第六章 - GPS观测方程与定位方法

1、内容要点,GPS观测方程 GPS数据预处理 GPS定位方法,GPS观测方程,内容要点 GPS基本观测方程 GPS差分观测方程 GPS线性组合观测方程,伪随机码的测距原理,Received signal, driven by satellite clock Ts,Model signal, driven by receiver clock T,GPS Satelliteclock, Ts,Transmitted signal of known code (either C/A or P code),GPS Receiverclock Tr,P=c(Tr-Ts) Pseudorange,Anten

2、na,那么接收机又是如何来判断两组信号是否对齐了呢?,伪随机码的测距原理,接收机是根据两组信号的相关系数R是否为1来加以判断的。设比对时刻为t，对应的测距码用u(t)来表示，于是接收到的来自卫星的测距码可写为u(t-t)，其中t为信号传播时间。经延迟器延迟后的复制码可写为u(t- )，其中 为延迟时间。把这两组信号的乘积在积分间隔T中的积分平均值R称为这两组信号的相关系数：,R在接收机又是如何来计算的呢?,伪随机码的测距原理,伪距观测方程,卫星信号于 时刻发射,GPS接收机于 时刻收到信号,伪距观测方程,基于假设： 卫星钟和接收机钟均无误差，都与标准的GPS时间保持同步；信号总是在真空中传播。

3、 实际情况： 卫星钟和接收机钟均有误差；信号通过大气层，测距码在电离层和对流层中被延迟。,伪距观测方程,信号离开卫星的标准GPS时刻是,卫星钟给出的时刻是,信号到达接收机的标准GPS时刻是,接收机钟给出的时刻是,(2),(3),(4),(1),考虑钟差改正的伪距观测方程：,伪距观测方程,考虑钟差及大气延迟改正的伪距观测方程：,站星几何距离：,(5),(6),影响GPS信号传播的大气层主要是从地表向上1000公里的部分,观测方程-伪距,载波相位测量原理,若某卫星S发出一载波信号，该信号向各处传播。在某一瞬间，该信号在接收机R处的相位为 ，在卫星s处的相位为 。则站星距为：,载波相位测量原理,GP

4、S卫星并不量测载波相位 ，但只要接收机钟与卫星钟能保持严格同步，且选用同一起算时刻，那么就能用接收机所产生的基准振荡信号(复制的载波)去取代卫星所产生的载波。 在这种情况下,任一时刻在接收机处的基准振荡信号的相位 都等于卫星处的载波相位 。 所以站星距为：,载波相位测量原理,理想情况,实际情况,载波相位测量原理,那么 是如何观测到的？ 载波重建技术,载波相位测量原理,重建载波 原因： 用二进制相位调制的方法在载波上调制了测距码和导航电文后，调制波的相位已不再连续。 目的： 将非连续的载波信号恢复成连续的载波信号。,载波相位测量原理,重建载波的方法 码相关法 平方法 互相关技术 Z跟踪技术,载波

5、相位测量原理,码相关法 方法 将所接收到的调制信号（卫星信号）与接收机产生的复制码相乘。 限制 需要了解码的结构。,载波相位测量原理,t0: 首次进行载波相位测量时刻 ti: 后续各次观测时刻 首次观测 其余各次观测 完整的载波相位通常表示为 相关概念的区别 整周模糊度（整周未知数） 整周计数,整周模糊度,整周计数,观测方程-相位,GPS观测方程,内容要点 GPS基本观测方程 GPS差分观测方程 GPS线性组合观测方程,站间求差（站间差分）,求差方式 同步观测值在接收机间求差 数学形式 特点 消除了卫星钟差影响 削弱了电离层折射影响 削弱了对流层折射影响 削弱了卫星轨道误差的影响,星间求差（星

