(duì)GPS衛(wèi)星的同步同軌跟蹤基礎(chǔ)上的，由于這個(gè)原理，所以對(duì)基準(zhǔn)站和用戶站之間的距離間隔的要求和對(duì)用戶站定位精度的改善都有較大限制。此外考慮到載波相位定位精度高的特點(diǎn)，將載波相位來(lái)平滑偽距中的部分誤差，因此在上述兩種差分技術(shù)之外，又產(chǎn)生二者之間的結(jié)合技術(shù)—載波平滑碼的差分方法，下面分別敘述如下：： 對(duì)于L1頻道的偽距的數(shù)學(xué)模式為 r=D+BbT+n （11） r：在L1 C/A碼頻道上測(cè)得的地面站到GPS衛(wèi)星的偽距，該值已經(jīng) 作對(duì)流層、相對(duì)論和多路徑改正。 T：電離層改正。 在系統(tǒng)的主站上，根據(jù)主站已知的高精度地心坐標(biāo)和追蹤GPS衛(wèi)星的廣播星歷，推算的主站至衛(wèi)星的偽距（真）值D,D已經(jīng)顧及主站接收機(jī)鐘差，衛(wèi)星鐘差，對(duì)流層和電離層改正，因此偽距改正值可表示為： rc=Dr （13） r：偽距的量測(cè)值。偽距差分變率的作用參見(jiàn)以后將提到的差分信息的“訊齡”這一節(jié)。 利用偽距進(jìn)行定位相對(duì)于載波相位來(lái)說(shuō)精度較差，但后者有一個(gè)最大的缺點(diǎn)就是要解決整周模糊度，即N,一般原理是在動(dòng)態(tài)GPS定位測(cè)量開(kāi)始之前的靜止?fàn)顟B(tài)下，用某種技術(shù)來(lái)確定N,即使如此，當(dāng)用戶站在動(dòng)態(tài)下，往往出現(xiàn)對(duì)GPS信號(hào)的失鎖，這樣就需要重新確定N,這意味著整個(gè)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)載波相位差分GPS工作要重新開(kāi)始，最近幾年發(fā)展的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)快速確定整周模糊度技術(shù)（OTF）雖然有長(zhǎng)足進(jìn)展，但即使如此，在通常情況下，若用戶站周圍沒(méi)有很多天線干擾和障礙物等，且用戶站周跳很少發(fā)生，則利用這一技術(shù)的有效作用距離目前一般還很難超過(guò)30公里，但其定位精度高，可達(dá)到和超過(guò)dm量級(jí)以上，可用于飛行器進(jìn)場(chǎng)著陸等高精度導(dǎo)航之用。由于載波相位定位精度很高，因此人們一直考慮如何利用這一觀測(cè)量來(lái)平滑偽距，因此設(shè)計(jì)一種迭代形式的過(guò)濾技術(shù)，不斷改變經(jīng)載波相位平滑后的偽距的權(quán)。式（16）的實(shí)質(zhì)是在偽距的計(jì)算中逐漸加大相應(yīng)經(jīng)相距修正的權(quán)，在實(shí)用中可以將式（16）式改寫為下式： Ri=Pψi（k1）（Ri1+△Ψi）/k +PriRi/k （18）式中Pψi，Pri可理解成Ψi ，Ri的權(quán)，可按下式給定： Pr1= Pψi= Pr1= (19) Pri= = Pri= (110) Pψi= Pψi1+ = Pψi = (111)若遇到一個(gè)周跳,則上述平滑過(guò)濾過(guò)程式中式(18)中的PψiPri的賦值,須從式(19)重新啟動(dòng)。若用戶站的GPS接收機(jī)除了能接收到L1頻道上的偽距RL1之外，還能在L2上接收互相關(guān)的Y碼值，即Y1Y2，則由式（12）可求得相應(yīng)于L2頻道上的偽距RL2，由下式可獲得已消除電離層影響的偽距Rt Rt=（RL2 mRL1）/（1m） （112）其中m=（70/66）2。 R0=Ri∑Ij=1（△Ψj） （115）式中△Ψj的意義同式（17），同時(shí)式中的R和Ψ來(lái)自式（112）和（113）中已消除電離層影響的Rt和Ψt但在式（115），（116）和（117）中都略去了下標(biāo)t。 [總結(jié)] 這4類差分方式的工作原理是相同的，既都是由基準(zhǔn)站發(fā)送改正數(shù)，由用戶站接收并對(duì)其測(cè)量結(jié)果進(jìn)行改正，以獲得精確的定位結(jié)果。這樣就限制了在工程作業(yè)中的應(yīng)用。但是，上述這些作業(yè)方式都是事后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不能實(shí)時(shí)提交成果和實(shí)時(shí)評(píng)定成果質(zhì)量，很難避免出現(xiàn)事后檢查不合格造成的返工現(xiàn)象。載波相位差分技術(shù)即RTK技術(shù)(Real Time Kinematics),是差分技術(shù)中最為精密的一種,它是建立在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)站的載波相位基礎(chǔ)上的,能夠?qū)崟r(shí)提供觀測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo),并達(dá)到厘米級(jí)的高精度。前者是基準(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)。將基準(zhǔn)站上觀測(cè)的載波相位通過(guò)數(shù)據(jù)鏈傳送到用戶站。這里只簡(jiǎn)單介紹其工作原理。將兩臺(tái)接收機(jī)同時(shí)觀測(cè)兩顆衛(wèi)星的載波相位觀測(cè)值求差，即同一歷元的單差相減，得到兩個(gè)雙差方程，式（3）：由式（3）看出，此雙