畢業(yè)論文--南方rtd-rtk原理及應(yīng)用

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　Abstract2</p><p><b>　　第1章緒論3</b></p><p>　　第2章差分GPS定位原理5</p><p

2、>　　2．1差分GPS定位原理概述5</p><p>　　2．2局域差分GPS6</p><p>　　2.2.1偽距差分的計(jì)算模式6</p><p>　　2.2.2載波相位差分技術(shù)的及計(jì)算模式：7</p><p>　　2.2.3載波相位平滑單頻道偽距差分技術(shù)的計(jì)算模式8</p><p>　　2.2.4載

3、波相位平滑雙頻道偽距差分技術(shù)的計(jì)算模式8</p><p>　　2.3廣域差分GPS13</p><p>　　2.3.1廣域差分GPS的基本思想13</p><p>　　2.3.2廣域差分GPS的工作流程13</p><p>　　2.3.3廣域差分GPS系統(tǒng)的基本構(gòu)成14</p><p>　　2.3.4WADG

4、PS的技術(shù)特點(diǎn)15</p><p>　　2.4數(shù)據(jù)鏈與數(shù)據(jù)格式15</p><p>　　2.4.1電臺(tái)選擇16</p><p>　　2.4.2調(diào)制解調(diào)器16</p><p>　　2.4.3NMEA-0183數(shù)據(jù)格式16</p><p>　　2.4.4RTCM-104數(shù)據(jù)格式17</p><

5、;p>　　第3章南方NGK-500型實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)GPS測量系統(tǒng)簡介23</p><p>　　3.1 系統(tǒng)簡介23</p><p>　　3.2系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)24</p><p>　　3.3系統(tǒng)功能概述25</p><p>　　3.3.1 靜態(tài)相對定位模式25</p><p>　　3.2.2快速靜態(tài)相對

6、定位模式26</p><p>　　3.2.3 RTD作業(yè)模式26</p><p>　　3.2.4 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)作業(yè)模式27</p><p>　　第4章應(yīng)用實(shí)例28</p><p>　　4.1昆明引水工程公路勘測設(shè)計(jì)中的應(yīng)用28</p><p>　　4.1.1測區(qū)地形條件29</p><p

7、>　　4.1.2作業(yè)要求29</p><p>　　4.1.3坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)29</p><p>　　4.1.4質(zhì)量控制30</p><p>　　4.1.5作業(yè)情況30</p><p>　　4.1.6觀測數(shù)據(jù)及成果精度31</p><p>　　4.1.7使用經(jīng)驗(yàn)及體會(huì)32</p><p

8、>　　4.2運(yùn)用南方RTK天王星9800做控制33</p><p>　　4.2.1測區(qū)概況33</p><p>　　4.2.2運(yùn)用南方GPS處理軟件處理33</p><p>　　4.2.3成果分析33</p><p>　　4.2.4應(yīng)用總結(jié)35</p><p>　　4.2.5天王星9800性能及市場前景

9、35</p><p><b>　　第5章總結(jié)36</b></p><p>　　第6章結(jié)束語37</p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)]38</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　GPS(Global Po

10、sition System)全球定位系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的空中無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，可為航空、航天、陸地、海洋等用戶提供三維導(dǎo)航、定位和定時(shí)。GPS定位系統(tǒng)由于其定位的高度靈活性和全天候性，迅速在測量中得到了普及和發(fā)展。但由于美國為了其自身的利益，對非特殊用戶進(jìn)行了一些人為的設(shè)置,最常見的如SA（即Selective Availability）政策和AS（即Anti-Spoofing反電子誘騙）技術(shù)，使得我們進(jìn)行測量的精度受到了很大的限制和影響

11、，在這樣一個(gè)背景下，相應(yīng)的產(chǎn)生了各種應(yīng)對技術(shù)，RTK（Real Time Kinematics）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù)正是其中的一種，通過這種技術(shù)可以消除不少影響定位精度的誤差，從而，從本質(zhì)上提高了精度。</p><p>　　國內(nèi)的測繪儀器生產(chǎn)廠家南方測繪儀器公司出品的NGK-500型雙頻RTK系統(tǒng)正是利用此技術(shù)，使得該產(chǎn)品能廣泛的應(yīng)用于碎部測量,公路放樣,GIS前端數(shù)據(jù)采集等等，迅速成為國內(nèi)大中型測繪單位首選儀器，為

12、測繪事業(yè)的發(fā)展做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。同時(shí)這也是打破了外國獨(dú)占GPS市場，為我國在軍事、民用等產(chǎn)業(yè)擺脫了外國制造商的全部依賴，使得我國的測繪儀器制造進(jìn)入了國產(chǎn)化的新時(shí)期。</p><p>　　關(guān)鍵詞：全球定位系統(tǒng)（GPS）、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù)（RTK）、雙頻RTK系統(tǒng)NGK-500、南方測繪儀器公司。</p><p><b>　　Abstract</b></p>

13、<p>　　GPS(Global Position System)is a radio navigation system based on satellite in the sky,It can provide Three Dimensions Navigation、Position Fixing and Setting Timing for GPS receiver of Tronautics、Flying、land a

14、nd ocean.Now,because of Positioning in GPS there are higher flexibility and can work all day than traditional surveying technique,Global Position System is popularized and developed qucikly in surveying region.But the Am

15、erica do some man-made setting for special receiver to protecting themse</p><p>　　Incountry surveying instrument production company---South surveying company producted Double frequency Real Time Kinematics s

