第五章-GPS卫星定位基本原理1课件

第五章GPS卫星定位基本原理§5.1概述§5.2伪距测量§5.3载波相位测量§5.4整周跳变的修复§5.5GPS绝对定位与相对定位§5.6美国的GPS政策§5.7差分GPS定位原理第五章GPS卫星定位基本原理§5.1概述1§5.1概述测角交会前方交会后方交会测边（距）交会法两条边可确定P点坐标无线电导航定位卫星激光测距定位§5.1概述测角交会2GPS定位基本原理运用空间距离前方交会的方法求出卫星的位置。运用空间距离后方交会的方法求测站点的位置。观测值：距离GPS定位基本原理运用空间距离前方交会的方法求出卫星3GPS定位方法及分类依据测距的原理划分：伪距法定位（测码）载波相位测量定位（测相）差分定位依据（接收机）待定点运动状态划分动态定位——认为接收机相对于地面是运动的静态定位——认为接收机相对于地面静止不动绝对定位与相对定位：绝对定位——求测站点相对于地心的坐标；（静态）相对定位——求测站点相对于某已知点的坐标增量；GPS定位方法及分类依据测距的原理划分：4§5.2伪距测量GPS测距码5.2.1伪距:卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速。5.2.2伪距定位观测方程§5.2伪距测量GPS测距码5GPS测距码模二相加运算规则脉冲：在短时间内突变，随后又迅速返回到其初始值的物理量；脉冲信号：像脉搏跳动一样的信号，相对于直流，断续的信号。

码：表达信息的二进制数及其组合GPS测距码模二相加运算规则码：表达信息的二进制数及其组合6状态编号各存储器单元④③②①模二相加④③输出码元123111111101100000111456100000010010100100789010010010011110010101112011011011010101011131415010110110111111010四级反馈移位寄存器的状态序列状态编号各存储器单元模二相加输出码元1117四级反馈移位寄存器tu：钟脉冲的时间间隔码值1码状态-1码值0码状态+1四级反馈移位寄存器tu：钟脉冲的时间间隔8GPS测距码C/A码（Coarse/AcquisitionCode）10级1周期含码元数N：1023；码率：1.023MHz；码元宽度tu：0.98us(293.05m)；精度：2.9m周期：Tu=Ntu=1ms；粗码/捕获码；仅被调制在L1上P（Y）码（PreciseCode）1周期含码元数：6.19×1012；码率：10.23MHz；周期：7天；码元宽度：0.098us(29.30m)；精度:0.29m精码；被调制在L1和L2上GPS测距码C/A码（Coarse/Acquisition9测距码（续）测距码（续）105.2.1码相关伪距测量原理（1）卫星依据自己时钟（钟脉冲）发出某一结构的测距码，经过△t时的传播到达GPS接收机。（2）接收机在自己钟脉冲驱动下，产生一组结构完全相同的复制码。（3）通过时延器使之延迟时间τ，对两码进相关比较。（4）直至两码完全对齐，相关系数R（t）=max=1，则该时间延迟τ即为传播时间△t（τ=△t）。（5）距离ρ=c·△t=c·τ。复制码１１１１０００１００１１０１０１１１接收码１１１１０００１００１１０１０5.2.1码相关伪距测量原理（1）卫星依据自己时钟（钟脉冲115.2.2伪距定位观测方程由卫星钟驱动下产生的GPS信号，离开卫星发射天线，在地球引力场中穿越大气层，进入接收机内部，与接收机自身产生的参考信号相比较，得到GPS观测值。观测方程要反映该过程5.2.2伪距定位观测方程由卫星钟驱125.2.2伪距定位观测方程三种时间系统5.2.2伪距定位观测方程三种时间系统135.2.2伪距定位观测方程伪距信号传播时间卫星发出信号时间（以卫星钟面时间标准）接收机接收的时间（以接收机钟面时间标准）5.2.2伪距定位观测方程伪距信号传播时间卫星发出信号时14RINEX2格式的广播电文含义PRN号年月日时分秒a0a1a2AODECrs△nM0CuceCust0CicΩ0Cisi0Crsωcflgl2GPDpflgl2卫星精度卫星健康TgdAODC信息传输时间RINEX2格式的广播电文含义PRN号年月日时分秒a0a15地球大气结构地球大气结构16大气折射效应色散介质与非色散介质色散介质：对不同频率的信号，所产生的折射效应也不同非色散介质：对不同频率的信号，所产生的折射效应相同对GPS信号来说，电离层是色散介质，对流层是非色散介质大气折射效应色散介质与非色散介质17电离层对C/A码影响C/A码

在电离层中以群速Vg传播（级数展开）其速度与频率有关

电离层改正的大小主要取决于电子总量和信号频率电离层对C/A码影响C/A码18电离层对载波影响载波是正弦波在电离层中以相速度传播电离层影响与太阳黑子活动有关与卫星到接收机方向有关，天顶方向最大50m延迟高度角20°时150m延迟电离层对载波影响载波是正弦波电离层影响与太阳黑子活19对流层影响从地面到高空40KM大气层为对流层；电磁波经过对流层会产生延迟，和温度、湿度、气压有关；天顶方向可达2—3m，高度角10o，可达13m。对流层影响从地面到高空40KM大气层为对流层；205.2.2伪距定位观测方程考虑大气影响，伪距测量方程为伪距测量的特点：无模糊度，精度低。5.2.2伪距定位观测方程考虑大气影响，伪距测量方程为21§5.3载波相位测量1.采用载波相位测量原因及重建载波5.3.1载波相位测量原理5.3.2载波相位测量.的观测方程5.3.3整周未知数N0的确定§5.3载波相位测量1.采用载波相位测量原因及重建载波221、采用载波相位测量原因⑴测距码测距精度对于一些高精度的应用无法满足C/A2.9P0.29m⑵载波的波长短，可达到很高的精度

1、采用载波相位测量原因⑴测距码测距精度对于一些高精度的23载波L1–频率：154f0=1575.43MHz；波长：19.03cmL2–频率：120f0=1227.60MHz；波长：24.42cm载波L1–频率：154f0=1575.43MH24卫星信号的调制二进制信号的相位调制调相PM卫星信号的调制二进制信号的相位调制调相PM25重建载波

