武汉大学测绘学院：《GPS原理及其应用》课程教学资源（PPT课件讲稿）第四章 距离测量与GPS定位 4.8 差分GPS

GPS原理及其用 第四章距离测量与GPS定位 §4.8差分GPS

GPS原理及其应用 第四章 距离测量与GPS定位 §4.8 差分GPS

GPS原理及其用 距离测量与GPS定位>差分GPS>概述 概述① 差分GPS产生的诱因: 绝对定位精度不能满 足要求 CEP AFTER TRAMSTIO 28 meters y Primate 轩 PA TFR THIAM4h GPS绝对定位的精度受1 多种误差因素的影响 完全满足某些特殊应 用的要求 ie af Day (Mean UTO 美国的GPS政策对 GPS SA关闭前后GP绝对定位精度的变化 绝对定位精度的影响 (选择可用性SA)

GPS原理及其应用 概述① • 差分GPS产生的诱因： 绝对定位精度不能满 足要求 – GPS绝对定位的精度受 多种误差因素的影响， 完全满足某些特殊应 用的要求 – 美国的GPS政策对GPS 绝对定位精度的影响 （选择可用性SA） SA关闭前后GPS绝对定位精度的变化 距离测量与GPS定位 > 差分GPS > 概述

GPS原理及其用 距离测量与GPS定位>差分GPS>概述 概述② 差分GPS(DGPS- Dififerential gps) 利用设置在坐标已知的点(基准站)上的GPS 接收机测定GPS测量定位误差,用以提高在一 定范围内其它GPS接收机(流动站)测量定位 精度的方法 RTCM-104格式

GPS原理及其应用 概述② • 差分GPS（DGPS – Differential GPS） – 利用设置在坐标已知的点（基准站）上的GPS 接收机测定GPS测量定位误差，用以提高在一 定范围内其它GPS接收机（流动站）测量定位 精度的方法 • RTCM-104格式 距离测量与GPS定位 > 差分GPS > 概述

GPS原理及其用 距离测量与GPS定位>差分GPS>影响绝对定位精度的主要误差 影响绝对定位精度的主要误差 主要误差 卫星轨道误差 卫星钟差 大气延迟(对流层延迟、对流层延迟) 多路径效应 对定位精度的影响 定位精度=等效距离误差×PDOP PDOP通常大于1

GPS原理及其应用 影响绝对定位精度的主要误差 • 主要误差 – 卫星轨道误差 – 卫星钟差 – 大气延迟（对流层延迟、对流层延迟） – 多路径效应 • 对定位精度的影响 通常大于 。 定位精度 等效距离误差 PDOP 1 = PDOP 距离测量与GPS定位 > 差分GPS > 影响绝对定位精度的主要误差

GPS原理及其用 距离测量与GPS定位>差分GPS>差分GPS的基本原理 差分GPS的基本原理 误差的空间相关性 以上各类误差中除多路径效应均具有较强的空间相关性, 从而定位结果也有一定的空间相关性。 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 差分改正数的类型 距离改正数:利用基准站坐标和卫星星历可计算出站星 间的计算距离,计算距离减去观测距离即为距离改正数。 位置(坐标改正数)改正数:基准站上的接收机对GPS 卫星进行观测,确定出测站的观测坐标,测站的已知坐 标与观测坐标之差即为位置的改正数

GPS原理及其应用 差分GPS的基本原理 • 误差的空间相关性 – 以上各类误差中除多路径效应均具有较强的空间相关性， 从而定位结果也有一定的空间相关性。 • 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 • 差分改正数的类型 – 距离改正数：利用基准站坐标和卫星星历可计算出站星 间的计算距离，计算距离减去观测距离即为距离改正数。 – 位置（坐标改正数）改正数：基准站上的接收机对GPS 卫星进行观测，确定出测站的观测坐标，测站的已知坐 标与观测坐标之差即为位置的改正数。 距离测量与GPS定位 > 差分GPS > 差分GPS的基本原理

