[科普中国]-GPS伪距差分定位

定义

差分技术很早就被人们所应用。比如相对定位中，在一个测站上对两个观测目标进行观测，将观测值求差；或在两个测站上对同一个目标进行观测，将观测值求差；或在一个测站上对一个目标进行两次观测求差。其目的是消除公共误差，提高定位精度。利用求差后的观测值解算两观测站之间的基线向量，这种差分技术已经用于静态相对定位。

GPS定位中，存在三部分误差：一是多台接收机公有的误差，如：卫星钟误差、星历误差；二是传播路径误差，如：电离层误差、对流层误差；三是接收机固有的误差，如：内部噪声、通道延迟、多路径效应。采用差分定位，可完全消除第一部分误差，可大部分消除第二部分误差。

GPS伪距差分定位是三种单基准站差分中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（X0，Y0，Z0）和测出的各卫星的地心坐标（Xj,Yj,Zj），按下式求出每颗卫星每一时刻到基准站的真正距离Rj：

其伪距为ρj0，则伪距改正数为

其变化率为

基准站将△ρj和dρj发送给用户，用户在测出的伪距ρj上加改正，求出经改正后的伪距：

并按下式计算坐标：

式中，δt为钟差，V1为接收机噪声。1

特点伪距差分的优点是：基准站提供所有卫星的改正数，用户接收机观测任意4颗卫星，就可完成定位。因提供的△ρj和dρj是改正数，可满足RTCMSC-104标准（国际海事无线电委员会）。

缺点是：GPS伪距差分定位建立在用户的位置或距离误差与基准站的误差完全相同这一基础上。然而当用户与基准站之间的距离不断增加时，这种误差相关性将变得越来越弱，从而使用户的定位精度迅速下降。当用户离基准站较近时（如S>20km时），这种方法的定位精度有可能达到亚米级；当间距增加至200km时，定位精度将下降为5m左右。2

应用GPS伪距差分定位的结构和算法都十分简单，技术上也较为成熟，特别适用于小范围内的差分定位工作，因而在一些需要进行差分GPS定位的工程测量项目中得到了广泛的应用。此外，由于技术难度较小，经济效益又十分明显，所以国内有不少城市和地区正在积极筹备或组建长期性的公用差分GPS系统。此项工作大多数是与建立CORS系统结合起来进行的。

采用伪距差分定位时用户只能收到一个基准站的改正信号，所以系统的可靠性较差。当基准站或信号发射系统出现故障时，该系统中的所有用户便无法开展工作；当改正信号出现错误时（如在数据传输过程中出现误码时），用户的定位结果就会出错。为解决上述问题，长期工作的公用差分GPS服务系统中应设立热备份，并应在系统内设立监测站，一旦改正信号出错，能及时向用户发出警告。