一工作原理目前单GPS系统提供的定位精度是优于25米，而为得到更高的定位精度，我们通常采用差分GPS技术：将一台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，并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。二差分分类根据差分GPS基准站发送的信息方式可将差分GPS定位分为三类，即：位置差分、伪距差分、相位差分。这3类差分方式的工作原理是相同的，即都是由基准站发送改正数，由用户站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果。所不同的是，发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精度也不同。
1 位置差分原理这是一种最简单的差分方法，任何一种GPS接收机均可改装和组成这种差分系统。安装在基准站上的GPS接收机观测4颗卫星后便可进行三维定位，解算出基准站的坐标。由于存在着轨道误差、时钟误差、SA影响、大气影响、多径效应以及其他误差，解算出的坐标与基准站的已知坐标是不一样的，存在误差。基准站利用数据链将此改正数发送出去，由用户站接收，并且对其解算的用户站坐标进行改正，提高定位精度。以上先决条件是基准站和用户站观测同一组卫星的情况。位置差分法适用于用户与基准站间距离在100km以内的情况。
2 伪距差分原理这是应用最广的一种差分。在基准站上，观测所有卫星，根据基准站已知坐标和各卫星的坐标，求出每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离。再与测得的伪距比较，得出伪距改正数，将其传输至用户接收机，提高定位精度。这种差分，能得到米级的定位精度。3载波相位差分原理载波相位差分技术又称RTK（Real Time Kinematic）技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。即是将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。载波相位差分可使定位精度达到厘米级。大量应用于动态需要高精度位置的领域。
三差分系统介绍 1 基准站-移动站差分系统基准站-移动站差分是指采用两台GPS接收机。一台是基准站GPS，另一台是用户端GPS，并且知道一个已知点的坐标，原理是在已知坐标的固定点上架设一台GPS接收机（称基准站），通过GPS[1]的定位数据和已知坐标点的数据解算出差分数据(RTCM，再通过数据链
将误差修正参数实时播发出去，用户端通过数据链接收修正参数，和自己的定位数据进行修正解算，即可将定位精度提高到米
级、甚至厘米级。 2 信标差分系统信标差分系统不需要用户自己架设基准站，因为考虑到实时差分系统未来的需要，国家交通部海监局在我国沿海从南到北沿海岸线建立了20个信标台站（也就相当于差分系统的基准站），这些信标站24小时发送RTCM差分校正信息，而且不收任何费用，其传输的距离是：在内陆是300KM的覆盖范围，在海上是500KM的覆盖范围。用户端只需要一台移动站的GPS就可以实现高精度的实时定位。注：SA政策：即selective availability，有选择可用性，美国采取的限制定位精度的政策；载波相位：是指接收到的具有多普勒频移的载波信号与接收机产生的参考载波信号之间的相位差。（这一定义摘自CNKI概念知识元库）。Kinematic：运动学的，运动学上的。信标差分系统原理GPS信标差分系统实际上就是差分系统，只是信标差分系统不需要用户自己架设基准站，因为考虑到实时差分系统未来的需要，国家交通部海监局在我国沿海从南到北沿海岸线建立了20个信标台站（也就相当于差分系统的基准站），这些信标站24小时发送RTCM差分校正信息，而且不收任何费用，其传输的距离是：在内陆是300KM的覆盖范围，在海上是500KM的覆盖范围。用户端只需要一台移动站的GPS就可以实现高精度的实时定位。
