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DGPS原理以及GPS系统的特点知识介绍


 DGPS原理    
       目前GPS系统提供的定位精度是优于10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。
        差分GPS分为两大类:伪距差分和载波相位差分
       1. 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,能得到米级定位精度,如沿海广泛使用的“信标差分”
        2.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。
        GPS系统的特点  GPS系统具有全天候、全方位、高精度、多用途以及方便快捷高效等特点。     
       1)全天候 :指野外观测可不受时间的限制。不论白天黑夜、刮风下雨、夏暖冬寒,均可获得满意的观测效果。
       2)全方位 : 指野外作业不受空间的限制,只要能同时接收到四颗以上卫星的信号,即可进行定位。不要求测站间互相通视,可在陆地、海上、水上、空中(航测)测量定位。既可静态观测,也可动态观测。
       3)高精度:单频 GPS接收机静态测量(后处理)精度可达±5mm+2ppm·D。双频 GPS接收机静态测量精度可达±5mm+1ppm·D。实时动态测量( RTK)精度可达±20mm+2ppm·D。
       4)多用途:不仅用于测量定位,还可用于导航以及测速和授时。还可为交通、气象、农业、林业、地震、环保、考古、旅游、探险等领域提供良好的服务。
       5)方便快捷高效:野外观测操作简单,易于掌握,作业时间短,大大减轻了野外作业的劳动强度。动态差分定位每站只需几秒钟。
        GPS系统的应用
       1)在大地测量中,用于建立各全国性的和地区性的GPS控制网。 2)在大型工程控制测量中,用于建立精密工程控制网 . 3)用于工程的变形监测。 4)用于测制数字地形图和地籍图。 5)用于国界、行政边界等勘界测量。 6)GPS配合遥感技术(RS)和地理信息系统(GIS)的3S技术用于农业的土地资源综合利用,病虫害的防治,精确农业的管理,取得良好的经济效益。 7)用于测定林业分布,测量面积,以及森林防火。 8)GPS系统已广泛应用于野外考察、考古、探险、旅游等工作。 9)GPS系统还可用于航空、航海、港口、内河、湖泊的导航。 10)通过 GPS系统对车辆的定位管理,实现对车辆的监控、调度、报警、事故紧急处理等。
       GPS系统发展前景GPS系统原本用于军事目的,由于民用技术上的开发利用,显示强大的生命力,具有广泛的应用和发展前景,但也面临新的问题。
       1)GPS系统的功能将得到增强,并增加民用频道(L5),扩大民用服务范围。
       2)GPS接收机将朝着智能化、小型化发展,GPS与手机的结合,甚至GPS进入因特网也将成现实。 3)导航定位将趋于多元化。
        GPS系统是美国一家垄断的产品,各国从自身的国家安全和经济利益角度出发,都想摆脱受制于人的被动局面,因此凡有实力的国家都有意想发展自己的导航定位系统。目前,俄罗斯的GLONASS系统,欧洲的NAVSAT系统,都已投入使用。国际民航总局正在建立中的GNSS系统,我国自主建成的北斗导航定位系统,以及正与欧洲合作建立覆盖全球的Galileo导航定位系统(图1—5),都将使未来导航定位沿着多元化空间资源环境的方向发展,各种定位系统之间共享、互相兼容,技术更趋完善,定位精度更高。
        此外, 3S技术的应用将进一步发展,服务领域将更加扩大。
        地球坐标系:固定在地球上与地球一起自转和公转的坐标系;地球坐标系分类:参心坐标系、地心坐标系。定义坐标系的要素:原点位置、尺度与坐标轴指向;还包括一些天文、物理、地球等参数,若采用大地 坐标表述形式还需要椭球元素。
        GPS测量的误差源:GPS测量误差按其生产源可分3大部分:GPS信号的自身误差,包括轨道误差(星历误差)和sA,As影响(美国卫星对陆地发射信号的控制系统);GPS信号的传输误差,包括太阳光压,电离层延迟,对流层延迟,多路径传播和由它们影响或其他原因产生的周跳;GPS接收机的误差,主要包括钟误差,通道问的偏差,锁相环延迟,码跟踪环偏差,天线相位中心偏差等。
       外业观测是指利用GPS接收机采集来自GPS卫星的电磁波信号,其作业过程大致可分为天线安置、接收机操作和观测记录。外业观测应严格按照技术设计时所拟定的观测计划进行实施,只有这样,才能协调好外业观测的进程,提高工作效率,保证测量成果的精度。为了顺利地完成观测任务,在外业观测之前,还必须对所选定的接收设备进行严格的检验。
        天线的妥善安置是实现精密定位的重要条件之一,其具体内容包括:对中、整平、定向并量取天线高。
        接收机操作的具体方法步骤,详见仪器使用说明书。实际上,目前GPS接收机的自动化程度相当高,一般仅需按动若干功能键,就能顺利地自动完成测量工作,并且每做一步工作,显示屏上均有提示,大大简化了外业操作工作,降低了劳动强度。
         观测记录的形式一般有两种:一种由接收机自动形成,并保存在机载存储器中,供随时调用和处理,这部分内容主要包括接收到的卫星信号、实时定位结果及接收机本身的有关信息。另一种是测量手簿,由操作员随时填写,其中包括观测时的气象元素等其它有关信息。观测记录是GPS定位的原始数据,也是进行后续数据处理的唯一依据,必须妥善保管。


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