重建载波：将载波上的测距码和导航电文去掉，将信号恢复成连续的载波信号。重建载波重建载波：将载波上的测距码和导航电文去掉26重建载波的方法码相关法平方法互相关（交叉相关）Z跟踪技术重建载波的方法码相关法27码相关法优点：同时获得载波、伪距观测值和导航电文；和获得全波长的载波，信号的信躁比好。缺点：必须知道调制码的结构，无法恢复L2载波。码相关法优点：同时获得载波、伪距观测值和导航电文；和28平方法优点：无须知道码的结构；可以恢复L2载波（非原始L2）；缺点：无法获得伪距观测值和导航电文，增加了数据处理难度；得到半波长载波，模糊度更难确定；信号的信躁比差。平方法优点：无须知道码的结构；可以恢复L2载波（非原始L2）29互相关法将不同频率的调制信号进行相关处理，得到两个基本点频率间的伪距差和相位差。优点：可获得双频伪距观测值；全波长的L1和L2载波以及导航电文；缺点：信躁比较差，但比平方法高。互相关法将不同频率的调制信号进行相关处理，得到两个基本点频率30Z跟踪技术AS技术：P码W码Y码W码的码元宽度约为P码的二十倍在一个W码元宽度内Z跟踪技术：将接收机复制的P码在1个W码元宽度内与卫星信号进行相关处理。优点：无须了解Y码结构；可获得双频伪距观测值、导航电文和全波长的L载波；信号质量较平方法和互相关法好。Z跟踪技术AS技术：P码W码Y码31载波相位测量的特点优点精度高，测距精度可达0.1mm量级难点整周未知数问题整周跳变问题载波相位测量的特点优点325.3.1GPS载波相位测量原理5.3.1GPS载波相位测量原理335.3.1GPS载波相位测量原理GPS载波相位测量的基本原理理想情况实际情况5.3.1GPS载波相位测量原理GPS载波相位测量的基本34载波相位观测值观测值整周计数整周未知数（整周模糊度）载波相位观测值观测值35GPS载波相位测量的基本原理载波相位测量的观测量是GPS接收机所接收的卫星载波信号与接收机本振参考信号的相位差。k接收机在接收机钟面时刻tk时观测j卫星所取得的相位观测量GPS载波相位测量的基本原理载波相位测量的观测量是GP365.3.2载波相位观测方程在初始时刻t0，测得小于一周的相位差为，其整周数为，此时包含整周数的相位差为5.3.2载波相位观测方程在初始时刻t0，测得小于一周的375.3.2载波相位观测方程接收机继续跟踪卫星信号，不断测定小于1周的相位差，同时计数器记录从到时间内的整周变化量，只要卫星信号没中断，初始时刻的整周模糊度为一常数。

时刻卫星到接收机的相位差为5.3.2载波相位观测方程接收机继续跟踪卫星385.3.2载波相位观测方程在GPS标准时刻Ta（卫星钟时刻ta）卫星发射的载波相位为,经传播延迟，在GPS标准时刻Tb（接收机钟面时刻tb）到达接收机电磁波传播原理在Tb时,接收机本振产生的载波相位为Tb时的相位差为5.3.2载波相位观测方程在GPS标准时刻Ta（卫星钟时39载波相位观测方程考虑大气延迟相位差载波相位观测方程考虑大气延迟40伪距测量与载波相位测量的观测方程的联系伪距测量与载波相位测量的观测方程的联系41§5.3.3整周模糊度的确定整周未知数§5.3.3整周模糊度的确定整周未知数42§5.3.3整周模糊度的确定伪距法

将伪距观测值减去载波相位测量的实际观测值(化为以距离为单位)后即可得到λN0。（实时动态相对定位RTKP码双频法））将整周未知数当作平差中的待定参数——经典方法

1）整数解短基线测量2）实数解长基线测量多普勒法(三差法)

将相邻两个观测历元的载波相位相减，消去了整周未知数N0，从而直接解出坐标参数。常用来获得未知参数的初始值。§5.3.3整周模糊度的确定伪距法43整周模糊度的确定快速确定整周未知数法

这种方法对某一置信区间所有整数组合一一进行平差，取估值的验后方差或方差和为最小的一组整周未知数作为整周未知数的最佳估值。进行短基线定位时，利用双频接收机只需观测一分钟便能成功地确定整周未知数。用于快速静态定位。（精度cm级）整周模糊度的确定快速确定整周未知数法44§5.4整周跳变修复整周跳变：卫星信号中断或失锁，接收机计数器无法连续计数使整周计数不正确，但不到一整周的相位观测值仍是正确的。简称周跳。§5.4整周跳变修复整周跳变：卫星信号中断或失锁，45产生周跳的原因建筑物或树木等障碍物的遮挡电离层电子活动剧烈多路径效应的影响卫星信噪比(SNR)太低接收机的高动态接收机内置软件的设计不周全电源故障或振荡器本身故障使信号中断？DiffractionMultipaths

DirectReflectedWall

产生周跳的原因建筑物或树木等障碍物的遮挡Diffracti46周跳的特点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。周跳发生非常频繁。周跳的特点周跳只引起载波相位观测量的整周数发生跳跃，小数部分47周跳修复的必要性相位观测值中存在周跳，相当于观测值中存在粗差，将会严重影响GPS基线解算过程中的最小二乘估计，使基线解算失败或严重歪曲基线解算的结果。在GPS动态定位中，如数值为1周的周跳不修复，将会导致数十厘米的误差。这对于高精度的GPS测量是无法接受的。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。周跳修复的必要性相位观测值中存在周跳，相当于观测值中48§5.5 GPS绝对定位与相对定位绝对定位相对定位§5.5 GPS绝对定位与相对定位绝对定位相对定位495.5.1GPS单点定位（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定位结果与所用星历同属一坐标系的绝对坐标采用广播星历时属WGS-84采用IGS–InternationalGPSService精密星历时为ITRF–InternationalTerrestrialReferenceFrames特点优点：一台接收机单独定位，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……5.5.1GPS单点定位（绝对定位）定义：单独利用一台接收50GPS绝对定位的方法静态动态：伪距法（测码）载波法（测相）伪距法（测码）绝对定位GPS定位的精度静态:米级（1m）动态：10~40m（2m）GPS绝对定位的方法静态动态：伪距法（测码）载波法（测相）伪51静态绝对定位