一、RTK定位原理概述 RTK测量利用的是载波相位差分GPS技术来实时定位的，正是凭借差分改正和载波相位测距两种测量方法才使得动态定位的精度可以达到厘米级。差分GPS技术是利用了基准站与流动站之间空间的相关性来进行差分改正的，从而将定位的误差削弱。标准的差分GPS 原理是将基准站架设在高精度的已知点控制点上，通过基准站单点定位确定测站的位置坐标，然后通过实时定位测得的坐标与控制点坐标的比对，从而确定基准站上的定位误差。但在实际生产中，为了提高测量效率，基准站通常也可以架设在未知点上。下文就RTK基准站架设的两种情况进行解释。说明其架设原理。 GPS系统定位采用的是WGS-84坐标系，如下图所示。它是一个地心坐标系，所有的GPS接收定位测得的坐标都是基于该坐标系的坐标。换而言之，GPS接收机只能识别WGS-84坐标。但是在实际应用过程中，用户基于定位精度、坐标保密、控制变形等原因往往会建立其他坐标系统。这样就涉及到了坐标系统之间的相互转换，所以这就是为何几乎所有的GPS解算软件中都有坐标系统转换程序的原因。 现就国内坐标系统的应用为基础，介绍一下RTK测量时坐标系统的转换方法。至今为止，我国使用的平面坐标系统主要有北京54坐标系统、西安80坐标系统和国家2000坐标系统。这三者之间的本质区别在于采用了不同的椭圆基准。在实际生产中还存在地方独立坐标系统，它是在上述几种坐标系的基础上建立的。高程坐标系统主要有1956黄海高程基准和1985国家高程基准两个系统组成。
坐标系统的转换方法主要有七参数、四参数、三参数和一参数等。根据两套坐标系统之间的几个关系可以采用相应的转换方法。RTK测量过程中坐标系统的转换分为平面转换和高程转换两个方面。平面转换主要是采用控制点反算转换参数的方法，根据测区范围和精度的要求采用不同的转换方法。对于涉及到两个不同椭球基准的坐标系统之间的相互转换，一般都采用七参数进行转换，如果测区面积较小，可近似当做平面时（约10公时范围）可采用四参数进行转换。GPS高程系统的转换主要是采用高程拟合和似在地水准面精化模型进行高程内插。高程拟合主要有平面拟合和曲面拟合两种方法，平面拟合是在平面内选择至少3个高程控制点，通过GPS测量得到这些控制点的两套坐标，通过两套坐标系统求差可得到每个控制点上的高程异常值。然后根据不同的方法进行内插高程异常值，能过GPS测量，根据GPS高程以及高程异常值可求得测点的正常高。曲面拟合同平面拟合原理相同，只是在曲面内进行内套高程异常值，这种方法更符合实际情况，所以精度也相对较高。 差分GPS工作的基本原理是依据地面参考站与流动站之间的空间相关性而建立的。GPS卫星分布在距离地面约两万公里的太空，而地面参考站距流动站之间的距离为几十公里到几百公里之间，这个距离相对于星站距离可以忽略不计。因此，我们认为参考站与流动站周围的空间环境对两个接收机导航定位的影响是等价的。 二、基准站架高在已知点上 差分GPS系统主要由四部分组成，即GPS卫星、参考站、流动站
差分GPS(DGPS)原理 根据差分GPS基准站发送的信息方式可将差分GPS定位分为三类，即：位置差分、伪距差分和相位差分。这三类差分方式的工作原理是相同的，即都是由基准站发送改正数，由用户站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果。所不同的是，发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精度也不同。 1. 位置差分原理 这是一种最简单的差分方法，任何一种GPS接收机均可改装和组成这种差分系统。 安装在基准站上的GPS接收机观测4颗卫星后便可进行三维定位，解算出基准站的坐标。由于存在着轨道误差、时钟误差、SA影响、大气影响、多径效应以及其他误差，解算出的坐标与基准站的已知坐标是不一样的，存在误差。基准站利用数据链将此改正数发送出去，由用户站接收，并且对其解算的用户站坐标进行改正。 最后得到的改正后的用户坐标已消去了基准站和用户站的共同误差，例如卫星轨道误差、SA影响、大气影响等，提高了定位精度。以上先决条件是基准站和用户站观测同一组卫星的情况。位置差分法适用于用户与基准站间距离在100km以内的情况。 2. 伪距差分原理 伪距差分是目前用途最广的一种技术。几乎所有的商用差分GPS接收机均采用这种技术。国际海事无线电委员会推荐的RTCM SC-104也采用了这种技术。 在基准站上的接收机要求得它至可见卫星的距离，并将此计算出的距离与含有误差的测量值加以比较。利用一个α-β滤波器将此差值滤波并求出其偏差。然后将所有卫星的测距误差传输给用户，用户利用此测距误差来改正测量的伪距。最后，用户利用改正后的伪距来解出本身的位置，就可消去公共误差，提高定位精度。 与位置差分相似，伪距差分能将两站公共误差抵消，但随着用户到基准站距离的增加又出现了系统误差，这种误差用任何差分法都是不能消除的。