廣域gnss網(wǎng)絡(luò)定位

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1、摘要：基于位置服務(wù)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)定位已經(jīng)徹底改變了位置數(shù)據(jù)收集的方式。全球定位系統(tǒng)（GPS）是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）的一個(gè)主要組成部分，它是基于衛(wèi)星的無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)，可以為用戶提供點(diǎn)的位置和時(shí)間信息。GPS的定位精度可以通過差分GPS?的技術(shù)（DGPS）得到改善，眾所周知，這種技術(shù)能夠提供最準(zhǔn)確的定位結(jié)果。差分校正可以應(yīng)用在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集階段或者在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理階段。DGPS技術(shù)通常在靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)GPS測(cè)量中進(jìn)行定位。在靜態(tài)GPS測(cè)量中，一個(gè)接收機(jī)被放置在一個(gè)已知坐標(biāo)上，而其其他的接受機(jī)則放在需要測(cè)量的未知點(diǎn)上。在動(dòng)態(tài)測(cè)

2、量中，一個(gè)接收機(jī)放置在一個(gè)已知點(diǎn)上（基站），其他接收機(jī)在項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行逐點(diǎn)測(cè)量。人們形容GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量點(diǎn)位坐標(biāo)的速度像飛一樣，并把它稱為RTK技術(shù)。RTK測(cè)量在許多應(yīng)用中提供需要的點(diǎn)位信息?；趶V域GNSS網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)是以DGPS和RTK技術(shù)為基礎(chǔ)。在一定區(qū)域內(nèi)，一定數(shù)量的GPS接收機(jī)所觀測(cè)到的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給中央服務(wù)器（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器），并且經(jīng)過處理后提供給網(wǎng)絡(luò)用戶，或者實(shí)時(shí)通過無(wú)線電、衛(wèi)星、無(wú)線通訊等技術(shù)發(fā)送給用戶。本文講述了廣域GNSS網(wǎng)絡(luò)的概念和應(yīng)用。?關(guān)鍵詞：廣域GNSS網(wǎng)絡(luò)?虛擬參考站（VRS）??1概述?當(dāng)GPS接收機(jī)能

3、夠同時(shí)接收到4顆衛(wèi)星時(shí)，利用三角測(cè)量法可以估算出GPS接收機(jī)位置的三維坐標(biāo)和時(shí)鐘誤差。三角測(cè)量法是一種用來確定一個(gè)點(diǎn)的位置的方法，它是具使用了基于距離測(cè)量的幾何形狀的球體幾何方法。從廣播星歷可以獲取每顆衛(wèi)星的位置和速度矢量。從國(guó)際GPS服務(wù)（IGS）中可以獲得許多精密星歷。我們可以通過觀測(cè)其他衛(wèi)星或者觀測(cè)同一個(gè)衛(wèi)星的不同時(shí)段來對(duì)定位精度進(jìn)行改善。從偽距和相位可以得到接收機(jī)到衛(wèi)星的距離。偽距指的是接收機(jī)天線和衛(wèi)星的距離，它是根據(jù)發(fā)射和接收的時(shí)間來確定的。距離可以由光速乘以總行程時(shí)間。總行程時(shí)間可以由伴隨著碼元的偽隨機(jī)噪聲來得到。另

4、一方面，也可以用總的波數(shù)乘以載波的波長(zhǎng)。相位觀測(cè)值是接收波和內(nèi)部接收機(jī)振蕩器之間相位差的小數(shù)部分。從衛(wèi)星天線確定的一定數(shù)量的載波的整數(shù)部分被稱為整周模糊度，它仍是未知的，需要我們解決的?，F(xiàn)在的關(guān)鍵問題是要在動(dòng)態(tài)GPS測(cè)量中達(dá)到更高的精度。通常的接收機(jī)都能夠利用碼元和相位來進(jìn)行測(cè)量。一個(gè)典型的單頻GPS接收機(jī)（非大地級(jí)）可以估算的用戶的位置誤差在12米之內(nèi)，這個(gè)精度在一些情況下達(dá)不到要求。實(shí)際上，GPS定位可以達(dá)到亞厘米級(jí)的精度。許多因素都會(huì)影響GPS定位的精度，例如軌道誤差，衛(wèi)星和接收機(jī)的鐘差，型號(hào)傳播的誤差，測(cè)量噪聲衛(wèi)星幾何的