接收机天线处于静止状态下，确定观测站坐标的方法称为静态绝对定位。这时，可以连续地在不同历元同步观测不同的卫星，测定卫星至观测站的伪距，获得充分的多余观测量。测后通过数据处理求得观测站的绝对坐标。静态绝对定位接收机天线处于静止状态下，确定观测52伪距法绝对定位伪距测量观测方程令测站坐标的近似值测站坐标的改正数伪距法绝对定位伪距测量观测方程53误差方程推导伪距观测方程误差方程推导伪距观测方程54观测方程线性化误差方程伪距中误差权系数阵未知数中误差观测方程线性化误差方程55对定位精度的评价GPS静态绝对定位的精度，由两个因素确定：其中一个是单位权中误差，它由码相关伪距测量的精度、卫星星历精度以及大气折射影响等许多因素确定；另一个因素是未知参数的协因数矩阵

利用这些元素的不同组合，定义出若干从不同侧面描述卫星空间几何分布对定位精度影响的精度因子。

对定位精度的评价GPS静态绝对定位的精度，由两个因素确定：其56卫星几何分布精度因子（1）水平分量精度因子HDOP(HorizontalDOP)

（2）垂直分量精度因子VDOP(VerticalDOP)（3）三维位置精度因子PDOP(PositionDOP)卫星几何分布精度因子（1）水平分量精度因子HDOP(Hori57卫星几何分布精度因子（4）钟差精度因子TDOP(TimeDOP)

（5）几何精度因子GDOP（GeometricDilutionPrecision）在测距精度一定的情况下，应尽量采用精度因子小的一组卫星进行观测。即当接收机跟踪的卫星多于4颗时，可选择其中GDOP最小的一组卫星进行观测。这项工作称为选星，由接收机完成。卫星几何分布精度因子（4）钟差精度因子TDOP(TimeD58精度因子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DOP值越小，定位的几何条件越好精度因子的的数值与所测卫星的几何分布图形有关。假设由观测站与四颗观测卫星所构成的六面体体积为V，则分析表明，精度因子GDOP与该六面体体积V的倒数成正比，即GDOP∝~1/V观测4颗卫星时，任意两方向之间的夹角为109度时，其六面体的体积最大精度因子DOP值与单点定位时，所观测卫星的数量与分布有59§5.5.2 静态相对定位定义：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。差分观测值：将相同频率的GPS载波相位观测值依据某种方式求差所获得的新的组合观测值（虚拟观测值）定位结果与所用星历同属一坐标系的基线向量（坐标差）及其精度信息（采用广播星历时属WGS-84；采用IGS精密星历时为ITRF）基线向量中含有：2个方位基准（一个水平方向，一个垂直方位）和1个尺度基准，不含有位置基准§5.5.2 静态相对定位定义：确定进行同步观测的接收机之间60静态相对定位特点优点：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高精度测量定位及导航静态相对定位特点61差分观测值定义：将相同频率的GPS观测值依据某种方式求差得到组合观测值（虚拟观测值）。特点：可以消去某些不重要的参数，或将某些对确定待定参数有较大负面影响的因素消去或消弱其影响按差分方式分站间差分星间差分历元间差分按差分次数分一次差二次差三次差差分观测值定义：将相同频率的GPS观测值依据某种方式62观测量的线性组合ti时刻载波相位观测量：

观测量的线性组合ti时刻载波相位观测量：63单差(SD-SingleDifference)在同一历元,不同测站同步观测相同卫星单差(SD-SingleDifference)在同一历元,64单差(SD)单差(SD)65双差（Double-Difference—DD）同一历元，不同测站同步观测同一组卫星在一次差的基础进一步消除了与接收机有关的载波相位及其钟差项

注意选取基星

GPS基线向量处理时常用的模型双差（Double-Difference—DD）同一历元，不66三差（Triple-Difference—TD）

不同历元，不同测站，同步观测一组卫星在双差的基础上进一步消除了：初始整周模糊度还有一些其它的载波相位观测值的线性组合三差（Triple-Difference—TD）不同历元，67差分模型的优缺点优点：消除或减弱一些具有系统性误差的影响减少平差计算中未知数的个数

缺点：原始独立观测量通过求差将引起差分量之间的相关性平差计算中，差分法将使观测方程数明显减少基站和基星选取情况随接收机的数量增多情况越来越复杂

差分模型的优缺点优点：缺点：68采用差分观测值的缺陷（求差法的缺陷）数据利用率低只有同步数据才能进行差分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，使处理问题复杂化参数估计时，观测值的权阵某些参数无法求出某些信息在差分观测值中被消除采用差分观测值的缺陷（求差法的缺陷）数据利用率低69各种误差对相对定位结果的影响卫星轨道误差–削弱卫星钟差–消除大气折射误差–削弱接收机钟差–消除接收机天线相位中心偏差和变化–消除各种误差对相对定位结果的影响卫星轨道误差–削弱70§5.7差分GPS从广义讲：相对定位包含差分；狭义的相对定位一般指静态相对定位。本节的差分：指狭义上的差分定位差分定位静态定位动态定位关系相对定位：观测值求差绝对定位：单机静态动态单差双差三差§5.7差分GPS从广义讲：相对定位包含差分；差分定位静71狭义上的差分定位（DGPS）一台接收机GPS接收机安置在基准站上进行观测，根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时地将这一改正数发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。狭义上的差分定位（DGPS）一台接收机72差分GPS产生的诱因差分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，不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差分GPS产生的诱因差分GPS产生的诱因：绝对定位73差分GPS（DGPS–DifferentialGPS）一台接收机GPS接收机安置在基准站上进行观测，根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时地将这一改正数发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。差分GPS（DGPS–DifferentialGPS）74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影响绝对定位精度的主要误差主要误差75差分GPS的基本原理误差的空间相关性各类误差中除多路径效应均具有较强的空间相关性，从而定位结果影响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单站差分（改正数）的类型