6、间差分）,求差方式 同步观测值在卫星间求差 数学形式 特点 消除了接收机钟差的影响,历元间求差（历元间差分）,差分方式 观测值在间历元求差 数学形式 特点 消去了整周未知数参数,单差、双差和三差,单差：站间一次差分 双差：站间、星间各求一次差（共两次差） 三差：站间、星间和历元间各求一次差（三次差）,单差,双差,三差,观测方程-单差,站际间单差可消除卫星钟差 伪距单差观测方程为：,相位单差观测方程为：,当两测站间距离很短时，可认为两个测站至卫星所经过的大气条件相同，即对流层延迟和电离层延迟相同，组成站际单差可消除该误差,单差,观测方程-双差,双差是在站际单差的基础上再进行星际差，可消除接收机钟

7、差,伪距双差观测方程为：,相位双差观测方程为：,由于消除或削弱了大部分误差，常用于精密相对定位,双差,观测方程-三差,三差定义为相邻两历元上两个卫星之间的双差相位之差。三差可消除相位整周模糊度。三差观测方程如下：,由于历元间相关性很大，因此定位精度一般在分米级。常用于周跳探测,三差,差分观测值的缺陷,数据利用率低 某些参数无法求出 引入基线矢量替代了位置矢量 差分观测值间具有了相关性，使处理问题复杂化,GPS观测方程,内容要点 GPS基本观测方程 GPS差分观测方程 GPS线性组合观测方程,GPS线性组合观测方程,组合观测值的一般形式 组合观测值的特点 组合观测值是虚拟观测值 组合观测值具有某

8、些不同于原始观测值特性,电磁波的一般公式,组合观测值的一般表达式,组合观测值的一般特性,频率特性 波长特性 整周未知数特性,组合观测值的一般特性,电离层延迟特性,组合观测值的一般特性,对流层延迟特性 误差特性,几种特殊的组合观测值,宽巷组合（wide-lane）(n = 1, m = -1),几种特殊的组合观测值,窄巷组合（narrow-lane）(n =1, m =1),几种特殊的组合观测值,无电离层影响的组合（iono-free）,几种特殊的组合观测值,M-W组合观测值(Melbourne-Wbbena),内容要点,GPS观测方程 GPS数据预处理 GPS定位方法,GPS数据预处理,内容要

9、点 GPS周跳探测与修复 GPS整周模糊度确定,周跳的定义,在某一特定时刻的载波相位观测值为 如果在观测过程接收机保持对卫星信号的连续跟踪，则整周模糊度 将保持不变，整周计数 也将保持连续，但当由于某种原因使接收机无法保持对卫星信号的连续跟踪时，在卫星信号重新被锁定后， 将发生变化，而 也不会与前面的值保持连续，这一现象称为周跳，也称整周跳变。,载波相位观测原理,导致周跳产生的因素,树木、建筑物、山峰等障碍物对卫星信号遮挡，导致信号无法被跟踪； 恶劣电离层条件、多路径效应、接收机的高动态、卫星高度角过低等导致低信噪比，从而使整周计数错误 接收机仪器故障，无法产生差频信号； 卫星振荡器瞬时故障，

10、无法产生信号；,周跳的特性,周跳只引起载波相位观测量的整周数发生跳跃，小数部分则是正确的。 周跳具有继承性，即从发生周跳的历元开始，以后所有历元的相位观测值都受到这个周跳的影响。,周跳示意图,周跳修复的必要性,相位观测值中存在周跳，使基线解算失败或严重歪曲基线解算的结果。 周跳的探测与修复是GPS载波相位数据处理中不可缺少的组成部分,只有消除了周跳的“干净”相位数据，才能用于GPS精密定位。,解决周跳问题的方式,探测与修复 设法找出周跳发生的时间和大小 参数法 将周跳标记出来，引入周跳参数，进行解算,周跳探测与修复的基本思路,周跳探测与修复的原理是建立在粗差探测的基础上。首先，由观测数据组成适