5、措施，對(duì)流層延遲，電離層延遲，多路徑效應(yīng)等。?6眾所周知，差分GPS（DGPS）技術(shù)能夠使GPS定位結(jié)果得到差分改正，因此，利用DGPS技術(shù)能夠大大改善GPS的定位精度。差分校正可以應(yīng)用在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集階段或者在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理階段。差分GPS（DGPS）的簡(jiǎn)單設(shè)置涉及到兩個(gè)接收機(jī)：一個(gè)被稱為基地或參考站（其坐標(biāo)已知，方差和協(xié)方差與相關(guān)合作），另一個(gè)稱為流動(dòng)站（靜止或移動(dòng)的同時(shí)，要確定其坐標(biāo)）。當(dāng)兩個(gè)接收器相對(duì)于相同的一組衛(wèi)星進(jìn)行差分觀測(cè)收集數(shù)據(jù)時(shí)，可以消除常見的誤差，如時(shí)鐘同步誤差和大氣延遲。DGPS提供的坐標(biāo)是相對(duì)于由于差分參考

6、站的，也就是說，坐標(biāo)是由基準(zhǔn)站接收機(jī)位置的相對(duì)位移矢量的3D坐標(biāo)組成。此外，隨著基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的位置增加，同時(shí)跟蹤的衛(wèi)星的數(shù)量減少，在基線兩端的大氣條件開始相關(guān)聯(lián)。其結(jié)果是，差分再也不能消除，因?yàn)樗鼤?huì)在較短的基線的情況下盡可能多摻雜的大氣誤差。因此，接收機(jī)位置的精度取決于參考站的坐標(biāo)和基線長(zhǎng)度。在基站和要測(cè)量的點(diǎn)位之間的基線的長(zhǎng)度會(huì)影響定位精度，其公式如下：?DGPS定位精度=±[0.5厘米+1?ppm的基線長(zhǎng)度]?這表明，差分全球定位系統(tǒng)主要是依賴于基線的長(zhǎng)度。這種限制可以解決使用短基線問題或建立一個(gè)所謂的虛擬參考站（VRS）

7、。VRS的概念將在后文提及。DGPS雖然減少了大氣誤差，星歷誤差，衛(wèi)星鐘差，但是它不減少由于衛(wèi)星幾何測(cè)量，多路徑，或接收機(jī)帶來的誤差。然而，全世界的政府和非政府組織以定位和導(dǎo)航目的建立基于DGPS技術(shù)的網(wǎng)點(diǎn)。這些DGPS網(wǎng)點(diǎn)不管是被用作定位還是導(dǎo)航，它們都被稱為廣域GNSS網(wǎng)絡(luò)。通過接收機(jī)網(wǎng)絡(luò)位置服務(wù)技術(shù)，一個(gè)具有GNSS網(wǎng)絡(luò)功能的GPS接收機(jī)的位置可以被估算出來。這種技術(shù)被用來支持美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)的增強(qiáng)型911公共安全位置服務(wù)的要求，也就是俗稱為E911。DGPS定位的目的一般是用于通過靜態(tài)或動(dòng)態(tài)GPS測(cè)量。在靜態(tài)GPS測(cè)量

8、中，一個(gè)接收機(jī)被放置在一個(gè)已知坐標(biāo)上，而其其他的接受機(jī)則放在需要測(cè)量的未知點(diǎn)上。在動(dòng)態(tài)測(cè)量中，一個(gè)接收機(jī)放置在一個(gè)已知點(diǎn)上（基站），其他接收機(jī)在項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行逐點(diǎn)測(cè)量。人們形容GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量點(diǎn)位坐標(biāo)的速度像飛一樣，并把它稱為RTK技術(shù)。與靜態(tài)的GPS測(cè)量不同，RTK