【转】几种现代GPS测量方法和技术

    随着科技的发展，GPS测量技术和方法也在不断的改进和更新，目前用得最多的GPS测量技术方法有如下几种：静态和快速静态定位，差分GPS，RTK，网络RTK技术等等，下面将逐一介绍：

    1、静态与快速静态定位技术

        所谓静态定位，就是在进行 GPS 定位时，认为接收机的天线在整个观测进程中的位置是保持不变的。也就是说，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量。在测量 中，静态定位一般用于高精度的测量定位，其具体观测模式是多台接收机在不同的观测站上进行静止同步观测，观察时间有几分钟、几小时到数十小时不等。

       由于普通的静态定位技术需要的观测时间较长，影响了其在低等级控制测量（如三四等控制测量，I、II级导线等）中的竞争力，从而产生了快速静态定位技术。 快速静态利用载波相位观测值本身的具有的毫米级或更好的精度，故只需一个或少数几个历元的观测值就可满足厘米级定位的需求。目前快速静态定位主要有下列两 种方法。

    ⑴go and stop 法

       该法是首先通过初始化来确定基准站和流动站间的双差整周模糊度。然后要求流动站在迁站过程中保持对卫星的连续跟踪。这样我们就利用在连续跟踪过程中整周模 糊度保持固定不变的特性将其传递到待定点去。由于在待定点上无需重新确定整周模糊度，故有几个历元的载波相位观测值即可在短基线上获得厘米级精度的相对定 位结果。

    ⑵FARA法

    该法在观测值非常多时，可以大大减少计算工作量。采用这种方法时所需的观测时间稍长，例如双频观测时5-10分钟，单频观测时10-20分钟。但迁站时无需开机，只需像普通静态定位那样组织观测即可。

    2、差分GPS与伪距差分原理

    根据差分GPS基准站发送的信息方式差分GPS定位可分为：位置差分、伪距差分、相位平滑伪距差分、载波相位差分。它们都是由基准站发送改正数，由移动站 接收并对其测量结果进行修正。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。下面伪距差分为例作以介绍：

    伪距差分是目前最广泛采用的一种技术。几乎所有的商用差分GPS接收机均采用这种技术。在基准站上的接收机计算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。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修正测量的伪距，再利用修正后的伪距求解出自身的位置，就可消去 公共误差，提高定位精度。    

    基准站的GPS接收机测量出全部卫星的伪距ρⁱ和收集全部卫星的星历文件(A，e，ω， i，t等)。同时利用每—时刻计算的卫星地心坐标和基准站的已知地心坐标反求出每一时刻到基准站的估计距离Dⁱ： 

Di=

    式中上标i表示第i颗卫星，下同。

    基准站GPS接收机测量的伪距ρi，包括各种误差，与估计距离Di求差可以得到伪距的改正数。

  

    同时可求出伪距改正数的变化率

  

    基准站将 Δρi和ρi 传送给移动站，移动站测量出的伪距再加上以上的改正数，便求得经过改正的伪距：

   

    利用修正后的伪距，只要观测4颗以上的卫星就可以按下式计算移动站的坐标。

  

    式中，为钟差， 为接收机噪声。

    这种差分的优点如下： 

     (1)由于计算的伪距改正数是直接在WGS一84坐标系上进行的，这就是说得到的是直接改正数，不用先变换为当地坐标，因此能达到很高的精度。   

    (2)这种改正数能提供ρi和Δρi，这使得在未得到改正数的空隙内，继续进行精密定位。这达到了RTCM SC一104所制定的标准。   

    (3)基准站能提供所有卫星的改正数，而用户可允许接收任意4颗卫星进行改正，不必担心两者是否完全相同。因此，用户可采用具有差分功能的简易接收机即可。

3、RTK定位技术

    RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式 下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差 分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不到一秒钟。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业， 也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测 值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，RTK定位时要求基准站接收机实时地把 观测数据(伪距观测值，相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机，数据量比较大，一般都要求9600的波特率，但这在无线电上是不难实现的。

4、网络RTK技术

    GPS的网络RTK也称基站RTK，它的出现将使一个地区的所有测绘工作成为一个有机的整体，结束了以前GPS作业单打独斗的局面。同时它将大大扩展 RTK的作业范围。使GPS的应用更广泛．精度和可靠性将进一步提高，使从前许多GPS无法完成的任务成为可能。最重要的是．在具备了上述优点的同时，建 立GPS网络成本得以极大的降低。网络RTK的基本原理是在一个较大的区城内能稀疏地、较均匀地布设多个基准站，构成一个基准站网，然后借鉴广域差分 GPS和具有多个基准站的局域差分GPS中的基本原理和方法来设法消除或削弱各种系统误差的影响，获得高精度的定位结果。

    网络RTK是由基淮站网、数据处理中心和数据通信线路组成的。基准站上应配备双频全波长GPS接收机。该接收机最好能同时提供精确的双频伪距观测值。基准 站的站坐标应精确已知。其坐标可采用长时间GPS静态相对定位等方法来确定。此外，这些站还应配备数据通信设备及气象仪器等。基准站应按规定的采样率进行 连续观测，并通过数据通信链实时将观测资料传送给数据处理中心。数据处理中心根据流动站送来的近似坐标(可据伪距法单点定位求得)判断出该站位于由哪三个 基准站所组成的三角形内。然后根据这三个基准站的观测资料求出流动站处所受到的系统误差，并播发给流动用户来进行修正以获得精确的结果。有必要时可将上述 过程迭代一次。基准站与数据处理中心间的数据通信可采用数字数据网DON或无线通信等方法进行。流动站和数据处理中心间的双向数据通信则可通过移动电活 GSM、GPRS等方式进行。

   其中VRS是网络RTK中一种很好的方法。当流动站离基准站较远时，由于两站间的误差相关性减小，残余的卫星星历误差、电离层延迟、对流层延迟等偏差对相 对定位的影响增加，从而使常规RTK的定位精度降低。为解决这一问题．就必须增设一些基准站，以便用户能利用这些基准站所提供的信息采用一定的算法来消除 或大幅削弱这些偏差项所造成的影响。VRS则是设法在流动站附近建立一个虚拟的基准站，并根据周围各基准站上的实际观测值算出该虚拟基准站上的虚拟观测 值。由于虚拟站离流动站很近．一般仅相距数米至数十米。故动态用户只需采用常规RTK技术就能与虚拟基准站进行实时相对定位，从而获得较准确的定位结果。 我国第一个实时型VRS当属于广东省深圳市。深圳VRS又称为szcors，由5个永久基准站组成，基准站分布如下图所示。目前该网已投入与运行，市场反 应良好。