11、当的检测量序列，使得周跳在该检测量序列中以粗差的形式表示出来。然后，检测该检测量序列中的粗差，确定周跳的位置和大小。 具有代表性的方法 历元间高次差分法 多项式拟合法 基于三差观测值法,历元间高次差分法,方法依据： 由于卫星和接收机间的距离在不断变化，因而载波相位测量的观测值也随时间在不断变化。但这种变化应是有规律的，平滑的。周跳将破坏这种规律性。 对于GPS卫星而言，当求至四次差时，其值已趋向于零。残留的四次差主要是由接收机的钟误差等因素引起的。,历元间高次差分法,载波相位观测值及其差值（无周跳）,高次差法,载波相位观测值及其差值（有周跳）,历元间高次差分法,高次差法周跳影响规律,历元间高次

12、差分法,高次差法的特点： 适用于单频/双频接收机； 主要受限于接收机钟的稳定性； 连续周跳探测困难； 可根据差分后周跳在不同历元被放大的倍数不同这一特点修复；,用在卫星间求差后的单差观测值来探测修复周跳,表中给出了SV6、SV8和SV11三颗卫星的相位测量观测值的四次差。其中SV6从第106个观测值起均丢失了一周，结果使第105、106个观测值的四次差差了3周，104、107个观测值的四次差各差了1周。但由于接收机振荡器的噪声水平也达到几周，因而难以发现。在卫星间求差后由于消除了接收机钟的随机误差的影响，残留下来的值很小(表中均小于0.5周)，就有可能发现小的周跳。,多项式拟和法 ,基本思想

13、首先用时间多项式拟合观测值序列，然后分析拟合残差发现周跳并确定周跳的大小。 适用范围 多项式拟合可以用于原始相位观测值，也可以用于相位观测值的线性组合。实践中，常用单差相位拟合和双差相位拟合。不过由于双差观测值可以消除接收机和卫星的钟差的影响，双差相位拟合法在相对定位中用得更广泛。以下介绍双差相位拟合法。,多项式拟和法 ,拟合对象的确定 由于周跳具有继承性，直接用时间多项式拟合双差相位观测值，周跳未必能以粗差的形式在拟合残差中表现出来，如下图左所示。但是，如果我们用时间多项式拟合相邻历元载波相位双差之差，则周跳肯定以粗差的形式在拟合残差中表现出来，如下图右所示。,GPS双差相位序列(第15历元

14、发生周跳),GPS相邻历元双差之差相位序列,多项式拟和法 ,多项式拟合法进行GPS双差观测值周跳探测与修复的过程： 首先设测站A、B上对GPS卫星J、K组成的双差观测序 列 (n个双差观测值)为：,用一个m阶时间多项式对此双差观测序列进行拟合，即令,(1),如果不进行时间标准化，则,与,相比可能悬殊非常大，,因此有必要对时间进行标准化。利用式(2)对式(1)进行时间单位的标准化处理,多项式拟和法 ,(2),这样就把,一一映射为,。则式(1)就变为,等价的时间多项式,(3),再用式(3)表示两个相邻历元 (,与,)双差载波相位之差,两式相减可得式(4),(4),多项式拟和法 ,最后利用最小二乘中

15、求得多项式系数，并根据拟合残差计算中误差，然后利用多项式系数来外推下一历元的双差观测值，并于实际观测值进行比较，当两者只差小于三倍中误差，认为该观测值没有周跳；如果外推值与实际的观测值之差大于三倍的中误差，则认为有周跳，此时应用外推的整周计数取取代有周跳的实际观测值，但是不足整周部分的相位保持不变。,基于三差观测值法,基于三差观测值探测与修复周跳一般可采用下列两种方法: (1) 根据三差观测方程中的常数项来探测和修复周跳 从双差观测值和三差观测值的组成(求差)过程可知,若在历元i与历元i+1之间某载波相位观测值出现了周跳,丢失了N周，则第i+1个历元的双差观测值就会错N周，从而使这两个历元的三

16、差观测值也相应地错N。但由于整周跳变的继承性，下一个三差观测值及随后的三差观测值却不受其影响而保持正确。也就是说,双差观测值中的一个周跳只能使一个三差观测值产生相应的错误。三差观测值已消除了卫星钟差和接收机钟差的影响，卫星星历误差和大气传播误差的影响也得到大幅度的削弱，观测方程中的常数项仅含相邻历元间大气传播误差的变化项及测量噪声的影响,其值一般均小于0.1周。若某三差观测值的观测方程中的常数项大于1周，则第i个历元与第i+1个历元间必有周跳，该常数项经四舍五入取整后的值即为双差观测值的周跳数，据此即可对第i+1个历元及随后的双差观测值进行修复。,基于三差观测值法,(2) 根据三差观测值的残差

