張 銳，周 崟，李庚基，白 鵬

(山西省自動化研究所，山西 太原 030012)

GPS差分定位方法研究及其應(yīng)用

張 銳，周 崟，李庚基，白 鵬

(山西省自動化研究所，山西 太原 030012)

從全球定位系統(tǒng)(GPS)發(fā)明至今，在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。怎樣進行迅速以及精準(zhǔn)的定位始終成為工程領(lǐng)域研究的趨勢。本文通過分析了不同的差分定位方法，提出了運用單基準(zhǔn)站來進行偽距差分定位的方式。經(jīng)過推算，應(yīng)用偽距差分定位能夠顯著減少接收機接收信號的公共誤差，從而增強了定位精度。

定位系統(tǒng)；差分定位；定位精度

從全球定位系統(tǒng)發(fā)明至今，其在導(dǎo)航、定位領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，不少領(lǐng)域因為GPS的問世進行了重大的變化。GPS擁有精度高、全天候、覆蓋廣、效率高、自動化等突出的原因，無線電以及天文導(dǎo)航等傳統(tǒng)的定位導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)被衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)慢慢代替，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)變成普遍應(yīng)用的導(dǎo)航定位技術(shù)，而且在精準(zhǔn)性、實時性、全天候等因素方面得到了很大的進步[1]?，F(xiàn)在逐漸隨著GPS衛(wèi)星的不斷成熟以及SA政策的消除，GPS的定位精準(zhǔn)度取得了較大方面的提升，原來的單點定位在100 m上下，目前提高至15 m上下，對比擁有不同種類專利算法的GPS接收機，它的單點定位精確性能夠到達2～5 m(CEP)。

1 差分定位分析

差分GPS的基本工作原理是依據(jù)衛(wèi)星時鐘誤差、衛(wèi)星星歷誤差、電離層誤差以及對流層延遲所擁有的空間以及時間的同一性，可以理解為在一樣的時間、在一樣的區(qū)間范圍里的不同種類的接收機中上面的誤差是一樣的。依據(jù)差分分析的數(shù)據(jù)類型的不同，差分定位能夠分為位置差分、偽距差分、載波相位差分以及偽距差分。因為GPS普遍定位精準(zhǔn)度不能匹配實時的米級定位運用，雖然是在取消了SA政策的定位精準(zhǔn)度是30 m[2]，所以差分GPS技術(shù)得到了普遍的應(yīng)用。

2 偽距差分算法

當(dāng)前使用最普遍的一種差分GPS技術(shù)是偽距差分技術(shù)。它的工作原理如下所示，基準(zhǔn)站R上的基準(zhǔn)接收機測量的第j顆GPS衛(wèi)星的偽距P為：

(1)

站星的實際距離能夠從基準(zhǔn)站得知的坐標(biāo)以及接收到的可見GPS衛(wèi)星的星歷精確的推算出，在使用基準(zhǔn)站GPS接收機算出的包含有不同種類的誤差的偽距，來實行數(shù)據(jù)的研究處理。那么基準(zhǔn)站發(fā)送給用戶的偽距改正值是：

(2)

相比于動態(tài)接收機k來說，動態(tài)的接收機能夠測量到第j顆衛(wèi)星的偽距：

(3)

把偽距的改正值代到上面的公式能夠得出：

(4)

如果GPS差分定位的站與站之間的距離小于100 km時，就能夠相似的得到：

(5)

(6)

其中d=C(dTrr-dTkr)是接收機的誤差所造成的距離誤差，Xj,Yj,Zj是第j顆衛(wèi)星的三維位置，Xk，Yk，Zk是動態(tài)使用者的接收機的三維位置。如果使用者的接收機僅僅和基準(zhǔn)站的接收機一起觀察測試到的4顆衛(wèi)星能夠列出來方程組，進一步可以將使用者的三維坐標(biāo)以及接收機鐘差所造成的距離誤差計算出來，可以把它進行線性化，那么能夠把動態(tài)使用者的三維位置來計算出來：

[ΔXk(t)ΔYk(t)ΔZk(t)d(t)]T=A-(t)B(t) .

(7)

其中ΔXk(t)，ΔYk(t)，ΔZk(t)是解算出來的偽距正值，那么使用者的接收機的三維位置是：

(8)

該處的Xk0，Yk0，Zk0為用戶接收機的初始位置的坐標(biāo)。

使用者接收機接收到的偽距修正值是：

(9)

Xr，Yr，Zr是在測時間的基準(zhǔn)站接收機的三維坐標(biāo)。

有一些因素會影響到偽距測量，其中包含有：衛(wèi)星鐘差接收機鐘差和星歷偏差、電離層時延偏差、對流層時延偏差，以上的偏差都包含于傳播延遲偏差。從偽距差分原理能夠得出：1) 偽距差分能夠積極的消除傳播延遲誤差；2) 相比于固有偏差來說，不能得到積極的改變[3]。

在基線長度是40 km的偽距差分定位的系統(tǒng)中，它的定位精準(zhǔn)性為1.5 m[4]，在同樣的外界條件下，載波相位差分是50 cm。覆蓋性廣闊，精確性是1 m，穩(wěn)定性非常高是廣域差分的基本特征，缺點是它的整體運行的成本比較高[5]。

局域差分當(dāng)中的單基準(zhǔn)站差分GPS，因為它的結(jié)構(gòu)和算法比較容易并且它的技術(shù)難度比較小，被普遍地應(yīng)用于部分要求進行差分定位的工程使用的范圍。通過上面可以知道，偽距差分技術(shù)相比于使用者來說是一類能夠在經(jīng)濟，以及工作效能上，出色優(yōu)秀的定位技術(shù)，而且在目前的市場上許多的接收機能夠展示這種服務(wù)[6]。

3 總結(jié)和展望

本文介紹了差分定位的分類以及差分定位的原理，著重對于偽距差分定位的原理實行了比較細(xì)致推算，依據(jù)局域差分中的偽距差分為精確性是1.5 m，可以滿足車載GPS接收機定位的要求，而且?guī)缀醣辉S多的商用差分GPS接收機能夠支持的特征，確定偽距差分GPS定位是當(dāng)前使用最普遍的差分GPS技術(shù)。

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Research and Application of GPS Differential Positioning Method

Zhang Rui, Zhou Yin, Li Gengji, Bai Peng

(ShanxiAutomationResearchInstitute,TaiyuanShanxi030012,China)

The global positioning system (GPS) is widely used in various fields. How to make a quick and accurate positioning is always a hotspot in research of engineering application. Through the analysis of several differential positioning methods, this paper presents a method of pseudo range differential positioning using single reference station. By calculation, the using of pseudo range differential positioning can effectively eliminate the public received error for signal receiver, improve the positioning accuracy.

positioning system; differential positioning; positioning accuracy

2016-11-21

張 銳(1987- )，男，山西呂梁人，碩士研究生，研究方向：動態(tài)測試與智能儀器。

1674- 4578(2017)01- 0056- 02

P228.4

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