用户和基准站之间的距离对精度有决定性影响。 3. 载波相位差分原理 测地型接收机利用GPS卫星载波相位进行的静态基线测量获得了很高的精度（10-6～10-8）。但为了可靠地求解出相位模糊度，要求静止观测一两个小时或更长时间。这样就限制了在工程作业中的应用。于是探求快速测量的方法应运而生。例如，采用整周模糊度快速逼近技术（FARA）使基线观测时间缩短到5分钟，采用准动态（stop and go），往返重复设站（re-occupation）和动态（kinematic）来提高GPS作业效率。这些技术的应用对推动精密GPS测量起了促进作用。但是，上述这些作业方式都是事后进行数据处理，不能实时提交成果和实时评定成果质量，很难避免出现事后检查不合格造成的返工现象。 差分GPS的出现，能实时给定载体的位置，精度为米级，满足了引航、水下测量等工程的要求。位置差分、伪距差分、伪距差分相位平滑等技术已成功地用于各种作业中。随之而来的是更加精密的测量技术—载波相位差分技术。 载波相位差分技术又称为RTK技术（real time kinematic），是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的。它能实时提供观测点的三维坐标，并达到厘米级的高精度。 与伪距差分原理相同，由基准站通过数据链实时将其载波观测量及站坐标信息一同传送给用户站。用户站接收GPS卫星的载波相位与来自基准站的载波相位，并组成相位差分观测
卫星定位导航 实验报告 题目：差分GPS原理及应用 学院：信息与电气工程学院 专业： 班级： 姓名： 学号： 2014年10月29日
一、 GPS技术前景 由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。随着冷战结束和全球经济的蓬勃发展，美国政府宣布2000年至2006年期间，在保证美国国家安全不受威胁的前提下，取消SA政策，GPS民用信号精度在全球范围内得到改善，利用C/A码进行单点定位的精度由100米提高到10米，这将进一步推动GPS技术的应用，提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生活质量，刺激GPS市场的增长。据有关专家预测，在美国，单单是汽车GPS导航系统，2000年后的市场将达到30亿美元，而在中国，汽车导航的市场也将达到50亿元人民币。可见，GPS技术市场的应用前景非常可观。 二、差分GPS基本原理 1. 伪距差分 伪距差分是指采用测距码测距，在基准站上（已知点）上，通过“已知距离”（测站坐标和卫星坐标反算的距离）与伪距观测值比较，确定距离改正数后传送给用户，用户据此对观测伪距进行改正，然后用改正后伪距观测值解算测站坐标。各个卫星的距离改正数是不同的，因为距离改正数中包含了卫星坐标误差的因素，因此只有与基准站同步观测的卫星，才可以得到距离改正。 伪距差分是目前应用广泛的一种差分定位技术。由于伪距差分可提供单颗卫星的距离改正数，因此用户站可选其中任意4颗相同卫星的伪距改正数进行改正，而不必要求两站观测的卫星完全相同。伪距改正数是直接在WGS-84坐标系上进行的，是一种直接改正数，不必先变换为当地坐标，定位精度较高，且使用方便。由于伪距差分定位依赖于两站公共误差的抵消来提高定位精度，误差抵消的程度决定了精度的高低。而误差的公共性在很大程度依赖于两站距离，随着两站距离的增加，其误差公共性逐渐减弱，用户站离基准站的距离越大，伪距差分后的剩余误差越大，定位精度越低。 2. 位置差分 基本原理与伪距差分相同，所不同的是基准站传送的是坐标改正数而已。位置差分的优点是需要传输的差分改正数较少，计算方法较简单，任何一种GPS接收机均可改装成这种差分系统。设已知基准站的精密坐标(x0,y0,z0)，可求坐标改正数： △X = X*-X0 △Y = Y*-Y0 △Z = Z*-Z0 用数据链发送出去，用户接收机接收后改正： Xu = Xu*+△X Yu = Yu*+△Y Zu = Zu*+△Z
