[工程科技]广域差分GPS技术课件.ppt

1、GPS广域差分技术广域差分技术3广域差分广域差分GPS(WADGPS)实时定位技术实时定位技术广域差分广域差分GPS技术技术WADGPS的基本思想的基本思想WADGPS系统的基本构成系统的基本构成WADGPS的工作流程的工作流程WADGPS的技术特点的技术特点广域增强差分广域增强差分GPS（WAAS）数学模型（差分改正数的计算方法）数学模型（差分改正数的计算方法）差分观测值改正的计算方法差分观测值改正的计算方法电离层模型改正电离层模型改正广域差分广域差分GPS的要求的要求分布式广域差分分布式广域差分GPS技术方案技术方案主控站：利用跟踪站3天跟踪数据，每12（或24）小时计算一次外推15（或2

2、8）小时的GPS预报精密星历（2m）跟踪站跟踪站跟踪站跟踪站跟踪站每12或24小时传输一次GPS30秒采样数据区域性差分基准站差 分播 发 站监测站用户站差 分播 发 站用户站用户站区域性差分基准站差 分播 发 站监测站用户站差 分播 发 站用户站用户站每12或24小时传输一次，外推GPS精密星历 每6秒计算一次卫星钟差改正每30分计算一次电离层差分改正实时传输差分改正更新率：星钟6秒，星历3分钟，电离层30分钟.分布式广域差分分布式广域差分GPS的技术标准和功能要求的技术标准和功能要求分布式广域差分分布式广域差分GPS的与其他系统的比较的与其他系统的比较广域差分广域差分GPS的数据处理流程的

3、数据处理流程利用星历、星钟、电离层延迟三者的确定需要不同的数据采样率的特点来简化通信频度要求。利用卫星钟差确定基本上与基准站数量无关和与基准站几何分布完全无关的特点建立地区差分基准站来确定卫星钟差。各基准站每12h或24h传输一次RINEX格式数据至主控站，主控站用之计算精密星历，并外推一天，传给各地区差分基准站。各地区差分基准站利用外推精密星历计算地区所见卫星钟差和地区电离层延迟误差。把三项改正发给用户，技术本身可实现地区站周围1000余公里的差分定位。跟踪站（基准站）、主控站（中心站）、地区差分基准站、发播站。：三个性能指标:定位 精度：15m 覆盖：全国陆地，近海海区 更新率：星历3mi

4、n，电离层延迟30min，星钟 6sec三个技术标准：完备性：报警限值（7m），示警时耗 （6sec），失误几率（1.6110-6）有效性：连续服务时间95%可靠性：正常运行几率98%建站标准：连续运行参考站（CORS）技术要求+跟踪站与主控站通信：VSAT，MODEM+电话网主控站与地区差分站通信：VSAT，MODEM+电话网地区差分站与播发站通信：微波，专用市话线播发站与用户通信：FM，MW.：天线天线天线GPS接收机GPS接收机GPS监控接收机MODEM气象传感器A/D转换器ModemModem设备监控计算机UPS电源数据处理计算机完备性信息1s星钟改正30min电离层延迟信息30s/1

5、2h(24h)RINEX格式编码器INTERNET/电话网FM/UHF/VHF电台卫星通讯终端或无线电台RTCM-104-V2.1编码器编码器完备性信息差分修正4-6跟踪站，GAMIT及自编ORBFIT软件，三天弧段解，法方程分块迭加算法。定轨结果与IGS 精密星历比较，其RMS为：轨道平均优于2m，径向和法向优于1m，切向一般优于2m。轨道外推24h，其RMS为：轨道平均一般优于3m，径向优于2m，法向一般优于1m，切向一般优于4m，个别达7m。（96年数据）1.数据处理方案与软件2.卫星钟差的确定研究成果提出了单个地区差分基准站用两个GPS接收机确定卫星钟差的原理和方法提出了确定卫星相对钟

6、差的思想和方法，回避了卫星绝对钟差一般无法精确求定的问题完成了相位平滑伪距观测值和依椐观测卫星高度角定权确定卫星钟差的软件结论：单站双机确定卫星钟差是一种满足WADGPS定位精度要求的简便星钟误差确定方法受SA影响，卫星钟差变化在 300ns以内，相对卫星钟差估值中误差为23ns左右，个别大的不超过5ns钟差局部变化在短时间内10S）小于5ns，因此，可用线性拟合方法外推10秒间隔的卫星钟差外推10s，钟差的RMS一般为 5ns，外推15s，RMS一般为10ns，最大外推时间间隔应小于15s数值结果3.电离层延迟确定研究成果确定区域电离层模型的观测值选取：对于有P1，P2码（或P2-P1）和L

