【導(dǎo)讀】差分GPS產(chǎn)生的誘因：。GPS絕對(duì)定位的精度。利用設(shè)置在坐標(biāo)已知的點(diǎn)（基準(zhǔn)站）上的GPS. 通過同步觀測(cè)GPS衛(wèi)星，以確定多條基線向量。以上各類誤差中除多路徑效應(yīng)均具有較強(qiáng)的空間相關(guān)。性，從而定位結(jié)果也有一定的空間相關(guān)性。差分改正數(shù)的類型。提供距離改正和距離改正的變率。普通差分是考慮的是誤差的綜合影響。用戶根據(jù)自身的位置，對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行改正。安置在基線端點(diǎn)的接收機(jī)固定不動(dòng)，通過連續(xù)觀測(cè)，取得充分的多?？s短靜態(tài)相對(duì)定位的觀測(cè)時(shí)間關(guān)鍵在于快速而可靠地確定整周未知數(shù)。目前實(shí)時(shí)定位精度為米級(jí)。以預(yù)先初始化或動(dòng)態(tài)解算載波相位整周未知數(shù)為基礎(chǔ)。以相對(duì)定位原理為基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)差分GPS可有效減弱衛(wèi)。星軌道誤差、鐘差、大氣折射誤差以及SA政策影響，在觀測(cè)過程結(jié)束后，通過數(shù)據(jù)處理而獲得定位結(jié)果。主要應(yīng)用于基線較長(zhǎng)，不需實(shí)時(shí)獲得定位結(jié)果的測(cè)量工作。由于建立和維持一個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)（包括無線電

　　

【正文】 ??????????????????????jiwwjinnjiww Ntt ???? ???? )()(于是 對(duì) GPS衛(wèi)星，則有 當(dāng)寬波的整周未知數(shù)確定后，即可利用相關(guān)觀測(cè)量方程，求解其它待定參數(shù)。 在具有 P碼雙頻接收機(jī)的條件下，只要觀測(cè)一個(gè)歷元便可解算寬波的整周未知數(shù)。增加觀測(cè)歷元，只是增加多余觀測(cè)量。該方法對(duì)縮短相對(duì)定位的觀測(cè)時(shí)間，加快作業(yè)速度和開拓在動(dòng)態(tài)相對(duì)定位中的作用有重要意義。 )]()([ ttN jinwnjiwjiw ???????)](13 717)([ ttN jinjiwjiw ???? ?由于 P碼的保密性，使得 P碼雙頻技術(shù)的應(yīng)用受到了限制。同時(shí)由于多路徑效應(yīng)的大小與波長(zhǎng)成正比，實(shí)際分析表明：多路徑效應(yīng)對(duì)測(cè)相偽距的影響約為數(shù)厘米，而對(duì) P碼偽距的影響達(dá)數(shù)米。 對(duì)于靜態(tài) GPS用戶，慎重確定觀測(cè)站位置、選擇適宜天線、并適當(dāng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間，可減弱多路徑效應(yīng)的影響。 1990年 E. Frei和 G. Beutler提出了一種快速解算整周未知數(shù)的方法（ fast ambiguity resolution approach——FARA）。 基本思想：以數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論的參數(shù)估計(jì)和假設(shè)檢驗(yàn)為基礎(chǔ)，利用初始平差的解向量（點(diǎn)的坐標(biāo)和整周未知數(shù)的實(shí)數(shù)解）及其精度信息（方差與協(xié)方差和單位權(quán)中誤差），確定在某一置信區(qū)間整周未知數(shù)可能的整數(shù)解的組合，然后將整周未知數(shù)的每一組合作為已知值，重復(fù)進(jìn)行平差計(jì)算，其中使估值的驗(yàn)后方差（或方差和）為最小的一組整周未知數(shù)就是所搜索的整周未知數(shù)的最佳估值。 