卫星导航系统-第12讲-差分定位方法-1

卫星导航系统-第12讲-差分定位方法-1

首先回顾一下GPS中SA对定位精度的影响

下面是SA关闭前后GPS绝对定位精度的变化

为什么需要差分定位？

1.卫星导航定位误差

精密定位的应用需求

大地测量、精准农业、资源监测、试验测试、航空导航等等

差分定位基本原理（Different Positioning）

概念：利用设置在坐标已知的点（基准站/参考站）上的接收机测量定位误差，用以提高在一定范围内其他接收机（流动站/用户站）测量定位精度的方法。

原理：利用基准站与用户站在一定距离范围内的测量误差随时间变化缓慢，并具有相关性的特点，利用求差的方法修正用户站的绝大部分误差。

差分定位系统的分类

根据时效性

实时差分（不管载体是静态还是动态，差分系统都能实时给出高精度定位结果）、事后差分（对原始信息保存，测量结果之后，对原始信息进行处理而得到的结果）

根据差分改正数类型

位置差分、距离差分

根据观测值的类型

伪距差分、载波相位差分

根据覆盖范围

局域差分、广域差分

差分定位系统基本结构

差分数据通信链路

差分数据发送方式

在基准站上，无线电发射机以电磁波的形式将差分信息发送给用户，其载波频率和发射功率的选用取决于基准站与用户站的距离，发送差分信息可采用下列方式实现：

1）高频(HF)、甚高频(VHF) 、超高频(UHF)无线电发送设备

2）无线电信标台

3）调频电台副载波

4）卫星通信设备

数据通信链路:用于差分导航定位的无线电收发设备。

上图是在基准站上的一个差分数据通信链路的结构；

按传输差分信息的覆盖范围

近程（小于100km）：

临时性、短期性的差分定位作业优点：穿透性强、直线传播性强缺点：易受障碍物、地形和地球曲率的影响

中程（30 ~800km）：

低频 (LF):地面波传输、受地形影响较大，不太适宜于差分定位。中频(MF):频道拥挤，易受干扰，而且传播速率仍偏低。甚高频(VHF):易受气象影响、常出现盲区、设备造价低且集成度高。

远程（大于800KM）：采用星基的差分数据播发站

按播发站的位置

空（星）基

陆基

差分电文传输协议

RTCA SC-159（专用的差分系统）

航空无线电技术委员RTCA（Radio Technical Commission of Aeronautic Services）制定，适用于广域差分和增强系统。

RTK CMR

Trimble（美国天宝公司）制定，适用于低带宽通讯链的RTK CMR（Real Time Kinematic Compact Measurement Record）协议，以减少差分数据传输量。

RTCM SC-104（几乎每一台差分系统都支持这个协议）

国际海运事业无线电技术委员会RTCM（Radio Technique Commission for Maritime Services）制定。目前广泛使用。

差分电文协议一 RTCM-SC 104

RTCM 2.0 (Code correction ->DGPS)RTCM 2.1 (Code + Phase correction -> RTK)RTCM 2.2 ( …+ GLONASS )RTCM 2.3 ( ….+ GPS Antenna Definition)RTCM 3.x (….+ Network RTK & GNSS)

RTCM相关链接RTCM Recommended Standards for Differential NAVSTAR GPS service             navcen.uscg.gov/pubs/dgps/rctm104/Default.htmRTCM Official Website ​​​            SC-104格式的通讯能力。

1983年11月，国际海运事业无线电技术委员会（RTCM）设立了SC-104专门委员会。论证用于提供差分GPS业务的各种方法，制定数据格式标准。1985年11月委员会发表了Ver 1.0版本的建议文件。1990年1月公布了Ver 2.0版本。新版本提高了差分改正数的抗差错性能，增大了可用信息量。伪距差分定位精度由原版本的8～10m提高到5m。

1994年1月SC-104专门委员会又公布了Ver 2.1版本。 保留了基本电文，增加了支持实时动态定位的新电文。在RTCM电文格式中保留了GPS电文的字长、字格式、奇偶校验规则和其它特性。两种格式的主要差别在于GPS电文格式中各子帧的长度是固定的，而差分GPS电文格式采用可变长度的格式。为适应与GLONASS系统的兼容，Ver 2.3版本的第31-36电文处增加了GLONASS相关的信息，这一版本的差分信息以4800bps的速率同时发送12颗卫星的码和载波相位观测量的改正信息。

2004年，为兼容在建的卫星导航系统，SC-104委员会设计完成了RTCM SC-104 Ver 3.0版本，新版本的差分格式与以前的版本一样能够为特殊用户提供高精度的导航定位需求。与Ver 2.x相比，Ver3.x在每帧的末24位采用循环冗余校验，数据发送速率改为1800bps。典型的Ver 3.x格式的RTK模式使用的数据量比Ver 2.x少一半以上。Ver3.0支持GPS和GLONASS的RTK操作模式，包括码和载波相位观测量、天线位置和辅助系统参数等信息。后续的3.x版本除了支持传统的RTK模式，新版本的差分协议支持网络RTK定位。

RTCM-SC 104电文格式Ver 2.x（2.3）

基本帧格式由数目可变的30 比特字组成，每个字的25～30 位是奇偶校验位。每一帧的前两个字称为报头。

报头的第一个字    8 bit 的引导字，由固定序列01100110 组成,供用户搜索同步使用。    6 bit 的帧标识，标识出63 种可能的电文类型。    10 bit 的基准站标识，给出基准站的序号。

抱头的第二个字

13 bit 修正Z 计数器，包含电文的时间基准,分辨率为0. 6 s ，范围为0～3599. 4 s ，用户可根据接收机的时间确定Z 计数器对应的准确GPS 时。

3 bit 按每个帧增加的序列号，用于验证帧同步。帧长度表明了本帧除报头以外的字数,也就标识了本帧的终止位置。

3 bit 的基准站健康状况，表示基准站是否工作正常以及基准站的传输是否被监测到，共8 种类型， 其中6 种用于为电文中的用户差分距离误差(UDRE) 提供比例因子。

有63种差分类型的电文，下面讲解了如何解码

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Ver 3.x在2004年之后发布的

RTCM相关链接RTCM Recommended Standards for Differential NAVSTAR GPS service             navcen.uscg.gov/pubs/dgps/rctm104/Default.htmRTCM Official Website ​​​            Data Formats 2.0geopp.de/download/DGPS-data-formats2.pdfReference Station Network Information Distribution             http://network-rtk.info/euler/euler.html

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