17、来探测、修复周跳 由于一个周跳仅影响一个三差观测值，故数量有限的周跳只会使三差观测值中出现为数不多的少量粗差观测值。利用这些三差观测值来进行单基线解算时，正常三差观测值的残差将远小于1周，含有粗差的三差观测值通常会出现很大的残差。为了使有粗差的观测值尽可能不影响正常观测值的残差，可对它们进行降权处理，然后重新进行迭代计算，直至收敛为止。这样，我们就能根据残差的位置和数量对双差观测值进行周跳的修复。,观测值残差法 电离层残差法 小波分析方法 卡尔曼滤波法 等等,周跳探测与修复的其它方法,周跳探测与修复几点建议,一般说来，每种周跳探测与修复方法都有其优缺点，所以只有综合利用不同的方法，取长补短，才

18、能形成一个较为完善有效的方案。 只有在完成周跳的探测、修复及粗差观测值的剔除工作，获得一组“干净”的观测值后，才能进行后续数据处理工作。 周跳的发生与接收机的质量及观测条件有密切关系，因而必须从选择机型、选点、组织观测时就加以注意，以便能获得一组质量较好的观测值。,课后思考题,查阅课外书籍或者文献了解其它周 跳探测与修复方法，说明其应用原理及其适用范围（着重了解TurboEdit算法）。,GPS数据预处理,内容要点 GPS周跳探测与修复 GPS整周模糊度确定,模糊度 Ambiguity,整周模糊度的确定是载波相位测量中的关键问题： 精确的、不足一周的相位观测值 和修复周跳后的正确的整周计数只有

19、 与正确的整周模糊度配合使用才有意义。 在一般精度的GPS定位中，定位所需的时间实际 上就是正确确定整周模糊度所需要的时间。,常用的模糊度固定方法,取整法 区间判定法 FARA法 最小二乘搜索法 LAMDA法 模糊度函数法 QIF,取整法,取整法是GPS整周模糊度固定中的最简单的一个方法，它就是取最接近于模糊度参数解的整数值为相应模糊度参数的整数解值。 缺点：实数解的标准差较大时，很难保证取整结果的可靠性，一般在取整的同时应对取整的可靠性进行检验。其原理类似于下述的区间判定法。,区间判定法,在置信水平下，初始解向量中每一个模糊度参数 的置信区间为,上式中，,模糊度参数的最小二乘实数解,模糊度参

20、数协因数阵中 对应的主对角线元素,单位权中误差,自由度为f的学生分布概率密度函数t的双尾置信范围的上下界,区间判定法,通常置信区间可近似地取为,从统计上说，置信区间中任何一个值与 均无显著差异。如果置信区间中存在唯一的整数，则该整数即为 的整数解。如果置信区间中不包含任何整数，或者包含多个整数，则用区间判定法不能求出正确的整周模糊度。,区间判定法,在实际应用中，通常用区间判定法将整周模糊度实数解中一部分能够固定为整周模糊度的参数先固定为整数。然后将这些整数值作为已知值代入基线解算的法方程，重解其它参数，相应解的强度会得到改善。此时未固定为整数的模糊度参数的整数特性会有明显的改善。然后可进一步用

21、区间判定法求出一些模糊度参数的整数值。重复这个过程直到没有新的整数模糊度参数求出为止。这种迭代求解是区间判定法的一大优点。 缺点：一旦所有的模糊度的区间中都不止一个整数，则用该方法不能固定模糊度,FARA法-基本思想,1990年E.Frei和G.Beutler提出了一种简称FARA的快速求解整周模糊度方法(Fast Ambiguity Resolution Approach)。其目的在于采用很少的观测数据能求解出相位的整周模糊度。这种方法的基本思想是： 根据模糊度实数解及其协方差距阵，在一置信区间内，确定出每个模糊度可能的整数解。然后对这些模糊度进行组合，得到待选的模糊度向量，从中选择残差平方