現(xiàn)以載波相位觀測(cè)值雙差模型為例： 假設(shè)在基線兩端對(duì)同一組衛(wèi)星（衛(wèi)星數(shù)為 nj）進(jìn)行同步觀測(cè)，觀測(cè)歷元數(shù)為 nt，相應(yīng)的誤差方程組已知為 其中 經(jīng)過初始平差后，相應(yīng)整周未知數(shù)解向量的協(xié)因數(shù)陣為 QNN, 單位權(quán)驗(yàn)后方差估算式： 其中 n為觀測(cè)方程數(shù)， u為未知量個(gè)數(shù)， nu為自由度。 LNXBAV ???????? 2)( ?? ?? ?121 2222 ... ???jnTNNNZYXNX ????)(20 unmT??PVV則任一整周未知數(shù)經(jīng)初始平差后實(shí)數(shù)解的中誤差為 在一定置信水平條件下，相應(yīng)任一整周未知數(shù)的置信區(qū)間為 i=1,2, …,n j1 其中 t(?/2)為顯著水平 ?和自由度的函數(shù)。當(dāng) ?和自由度確定后， t(?/2)值可由 t值分布表中查得。例如：當(dāng)取?=， nu=40時(shí)， 得 t(?/2)=。如果初始平差后得 Ni=, mNi=, 則 Ni的置信區(qū)間為 ? Ni ? 。其置信水平為 %，在上述區(qū)間整數(shù) Ni 的可能取值為 1 12。 iiN NNmm i 0?)2/()2/( ?? tmNNtmN ii NiiNi ????設(shè) Ci為 Ni的可能取值數(shù)，由向量 N=(N1, N2, …, N nj1), 可得整數(shù)組合的總數(shù) 如果觀測(cè)的衛(wèi)星數(shù)為 nj=6, 而每個(gè)整周未知數(shù)在其置信區(qū)間內(nèi)均有 7個(gè)可能的整數(shù)取值，按上式可能的組合數(shù)為 75= 16807，對(duì)雙頻接收機(jī)則為 33614。 將上述整周未知數(shù)的各種可能組合，依次作為固定值，代入相應(yīng)的誤差方程組中，進(jìn)行平差計(jì)算，最終取坐標(biāo)值的驗(yàn)后方差為最小的一組平差結(jié)果，作為整周未知數(shù)的最后取值。 12111... ?????? ? jjniniCCCCC在雙差平差模型中，整周未知數(shù)的可能取值數(shù)量，在置信水平確定的情況下主要取決于初始平差后所得的整周未知數(shù)方差的大小以及所觀測(cè)的衛(wèi)星數(shù)量。 當(dāng)同步觀測(cè)時(shí)間較短，經(jīng)初始平差后，所得整周未知數(shù)的方差較大，計(jì)算工作量將會(huì)很大。為了減少整周未知數(shù)可能的整數(shù)取值，即在置信水平確定的條件下，縮小其置信區(qū)間，以提高搜索整周未知數(shù)最佳估值的速度，一般有如下兩種方法： ? 利用初始平差所獲得的整周未知數(shù)的實(shí)數(shù)解及其方差，對(duì)所取的整周未知數(shù)的整數(shù)解進(jìn)行檢驗(yàn)，剔除那些不能通過檢驗(yàn)的整周未知數(shù)的組合，縮小搜索整周未知數(shù)最佳估值的范圍。 仍以載波相位觀測(cè)的雙差模型為例。假設(shè)經(jīng)初始平差后所得的整周未知數(shù)的實(shí)數(shù)解向量為 在置信水平（ 1 ? ）條件下，每一個(gè) Ni的整數(shù)取值為 ? ?Tn jNNN 121 , . . ., ??NCIIII NNNN ,...., 21?取符號(hào) 則在置信水平為（ 1 ? ）的情況下，整周未知數(shù)整數(shù)解之差應(yīng)滿足 凡不能滿足上述條件的整周未知數(shù)的組合，均剔除，有效地縮小搜索范圍。 中的相應(yīng)元素為協(xié)因數(shù)陣差的驗(yàn)后均方差為整周未知數(shù)實(shí)數(shù)解之之差為整周未知數(shù)的整數(shù)解之差為整周未知數(shù)的實(shí)數(shù)解NNNNNIIIikikikikikikikqqmmNNNNNNQ210 )(?????)2/()2/( ?? tmNNtmN ikikik NikINik ????? 利用對(duì)雙頻觀測(cè)數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)，縮小搜索整周未知數(shù)最佳估值范圍。 