一工作原理目前单GPS系统提供的定位精度是优于25米，而为得到更高的定位精度，我们通常采用差分GPS技术：将一台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，并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。二差分分类根据差分GPS基准站发送的信息方式可将差分GPS定位分为三类，即：位置差分、伪距差分、相位差分。这3类差分方式的工作原理是相同的，即都是由基准站发送改正数，由用户站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果。所不同的是，发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精度也不同。 1 位置差分原理这是一种最简单的差分方法，任何一种GPS接收机均可改装和组成这种差分系统。安装在基准站上的GPS接收机观测4颗卫星后便可进行三维定位，解算出基准站的坐标。由于存在着轨道误差、时钟误差、SA影响、大气影响、多径效应以及其他误差，解算出的坐标与基准站的已知坐标是不一样的，存在误差。基准站利用数据链将此改正数发送出去，由用户站接收，并且对其解算的用户站坐标进行改正，提高定位精度。以上先决条件是基准站和用户站观测同一组卫星的情况。位置差分法适用于用户与基准站间距离在100km以内的情况。 2 伪距差分原理这是应用最广的一种差分。在基准站上，观测所有卫星，根据基准站已知坐标和各卫星的坐标，求出每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离。再与测得的伪距比较，得出伪距改正数，将其传输至用户接收机，提高定位精度。这种差分，能得到米级的定位精度。3载波相位差分原理载波相位差分技术又称RTK（Real Time Kinematic）技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。即是将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。载波相位差分可使定位精度达到厘米级。大量应用于动态需要高精度位置的领域。 三差分系统介绍 1 基准站-移动站差分系统基准站-移动站差分是指采用两台GPS接收机。一台是基准站GPS，另一台是用户端GPS，并且知道一个已知点的坐标，原理是在已知坐标的固定点上架设一台GPS接收机（称基准站），通过GPS[1]的定位数据和已知坐标点的数据解算出差分数据(RTCM，再通过数据链
差分 GPS 定位原理 根据差分 GPS 基准站发送的信息方式可将差分 GPS 定位分为三类，即： 位置差分 伪距差分 相位差分 这 3 类差分方式的工作原理是相同的， 即都是由基准站发送改正数， 由用户站接收并对其测量结果 进行改正，以获得精确的定位结果。所不同的是，发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精度也不 同。
位置差分原理
这是一种最简单的差分方法，任何一种 GPS 接收机均可改装和组成这种差分系统。 安装在基准站上的 GPS 接收机观测 4 颗卫星后便可进行三维定位，解算出基准站的坐标。由于存 在着轨道误差、时钟误差、SA 影响、大气影响、多径效应以及其他误差，解算出的坐标与基准站的已 知坐标是不一样的，存在误差。基准站利用数据链将此改正数发送出去，由用户站接收，并且对其解算 的用户站坐标进行改正。 最后得到的改正后的用户坐标已消去了基准站和用户站的共同误差， 例如卫星轨道误差、 影响、 SA 大气影响等，提高了定位精度。以上先决条件是基准站和用户站观测同一组卫星的情况。 位置差分法 适用于用户与基准站间距离在 100km 以内的情况。
伪距差分原理
伪距差分是目前用途最广的一种技术。几乎所有的商用差分 GPS 接收机均采用这种技术。国际海 事 无线电委员会推荐的 RTCM SC-104 也采用了这种技术。 在基准站上的接收机要求得它至可见卫星的距离，并将此计算出的距离与含有误差的测量值 加以 比较。利用一个 α-β 滤波器将此差值滤波并求出其偏差。然后将所有卫星的测距误差传输给用户，用户 利用此测距误差来改正测量的伪距。最后，用户利用改正后的伪距来解出本身的位置，就可消去公共误 差，提高定位精度。 与位置差分相似，伪距差分能将两站公共误差抵消，但随着用户到基准站距离的增加又 出现了系 统误差，这种误差用任何差分法都是不能消除的。用户和基准站之间的距离对精度有决定性影响。
载波相位差分原理