22、和最小一组模糊度值作为固定模糊度值。 设 N1=1,2,3 ,N2=4,5,6,N3=7,8,9，则可能组合有： 1,4,7, 1,4,8, 1,4,9 ; 2,4,7 2,4,8 2,4,9 ; 3,4,7 3,4,8 3,4,9 1,5,7, 1,5,8, 1,5,9 ; 2,5,7 2,5,8 2,5,9 ; 3,5,7 3,5,8 3,5,9 1,6,7, 1,6,8, 1,6,9 ; 2,6,7 2,6,8 2,6,9 ; 3,6,7 3,6,8 3,6,9,FARA法-基本步骤1,列误差方程：,上式中， 为未知测站点近似坐标改正数(dx,dy,dz)， 为GPS双差整周模糊度未知参

23、数. 经初始平差后，可以得到整周模糊度解的协因数阵 和单位权验后中误差 。如果采用符号 表示双差整周模糊度 经过初始平差后得到的浮点解中误差，则有,1.实数（浮点）解,FARA法-基本步骤2,在一定置信水平1条件下，相应于任一整周模糊度的置信区间应为,上式中， 为显著水平为，自由度为r(双差浮点解平差中的多余观测数)的t分布密度函数的双尾分位值。常取t=3 设Ci为 的所有取值可能个数，则 (n个整周模糊度),2.建立模糊度搜索空间（确定候选模糊度向量）,FARA法-基本步骤3,3. 模糊度分离（搜索）,FARA法-基本步骤4,4. 模糊度检验,问题：如何判断整周未知数的最后取值是否可靠？ 可

24、以引入整周模糊度搜索因子Ratio来判断。Ratio定义为验后方差(或残差平方和)的次最小值与验后方差的最小值之间的比值。即,很显然，Ratio的值越大，求出的整周未知数越可靠。一般要大于3,最小二乘搜索法,基本思想：所有的双差模糊度中，只有三个是独立的，即只要能确定三个双差整周模糊度，则其它的双差模糊度可以确定出来。 一般步骤： 进行浮点解。得到模糊度实数解及其方差阵。 选基本卫星。选择PDOP值最小的4颗卫星（包括参考卫星）作为基本观测卫星；即有三个整周模糊度。 构建模糊度搜索空间。利用三个基本模糊度及其浮点解的方差构建模糊度搜索空间，构建方法与FARA方法一样。,搜索空间大小为：,最小二

25、乘搜索法,计算候选坐标（基线向量）：利用由基本观测卫星组成的双差观测方程，分别把模糊度搜索空间中的每一组模糊度向量代入基本观测方程进行固定基线解算，求得相对应的候选坐标（基线）向量集合。 剩余模糊度计算：利用每一组候选坐标（基线）向量值反算求的其它卫星的模糊度，并用取整法固定模糊度，然后和与之相对应的基本观测卫星的模糊度向向量一起代入原双差观测方程进行固定模糊度基线解算。 模糊度分离：分别找出最小残差二次型和次小残差二次型，若，则选择对应的模糊度为正确的模糊度。,整数解和实数解,当整周模糊度参数取整数时所求得的基线向量解称为整数解，也称为固定解；反之当模糊度参数取实数时所求得的基线向量解称为实

26、数解，也称为浮点解。,内容要点,GPS观测方程 GPS数据预处理 GPS定位方法,GPS定位方法,内容要点 绝对定位 相对行为 差分定位,GPS定位模式分类,按定位的数学模型 绝对定位 相对定位 差分定位 按测站的运动状态 静态定位 动态定位,按定位结果的时效 事后定位 实时定位 按采用观测值类型 伪距定位 载波相位定位,绝对定位,定义 单独利用一台接收机确定待定点在地固坐标系中绝对位置的方法 特点 优点：单台接收机定位，观测简单，可瞬时定位 缺点：精度主要受系统性偏差的影响，定位精度低 应用领域 低精度导航、资源普查、军事、.,伪距观测方程,伪距观测值 卫星到测站的几何距离 卫星在发射信号时