16、ystem NGK-500model uesing this technics.It can be used in None-grate surveying、road lay、GIS DATE collectoion and so on,be using as the first instrument by civel large or small surveying enterprise,and it is making the gr

17、eat contribution in the development of surveying undertaking.Simultaneously,it also breaks down the monopolistic GPSmarketplace of overseas,and gets rid of</p><p>　　Keyword:Global Position System(GPS)、Real T

18、ime Kinematics(RTK)、Double frequency Real Time Kinematics system NGK-500、south surveying company.</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　GPS(Global Position System)全球定位系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，可為航空、航天

19、、陸地、海洋等用戶提供三維導(dǎo)航，定位和定時(shí)，GPS是美國國防部在本世紀(jì)80年代推出的，是由其60年代研制的海軍航海衛(wèi)星NNSS具有厘米機(jī)Doppler定位系統(tǒng)發(fā)展起來的。</p><p>　　GPS空間星座由24顆星組成，分布在6個(gè)等間隔的軌道面上，衛(wèi)星同時(shí)發(fā)射兩種信號(hào)叫做C/A碼（粗碼）及P碼（精碼），保證在任何地方任何時(shí)刻都能夠觀測到4顆至9顆高角度大于10度的GPS衛(wèi)星，這就是說隨時(shí)隨地都可以測得對面上或?qū)?/p>

20、面上空的點(diǎn)位的三維坐標(biāo)，從而保障全球、 全天候連續(xù).、實(shí)時(shí).、動(dòng)態(tài)導(dǎo)航.、定位。GPS定位功能多、精度高,可為各類用戶連續(xù)提供動(dòng)態(tài)目標(biāo)的三維位置、三維航速和時(shí)間信息。目前，單點(diǎn)實(shí)時(shí)定位精度為+/-15~100米，靜態(tài)相對定位為 ，測速0.1m/s，授時(shí)10納秒。同時(shí)，GPS實(shí)時(shí)定位速度快，可在1秒內(nèi)完成，它的抗干擾性能好、保密性強(qiáng)、操作簡單。兩觀測點(diǎn)間不需通視，對于等級(jí)大地點(diǎn)節(jié)省了造標(biāo)費(fèi)用，此項(xiàng)費(fèi)用可占總測量費(fèi)用的

21、30%~50%。GPS還可全天候作業(yè)。</p><p>　　GPS定位系統(tǒng)由于其定位的高度靈活性和常規(guī)測量無法比擬的高精度，成為測量學(xué)科中革命性的變化。因?yàn)闇y量點(diǎn)位不象經(jīng)典三角測量一樣有等級(jí)之分，不存在誤差的積累，測點(diǎn)可以在真正需要的地方進(jìn)行，無需過渡點(diǎn)，點(diǎn)間不需要有造標(biāo)，通視等問題的考慮。而且觀測點(diǎn)位又與重力場發(fā)生關(guān)系，避免了復(fù)雜的歸算。這種可以把平面及高程同時(shí)求出，不需要平高分開的布網(wǎng)方式。</p>

22、;<p>　　GPS衛(wèi)星發(fā)射的是一對相干波，作為載波載有兩類調(diào)制信號(hào)，一類為導(dǎo)航信號(hào)，另一類為電文信號(hào)。導(dǎo)航信號(hào)又分為兩種，碼率分別為1.023Mb/s和10.23Mb/s。前者信號(hào)編碼1ms重復(fù)一次，用來快速捕捉導(dǎo)航信號(hào)，故稱捕捉碼，按設(shè)計(jì)僅用于粗略定位，又稱粗碼（C/A碼）；后者七天重復(fù)一次，且各顆衛(wèi)星不同,碼的變化結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，不易捕捉,但能用于精密定位,故稱精碼(P碼)。兩種碼都是人為編制的一組類似躁聲的信號(hào)碼，通

23、稱為偽隨機(jī)躁聲碼。電文信號(hào)同時(shí)以50bit/s的速度調(diào)制，電文內(nèi)容包括衛(wèi)星星歷表、各項(xiàng)改正數(shù)和衛(wèi)星工作狀態(tài)等。</p><p>　　地面控制部分是整個(gè)系統(tǒng)的中樞。它由一個(gè)主控站、若干個(gè)跟蹤站和注入站所組成。地面控制的任務(wù)是保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，包括管理和調(diào)整整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，采集各類觀測數(shù)據(jù)，計(jì)算衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星鐘的鐘差和漂移，各項(xiàng)改正數(shù)和定位信息，組成電文注入衛(wèi)星存儲(chǔ)器，以一組原子鐘為基礎(chǔ)建立和維護(hù)一個(gè)高精度

24、的時(shí)間系統(tǒng)。</p><p>　　用戶接收機(jī)部分由主機(jī)、電源和天線組成。主機(jī)的核心為微電腦、石英振蕩器，還有相應(yīng)的輸入輸出設(shè)備和接口。專用軟件控制下主機(jī)進(jìn)行作業(yè)衛(wèi)星選擇、數(shù)據(jù)采集、加工、處理、傳輸和存儲(chǔ)，對整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行檢查、報(bào)警和非致命故障的排除，承擔(dān)整個(gè)接收系統(tǒng)的自動(dòng)管理。天線通常采用全方位型的以便采集來自各個(gè)方位任意非頁字度角的衛(wèi)星信號(hào)。由于衛(wèi)星信號(hào)較弱，在天線基座中有一個(gè)前置放大器，將信號(hào)放大后，再