假設(shè) NL NL2為相應(yīng)載波 L L2的整周未知數(shù)的實(shí)數(shù)解向量， NIL NIL2為相應(yīng)載波 L L2的整周未知數(shù)的整數(shù)向量，并取 在置信水平（ 1 ? ）的情況下，應(yīng)滿足 21211212ILILILLRNNNNNN??????????)2/()2/( ?? tmtm LRILR ??????? NNN上式中 mL為 ?NR的后驗(yàn)均方差。經(jīng)過上述檢驗(yàn)，剔除不滿足條件的整周未知數(shù)界的各種可能組合，使搜索范圍進(jìn)一步縮小。 該方法在 Leika公司開發(fā)的 SKI軟件系統(tǒng)中得到有效應(yīng)用。實(shí)踐表明，在基線小于 15km，根據(jù)數(shù)分鐘的雙頻觀測(cè)結(jié)果，即可精確確定整周未知數(shù)的最佳估值，相對(duì)定位精度達(dá)到厘米級(jí)或更好水平。目前在快速靜態(tài)定位中得到廣泛應(yīng)用。 ? 前述的各種快速確定整周未知數(shù)方法，共同特點(diǎn)是需要通過對(duì) GPS衛(wèi)星的靜態(tài)觀測(cè)來實(shí)現(xiàn)，只是靜態(tài)觀測(cè)時(shí)間較短，仍屬于靜態(tài)法。 ? 在高精度動(dòng)態(tài)相對(duì)定位中，為確定運(yùn)動(dòng)載體的實(shí)時(shí)位置，要求接收機(jī)在預(yù)先確定初始整周未知數(shù)或初始化后，必須至少保持對(duì) 4顆衛(wèi)星連續(xù)跟蹤。 ? 而在載體運(yùn)動(dòng)過程中，一旦所測(cè)衛(wèi)星失鎖，則必須停下，采用某種適宜方法，重新確定整周未知數(shù)或重新初始化，嚴(yán)重限制了載波相位法在高精度動(dòng)態(tài)定位中的應(yīng)用。 ? 1993年 Leica公司開發(fā)了一種動(dòng)態(tài)確定整周未知數(shù)法（ Ambiguity Resolution On the Fly—AROF）或動(dòng)態(tài)初始化法。 ? 基本思想 ? 根據(jù)運(yùn)動(dòng)過程中 GPS接收機(jī)對(duì)衛(wèi)星載波信號(hào)的短時(shí)間觀測(cè)值，與參考站的同步觀測(cè)值一起，利用快速解算整周未知數(shù)技術(shù)（如搜索法），確定初始整周未知數(shù)。 ? 在上述初始化所進(jìn)行的短時(shí)間觀測(cè)過程中，載體的瞬時(shí)位置則是根據(jù)隨后確定的整周未知數(shù)，利用所謂逆向求解方法來確定。 ? 該方法的特點(diǎn)是當(dāng)載體在運(yùn)動(dòng)過程中所觀測(cè)的衛(wèi)星一旦失鎖，為重新確定整周未知數(shù)，運(yùn)動(dòng)載體不再需要停下來重新進(jìn)行初始化，而是在載體運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)現(xiàn)。 動(dòng)態(tài)初始化（ AROF）示意圖 參考站 0秒 200秒 出發(fā) 整周未知數(shù)被確定瞬間 正向推算 逆向求解 假設(shè)在高精度動(dòng)態(tài)相對(duì)定位中，流動(dòng)站與參考站同步觀測(cè)的衛(wèi)星數(shù)為 nj，觀測(cè)的歷元數(shù)為 nt，則雙差的誤差方程組為 ? ?? ?? ?? ?)(...)()()(...)()()(...)()()(...)()()(212121212ntntntntttttttttttttvvvVlllLbbbBaaaALNXBAV?????????????????????對(duì)某一流動(dòng)站來說，待求的未知數(shù)總數(shù)為 3nt+(nj1)，雙差觀測(cè)方程總數(shù)為 (nj1)nt，為得到確定解，需滿足 可見，為動(dòng)態(tài)確定整周未知數(shù)，所必須觀測(cè)的歷元數(shù)與衛(wèi)星數(shù)有關(guān)，同步跟蹤的衛(wèi)星數(shù)至少為 5，而觀測(cè)歷元數(shù)不少于 4。 實(shí)際中為增加解的可靠性和準(zhǔn)確性，觀測(cè)的歷元數(shù)明顯大于上述理論值。 1994年 Leica公司推出的軟件系統(tǒng)要求的觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度約為 200秒。 