差分GPS定位原理

它使用一臺 GPS基準接收機(基準站)和一臺使用者接收機(移動站)，利用實時或事後處理技術，就可以使使用者測量時消去公共的誤差源 —衛星軌道誤差、衛星鐘差、大氣延時、多路徑效應。特別提出的是，當GPS工作衛星升空時，美國政府實行了SA政策。使衛星的軌道引數增加了很大的誤差，致使一些對定位精度要求稍高的使用者得不到滿足。因此，現在發展差分GPS技術就顯得越來越重要。

GPS定位是利用一組衛星的偽距、星曆、衛星發射時間等觀測值來實現的，同時還必須知道使用者鐘差。因此，要獲得地面點的三維座標，必須對4顆衛星進行測量。

在這一定位過程中，存在著三部分誤差。一部分是對每一個使用者接收機所公有的，例如，衛星鐘誤差、星曆誤差、電離層誤差、對流層誤差等；第二部分為不能由使用者測量或由校正模型來計算的傳播延遲誤差；第三部分為各使用者接收機所固有的誤差，例如內部噪聲、通道延遲、多徑效應等。利用差分技術，第一部分誤差完全可以消除，第二部分誤差大部分可以消除，其主要取決於基準接收機和使用者接收機的距離，第三部分誤差則無法消除。

根據差分GPS基準站傳送的資訊方式可將差分GPS定位分為三類，即：位置差分、偽距差分和載波相位差分。這三類差分方式的工作原理是相同的，即都是由基準站傳送修正資料，由使用者站接收並對其測量結果進行修正，以獲得精確的定位結果。所不同的是，傳送修正資料的具體內容不一樣，其差分定位精度也不同。

1. 位置差分原理

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顆衛星後便可進行三維定位，解算出基準站的座標。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，解算出的座標與基準站的已知座標是不一樣的， 存在誤差。基準站利用資料鏈將此改正數傳送出去，由使用者站接收，並且對其解算的使用者站座標進行改正。

最後得到的改正後的使用者座標已消去了基準站和使用者站的共同誤差，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使用者站觀測同一組衛星的情況。 位置差分法適用於使用者與基準站間距離在100km以內的情況。

2. 偽距差分原理(DGPS)

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 給使用者，使用者利用此測距誤差來改正測量的偽距。最後，使用者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，但隨著使用者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。使用者和基準站之間的距離對精度有決定性影響。利用偽距差分方法，定位精度可達到亞米級。

3. 載波相位差分原理(RTK)

載波相位差分技術又稱之為RTK技術（real time kinematic），是建立在及時處理兩個測站的載波相位基礎上的。載波相位差分技術能實時提供觀測點的三維座標，並達到釐米級的高精度。

與偽距差分原理相同，由基準站通過資料鏈及時將其載波觀測值及基準站座標資訊一同傳送給使用者站。使用者站接收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及時處理，能及時給出釐米級的定位結果。

實現載波相位差分GPS的方法分為兩類：修正法與差分法。前者和偽距差分相同，基準站把載波相位修正量傳送給使用者站，以改正其載波相位，之後求解座標。後者把基準站採集的載波相位傳送給 使用者臺進行求差解算座標。前者是準RTK技術，後者為真正的RTK技術。