7、1，L2的双频接收机有P2-P1=11-22+（N11-N22）即P2-P1=L4+（Amb）L4利用L4平滑P2-P1P2-P1=-0.104994.TEC+TEC模型（T）与KLOBUCHAR模型（K）比较（1）K模型精度较T模型差（2）用导航电文系数计算余弦，有时会出现负振幅（3）短时间难以确定周期项P（4）K不适合于电离层变化大时使用时段观测值个数天顶方向残差RMS（米）0h-4h32501.013预报15分钟2100.871预报20分钟2800.984预报30分钟4291.279预报60分钟8902.53时段观测值个数天顶方向残差RMS（米）0h-4h32500.55预报15分钟21

8、00.778预报20分钟2800.821预报30分钟4291.279预报60分钟8901.145KLOBUCHAR模型精度统计表4.数据通信试验站间通讯顾及通信设施基建费、运行维持费、通信质量与效率PSTN+modem点对点通信 价格最优，速度较快，质量可用因特网+专线 质量最优，价格可行实验结论：质量要求：实现四无，即串机，串线，裸线，干扰四无最优传输时间：非通话高峰期modem：高速高效高质、不同站通信协议相同通信软件：高性能站与用户通讯：调频副载波广播数据系统（RDS）为目前最方便、低廉的适宜通讯方式实验结论：误码率：静态试验为零，动态试验一般优于1%高楼群下性能：通信质量变差、误码率变

9、大远距离时性能：变差、误码率变大，可用解决方案：提高FM接收机抗干扰能力，改善差分数据编码解码方式，重复发播某些差分信息，适当减少移动体速度，GPS接收机应具有抗多种无线电干扰的能力检验方案、模型、软件的实用性，可靠性通过各子系统联合调试，为今后工程实施提供技术依据和经验研究广域差分的性能、技术指标跟踪站数据传输速率、质量。差分改正数据精度、可靠性。调频副载波数传的用户动态接受性能与效果差分系统完备性考察见图房山站乌鲁木齐拉萨站 武汉站主控站计算机Rogue 8000Rogue 8000差分改正信息编码计算机中央电视塔调频电台GPS接收机RDS接收机用户定位计算机GPS接收机RDS接收机监测站

10、计算机跟踪站主控站（北京）用户站监控站地区差分基准站地区播发站地区差分基准站计算机Modem+电话线1）实时近距离静态定位试验（兼作监控站）（距地区站天线10m）定位中误差：三个分量分别为0.7m，0.6m，2.0 m系统性偏差：三个分量分别为0.2m，0.6m，-1.5m2）准实时远距离静态定位试验（1100Km）定位中误差：三个分量分别为 0.7m，0.5m，1.8m系统性偏差：三个分量分别为-1.2m，0.2m，0.8m3）实时动态定位试验。京石高速（50km）水平定位精度 2.0m高程定位精度.mRDS误码率10%RDS信号丢失后，很快能恢复广域差分定位。结论：GPS精密定轨基本理论精

11、密定轨基本理论定轨分类几何法定轨动力法定轨 纯几何法是指不依赖于任何力学模型，完全由星载GPS跟踪数据和地面跟踪网获得的跟踪数据对低轨卫星定轨的方法。几何法得到的轨道是一组离散的点位，连续的轨道必须通过拟合方法给出。几何法定轨的最大特点是不受低轨卫星动力学模型误差的影响，特别对低轨卫星来说不受大气阻力模型误差的影响，因定轨结果较稳定，并不像动力学定轨的结果那样随低轨卫星的高度降低而急剧下降。影响几何法定轨精度的主要因素是观测值的精度、观测的卫星几何图形结构和GPS卫星信号的连续性、稳定性。由于几何法不涉及运动的动力学性质，所以它不能确保轨道外推的精度。利用卫星轨道跟踪观测，估计卫星的轨道初值、

12、卫星动力学的力模型参数和观测模型参数，在一定的最优化准则下使卫星轨道的跟踪观测值和估计值达到最佳拟合，即残差最小。按照通常的作法，动力法的基本流程可以概括如下：对卫星进行跟踪获得距离、距离变率等多种类型的观测值O；采用数值积分方法由卫星初始状态和卫星的动力学模型计算卫星轨道；由观测模型、卫星的位置和速度、跟踪站或者跟踪卫星的位置和速度计算跟踪值C，将两者进行比较，计算观测值的残差平方。当观测值数目足够时，通过迭代方法可以对卫星的初始状态向量、动力学力模型参数和观测模型中的其它待定参数进行估计。显然，获得的观测值越多、精度越高，解算越稳定，估计结果越可靠。简化动力法定轨 为了解决动力学定轨中动力学模型误差及几何法存在的问题，Yunkc等科学家提出了将动力学法与几何法联合起来的综合动力学定轨方法。该方法充分吸收了几何定轨法和动力学法的优点，用卡尔曼滤波形式，把分批滤波后得到的动力学轨道作为参考轨道，又在后续的序贯滤波/平滑过程中附加了过程噪声参数来吸收动力学模型和GPS观测值提供的几何信息之间的最优选权，使得纯动力学模型的影响被消弱了，所以这种方法又称归化动力法。简化动力法定轨的困难在于如何选择适当的过程噪声。动力法定轨原理 r