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摘要：全球导航卫星系统（GNSS）为人类导航定位提供了巨大的便利，特别是美国的全球定位系统GPS。GPS接收机由于受到电离层延时、对流层延时、卫星时钟偏差、卫星时钟频率漂移、卫星星历偏差、多径误差等影响，定位精度在最优情况下只能达到7-10米。为了提高定位精度，出现了差分GPS定位系统，实现了亚米级、甚至厘米级的定位精度。因此，对差分GPS定位技术的原理和应用进行研究具有重要的现实意义。
关键词：全球导航系统；误差；差分GPS；定位精度
0引言
全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）是美国研制的一种全天候的中距轨道卫星导航系统，利用GPS，用户可以在全球任意近地空间内进行导航、测速和精确定位。GPS其空间组成包括24颗GPS卫星，其中21颗卫星用于正常工作，其余3颗卫星用于备用。全部24颗GPS卫星均匀分布于距地表20200km的6个轨道倾角为55°的轨道面上。卫星的均匀分布使用户在全球任意地点、任意时间都可同时观测到4颗以上的卫星，且保持良好的定位精度和持续的导航能力。
1 差分GPS定位技术的原理
GPS是一种高精度卫星定位导航系统。在实验期间，它能给出高精度的定位结果。此时尽管有人提出利用差分技术来进一步提高定位精度，但由于用户要求还不迫切，所以这一技术发展较慢。然而，随着 GPS技术的发展和完善，应用领域的进一步开拓，人们越来越重视利用差分GPS技术来改善定位性能。卫星差分导航系统可以极大地提高卫星定位系统的精度和定位完整性，最普遍的结构由参考站、数据通信网络和移动站三部分组成。可知，差分GPS定位技术的基本原理为：事先经过精确测量定位的参考基站利用高质量的卫星接收机，估算每一颗卫星测量中缓慢变化的各种误差分量，形成对可见卫星的测量修正，再通过数据通信网络广播给附近的移动用户，这样就可以得到比单点定位更高的精度。
2导航定位差分技术
当前GPS差分定位技术的应用已经较为成熟，其对应的原理：在固定的（站台）地点，通过测地获得其“精确位置数据”，再将该站台的“所测位置数据”进行传输，利用一个c/A码用户接收器来接收该数据信息，通过“所测位置数据”和“精确位置数据”的差异分析，就能得知“GPS定位误差修正量”。其次通过无线电发射机传播这些“定位误差修正量”，而区域内的其他c/A码用户的接收器正好接受，并将接收器的定位数据进行修正。“差分式GPs系统”的应用，使得c，A码用户接收器有了更精确的定位，是之前定位精度的10倍多。
GPS定位时有3部分误差，分别是：第一是用户接收机都存在的如卫星钟、星历、电离层、对流层等方面的误差；第二是传播延迟误差，这类误差是用户测量不成或者是校正模型计算不出的；第三是用户接收机自身存在的固有误差，表现在内部噪音、通道延迟、多径效应方面。差分技术的应用，完全消除了第一种误差，并将第二种误差消除掉大多数，这要由基准接收机与用户接收机之间的距离来决定，而对于第三种误差，差分技术则不起作用。由此可以看出差分技术的应用，能够很大的改善GPS中的定位功能。通过各用一台GPS基准接收机和用户接收机，以实时处理技术或者是事后处理技术，就能消除用户测量中的误差源，即电离层效应与对流层效应。
事实上，差分技术就是对1个测站进行2个目标的观测量和2个测站进行1个目标的观测量的差的求值，或者说是和1个测站进行一个目标的2次观测量的差的求值。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆最终的目的是将包括公共误差与公共参数在内的公共项进行消除。这早在无线电定位系统中就有了普遍的应用。
3 差分GPS定位技术的传输协议
网络差分系统中差分改正信息的生成是系统实现的关键技术之一，而网络差分系统必须发布符合标准协议的差分改正信息，以适于各个不同的接收机。常用的GPS差分协议主要包括以下几种：
1） RTCM差分协议：国际海运事业无线电技术委员会（RTCM）为全球应用差分GPS业务制定了RTCM SC―104差分电文标准协议。