25、由同軸電纜饋入主機(jī)。電源部分為主機(jī)和天線供電，可使用經(jīng)整流，穩(wěn)壓處理的、也可用蓄電池。</p><p>　　從GPS的提出到1993年建成，經(jīng)歷了20年，實(shí)踐證實(shí)，GPS對人類活動(dòng)影響極大，應(yīng)用價(jià)值極高，它從根本上解決了人類在地球上的導(dǎo)航和定位問題，可以滿足不同用戶的需要。特別是用于精密定位的測地型接收機(jī)的出現(xiàn)，給大地測量帶來了革命性的變化，成為GPS應(yīng)用的主要分支。</p><p>　　

26、GPS(Global Position System)全球定位系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的空基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，可為航空、航天、陸地、海洋等用戶提供三維導(dǎo)航、定位和定時(shí)，GPS定位系統(tǒng)由于其定位的高度靈活性和全天候性，迅速在測量中得到了普及和發(fā)展。但由于美國為了其自身的利益，對非特殊用戶進(jìn)行了一些人為的設(shè)置,最常見的如SA（即Selective Availability）政策和AS（即Anti-Spoofing反電子誘騙）技術(shù)，使得我們進(jìn)行測量的

27、精度受到了很大的限制和影響，在這樣一個(gè)背景下，相應(yīng)的產(chǎn)生了各種應(yīng)對技術(shù)，RTK（Real Time Kinematics）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù)正是其中的一種，通過這種技術(shù)可以消除不少影響定位精度的誤差，從而，從本質(zhì)上提高了精度。</p><p>　　國內(nèi)的測繪儀器生產(chǎn)廠家南方測繪儀器公司出品的NGK-500型雙頻RTK系統(tǒng)正是利用此技術(shù)，使得該產(chǎn)品能廣泛的應(yīng)用于碎部測量,公路放樣,GIS前端數(shù)據(jù)采集等等，迅速成為國內(nèi)

28、大中型測繪單位首選儀器，為測繪事業(yè)的發(fā)展做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。同時(shí)最新出來的天王星9800其性能更是可以和國際領(lǐng)先的測繪儀器廠家生產(chǎn)的GPS媲美，本人在南方公司實(shí)習(xí)期間，就曾運(yùn)用天王星9800做大范圍測區(qū)的控制，為我們的地形測量提供精度可靠的控制網(wǎng)。從整個(gè)測繪行業(yè)來講，在未來的測量工程中，RTD、RTK技術(shù)將越來越普及，那是我們將步入休閑測量時(shí)代。</p><p><b>　　差分GPS定位原理</b

29、></p><p>　　2．1差分GPS定位原理概述</p><p>　　根據(jù)觀測瞬間GPS衛(wèi)星在空間的位置以及接收機(jī)所得的至這些衛(wèi)星的距離，并加上大氣傳播延遲各項(xiàng)改正后，即可用距離交會(huì)的方法求得該瞬間接受機(jī)的位置。由于全球定位系統(tǒng)在軍事上具有重要的作用因而美國決定采用SA技術(shù)（Selective Availability）和AS技術(shù)（Anti-Spoofing）把未經(jīng)美國政府特許的

30、廣大用戶的實(shí)時(shí)定位精度降低到它所允許的水平：+/-100m (2drms),以免美國的利益受到損害。然而對于許多應(yīng)用領(lǐng)域來講（例如飛機(jī)的進(jìn)場和著陸、地面車輛的導(dǎo)航和調(diào)度管理、資源勘探調(diào)查、災(zāi)害救助等），上述精度就顯得過低，無法滿足用戶要求，從而限制了GPS的應(yīng)用范圍。</p><p>　　實(shí)時(shí)差分GPS是消除美國政府限制性措施所造成的危害和負(fù)面影響，大幅度提高實(shí)時(shí)定位精度的有效手段。至1993年5月止，在全球已建

31、立了20個(gè)向社會(huì)各界開放的商業(yè)差分GPS服務(wù)系統(tǒng)。差分GPS技術(shù)的發(fā)展也很迅速。從早期僅僅能提供位置改正數(shù)，偽距改正數(shù)到目前能將各種誤差分離開來向用戶提供衛(wèi)星星歷改正，衛(wèi)星鐘改正以及電離層延遲模型和對流層延遲模型。</p><p>　　影響GPS 實(shí)時(shí)定位精度的因素很多，其中主要有：</p><p><b>　　衛(wèi)星星歷誤差，</b></p><p

32、><b>　　電離層延遲，</b></p><p><b>　　對流層延遲，</b></p><p>　　接收機(jī)鐘和衛(wèi)星鐘的誤差。</p><p>　　這些誤差從總體上講都具有較好的空間相關(guān)性，也就是說對于相距不太遠(yuǎn)的各個(gè)測站來講上述誤差所產(chǎn)生的影響基本上是相同的。如果我們能在一個(gè)位置已精確確定的已知點(diǎn)配備GPS接收