位置（坐标）差分：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。

伪距差分：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。差分GPS的基本原理误差的空间相关性76差分技术消除GPS定位中存在的主要误差多台接收机公有误差，如：卫星钟误差、星历误差；传播延迟误差，如：电离层误差、对流层误差；接收机固有的误差，如：内部噪声、通道延迟、多路径效应。采用差分定位，可完全消除第一部分误差，可大部分消除第二部分误差。差分技术消除GPS定位中存在的主要误差多台接收机公有误差77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–LocalAreaDGPS）单基准站差分多基准站差分广域差分（WADGPS–WideAreaDGPS）位置差分距离差分距离改正坐标改正差分GPS的分类根据时效性位置差分距离差分距离改正坐标改正78单站GPS的差分（SRDGPS）—位置差分位置差分的计算步骤设基准站的精密坐标已知（X0，Y0，Z0），在基准站上的GPS接收机测出的坐标为：X、Y、Z（包含着轨道误差、时钟误差、SA影响、大气影响、多路径效应及其他误差），即可按下式求出其坐标改正数为：(5-59)基准站用数据链，将改正数发送给用户：（5-60）单站GPS的差分（SRDGPS）—位置差分位置差分的计算步骤79（5-61）（5-61）80位置差分特点：位置差分优点：差分改正计算的数学模型简单，适用于各种型号的GPS接收机差分数据的数据量少消除用户站和基准站的共同误差，提高了定位精度。位置差分缺点：基准站与流动站要求观测完全相同的一组卫星（两站观测环境不完全相同，误差不很匹配，影响定位精度）长距离误差大，只适用100km内位置差分特点：位置差分优点：81伪距差分的步骤：根据基准站已知坐标（X0，Y0，Z0）和测出的各卫星的地心坐标按下式求出每颗卫星每一时刻到基准站的真正距离：（5-62）（5-63）（5-64）单站GPS的差分（SRDGPS）—伪距差分伪距差分的步骤：根据基准站已知坐标（X0，Y0，Z082单站GPS的差分（SRDGPS）—伪距差分

(5-65)(5-66)基准站将发送给用户，用户在测出的伪距上加上改正数，求出经改正后的伪距并按下式计算坐标为两站接收机钟差之差单站GPS的差分（SRDGPS）—伪距差分

(5-65)(583伪距差分优点将两站公共误差抵消。基准站提供所有卫星的距离改正数，用户观测其中任意4颗卫星就可定位。伪距差分缺点差分改正计算的数学模型较复杂差分数据的数据量较多精度随基准站到用户的距离增加而降低。伪距差分特点伪距差分优点伪距差分特点84

载波相位差分GPS定位原理在基准站上安置一台GPS接收机，对卫星进行连续观测，并通过无线电传输设备实时地将观测数据及站坐标信息传送给用户站；用户站一方面通过接收机接收GPS卫星信号，同时还通过无线电接收设备接收基准站传送的观测数据，然后根据相对定位原理，实时地进行数据处理，并实时地以厘米级的精度给出用户站的三维坐标。修正法求差法方法单站GPS的差分—载波相位差分(RealTimeKinematic)载波相位差分GPS定位原理修正法求差法方法单站G85载波相位差分GPS定位原理修正法基准站将载波相位的修正量发送给用户站，以对用户站的载波相位进行改正实现定位。求差法（RTK）将基准站观测的载波相位观测值实时地发送给用户观测站，在用户站对载波相位观测值求差，获得诸如静态相对定位的单差、双差、三差求解模型，并采用与静态相对定位类似的求解方法进行求解。载波相位差分GPS定位原理修正法求差法（R86修正法原理卫星到测站点相位差基准站伪距改正数用基准站伪距改正数对用户站伪距进行改正修正法原理卫星到测站点相位差基准站伪距改正87当基准站与用户站距离小于30KM时当基准站与用户站距离小于30KM时88在GPS动态定位中，快速准确求定“整周未知数”的整数解较GPS静态定位具有更为重要的意义。由于在动态定位的短时间观测中，卫星位置相对接收机变化非常小（因为卫星轨道很高，约2×104km），此时，准确求定整周未知数具有相当难度。如整周未知数为实数，则由载波相位观测值求得的GPS伪距观测值不准确，从而导致GPS基线解的精度不高，难以实现快速准确定位。反之，当整周未知数以整数正确确定，则高精度的载波相位观测值就可以作为高精度的伪距观测值，极大地提高基线解的精度，从而达到大大缩短观测时间的目的。因此整周知数的快速准确确定，是GPS动态定位的瓶颈问题，成为目前GPS研究的热点领域之一。整周未知数的动态求解在GPS动态定位中，快速准确求定“整周未知数”89最小二乘搜索法在小于10km的基线上，采用双频观测数据，观测7颗或7颗以上卫星时，可实时解得整周未知数；而若观测的卫星小于6颗卫星时，搜索时间将显著增加。最小二乘模糊度不相关法前一方法的改进。模糊度函数法综合法模糊度算法最小二乘搜索法模糊度算法90求差法定位程序1、用户站保持不动，静态观测若干历元，并将基准站的观测数据通过数据链传送给用户，按静态相对定位法求整周未知数。（初始化）2、将求出的整周未知数代入双差模型，此时双差模型中只包含3个位置分量，观测4-6颗卫星1个历元，实时解出3个位置分量；3、将求出的坐标增量加上已输入的基准站的WGS-84坐标就可得到用户站的地心坐标；4、利用已获得的坐标转换参数，将用户站的坐标转换到当地的空间直角坐标系。求差法定位程序91RTK-实时动态载波相位测量结构：1个基准站+n个流动站通讯：GPRS关键技术：双差载波模糊度搜索与解算（OTF）初使化（求解整周模糊度）精度：水平1~3厘米工作距离：小于20KM意义：精密定位实时化RTK-实时动态载波相位测量结构：1个基准站+n个流动站92RTKGPS定位设备GPS接收设备

数据传输系统软件系统RTKGPS定位设备GPS接收设备数据传输系统软件系93该系统中至少应包含两台GPS接收机，其中一台安置在基准站上，另一台或若干台分别安置在不同的流动用户站上。基准站应设在坐标已知的点上，且观测条件较好的位置上。作业期间，基准站的接收机应连续跟踪全部可见GPS卫星，并将观测数据通过数据传输系统，实时地发送给用户站。当系统中包含多个用户接收机时，基准站上的接收机宜采用双频接收机。GPS接收设备该系统中至少应包含两台GPS接收机，其中一台安94