GPS原理及其用 距离测量与GPS定位>差分GPS>差分GPS对测量定位精度的改进 差分GPS对测量定位精度的改进 GPS DGPS(单位:m) 误差类型 间距(km) (单位:m)0|100300500 卫星钟误差 0 卫星星历误差 00.040.130.2 SA:卫星钟频抖动 240.250.250.250.25 SA:人为引入的星历误差 24 00.43|1.302.16 大气延迟误差:电离层延迟 010.731.251.60 大气延迟误差:对流层延迟 00.400.400.40 基准站接收机误差噪声和多路径误差 0.500.500.500.50 基准站接收机误差:测量误差 0.200.200.200.20 DGPS误差(ms) 0.591.1111.942.79 用户接收机误差 1.01.01.01.01.0 用户等效距离误差(rms) 34.41.161.492.192.96 导航精度(2drms)HDOP=1.5 103.23 4

GPS原理及其应用 差分GPS对测量定位精度的改进 距离测量与GPS定位 > 差分GPS > 差分GPS对测量定位精度的改进 DGPS(单位：m) 误差类型 间距（km） GPS (单位：m) 0 100 300 500 卫星钟误差 3.0 0 0 0 0 卫星星历误差 2.4 0 0.04 0.13 0.22 SA ：卫星钟频抖动 24 0.25 0.25 0.25 0.25 SA ：人为引入的星历误差 24 0 0.43 1.30 2.16 大气延迟误差：电离层延迟 4.0 0 0.73 1.25 1.60 大气延迟误差：对流层延迟 0.4 0 0.40 0.40 0.40 基准站接收机误差噪声和多路径误差 0.50 0.50 0.50 0.50 基准站接收机误差：测量误差 0.20 0.20 0.20 0.20 DGPS 误差（ms) 0.59 1.11 1.94 2.79 用户接收机误差 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 用户等效距离误差（rms) 34.4 1.16 1.49 2.19 2.96 导航精度（2drms）HDOP = 1.5 103.2 3.5 4.5 6.6 8.9

GPS原理及其用 距离测量与GPS定位>差分GPS>差分GPS的分类 差分GPS的分类 根据时效性 实时差分 坐标改正 事后差分 根据观测值类型 伪距差分 载波相位差分 位置差分 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 距离改正 局域差分( LADGPS- Local Area dgps)nx° 单基准站差分 多基准站差分 广域差分( WADGPS- Wide area dgps) 距离差分

GPS原理及其应用 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（LADGPS – Local Area DGPS） • 单基准站差分 • 多基准站差分 – 广域差分（WADGPS – Wide Area DGPS） 位置差分 距离差分 距 离 改 正 坐 标 改 正 距离测量与GPS定位 > 差分GPS > 差分GPS的分类

GPS原理及其用 距离测量与GPS定位>差分GPS>位置差分和距离差分的特点 位置差分和距离差分的特点 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

GPS原理及其应用 位置差分和距离差分的特点 • 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 距离测量与GPS定位 > 差分GPS > 位置差分和距离差分的特点

GPS原理及其用 距离测量与GPS定位>差分GPS>单基准站局域差分 单基准站局域差分 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 GPS SATELLITE 基准 (t4+A)=(4)+,△ 站 为距离改正数;为距离改正数的变率 DATALIN 特点 流动 数据 优点:结构、模型简单 站 通讯 链 缺点:差分范围小,精度随距基准站离的增加而下降, 可靠性低

GPS原理及其应用 单基准站局域差分 • 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 • 特点 – 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 为距离改正数； 为距离改正数的变率。 dt dV V t dt dV V t t V t ( i +  ) = ( i ) +  基准 站 数据 通讯 链 流动 站 （用 户） 距离测量与GPS定位 > 差分GPS > 单基准站局域差分

GPS原理及其用 距离测量与GPS定位>差分GPS>多基准站局域差分 多基准站局域差分 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) 加权平均 偏导数法 最小方差法 LEGEND 特点 多基准站差分系统结构 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

GPS原理及其应用 多基准站局域差分 • 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） – 加权平均 – 偏导数法 – 最小方差法 • 特点 – 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 多基准站差分系统结构 距离测量与GPS定位 > 差分GPS > 多基准站局域差分