33、機(jī)，并和用戶一起進(jìn)行GPS觀測的話，就有可能求得各個(gè)觀測瞬間由于上述各種所造成的影響。如果已知點(diǎn)還能將這些偏差值通過無線電通訊的手段即刻播發(fā)給在附近工作的用戶的話，那么這些用戶的定位精度就能大為改善。這就是差分定位的基本原理。</p><p>　　差分實(shí)時(shí)定位技術(shù)基本上可分為兩種類型，即局域差分GPS和廣域差分GPS。局域差分技術(shù)特點(diǎn)是向用戶提供綜合的差分GPS改正信息—觀測值改正，而不是單個(gè)誤差源的改正。它的作

34、用范圍較小，一般為150Km之內(nèi)。廣域差分的技術(shù)特點(diǎn)是將GPS定位中主要的誤差源分別加以計(jì)算，并分別向用戶提供這些差分信息，它作用的范圍比較大，往往在1000Km以上。以下分別給與介紹：</p><p>　　2．2局域差分GPS</p><p>　　局域差分GPS（Local Area Differential GPS，簡寫為LADGPS）實(shí)時(shí)定位技術(shù)是由基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶站組成。它

35、提高用戶站定位精度的原理是建立在基準(zhǔn)站和用戶站對GPS衛(wèi)星的同步同軌跟蹤基礎(chǔ)上的，由于這個(gè)原理，所以對基準(zhǔn)站和用戶站之間的距離間隔的要求和對用戶站定位精度的改善都有較大限制。以下不特別說明都是指局域差分。</p><p>　　差分定位基本上可分為兩種計(jì)算或工作模式,一種是偽距差分,一種是載波相位差分,對于偽距差分,由于美國實(shí)行AS政策,一般接收機(jī)不能收到P碼,因此在L2頻道上已不能直接測到偽距。但目前新型GPS接

36、收機(jī)可以收到由P碼改變的Y碼在兩個(gè)頻道之差(Y1-Y2)，由此可間接得到L2的偽距而無需破譯P碼。此外考慮到載波相位定位精度高的特點(diǎn)，將載波相位來平滑偽距中的部分誤差，因此在上述兩種差分技術(shù)之外，又產(chǎn)生二者之間的結(jié)合技術(shù)—載波平滑碼的差分方法，下面分別敘述如下：</p><p>　　2.2.1偽距差分的計(jì)算模式</p><p>　　對于L1頻道的偽距的數(shù)學(xué)模式為</p>&l

37、t;p>　　r=D+B-b-T+n （2-1）</p><p>　　r：在L1 C/A碼頻道上測得的地面站到GPS衛(wèi)星的偽距，該值已經(jīng)作對流層、相對論和多路徑改正。</p><p>　　D：地面站至GPS衛(wèi)星間距離的最或是值。</p><p>　　B：地面站GPS接收機(jī)鐘差。</p><p><b>　　b：衛(wèi)星鐘差。

38、</b></p><p><b>　　T：電離層改正。</b></p><p>　　n：測定偽距的噪聲。</p><p>　　L2頻道上的偽距的數(shù)學(xué)模式：</p><p>　　rL2=rL1+rY1-Y2 （2-2）</p><p>　　rL1：從L1頻道上測得的偽距。</

39、p><p>　　rY1-Y2：用互相關(guān)技術(shù)辨認(rèn)在L1和L2頻道上的(Y1-Y2)值，導(dǎo)出相應(yīng)的</p><p><b>　　偽距。</b></p><p>　　在系統(tǒng)的主站上，根據(jù)主站已知的高精度地心坐標(biāo)和追蹤GPS衛(wèi)星的廣播星歷，推算的主站至衛(wèi)星的偽距（真）值D,D已經(jīng)顧及主站接收機(jī)鐘差，衛(wèi)星鐘差，對流層和電離層改正，因此偽距改正值可表示為：&l

40、t;/p><p>　　rc=D-r （2-3） </p><p><b>　　r：偽距的量測值。</b></p><p>　　這時(shí)主站向用戶站提供的偽距差分信息為rc/r和他的變率。用戶站通過數(shù)據(jù)通訊鏈?zhǔn)盏缴鲜霾罘中畔⒑?，進(jìn)行定位計(jì)算。用戶站后續(xù)的計(jì)算模式類同于GPS單點(diǎn)定位，只是對用戶站測到的偽距，須利用上述差分信息進(jìn)行相應(yīng)

41、改正。偽距差分變率的作用參見以后將提到的差分信息的“訊齡”這一節(jié)?？傊畟尉嗖罘值挠行ё饔镁嚯x實(shí)際上取決于主站和用戶站二者誤差的時(shí)空相關(guān)程度，在平原和丘陵地區(qū)，這一差分改正信號(hào)的有效覆蓋距離一般不大于100—150公里，相對主站的定位精度在5-10米。</p><p>　　2.2.2載波相位差分技術(shù)的及計(jì)算模式：</p><p>　　設(shè)在L1和L2頻道上的載波相位差的數(shù)學(xué)模型為</p&

42、gt;<p>　　Ψ=φλ=D+B-b+T-Nλ+n （2-4）</p><p>　　φ：表示載波相位測量值中已經(jīng)除去整周值（Nλ）后的分?jǐn)?shù)周值。</p><p>　　Ψ：表示φ對應(yīng)的距離量。</p><p>　　N：載波相位整周數(shù)。</p><p>　　λ：相應(yīng)頻道的波長。</p><p&g

