星站差分GPS定位技术介绍.docx

星站差分GPS定位技术介绍杨怀春随着对GPS定位精度要求的提高，-•些地区特别是远离基站的海上、沙漠、大山等地 区，一般的DGPS仪器差分信号已不能覆盖，定位精度也不能满足要求而星站差分GPS 定位新技术(RTG),采用Inmarsat卫星数字通讯网传输广域差分改正信号比较好地解决了 这-难题文中阐述了星站差分GPS定位的工作原理与差分技术，介绍了仪器的部分性能 指标【作者单位】：胜利石油管理局地球物理勘探开发公司引言随着GPS的发展，伪距差分RTD(Real Time Dynamic)和载波相位差分RTK(Rea 1 Time kinematic)技术的出现，测量已由原来用经纬仪测角、测距放样物理点转向用RTK 或RTD方法直接放样物理点RTK和RTD技术采用无线电发射和接收，•建立数据链，将基站的GPS差分改正 信号传给移动的GPS接收机桂平i]j GPS RTK因设备体积和耗电大、抗干扰性差以及受 无线电频率的限制等因素的影响，只能进行平而定位定位精度为米级GPS RIK用甚高 频无线电接收和发射，虽然定位精度有所提高，但同样由于抗十扰性差，特别是作业距离 有限，不能满足作业区域离慕站越来越远的要求，这些不足.在海上石油物探或海上工程方 面表现得尤为突出，StarFird1 S站茅分GPS既解决了定位精度问题，又解决了移动台与基站 站之间的距离问题。

StarFird1星站差分网络在全球范围内提供GPS差分信号发布服务，它提供了独•无二 的可靠性和空前的精度，优于1 Ocm (min), StarFird^GPS改正信号通过Inmarsat静止卫星 进行传播，无须建立半地的棊准站或后处理，.该系统覆盖全世界，在北纬76到南纬76 的任何地球表面，都能提供同样的精度，该项技术具有以下特点：(I) 功单机作业，设备安装简便(2) 定位精度高，作业成果误差均匀：(3) 集成度高;一台主机和一个集成天线就组成一套系统：(4) 摆脱了传统GPS RTK对离岸作业距离的限制StarFird1星站站差分GPS生要特点下面以SDS-2050G/SDS-2050M型号的接收机为例对StarFircjt星站差分GPS特 点进行具体介绍I性能SDS-2050G系列采用强大的NCT-2000D高缓GPS模块，这种摸块所包含的专利技术 正在把现有的GPS技术迅速推向下一代，与同类技术相比，它具有超过50%的信嗓比优势, 并结含了干涉抑制、多路径效应缓解和高测量精度等技术这种GPS模块块正在为GPS接 收机建立新的标准2应用耐用可靠的SDS-2050G系列为GIS数据采集、数据维护、野外勘测、•地形测量、 机器控侧.土地房产管理，电离层研究等提供了易于集成、快速可靠的定位技术，SDS-205 0G既可以放在背包里，用于GIS测图领域，也可以固定在车辆上，广泛用于机器引导、控 制领城。

为了优化性能SDS提拱特殊设计的三模式天线•，同吋SDS-2005也可以和各种不同 的天线以及其他特殊的仪器连接如用户提供的测图仪器可以简便地连接到串口上，接收N MEA格式或SDS专用格式的定位数据SDS-2050通过不同的操作模式，提供最大的灵活性和可靠性，基本的工作模式使用 StarFircjt差分服务，可以在野外实时获得定位结果，适用引于导航、资产调查等领域的应 用，：如果不使用StarFircjt网络，在有WAAS或EGNOS差分信号的地方SDS—2050接收 机可以自动切换到这些信号上，获得亚米级得精度，另外，用户可以记录双频GPS原始数 据，用于后处理3灵活的接口SDS—2050接收机町以随机提拱Windows界面软件方便地进行设置为了给系统 集成商提拱最大的灵活性，SDS—2050提供了二进制接口，可以完全控制GPS和L波段 卫星接收机，从而定制用户界面和接收机的操作，SDS—2050可以接收不同的DGPS差分 信号，RTCM、CMR、或SDS专用格式它能选择最适合的数据源.提供无缝的位置输出4配套软件为满足用户不同的应用需求，SDS为SDS—2050提供以下配套软件：(1) FDC3.5野外放样、测量手簿(2) EzGIS2擞据采集、维护手簿(3) EzHydro 3.0水丄测深、导航、放样软件，(4) EzOffice3.0:静态后处理软件。