41)1(3)1(???????jjtjttjnnnnnnn即167。 數(shù)據(jù)鏈 1．概述 ? 差分 GPS定位系統(tǒng)是由一個(gè)基準(zhǔn)站和多個(gè)用戶臺(tái)組成?；鶞?zhǔn)站與用戶臺(tái)之間的聯(lián)系，即由基準(zhǔn)站計(jì)算出的改正數(shù)發(fā)送到用戶臺(tái)的手段是靠數(shù)據(jù)鏈完成的。 數(shù)據(jù)鏈由調(diào)制解調(diào)器和電臺(tái)組成。 ? 調(diào)制解調(diào)器是將改正數(shù)進(jìn)行編碼和調(diào)制，然后輸入到電臺(tái)上發(fā)射出去。用戶臺(tái)將其接收下來，并將數(shù)據(jù)解調(diào)后，送入 GPS接收機(jī)進(jìn)行改正。 ? 電臺(tái)是將調(diào)制后的數(shù)據(jù)變成強(qiáng)大的電磁波輻射出去，能在作用范圍內(nèi)提供足夠的信號(hào)強(qiáng)度，使用戶臺(tái)能可靠地接收。發(fā)射頻率和輻射功率的選擇是數(shù)據(jù)鏈的重要問題，它視作用距離而定。 ? 根據(jù)已建立的各種無線電導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)射頻率和作用距離，將通信設(shè)備分為直接波傳輸和地波傳輸兩大類。 2． RS232接口 ? GPS接收機(jī)和調(diào)制解調(diào)器間通信一般采用它。 3．調(diào)制解調(diào)器 ? 差分 GPS數(shù)據(jù)鏈中常用的三種調(diào)制方式： ? FSK， MSK和 GMSK 4．糾錯(cuò)編碼 ? 是提高數(shù)字傳輸可靠性的一項(xiàng)技術(shù)，是正確傳輸差分 GPS改正信號(hào)的重要手段。避免錯(cuò)誤出現(xiàn)必須差錯(cuò)控制，其關(guān)鍵是糾錯(cuò)編碼。 ? 思想：一是譯碼糾錯(cuò)；二是出錯(cuò)反饋重發(fā)糾錯(cuò)。 ? 1)前向糾錯(cuò) FEC ? 不需要反饋，適用于單向信道；譯碼設(shè)備復(fù)雜。 ? 2)檢錯(cuò)重傳 ARQ ? 冗余碼少，譯碼簡(jiǎn)單；需雙向信道。 ? 3)混合差錯(cuò)控制 HEC ? 避免 FEC譯碼復(fù)雜又不適應(yīng)信道變化缺點(diǎn)，又克服 ARQ信息連貫差通信效率低的缺點(diǎn)。 ? 4)信息反饋 IRQ ? 不用糾錯(cuò)、檢錯(cuò)編譯碼；有可能造成不必要的重復(fù)。 衛(wèi)星導(dǎo)航中的差分技術(shù) ? 在飛機(jī)進(jìn)近階段尤其下滑著陸時(shí)，對(duì)定位精度的要求大幅度提高 ?目前的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采用嚴(yán)格意義上的差分定位技術(shù)或載波相位測(cè)量技術(shù)。 衛(wèi)星導(dǎo)航差分系統(tǒng)由基準(zhǔn)站、計(jì)算中心、通信鏈路和用戶設(shè)備組成 基準(zhǔn)站 計(jì)算中心 用戶設(shè)備 導(dǎo)航衛(wèi)星 通信鏈路 差分技術(shù)用于飛機(jī)進(jìn)近和著陸 機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的最低標(biāo)準(zhǔn)分為著陸最低標(biāo)準(zhǔn)和起飛最低標(biāo)準(zhǔn)，而進(jìn)場(chǎng)著陸是飛行中最為重要的階段 下 滑 高度保持 進(jìn)場(chǎng) 下滑階段 拉平階段 拉平 下滑捕捉 進(jìn)入固定下降 速度方式 2－ 3度 飛機(jī)的降落過程示意圖 差分 GPS著陸系統(tǒng) GPS接收機(jī) 差分?jǐn)?shù)據(jù)接收機(jī) GPS接收機(jī) 數(shù)據(jù) 處理 計(jì)算機(jī) 數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī) 差分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)射機(jī) 航向 下滑 距離 送往儀表 機(jī)載設(shè)備 地面設(shè)備