43、t;　　利用載波相位差分進(jìn)行實(shí)時(shí)GPS定位是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。利用偽距進(jìn)行定位相對于載波相位來說精度較差，但后者有一個(gè)最大的缺點(diǎn)就是要解決整周模糊度，即N,一般原理是在動(dòng)態(tài)GPS定位測量開始之前的靜止?fàn)顟B(tài)下，用某種技術(shù)來確定N,即使如此，當(dāng)用戶站在動(dòng)態(tài)下，往往出現(xiàn)對GPS信號(hào)的失鎖，這樣就需要重新確定N,這意味著整個(gè)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)載波相位差分GPS工作要重新開始，最近幾年發(fā)展的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)快速確定整周模糊度技術(shù)（OTF）雖然有長足進(jìn)展，但即使如此，

44、在通常情況下，若用戶站周圍沒有很多天線干擾和障礙物等，且用戶站周跳很少發(fā)生，則利用這一技術(shù)的有效作用距離目前一般還很難超過30公里，但其定位精度高，可達(dá)到和超過dm量級(jí)以上，可用于飛行器進(jìn)場著陸等高精度導(dǎo)航之用。類似于（2-3）式，載波相位的差分改正：</p><p>　　Ψc=D/λ-N-Ψ （2-5）</p><p>　　式中符號(hào)意義同（1-

45、4）。</p><p>　　主站將Ψc和N以及他們的變率傳輸給用戶站，作為用戶站定位之用，但用戶站仍須用OTF技術(shù)迅速?zèng)Q定自己的整周數(shù)N，以求得自己的位置。由于相位差分定位精度很高，還顧及主站的鐘差，因此RTCM（無線電技術(shù)委員會(huì)海洋組）推薦在傳送相位差分信息同時(shí)，也應(yīng)考慮傳送鐘差改正及其變率的信息。</p><p>　　2.2.3載波相位平滑單頻道偽距差分技術(shù)的計(jì)算模式</p>

46、;<p>　　由于載波相位定位精度很高，因此人們一直考慮如何利用這一觀測量來平滑偽距，因此設(shè)計(jì)一種迭代形式的過濾技術(shù)，不斷改變經(jīng)載波相位平滑后的偽距的權(quán)。若遇到一個(gè)周跳，可以重新設(shè)置開始新一輪的平滑過濾。下面介紹用GPS載波相位平滑單頻道偽距的過濾技術(shù)。</p><p>　　設(shè)相距觀測值Ψ和偽距差觀測值r已作電離層、對流層改正，設(shè)在GPS相鄰歷元i-1和i有相應(yīng)觀測值Ψi-1，Ψi和Ri-1，Ri，

47、則用以下遞推公式推算由載波相位的相距來改善偽距的精度：</p><p>　　Ri=（k-1）（Ri-1 +△Ψi）/k + Ri/k （2-6）</p><p>　　式中： △Ψi =Ψi - Ψi-1 （2-7）</p><p>　　k是一個(gè)給定的常數(shù)，決定上述回歸過濾技

48、術(shù)的速率，其他符號(hào)意義同前。式（2-6）的實(shí)質(zhì)是在偽距的計(jì)算中逐漸加大相應(yīng)經(jīng)相距修正的權(quán)，在實(shí)用中可以將式（2-6）式改寫為下式：</p><p>　　Ri=Pψi（k-1）（Ri-1+△Ψi）/k +PriRi/k （2-8）</p><p>　　式中Pψi，Pri可理解成Ψi ，Ri的權(quán)，可按下式給定： Pr1=1.0 Pψi=1.0- Pr1=0

49、.0 (2-9)</p><p>　　Pri=Pri-1-0.01 當(dāng)0.01<= Pri<=1.00 (2-10)</p><p>　　Pψi= Pψi-1+0.01 當(dāng)0.00<= Pψi <=0.99 (2-11)</p><p>　

50、　若遇到一個(gè)周跳,則上述平滑過濾過程式中式(2-8)中的PψiPri的賦值,須從式(2-9)重新啟動(dòng)。以上的平滑過濾技術(shù)適用于單頻道接收到的偽距，如RL1。由式（2-8）求得了經(jīng)載波相位平滑后的偽距Ri后，往后的偽距差分計(jì)算模式仍類同于式（2-3）。利用這類差分的定位精度在3-5m。</p><p>　　2.2.4載波相位平滑雙頻道偽距差分技術(shù)的計(jì)算模式</p><p>　　若用戶站的GP

51、S接收機(jī)除了能接收到L1頻道上的偽距RL1之外，還能在L2上接收互相關(guān)的Y碼值，即Y1-Y2，則由式（2-2）可求得相應(yīng)于L2頻道上的偽距RL2，由下式可獲得已消除電離層影響的偽距Rt</p><p>　　Rt=（RL2 - mRL1）/（1-m） （2-12）</p><p>　　其中m=（70/66）2。式中可求得消除電離層影響的相位</

52、p><p>　　Ψt=α1ΨL1+α2ΨL2 （2-13）</p><p>　　式中α1=f12/（f21-f22）</p><p>　　α2=-f1f2/（f12-f22） （2-14）</p><p>　　式中f1和f2分別表示相

53、應(yīng)于L1和L2頻道上載波的頻率。</p><p>　　因此式（2-12）和式（2-13）中的偽距Rt和相位Ψt除了噪聲、多路徑影響和可能的整周模糊度之外，是不再或很少再含有其他系統(tǒng)誤差影響。若在沒有周跳情況下，在GPS歷元i的偽距Ri的最優(yōu)估計(jì)值Ri可以由以下各式得到，</p><p>　　先求當(dāng)I=0（起始?xì)v元）時(shí)的偽距。</p><p>　　R0=Ri-∑Ij=