基准站与用户站之间的联系是由数据传输系统（数据链）完成的，数据传输设备是实现实时动态测量的关键设备之一，它由调制解调器和无线电台组成。在基准站上，调制解调器将有关的数据进行编码和调制，然后由无线电发射台发射出去。用户站上的无线电接收台将其接收下来，并由解调器将数据解调还原，送入用户站上的GPS接收机中。数据传输系统基准站与用户站之间的联系是由数据传输系统（数据链95软件系统的质量与功能，对于保障实时动态测量的可行性、测量结果的精确性与可靠性，具有决定性的意义。实时动态测量的软件系统应具有如下主要功能：(1)整周未知数的动态快速解算。(2)实时解算用户站在WGS-84地心坐标系下的三维坐标。(3)求解坐标系之间的转换参数。(4)根据转换参数，进行坐标系统的转换。(5)解算结果质量分析与精度评定。(6)测量结果的显示与绘图。软件系统软件系统的质量与功能，对于保障实时动态测量的可行性、测96单站GPS的差分（SRDGPS）—载波相位差分(续)载波相位差分的关键技术——求起始相位模糊度

初使化（求解整周模糊度）RTK的应用于海上精密定位，地形测图和地籍测绘RTK缺点：RTK技术也同样受到基准站至用户距离的限制，为解决此问题，发展成局部区域差分和广域差分技术。通常把一般差分定位系统叫做DGPS，局部区域差分定位系统叫做LADGPS，广域差分系统叫做WADGPS。关键技术是高波特率数据传输的可靠性和抗干扰性单站GPS的差分（SRDGPS）—载波相位差分(续)载波相位97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，可靠性低基准站数据通讯链流动站（用户）单基准站局域差分结构基准站数据通讯链流动站（用户）单基准站局域差分98多基准站局域差分（LADGPS）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局域差分（LADGPS）结构995.7.2局部区域GPS差分系统（LADGPS）在区域中布设一个差分网，①该网由若干个差分GPS基准站组成，通常包含一个或数个监控站。②区域内的用户接收多个基准站所提供的改正信息，③经过平差后求得自己的改正数。这种差分GPS定位系统称为局部区域差分GPS系统，简称LADGPS。局部区域差分GPS技术①通常采用加权平均法或最小方差法对来自多个基准站的改正信息（坐标改正数或距离改正数）进行平差计算以求得自己的坐标改正数或距离改正数。②其系统的构成为：有多个基准站，每个基准站与用户之间均有无线电数据通信链。用户与基准站之间的距离一般在500km以内才能获得较好的精度。5.7.2局部区域GPS差分系统（LADGPS）1005.7.3广域GPS差分系统（WADGPS）基本思想①对GPS观测量的误差源加以区分，并单独对每一种误差源分别加以“模型化”，然后将计算出的每一误差源的数值，通过数据链传输给用户，②对用户GPS定位的误差加以改正，达到削弱这些误差源，改善用户GPS定位精度的目的。纠正误差的种类①星历误差；②大气延时误差；③卫星钟误差5.7.3广域GPS差分系统（WADGPS）基本思101工作流程：①在已知坐标的若干监测站上，跟踪观测GPS卫星的伪距、相位等信息。②将监测站上测得的伪距、相位和电离层延时的双频量测结果全部传输到中心站。③中心站在区域精密定轨计算的基础上，计算出三项误差改正。④将这些误差改正用数据通信链传输到用户。⑤用户利用这些误差改正自己观测到的伪距、相位和星历等，计算出高精度的GPS定位结果。5.7.3广域GPS差分系统（WADGPS）（续）工作流程：5.7.3广域GPS差分系统（WADGPS102特点广域差分GPS技术区分误差的目的就是最大限度地降低监测站与用户站间定位误差的时空相关性，克服LADGPS对时空的强依赖性，改善和提高LADGPS中实时差分定位的精度。同LADGPS相比，WADGPS有如下特点：（1）定位精度对空间距离的敏感程度比LADGPS低得多。（2）在大区域内建立WADGPS网，需要的监测站数量少，投资自然少，比LADGPS具有更大的经济效益。（3）WADGPS系统是一个定位精度均匀分布的系统，覆盖范围内任意地区定位精度相当，而且定位精度较LADGPS高。（4）覆盖区域可以扩展LADGPS不易作用的地域（5）硬件设备及通信工具昂贵，软件技术复杂，运行和维持费用较高，可靠性与安全性可能不如单个的LADGPS5.7.3广域GPS差分系统（WADGPS）（续）特点5.7.3广域GPS差分系统（WADGPS）103广域差分总结结构基准站（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，对观测值进行改正特点优点：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总结结构104网络RTK在一定区域内建立多个（3个或3个以上）基准站，对该地区构成网状覆盖，并以多个基准站为基准，计算和连续播发多种误差和相位改正信息，对该地区内的厘米级精度定位用户进行实时改正，又称为多基准站RTK。网络RTK在一定区域内建立多个（3个或3个以上）105VRS网络RTK作业模式类似RTK原理：利用基准站网计算出用户附近某点（虚拟参考站）各项误差改正，再将它们加到虚拟参考站坐标和卫星坐标所计算出的距离之上，得出虚拟参考站上的虚拟观测值，将其发送给用户，进行实时相对定位。特点：精度和可靠性高VRS网络RTK作业模式类似RTK106我国的区域网络RTK目前已建成的CORS有：北京、武汉、成都、深圳、东莞、上海、天津、杭州武汉网络RTK实时精度