工作原理1 .定位原理StarFie是-•个全球性的网络，为用户提供DGPS差分改正值由于差分改正值是通过 Inmarsat同步卫早传播，所以用户不需要建立本地基准站，即叮在全球南纬?6°至北纬76° 的范囤内获得优与15cm的高精度的定位精度StarFire系统利用GPS 一卫星，L波段通讯卫星和一个全球范围的参考站网络来实 现高精度定位地面参考网络由高性能的双频GPS接收机构成，不断地接收GPS卫星信号，并将数据 传送到美国加利福尼亚的Redondo Beach和伊利诺斯的Moline两个数据处理小心，演算出 唯一一组GPS差分改正值，网络内的双频接收机用这一组改正数据在网络内部进行折射改正计算这种差分改正值利用冗余、独立的通讯链系统分别传送到加 拿大的Laurenades＞英格兰的Goonhilly和新西兰的Auckland三个卫星注入站，再由注入 站上传到三个地球同步卫星StarFire系统Z所以方便和精度高•其关键因索在于DGPS改正数据的来源构成地 面参考站网络的双频接收机对GPS卫星信号进行解码，并将高质量的双频伪距和载波相位 观测值发送至两个处理中心在处理中心，利用NASA Jet Pnopolsion Loboratory (JPL— 喷气动力实验室)基于Real Time GYPSY (RTG)软件的处理技术，演算出实吋的高精度 的卫星轨道和吋钟改止数据，这种专门的广域差分GPS算法对于类似Starfire这种系统是最 优秀的，：生成差分改止数据是第一•步，这些数据由数据处理中心己发送到地而注入站(LE S Land Eartb Station )，再由地面注入站发送三颗海事卫星，由这些卫星将差分改正信号 发送给全球的用户。

装备了能够同吋兼容GPS 一卫星和L波段的Lnmarsat:.T.星信号的双预接收机的用 户，可在全球范I韦I内获得高精度实吋定位精度StarFircjt网络从1999年4月开始运行以来，具有99.99%的联机可靠性它真正覆 盖了全世界每天全面的检测数据证明，系统具备提供空前的定位精度的能力2广城差分技术广域差分系统如图1所示，主要由以下四部分组成图1 广域差分系统示意图(1) 主站主站根据监侧站的GPI观测量，各监侧站的己知坐标，计算GPS卫 星的星历修正量、时钟的修正量和电离层的延时参数.，(2) 数据链，数据链指的是传输系统，如通讯卫星、无线电台等；(3) 用户设务用户设备既GPS卫星信号接收机，它在接收GPS卫星信号得同 时还接收数据链发送来的卫星星历和时钟的修正量以及电离层的时延参数信息，并据此来 修正其所观测的GPS卫星相应参数和电离层的时间延迟4) 监测站监测站安装有双频接收机，实时接受GPS卫星信号在星站差分 RTG (Real-Time GIPSY)的算法中加进了卫星软道误差和卫星钟差的改正•所以，可以得 到高于其他广域差分的定位精度由星站差分组成的测量导肮数据采集系统如图2所示。

图2 星站差分GPS组成的测量导航数据采集系统图图2的系统是一个集导航、测量、数据采集处理等多种功能于一身的水上测量集 成系统它采用星站差分系统，所以不受基站覆盖范围的限制，可满足内河河道勘测及海 上物探等多种水上测量的需求星站差分系统主耍技术指标特性指标(1) “ALL—in—view” 跟踪；(2) 使用StarFireTM,可获得全球分米级精度；(3) 全口动获取卫星传播改正信号；(4) 耐用轻巧.便于移动作业；(5) 2个独立的WAAS/EGNOS通道；(6) 超级的干涉抑制；(7) 多路径消除专利技术；2.性能指标(1) 实吋 StarFire DGPS 精度；水平位置V15cm垂直位置V30cm速度 O.OIm/s(2) 伪距测量精度(RMS):原始 C/A 码，20cm @42dB—Hz；原始载波相位噪音：Ll:0.95mm@42 dB—HzL2:0.85mm@42 dB—Hz(3) 用户可编程输出频率；PVT:25/10/5/2/IHZ 或更慢(4) 数据延迟：PVT:任何领率均V20ms原始数据：任何领率均V20ms(5) 初次锁定时间：冷启动，捕捉卫星-般＜60s卫星重摘捉＜ls(6) 动态:：加速度。

高达6g速度V300m/s高度60000ft(7) IPPS 分辨率 I2.5nx (只对 SF—2050M )注:指个别指标受美国出口法律限制结束语1. 纵观理论与实际应用，与传统GTK GPS、RTD GPS相比，该系统具响精度高、 速度快，无须逐级控制的特点，为工作区域提供了可靠的定位保证H前该系统完全能够 满足探区物探测量要求2. 该技术H前在我国还处于推广阶段，其系统所具有的功能，有待进一步研究和 开发，希望通过交流，不断地完善3与传统RTK GPS相比•该技术还存在收取海事卫星信号服务的问题，希望早日能用上我们国家自己的平星信号4如果在海洋石油物探以及难以设立基站点的沙漠、山地等地区使用.将会使定位 精度得到新的提高总而言之，星站差分CFS定位系统是一项基于现场数据、现代化卫星通讯、计算机信 息化处理和电子海图等多项高新技术的综合运用参考文献王广运，郭秉义，李洪涛.差分GPS定位技术与应用.北京;电子工业出版杜1996.3 王恵南，GPS导航原理与应用 北京测绘版社1999收稿 H 期.2004—04—06。