54、1（△Ψj） （2-15）</p><p>　　式中△Ψj的意義同式（1-7），同時(shí)式中的R和Ψ來自式（1-12）和（1-13）中已消除電離層影響的Rt和Ψt但在式（1-15），（1-16）和（1-17）中都略去了下標(biāo)t。由式（1-15）中不同i所對應(yīng)不同的R0，算得平均值</p><p>　　R0-=∑nI=0[Ri-∑Ij=1（

55、△Ψ-j]/n (2-16)</p><p>　　由此可得歷元i時(shí)偽距的最優(yōu)估計(jì)</p><p>　　RiΛ= R0- -∑Ij=1（△Ψ-j） （2-17）</p><p>　　用這一方法求得的偽距精度較高，在不同衛(wèi)星高度角時(shí)，都達(dá)0.5m左右。至于后續(xù)的計(jì)算偽距差分

56、的情況基本類同式（2-3）。利用這種差分定位精度可以達(dá)到1-3m。 </p><p>　　這4類差分方式的工作原理是相同的，既都是由基準(zhǔn)站發(fā)送改正數(shù)，由用戶站接收并對其測量結(jié)果進(jìn)行改正，以獲得精確的定位結(jié)果。所不同的是，發(fā)送改正數(shù)的具體具體內(nèi)容不一樣，其差分精度也不同。</p><p>　　測地型接收機(jī)利用GPS衛(wèi)星載波相位進(jìn)行的靜態(tài)基線測量獲得了很高的精度。但為了可靠地求出相位整周模

57、糊度，要求靜止觀測一兩個(gè)小時(shí)或更長時(shí)間。這樣就限制了在工程作業(yè)中的應(yīng)用。于是探求快速測量的方法應(yīng)運(yùn)而生。例如，采用整周模糊度快速逼近技術(shù)（FARA）使基線觀測時(shí)間縮短到5分鐘，采用準(zhǔn)動(dòng)態(tài)（Stop and Go），往返重復(fù)設(shè)站（Re-occupation）和動(dòng)態(tài)（Kinematics）來提高GPS作業(yè)效率。這些技術(shù)的應(yīng)用對推動(dòng)精密GPS測量起了促進(jìn)作用。但是，上述這些作業(yè)方式都是事后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不能實(shí)時(shí)提交成果和實(shí)時(shí)評(píng)定成果質(zhì)量，很難

58、避免出現(xiàn)事后檢查不合格造成的返工現(xiàn)象。</p><p>　　差分GPS的出現(xiàn)，能夠?qū)崟r(shí)給定載體的位置，精度為米級(jí)，滿足了領(lǐng)航，水下測量等工程的要求。位置差分、偽距差分、偽距差分相位平滑等技術(shù)已成功地應(yīng)用于各種作業(yè)中。隨之而來的是更加精密的測量技術(shù)——載波相位差分技術(shù)。載波相位差分技術(shù)即RTK技術(shù)(Real Time Kinematics),是差分技術(shù)中最為精密的一種,它是建立在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測站的載波相位基礎(chǔ)上的,

59、能夠?qū)崟r(shí)提供觀測點(diǎn)的三維坐標(biāo),并達(dá)到厘米級(jí)的高精度。</p><p>　　與偽距差分原理相同，由基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)將載波觀測量及站坐標(biāo)信息一同傳送給用戶站。用戶站接收GPS衛(wèi)星的載波相位與來自基準(zhǔn)站的載波相位，并組成相位差分觀測值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，能實(shí)時(shí)給出厘米級(jí)的定位結(jié)果。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)載波相位差分GPS的方法分為兩類：修正法和差分法。前者是基準(zhǔn)站將載波相位修正量發(fā)送給用戶站，

60、以改正其載波相位，然后求解坐標(biāo)。后者將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送給用戶臺(tái)進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。前者為準(zhǔn)RTK技術(shù)，后者為真正的RTK技術(shù)。這里就主要介紹后者的解算原理。</p><p>　　將基準(zhǔn)站上觀測的載波相位通過數(shù)據(jù)鏈傳送到用戶站。用戶站靜止不動(dòng)觀測若干歷元后進(jìn)行計(jì)算，求解其相位模糊度。這一過程稱為初始化。</p><p>　　求差法，即單差，雙差和三差三種數(shù)學(xué)模型，已廣泛應(yīng)用于靜態(tài)測量中

61、，在很多文獻(xiàn)中已有論述。這里只簡單介紹其工作原理。</p><p>　　在基準(zhǔn)站和用戶站上同時(shí)在 和 歷元上觀測了兩顆衛(wèi)星（I,j）,基準(zhǔn)站的載波相位觀測值由數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)傳送給用戶站。這樣，用戶共獲得了8個(gè)觀測值，即式(1):</p><p>　　式中，N為整周相位模糊度，φ為相位小數(shù)，τ為衛(wèi)星鐘差， τu 為用戶接收機(jī)鐘差， τb為

62、基準(zhǔn)站鐘差。</p><p>　　單差:將兩臺(tái)接收機(jī)在同一歷元觀測同一衛(wèi)星的載波相位觀測值相減,得到4個(gè)單差方程, 式(2):</p><p>　　從式（2）中看出，單差方程中已消去了衛(wèi)星鐘差。將兩臺(tái)接收機(jī)同時(shí)觀測兩顆衛(wèi)星的載波相位觀測值求差，即同一歷元的單差相減，得到兩個(gè)雙差方程，式（3）：</p><p>　　由式（3）看出，此雙差方程中已消去了接收機(jī)的鐘差。將