内符合精度：X方向8.3mm，Y方向14.5mm，H方向15.5mm地方坐标系下的外符合精度24.6mm,26.5mm,56.9mm基于WHCORS系统和武汉市似大地水准面精化模型的网络RTK高程测定精度应在2cm左右我国的区域网络RTK目前已建成的CORS有：北京、武汉、成都107第五章GPS卫星定位基本原理§5.1概述§5.2伪距测量§5.3载波相位测量§5.4整周跳变的修复§5.5GPS绝对定位与相对定位§5.6美国的GPS政策§5.7差分GPS定位原理第五章GPS卫星定位基本原理§5.1概述108§5.1概述测角交会前方交会后方交会测边（距）交会法两条边可确定P点坐标无线电导航定位卫星激光测距定位§5.1概述测角交会109GPS定位基本原理运用空间距离前方交会的方法求出卫星的位置。运用空间距离后方交会的方法求测站点的位置。观测值：距离GPS定位基本原理运用空间距离前方交会的方法求出卫星110GPS定位方法及分类依据测距的原理划分：伪距法定位（测码）载波相位测量定位（测相）差分定位依据（接收机）待定点运动状态划分动态定位——认为接收机相对于地面是运动的静态定位——认为接收机相对于地面静止不动绝对定位与相对定位：绝对定位——求测站点相对于地心的坐标；（静态）相对定位——求测站点相对于某已知点的坐标增量；GPS定位方法及分类依据测距的原理划分：111§5.2伪距测量GPS测距码5.2.1伪距:卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速。5.2.2伪距定位观测方程§5.2伪距测量GPS测距码112GPS测距码模二相加运算规则脉冲：在短时间内突变，随后又迅速返回到其初始值的物理量；脉冲信号：像脉搏跳动一样的信号，相对于直流，断续的信号。

码：表达信息的二进制数及其组合GPS测距码模二相加运算规则码：表达信息的二进制数及其组合113状态编号各存储器单元④③②①模二相加④③输出码元123111111101100000111456100000010010100100789010010010011110010101112011011011010101011131415010110110111111010四级反馈移位寄存器的状态序列状态编号各存储器单元模二相加输出码元111114四级反馈移位寄存器tu：钟脉冲的时间间隔码值1码状态-1码值0码状态+1四级反馈移位寄存器tu：钟脉冲的时间间隔115GPS测距码C/A码（Coarse/AcquisitionCode）10级1周期含码元数N：1023；码率：1.023MHz；码元宽度tu：0.98us(293.05m)；精度：2.9m周期：Tu=Ntu=1ms；粗码/捕获码；仅被调制在L1上P（Y）码（PreciseCode）1周期含码元数：6.19×1012；码率：10.23MHz；周期：7天；码元宽度：0.098us(29.30m)；精度:0.29m精码；被调制在L1和L2上GPS测距码C/A码（Coarse/Acquisition116测距码（续）测距码（续）1175.2.1码相关伪距测量原理（1）卫星依据自己时钟（钟脉冲）发出某一结构的测距码，经过△t时的传播到达GPS接收机。（2）接收机在自己钟脉冲驱动下，产生一组结构完全相同的复制码。（3）通过时延器使之延迟时间τ，对两码进相关比较。（4）直至两码完全对齐，相关系数R（t）=max=1，则该时间延迟τ即为传播时间△t（τ=△t）。（5）距离ρ=c·△t=c·τ。复制码１１１１０００１００１１０１０１１１接收码１１１１０００１００１１０１０5.2.1码相关伪距测量原理（1）卫星依据自己时钟（钟脉冲1185.2.2伪距定位观测方程由卫星钟驱动下产生的GPS信号，离开卫星发射天线，在地球引力场中穿越大气层，进入接收机内部，与接收机自身产生的参考信号相比较，得到GPS观测值。观测方程要反映该过程5.2.2伪距定位观测方程由卫星钟驱1195.2.2伪距定位观测方程三种时间系统5.2.2伪距定位观测方程三种时间系统1205.2.2伪距定位观测方程伪距信号传播时间卫星发出信号时间（以卫星钟面时间标准）接收机接收的时间（以接收机钟面时间标准）5.2.2伪距定位观测方程伪距信号传播时间卫星发出信号时121RINEX2格式的广播电文含义PRN号年月日时分秒a0a1a2AODECrs△nM0CuceCust0CicΩ0Cisi0Crsωcflgl2GPDpflgl2卫星精度卫星健康TgdAODC信息传输时间RINEX2格式的广播电文含义PRN号年月日时分秒a0a122地球大气结构地球大气结构123大气折射效应色散介质与非色散介质色散介质：对不同频率的信号，所产生的折射效应也不同非色散介质：对不同频率的信号，所产生的折射效应相同对GPS信号来说，电离层是色散介质，对流层是非色散介质大气折射效应色散介质与非色散介质124电离层对C/A码影响C/A码

在电离层中以群速Vg传播（级数展开）其速度与频率有关

电离层改正的大小主要取决于电子总量和信号频率电离层对C/A码影响C/A码125电离层对载波影响载波是正弦波在电离层中以相速度传播电离层影响与太阳黑子活动有关与卫星到接收机方向有关，天顶方向最大50m延迟高度角20°时150m延迟电离层对载波影响载波是正弦波电离层影响与太阳黑子活126对流层影响从地面到高空40KM大气层为对流层；电磁波经过对流层会产生延迟，和温度、湿度、气压有关；天顶方向可达2—3m，高度角10o，可达13m。对流层影响从地面到高空40KM大气层为对流层；1275.2.2伪距定位观测方程考虑大气影响，伪距测量方程为伪距测量的特点：无模糊度，精度低。5.2.2伪距定位观测方程考虑大气影响，伪距测量方程为128§5.3载波相位测量1.采用载波相位测量原因及重建载波5.3.1载波相位测量原理5.3.2载波相位测量.的观测方程5.3.3整周未知数N0的确定§5.3载波相位测量1.采用载波相位测量原因及重建载波1291、采用载波相位测量原因⑴测距码测距精度对于一些高精度的应用无法满足C/A2.9P0.29m⑵载波的波长短，可达到很高的精度

1、采用载波相位测量原因⑴测距码测距精度对于一些高精度的130载波L1–频率：154f0=1575.43MHz；波长：19.03cmL2–频率：120f0=1227.60MHz；波长：24.42cm载波L1–频率：154f0=1575.43MH131卫星信号的调制二进制信号的相位调制调相PM卫星信号的调制二进制信号的相位调制调相PM132重建载波