27、刻的坐标 接收机在接收信号时刻的坐标 卫星钟钟差 接收机钟钟差 电离层折射改正 对流层折射改正,基于伪距绝对定位原理,基于伪距绝对定位原理,4 satellites in view are necessary,1.坐标x 2.坐标y 3.坐标z 4.时间误差dt,距离 d1,GPS卫星 1,距离 d4,GPS卫星 4,GPS卫星 2,距离 d2,距离 d3,GPS卫星 3,系统时间 GPST,时间同步,基于伪距绝对定位原理,设测站的近似坐标为,（8）,（9）,（7）,基于伪距绝对定位原理,（10）,（11）,基于伪距绝对定位原理,（13）,（12）,（14）,no,迭代计算,yes,伪距绝对定

28、位的精度评估,其中：,平面位置精度因子HDOP(horizontal DOP)及其相应的平面位置精度,高程精度因子VDOP(Vertical DOP)及其相应的高程精度,伪距绝对定位的精度评估,为了评价定位的结果，在导航学中一般采用精度因子（Dilution of Precision ，DOP）来表示，它是权系数阵中主对角线的函数。,空间位置精度因子PDOP(Position DOP)及其相应的三维定位精度,接收机钟差精度因子TDOP(Time DOP)及其钟差精度,几何精度因子GDOP(Geometric DOP)及其相应的中误差,伪距绝对定位的精度评估,伪距绝对定位的精度评估,Good G

29、eometry,Bad Geometry,DOP值与单点定位时，所观测卫星的数量与分布有关，它所表示的是定位的几何条件。若由测站与四颗观测卫星所构成的六面体体积为V，分析表明，精度因子GDOP与六面体体积V的倒数成正比：,一般而言，V越大卫星分布越广，GDOP越小，定位精度越高。 DOP值越小，定位的几何条件越好实际定位时GDOP不应大于6,载波相位绝对定位原理,载波相位测量的实际观测值 与站星距 之间存在下列关系: 将上式代入伪距测量的观测方程得:,载波相位观测方程：,载波相位绝对定位原理,原始形式：,线性化后：,误差方程为：,载波相位绝对定位原理,对于卫星i，误差方程为 若在k个历元里每历

30、元均观测了n颗相同的卫星，则误差方程,载波相位绝对定位原理,假连续对n颗卫星进行定在k个历元中了观测，则通常有3+k+n个待定参数（3个位置参数、n个整周模糊度参数和k个接收机钟差参数），因而，仅采用载波相位观测值无法实现瞬时单点定位。,载波相位定位和伪距定位的比较,L1载波,L2载波,C/A码,P-码, =29.3 m, L2=24 cm, L1=19c m, C/A=293 m,卫星发射的载 波及伪随机码,由于信号量测精度一般优于波长的1/100，所以载波的测量精度远远高于伪随机码,载波相位定位和伪距定位的比较,载波是一种没有任何标记的余弦波，而用接收机中的鉴相器来量测载波相位时能测定的只

31、是不足一周的部分，因而会产生整周数不确定的问题。此外,整周计数部分还可能产生跳变的问题,故在进行数据处理前，还需进行整周跳变的探测和修复工作，使得载波相位测量的数据处理工作变得较为复杂、麻烦。,GPS定位方法,内容要点 绝对定位 相对行为 差分定位,相对定位,定义 确定进行同步观测的接收机之间相对位置的定位方法，称为相对定位 特点 优点：定位精度高 缺点：多台接收共同作业，作业复杂，数据处理复杂，不能直接获取绝对坐标 应用领域 高精度测量定位及导航,相对定位观测方程,非差观测方程 单差观测方程 双差观测方程,GPS定位方法,内容要点 绝对定位 相对行为 差分定位,差分GPS的基本思想 差分GP