63、兩臺(tái)接收機(jī)在不同歷元上的觀測值相減，即對雙差方程求差，得到三差方程，式（4）：</p><p>　　從式（4）中可看出，此處已消去了相位模糊度。</p><p>　　在靜態(tài)測量數(shù)據(jù)處理中，主要任務(wù)是求解基線矢量。因此它的計(jì)算程序是：利用三差求解出近似的基線長度，再利用浮動(dòng)雙差法求解出相位模糊度和基線矢量。將求得的相位模糊度湊整后，進(jìn)行固定雙差的計(jì)算，最后求解出精密的基線矢量。</p&

64、gt;<p>　　但在動(dòng)態(tài)的應(yīng)用中，我們要求的不是基線矢量，而是用戶所在的實(shí)時(shí)位置。因此它的計(jì)算程序如下：</p><p>　　在初始化階段，靜態(tài)觀測若干歷元。歷元數(shù)目的多少取決于用戶站到基準(zhǔn)站的距離。在數(shù)據(jù)處理中，重復(fù)靜態(tài)觀測的程序，求出相應(yīng)位置模糊度，并加以確認(rèn)此相應(yīng)模糊度正確無誤。</p><p>　　將求出的相應(yīng)模糊度代入式（3）中，雙差方程中只包括△X,△Y,△Z三

65、個(gè)位置分量。此時(shí)，只要觀測3顆衛(wèi)星就可進(jìn)行求解。這樣，在實(shí)際作業(yè)中，觀測4——6顆星，就可實(shí)時(shí)準(zhǔn)確無誤地求解△X,△Y,△Z。</p><p>　　將基準(zhǔn)站的地心坐標(biāo)輸出，就可求得用戶站的地心坐標(biāo)：</p><p>　　將當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系與地心坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)輸出，就可得到當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系的直角坐標(biāo)：</p><p>　　采用下式將直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)，如下式：</p&g

66、t;<p><b>　　式中，</b></p><p><b>　　a為橢球長半軸</b></p><p><b>　　e為橢球扁率</b></p><p>　　載波相位差分技術(shù)——RTK技術(shù)既有廣闊的前景，又有著很大的難度。由于它的測量精度高，時(shí)間短，所以在快速靜態(tài)測量，動(dòng)態(tài)測量，準(zhǔn)動(dòng)

67、態(tài)測量中得到廣泛的應(yīng)用，能快速高精度建立工程控制網(wǎng)和實(shí)際工程作業(yè)。同時(shí)，可進(jìn)一步拓寬到實(shí)時(shí)三維動(dòng)態(tài)放樣，一步法成圖等作業(yè)中。例如海上精密打樁工程，定點(diǎn)打孔炸礁，地籍測繪地圖等。</p><p>　　但是，這一技術(shù)仍存在著局限性。例如，基準(zhǔn)站信號(hào)的傳輸延遲，給實(shí)時(shí)定位帶來的誤差。高波特率數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃约半娕_(tái)干擾更是影響工作的主要問題。</p><p>　　目前，由于這一技術(shù)的先進(jìn)性，已引起

68、GPS生產(chǎn)廠商的關(guān)注。各種系統(tǒng)，諸如RTP，RTD, RTZ等不斷問世，成為差分 GPS開發(fā)的重要方向。</p><p>　　2.3廣域差分GPS</p><p>　　2.3.1廣域差分GPS的基本思想</p><p>　　廣域差分GPS（Wide Area DGPS，WADGPS）技術(shù)的基本思想是對GPS觀測量的誤差源加以區(qū)分，并對每一個(gè)誤差源分別加以“模型化”，

69、然后將計(jì)算出來的每一個(gè)誤差源的誤差修正值，通過數(shù)據(jù)通訊鏈傳輸給用戶，對用戶GPS接收機(jī)的觀測值誤差加以改正，以達(dá)到削弱這些誤差源影響，改善用戶這些誤差源的影響，改善用戶GPS定位精度的目的。因此既削弱了LADGPS技術(shù)中對基準(zhǔn)站和用戶站之間時(shí)空相關(guān)性的要求，又保持了LADGPS的定位精度。因此在WADGPS系統(tǒng)眾，只要數(shù)據(jù)通訊鏈有足夠的能力，基準(zhǔn)站和用戶站之間的距離原則上是沒有限制的。</p><p>　　WAD

70、GPS所針對的這些誤差源主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：</p><p><b>　　衛(wèi)星星歷誤差</b></p><p><b>　?、谛l(wèi)星時(shí)鐘誤差</b></p><p>　?、垭婋x層對GPS信號(hào)傳播產(chǎn)生的時(shí)間延遲。</p><p>　　2.3.2廣域差分GPS的工作流程</p><

71、p>　　WADGPS系統(tǒng)一般由一個(gè)主控站、若干個(gè)GPS衛(wèi)星跟蹤站、一個(gè)差分信號(hào)播發(fā)站、若干個(gè)監(jiān)測站、相應(yīng)的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)和若干個(gè)用戶站組成。系統(tǒng)的工作流程分解來看，可以分為下面五個(gè)步驟：</p><p>　　在已知精確地心坐標(biāo)的若干個(gè)GPS衛(wèi)星跟蹤站上，跟蹤接收GPS衛(wèi)星的廣播星歷、</p><p>　　偽距、載波相位等信息。</p><p>　　跟蹤站所獲得的