测地型接收机利用 GPS 卫星载波相位进行的静态基线测量获得了很高的精度（10-6～10-8） 。但为 了可靠地求解出相位模糊度， 要求静止观测一两个小时或更长时间。 这样就限制了在工程作业中的应用。 于是探求快速测量的方法应运而生。例如，采用整周模糊度快速逼近技术（FARA）使基线观测时间缩 短到 5 分钟，采用准动态（stop and go） ，往返重复设站（re-occupation）和动态（kinematic） 来提高 GPS 作业效率。这些技术的应用对推动精密 GPS 测量起了促进作用。但是，上述这些作业方式都是事 后进行数据处理， 不能实时提交成果和实时评定成果质量，很难避免出现事后检查不合格造成的返工 现象。 差分 GPS 的出现，能实时给定载体的位置，精度为米级，满足了引航、水下测量等工程的要求。 位置差分、伪距差分、伪距差分相位平滑等技术已成功地用于各种作业中。随之而来的是更加精密的测 量技术----载波相位差分技术。 载波相位差分技术又称为 RTK 技术（real time kinematic） ，是建立在实时处理两个测站的载波相位 基础上的。它能实时提供观测点的三维坐标，并达到厘米级的高精度。 与伪距差分原理相同，由基准站通过数据链实时将其载波观测量及站坐标信息一同传送给用户站。 用户站接收 GPS 卫星的载波相位 与来自基准站的载波相位，并组成相位差分观测值进行实时处理，能 实时给出厘米级的定位结果。 实现载波相位差分 GPS 的方法分为两类：修正法和差分法。前者与伪距差分相同，基准站将载波 相位修正量发送给用户站， 以改正其载波相位， 然后求解坐标。 后者将基准站采集的载波相位发送给 用 户台进行求差解算坐标。前者为准 RTK 技术，后者为真正的 RTK 技术。
RTK定位原理概述
一、RTK定位原理概述 RTK测量利用的是载波相位差分GPS技术来实时定位的，正是凭借差分改正和载波相位测距两种测量方法才使得动态定位的精度可以达到厘米级。差分GPS技术是利用了基准站与流动站之间空间的相关性来进行差分改正的，从而将定位的误差削弱。标准的差分GPS 原理是将基准站架设在高精度的已知点控制点上，通过基准站单点定位确定测站的位置坐标，然后通过实时定位测得的坐标与控制点坐标的比对，从而确定基准站上的定位误差。但在实际生产中，为了提高测量效率，基准站通常也可以架设在未知点上。下文就RTK基准站架设的两种情况进行解释。说明其架设原理。 GPS系统定位采用的是WGS-84坐标系，如下图所示。它是一个地心坐标系，所有的GPS接收定位测得的坐标都是基于该坐标系的坐标。换而言之，GPS接收机只能识别WGS-84坐标。但是在实际应用过程中，用户基于定位精度、坐标保密、控制变形等原因往往会建立其他坐标系统。这样就涉及到了坐标系统之间的相互转换，所以这就是为何几乎所有的GPS解算软件中都有坐标系统转换程序的原因。 现就国内坐标系统的应用为基础，介绍一下RTK测量时坐标系统的转换方法。至今为止，我国使用的平面坐标系统主要有北京54坐标系统、西安80坐标系统和国家2000坐标系统。这三者之间的本质区别在于采用了不同的椭圆基准。在实际生产中还存在地方独立坐标系统，它是在上述几种坐标系的基础上建立的。高程坐标系统主要有1956黄海高程基准和1985国家高程基准两个系统组成。
坐标系统的转换方法主要有七参数、四参数、三参数和一参数等。根据两套坐标系统之间的几个关系可以采用相应的转换方法。RTK测量过程中坐标系统的转换分为平面转换和高程转换两个方面。平面转换主要是采用控制点反算转换参数的方法，根据测区范围和精度的要求采用不同的转换方法。对于涉及到两个不同椭球基准的坐标系统之间的相互转换，一般都采用七参数进行转换，如果测区面积较小，可近似当做平面时（约10公时范围）可采用四参数进行转换。GPS高程系统的转换主要是采用高程拟合和似在地水准面精化模型进行高程内插。高程拟合主要有平面拟合和曲面拟合两种方法，平面拟合是在平面内选择至少3个高程控制点，通过GPS测量得到这些控制点的两套坐标，通过两套坐标系统求差可得到每个控制点上的高程异常值。然后根据不同的方法进行内插高程异常值，能过GPS测量，根据GPS高程以及高程异常值可求得测点的正常高。曲面拟合同平面拟合原理相同，只是在曲面内进行内套高程异常值，这种方法更符合实际情况，所以精度也相对较高。 差分GPS工作的基本原理是依据地面参考站与流动站之间的空间相关性而建立的。GPS卫星分布在距离地面约两万公里的太空，而地面参考站距流动站之间的距离为几十公里到几百公里之间，这个距离相对于星站距离可以忽略不计。因此，我们认为参考站与流动站周围的空间环境对两个接收机导航定位的影响是等价的。 二、基准站架高在已知点上 差分GPS系统主要由四部分组成，即GPS卫星、参考站、流动站