2） RTCA差分协议：为了满足局域差分系统和广域差分系统的技术要求，航空无线电技术委员会（RTCA）制定了RTCA SC―159差分电文标准协议。
3） 专门用于实时动态定位的CMR差分协议：由于近几年来，实时动态载波相位差分技术的出现，美国Trimble公司制定了专门用于RTK的CMR差分协议。
以上三种差分协议中，使用最广泛的是RTCM标准协议。但是由于现代定位技术的不断发展，原有的差分协议并不能完全满足它们的需求，出现了扩展差分协议。如德国的GEO++组织为了提高定位精度和减少数据发送量提出了RTCM++协议；另外，为了传输区域改正数，GEO++组织在RTCM++的基础上，制定了RTCM-Adv差分协议等。
4 差分GPS定位技术的应用现状
在当今信息社会中，交通运输的合理调度和管制对于生产和人的生活有着很重要的作用。自GPS问世以来，许多应用需要很高的精度。例如对警车、消防车等的定位，必须具有足够的精度，不能误导其位置到其他的街道，这时就需要采用差分GPS技术，进而提高用车的使用效率。此外，差分GPS在水下地形测绘，大比例尺测图，海洋石油勘探和定位，航空摄影，飞机精密进场和船舶机动性能测定，农业领域和载体姿态测定中必不可少[8]。
随着科技的不断发展，智能手机等电子产物越来越离不开人们的日常生活。众所周知，手机导航已存在了很多时间，同时也被人们广泛使用。但是，目前的手机导航定位精度很差，越来越满足不了人们的需求。然而，如果在手机导航定位中加入差分技术，则可以大大提高手机导航的精度，更方便人们的出行。
同时，随着智能交通特别是车联网技术与产业的兴起，完全可实现在信息网络平台上对所有车辆的属性信息和静、动态信息进行提取和有效利用，并根据不同的功能需求对所有车辆的运行状态进行有效的监管和提供综合服务的系统。因此，我们可以将差分GPS定位技术应用到车辆导航中，提高车辆导航的定位精度，进而实现精确到厘米级的车道间的定位。
最近，美国高速公路安全管理局提出了V2V（vehicle to vehicle）技术，也就是让汽车之间建立联系。该技术系统将综合使用GPS、雷达以及摄像头技术，当发现迎面驶来汽车时，及时将它的行驶轨迹预报给司机，从而使司机避开前方车辆。系统还会在两车之间进行通信，以避免在路口发生交通事故。因此，如果V2V技术不采用传统的GPS技术而采用差分GPS定位技术的话，将使车辆的定位精度更高，使得V2V技术在交叉路口等事故多发地的预报更加精准，尽量降低交通事故的发生。对车辆加入差分定位技术，还可以实现停车场的智能停车管理，也可以应用在交警部门对路边违规停车车辆的查询上。当交警部门通过网络查询到某地出现违规停车时，可以立马调动人手进行开罚单处理，提高了交警部门的执勤效率，同时也可以有力整顿路边违规停车的情况。由于网络差分技术可以带来高达厘米级的定位精度，故差分GPS定位技术同样也可以应用在电缆监测、高铁桥梁和路基结构健康实时监测。
5 结束语
GPS导航定位技术的日益普及已深深地影响和改变人们的生活，但传统的GPS定位技术由于受到各种测量误差的影响，其定位精度已不能满足当前的需求。减少GPS测量误差显然能提高其定位精度，而差分GPS可以有效地降低甚至消除各种GPS测量误差，故研究差分GPS定位技术的原理和应用具有重要的现实意义。同时，由于差分GPS定位技术的不断成熟，其应用已逐渐渗入到人们的日常生活中。因此，更进一步地拓展差分GPS定位技术在各行各业中的应用将是未来的发展趋势。
参考文献：
[1]许国昌. GPS理论、算法与应用[M]. 2版. 北京： 北京大学出版社， 2011.
[2]刘基余，孙红星. 导航卫星在海洋测绘中的应用及其展望[J]. 海洋测绘，2011（4）.
[3]王贵明，刘强，赵磊，等.GPS定位技术在大连市北部地区的应用[J].测绘通报，2010（4）.
论文作者:吴张勇
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第8期
论文发表时间:2017/8/14
标签：差分论文; 技术论文; 误差论文; 精度论文; 接收机论文; 协议论文; 用户论文; 《建筑学研究前沿》2017年第8期论文;