重建载波：将载波上的测距码和导航电文去掉，将信号恢复成连续的载波信号。重建载波重建载波：将载波上的测距码和导航电文去掉133重建载波的方法码相关法平方法互相关（交叉相关）Z跟踪技术重建载波的方法码相关法134码相关法优点：同时获得载波、伪距观测值和导航电文；和获得全波长的载波，信号的信躁比好。缺点：必须知道调制码的结构，无法恢复L2载波。码相关法优点：同时获得载波、伪距观测值和导航电文；和135平方法优点：无须知道码的结构；可以恢复L2载波（非原始L2）；缺点：无法获得伪距观测值和导航电文，增加了数据处理难度；得到半波长载波，模糊度更难确定；信号的信躁比差。平方法优点：无须知道码的结构；可以恢复L2载波（非原始L2）136互相关法将不同频率的调制信号进行相关处理，得到两个基本点频率间的伪距差和相位差。优点：可获得双频伪距观测值；全波长的L1和L2载波以及导航电文；缺点：信躁比较差，但比平方法高。互相关法将不同频率的调制信号进行相关处理，得到两个基本点频率137Z跟踪技术AS技术：P码W码Y码W码的码元宽度约为P码的二十倍在一个W码元宽度内Z跟踪技术：将接收机复制的P码在1个W码元宽度内与卫星信号进行相关处理。优点：无须了解Y码结构；可获得双频伪距观测值、导航电文和全波长的L载波；信号质量较平方法和互相关法好。Z跟踪技术AS技术：P码W码Y码138载波相位测量的特点优点精度高，测距精度可达0.1mm量级难点整周未知数问题整周跳变问题载波相位测量的特点优点1395.3.1GPS载波相位测量原理5.3.1GPS载波相位测量原理1405.3.1GPS载波相位测量原理GPS载波相位测量的基本原理理想情况实际情况5.3.1GPS载波相位测量原理GPS载波相位测量的基本141载波相位观测值观测值整周计数整周未知数（整周模糊度）载波相位观测值观测值142GPS载波相位测量的基本原理载波相位测量的观测量是GPS接收机所接收的卫星载波信号与接收机本振参考信号的相位差。k接收机在接收机钟面时刻tk时观测j卫星所取得的相位观测量GPS载波相位测量的基本原理载波相位测量的观测量是GP1435.3.2载波相位观测方程在初始时刻t0，测得小于一周的相位差为，其整周数为，此时包含整周数的相位差为5.3.2载波相位观测方程在初始时刻t0，测得小于一周的1445.3.2载波相位观测方程接收机继续跟踪卫星信号，不断测定小于1周的相位差，同时计数器记录从到时间内的整周变化量，只要卫星信号没中断，初始时刻的整周模糊度为一常数。

时刻卫星到接收机的相位差为5.3.2载波相位观测方程接收机继续跟踪卫星1455.3.2载波相位观测方程在GPS标准时刻Ta（卫星钟时刻ta）卫星发射的载波相位为,经传播延迟，在GPS标准时刻Tb（接收机钟面时刻tb）到达接收机电磁波传播原理在Tb时,接收机本振产生的载波相位为Tb时的相位差为5.3.2载波相位观测方程在GPS标准时刻Ta（卫星钟时146载波相位观测方程考虑大气延迟相位差载波相位观测方程考虑大气延迟147伪距测量与载波相位测量的观测方程的联系伪距测量与载波相位测量的观测方程的联系148§5.3.3整周模糊度的确定整周未知数§5.3.3整周模糊度的确定整周未知数149§5.3.3整周模糊度的确定伪距法

将伪距观测值减去载波相位测量的实际观测值(化为以距离为单位)后即可得到λN0。（实时动态相对定位RTKP码双频法））将整周未知数当作平差中的待定参数——经典方法

1）整数解短基线测量2）实数解长基线测量多普勒法(三差法)

将相邻两个观测历元的载波相位相减，消去了整周未知数N0，从而直接解出坐标参数。常用来获得未知参数的初始值。§5.3.3整周模糊度的确定伪距法150整周模糊度的确定快速确定整周未知数法

这种方法对某一置信区间所有整数组合一一进行平差，取估值的验后方差或方差和为最小的一组整周未知数作为整周未知数的最佳估值。进行短基线定位时，利用双频接收机只需观测一分钟便能成功地确定整周未知数。用于快速静态定位。（精度cm级）整周模糊度的确定快速确定整周未知数法151§5.4整周跳变修复整周跳变：卫星信号中断或失锁，接收机计数器无法连续计数使整周计数不正确，但不到一整周的相位观测值仍是正确的。简称周跳。§5.4整周跳变修复整周跳变：卫星信号中断或失锁，152产生周跳的原因建筑物或树木等障碍物的遮挡电离层电子活动剧烈多路径效应的影响卫星信噪比(SNR)太低接收机的高动态接收机内置软件的设计不周全电源故障或振荡器本身故障使信号中断？DiffractionMultipaths

DirectReflectedWall

产生周跳的原因建筑物或树木等障碍物的遮挡Diffracti153周跳的特点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。周跳发生非常频繁。周跳的特点周跳只引起载波相位观测量的整周数发生跳跃，小数部分154周跳修复的必要性相位观测值中存在周跳，相当于观测值中存在粗差，将会严重影响GPS基线解算过程中的最小二乘估计，使基线解算失败或严重歪曲基线解算的结果。在GPS动态定位中，如数值为1周的周跳不修复，将会导致数十厘米的误差。这对于高精度的GPS测量是无法接受的。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。周跳修复的必要性相位观测值中存在周跳，相当于观测值中155§5.5 GPS绝对定位与相对定位绝对定位相对定位§5.5 GPS绝对定位与相对定位绝对定位相对定位1565.5.1GPS单点定位（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定位结果与所用星历同属一坐标系的绝对坐标采用广播星历时属WGS-84采用IGS–InternationalGPSService精密星历时为ITRF–InternationalTerrestrialReferenceFrames特点优点：一台接收机单独定位，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……5.5.1GPS单点定位（绝对定位）定义：单独利用一台接收157GPS绝对定位的方法静态动态：伪距法（测码）载波法（测相）伪距法（测码）绝对定位GPS定位的精度静态:米级（1m）动态：10~40m（2m）GPS绝对定位的方法静态动态：伪距法（测码）载波法（测相）伪158静态绝对定位

接收机天线处于静止状态下，确定观测站坐标的方法称为静态绝对定位。这时，可以连续地在不同历元同步观测不同的卫星，测定卫星至观测站的伪距，获得充分的多余观测量。测后通过数据处理求得观测站的绝对坐标。静态绝对定位接收机天线处于静止状态下，确定观测159伪距法绝对定位伪距测量观测方程令测站坐标的近似值测站坐标的改正数伪距法绝对定位伪距测量观测方程160误差方程推导伪距观测方程误差方程推导伪距观测方程161观测方程线性化误差方程伪距中误差权系数阵未知数中误差观测方程线性化误差方程162对定位精度的评价GPS静态绝对定位的精度，由两个因素确定：其中一个是单位权中误差，它由码相关伪距测量的精度、卫星星历精度以及大气折射影响等许多因素确定；另一个因素是未知参数的协因数矩阵