32、S的类型 局域差分GPS 广域差分GPS,差分定位,差分GPS的基本原理,差分GPS产生的背景： 标准的单点定位不能满足某些要求； GPS实施了SA政策（2000年5月1日取消）； GPS的大部分误差具有较强的时空相关性； 差分GPS的基本原理 利用基准站（设在坐标精确已知的点上）测定具有空间相关性的误差或其对测量定位结果的影响，供流动站改正其观测值或定位结果。,差分GPS的分类,根据时效性 实时差分 事后差分 根据观测值类型 伪距差分 载波相位差分 根据差分改正数 位置差分（坐标差分） 距离差分 根据工作原理和差分模型 局域差分（LADGNSS Local Area DGNSS） 单基准站差

33、分 多基准站差分 广域差分（WADGNSS Wide Area DGNSS）,已知位置: x y z 计算位置: x y z -位置增量: x y z,位置差分,X23 y23 z23,x19 y19 z19,x14 y14 z14,x21 y21 z21,计算位置: x y z,位置改正信息,位置增量: x y z -,改正位置: x y z,参考站,数据发播站,用户站,距离差分,通过在基准站上利用已知坐标求出站星的距离，并将其与含有误差的测量距离比较，并将测距误差传输给用户，用户用此来对测距进行相应改正。,位置差分和距离差分比较,位置差分 差分改正计算的数学模型简单 差分数据的数据量少 基

34、准站与流动站要求观测完全相同的一组卫星 距离差分 差分改正计算的数学模型较复杂 差分数据的数据量较多 基准站与流动站不要求观测完全相同的一组卫星,单基准站局域差分GPS,系统结构 基准站（一个）、数据通讯链和用户 数学模型（差分改正数的计算方法） 提供距离改正和距离改正的变率 优缺点 优点：结构、模型简单 缺点：差分范围小，精度随距基准站距离的增加而下降，可靠性低,多基准站局域差分GPS,系统结构 基准站（多个）、数据通讯链和用户 数学模型（差分改正数的计算方法） (1) 加权平均 (2) 偏导数法 优缺点 优点：差分精度高、可靠性高，差分范围增大 缺点：差分范围仍然有限，模型不完善,多基准站

35、差分系统结构,多基准站局域差分GPS,校正权值计算方法,U(用户位置)；M(参考站位置),局域增强差分GPS系统的工作原理(Ground Based Augment System: GBAS),GBAS Cat-1 Sydney Equipment on the Hook at Sydney Airport,(Local Area Augment System:LAAS),广域差分GPS的基本思想,对GPS观测量的误差源加以区分，并对每一个误差源分别加以模型化，然后将计算出来的每一个误差源的误差修正值（差分改正值），通过数据通讯链传输给用户，对用户GPS接收机的观测值误差加以改正，以达到削弱这

36、些误差源的影响、改善用户定位精度的目的。因此，既削弱了LADGNSS技术中对基准站和用户站之间的空间相关性的要求，又保持了LADGNSS的定位精度。WADGNSS系统中，只要数据通信链有足够的能力，基准站和用户站之间的距离在原则上是没有限制的。,广域差分GPS,系统结构 基准站（多个）、数据通讯链和用户 数学模型（差分改正数的计算方法） 与普通差分不相同 普通差分是考虑的是误差的综合影响 广域差分对各项误差加以分离，建立各自的改正模型 用户根据自身的位置，对观测值进行改正 优缺点 优点：差分精度高、差分精度与距离无关、差分范围大 缺点：系统结构复杂、建设费用高,广域差分GPS针对的误差源,广域差分GPS所针对的误差源主要有三个部分： 卫星星历误差，包括SA中技术的影响； 卫星钟差，包括SA中技术的影响； 电离层对GPS信号产生的时间延迟。,广域差分GPS的基本构成,卫星跟踪站 设备： 双频GPS接收机 任务： 采集GPS原始观测数据， 把各类数据传输到主控站 主控站 接收各跟踪站的数据 计算三类广域差分修正值（星历改正，钟差改正，电离层延迟） 传输改正信息到差分信息播发站 数据通信链路和差分信息播发站 多个跟踪站与主控站之