GPS网络RTK系统组成及测量原理研究

　　1 GPS网络RTK系统的基本原理

　　1.1 GPS 卫星定位的误差及减弱方法的概述

　　GPS卫星定位测量是利用GPS接收机接收从卫星播发的信息来确定观测点位的二维坐标。同其它种类的测量方法一样,GPS卫星定位测量也存在着多种误差。按其来源可分为与卫星、信号传播、信号接收以及其它一些空间环境有关的误差。习惯上,将各种误差的影响投影到观测站至卫星的距离上,以相应距离来表示,称为等效距离误差。表2-1就以等效距离的形式表示了GPS卫星定位的各种误差。若按误差的性质,GPS测量误差可分为系统误差和偶然误差两大类。偶然误差主要包括信号的多路径效应及观测误差等,这些误差都不是人为可以控制的。系统误差主要包括卫星的轨道误差(也称卫星星历误差)、卫星钟差、接收机钟差以及大气折射误差等。从数值上相比,它们的大小远远大于偶然误差,是GPS定位测量的主要误差来源。目前,在测量数据的处理中,采用的主要措施有:

　　1)建立系统误差模型,对观测量进行修正。如:采用霍普菲尔德(Hopfie动公式、萨斯塔莫宁(Saastamoinen)公式、勃兰克(Black)公式等对对流层折射误差进行改正;

　　2)引入相应的未知参数,在数据处理中同其它未知参数一并求解。如采用轨道改进法对卫星星历误差进行改正;

　　3)差分技术,通过同步观测值间求差,消除观测值间的相关性误差。

　　1.2 GPS 网络 RTK 系统的基本原理

　　GPS网络RTK技术的基本原理就是:在一个较为广阔的区域均匀、稀疏的布设若干个(一般至少3个)固定观测站(称为基准站),构成一个基准站网,并以这些基准站中的一个或多个为基准,计算和播发改正信息,对该地区内的卫星定位用户进行实时改正。

　　其原理借鉴了广域差分GPS ( W i d eArea DGPS,即WADGPS)和具有多个基准站的局域差分GPS( Local Area DGPS,即LADGPS)的基本原理和方法。广域差分GPS采用误差分离技术,将GPS定位中的主要误差源分别加以“模型化’夕,把伪距误差分离为卫星星历误差、卫星钟差和电离层误差,并产生相应的改正数。用户利用广域差分改正数改正GPS伪距误差,以提高导航定位的精度。局域差分GPS (LADGPS)定位系统则向用户提供综合的DGPS改正信息—观测值改正,而不是提供单个误差源的改正。与广域差分GPS和局域差分GPS不同的是,GPS网络RTK技术通过内插法或线性组合法求得改正数,对载波相位进行改正,而非对伪距或位置进行改正。因为这三种类型的差分定位中,利用载波相位进行的差分定位精度最高。GPS网络RTK技术的优势就是克服了普通RTK测量中测站间距的限制,它的有效距离可以达到几十甚至上百公里,覆盖面广阔,但定位精度仍然可以达到厘米级,可靠性强。这也是CPS网络RTK技术能够很快发展的原因之一。