利用这些元素的不同组合，定义出若干从不同侧面描述卫星空间几何分布对定位精度影响的精度因子。

对定位精度的评价GPS静态绝对定位的精度，由两个因素确定：其163卫星几何分布精度因子（1）水平分量精度因子HDOP(HorizontalDOP)

（2）垂直分量精度因子VDOP(VerticalDOP)（3）三维位置精度因子PDOP(PositionDOP)卫星几何分布精度因子（1）水平分量精度因子HDOP(Hori164卫星几何分布精度因子（4）钟差精度因子TDOP(TimeDOP)

（5）几何精度因子GDOP（GeometricDilutionPrecision）在测距精度一定的情况下，应尽量采用精度因子小的一组卫星进行观测。即当接收机跟踪的卫星多于4颗时，可选择其中GDOP最小的一组卫星进行观测。这项工作称为选星，由接收机完成。卫星几何分布精度因子（4）钟差精度因子TDOP(TimeD165精度因子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DOP值越小，定位的几何条件越好精度因子的的数值与所测卫星的几何分布图形有关。假设由观测站与四颗观测卫星所构成的六面体体积为V，则分析表明，精度因子GDOP与该六面体体积V的倒数成正比，即GDOP∝~1/V观测4颗卫星时，任意两方向之间的夹角为109度时，其六面体的体积最大精度因子DOP值与单点定位时，所观测卫星的数量与分布有166§5.5.2 静态相对定位定义：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。差分观测值：将相同频率的GPS载波相位观测值依据某种方式求差所获得的新的组合观测值（虚拟观测值）定位结果与所用星历同属一坐标系的基线向量（坐标差）及其精度信息（采用广播星历时属WGS-84；采用IGS精密星历时为ITRF）基线向量中含有：2个方位基准（一个水平方向，一个垂直方位）和1个尺度基准，不含有位置基准§5.5.2 静态相对定位定义：确定进行同步观测的接收机之间167静态相对定位特点优点：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高精度测量定位及导航静态相对定位特点168差分观测值定义：将相同频率的GPS观测值依据某种方式求差得到组合观测值（虚拟观测值）。特点：可以消去某些不重要的参数，或将某些对确定待定参数有较大负面影响的因素消去或消弱其影响按差分方式分站间差分星间差分历元间差分按差分次数分一次差二次差三次差差分观测值定义：将相同频率的GPS观测值依据某种方式169观测量的线性组合ti时刻载波相位观测量：

观测量的线性组合ti时刻载波相位观测量：170单差(SD-SingleDifference)在同一历元,不同测站同步观测相同卫星单差(SD-SingleDifference)在同一历元,171单差(SD)单差(SD)172双差（Double-Difference—DD）同一历元，不同测站同步观测同一组卫星在一次差的基础进一步消除了与接收机有关的载波相位及其钟差项

注意选取基星

GPS基线向量处理时常用的模型双差（Double-Difference—DD）同一历元，不173三差（Triple-Difference—TD）

不同历元，不同测站，同步观测一组卫星在双差的基础上进一步消除了：初始整周模糊度还有一些其它的载波相位观测值的线性组合三差（Triple-Difference—TD）不同历元，174差分模型的优缺点优点：消除或减弱一些具有系统性误差的影响减少平差计算中未知数的个数

缺点：原始独立观测量通过求差将引起差分量之间的相关性平差计算中，差分法将使观测方程数明显减少基站和基星选取情况随接收机的数量增多情况越来越复杂

差分模型的优缺点优点：缺点：175采用差分观测值的缺陷（求差法的缺陷）数据利用率低只有同步数据才能进行差分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，使处理问题复杂化参数估计时，观测值的权阵某些参数无法求出某些信息在差分观测值中被消除采用差分观测值的缺陷（求差法的缺陷）数据利用率低176各种误差对相对定位结果的影响卫星轨道误差–削弱卫星钟差–消除大气折射误差–削弱接收机钟差–消除接收机天线相位中心偏差和变化–消除各种误差对相对定位结果的影响卫星轨道误差–削弱177§5.7差分GPS从广义讲：相对定位包含差分；狭义的相对定位一般指静态相对定位。本节的差分：指狭义上的差分定位差分定位静态定位动态定位关系相对定位：观测值求差绝对定位：单机静态动态单差双差三差§5.7差分GPS从广义讲：相对定位包含差分；差分定位静178狭义上的差分定位（DGPS）一台接收机GPS接收机安置在基准站上进行观测，根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时地将这一改正数发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。狭义上的差分定位（DGPS）一台接收机179差分GPS产生的诱因差分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，不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差分GPS产生的诱因差分GPS产生的诱因：绝对定位180差分GPS（DGPS–DifferentialGPS）一台接收机GPS接收机安置在基准站上进行观测，根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时地将这一改正数发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。差分GPS（DGPS–DifferentialGPS）181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影响绝对定位精度的主要误差主要误差182差分GPS的基本原理误差的空间相关性各类误差中除多路径效应均具有较强的空间相关性，从而定位结果影响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单站差分（改正数）的类型

位置（坐标）差分：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。

伪距差分：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。差分GPS的基本原理误差的空间相关性183差分技术消除GPS定位中存在的主要误差多台接收机公有误差，如：卫星钟误差、星历误差；传播延迟误差，如：电离层误差、对流层误差；接收机固有的误差，如：内部噪声、通道延迟、多路径效应。采用差分定位，可完全消除第一部分误差，可大部分消除第二部分误差。差分技术消除GPS定位中存在的主要误差多台接收机公有误差184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–LocalAreaDGPS）单基准站差分多基准站差分广域差分（WADGPS–WideAreaDGPS）位置差分距离差分距离改正坐标改正差分GPS的分类根据时效性位置差分距离差分距离改正坐标改正185单站GPS的差分（SRDGPS）—位置差分位置差分的计算步骤设基准站的精密坐标已知