72、這些信息，通過數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)全部傳輸?shù)街骺卣尽?lt;/p><p>　?、墼谥骺卣居?jì)算出相對衛(wèi)星廣播星歷的衛(wèi)星軌道誤差改正、衛(wèi)星鐘差改正及電離層時(shí)間延遲改正。</p><p>　?、?將這些改正值通過差分信號(hào)播發(fā)站（數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)）傳輸給用戶站。</p><p>　　用戶站利用這些改正值來改正他們所接收到的GPS信息，進(jìn)行C/A碼偽距單點(diǎn)定位以改善用戶站GPS導(dǎo)航定位精度。

73、</p><p>　　2.3.3廣域差分GPS系統(tǒng)的基本構(gòu)成</p><p><b>　　衛(wèi)星跟蹤站</b></p><p>　　對衛(wèi)星跟蹤站的要求首先是必須精確知道該站址的三維地心坐標(biāo)，一般其點(diǎn)位精度（相對于ITRF而言）應(yīng)不低予0.2m。對站址周圍環(huán)境的主要要求是希望在360o視野內(nèi)至少能有高度角5o以上的開闊天空。此外，跟蹤站還應(yīng)配備原子

74、鐘、能測定電離層時(shí)間延遲的雙頻GPS接收機(jī)、自動(dòng)氣象記錄儀等。</p><p>　　跟蹤站的任務(wù)是將其原始偽距觀測數(shù)據(jù)、氣象觀測數(shù)據(jù)和當(dāng)?shù)仉婋x層時(shí)間延遲改正等各類數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)的傳輸?shù)街骺卣?，其中偽距觀測數(shù)據(jù)主要用來計(jì)算衛(wèi)星鐘差，一般要求1秒鐘一個(gè)采樣，應(yīng)而1秒就應(yīng)傳輸1組觀測數(shù)據(jù)。</p><p>　　為了使主控站能正確算出這三項(xiàng)差分改正，至少需要三個(gè)跟蹤站。但為了改善計(jì)算結(jié)果的精度和

75、進(jìn)行檢核，一般在WADGPS系統(tǒng)中，跟蹤站個(gè)數(shù)不低于4-6個(gè)。</p><p><b>　　用戶站</b></p><p>　　WADGPS系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)用戶站應(yīng)該是利用C/A碼的單頻GPS接收機(jī)。用戶站周圍也希望在360o視野內(nèi)有高度角15o以上的開闊天空。用戶站還應(yīng)具有能接收由差分信號(hào)播發(fā)站發(fā)送的差分改正信息的能力，用戶站GPS接收機(jī)中的軟件應(yīng)保證這些差分信息能實(shí)時(shí)

76、解出用戶站的坐標(biāo)。</p><p><b>　　主控站</b></p><p>　　在WADGPS系統(tǒng)中最關(guān)鍵的是主控站。它通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)接收各個(gè)跟蹤站傳輸?shù)腉PS</p><p>　　偽距觀測值和電離層時(shí)間延遲改正值,結(jié)合本站相應(yīng)的GPS數(shù)據(jù),計(jì)算三類廣域差分修正值,即對每一顆GPS衛(wèi)星的星歷改正、鐘差改正和電離層時(shí)間延遲改正的8個(gè)參數(shù)。然

77、后通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)將這些差分信息傳輸給差分信息播發(fā)站。</p><p>　　差分信息播發(fā)站和數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　WADGPS的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和LADGPS的數(shù)據(jù)通訊鏈的主要區(qū)別在于多了跟蹤站與主控站之間的數(shù)據(jù)通訊。主控站或播發(fā)站的數(shù)據(jù)傳輸和播發(fā)、數(shù)據(jù)通訊中的編碼器和用戶的解碼器的功能都和LADGPS類似。但該系統(tǒng)要求覆蓋面廣，傳輸?shù)男畔⒘看?，因此WADGPS中的跟蹤站到主控站的

78、數(shù)據(jù)傳輸和播發(fā)站向用戶站的差分信息傳輸，常常須選用長波，衛(wèi)星通訊等。顯而易見，WADGPS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通訊具有數(shù)據(jù)量大、速度要求快、通訊距離長、覆蓋面大的特點(diǎn)。因此數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)是WADGPS技術(shù)中最復(fù)雜，投資最為昂貴的部分。</p><p>　　2.3.4WADGPS的技術(shù)特點(diǎn)</p><p>　　WADGPS向用戶站提供主控站計(jì)算出的主要誤差源的差分改正值，從而顧及了誤差源對不同位置測站

79、觀測值影響的區(qū)別。所以WADGPS技術(shù)克服了LADGPS技術(shù)對時(shí)空的倚賴性，而且保持和改善了LADGPS中實(shí)時(shí)差分定位的精度。WADGPS技術(shù)的特點(diǎn)是：</p><p>　　主控站和用戶站的間隔可以增大至1000-1500Km甚至更長，且不會(huì)顯著降低用戶站定位精度。因此在中國這樣大的國家里若要維持一定的GPS導(dǎo)航和定位精度，相對于LADGPS系統(tǒng)而言，WADGPS系統(tǒng)大大減少了基準(zhǔn)站的數(shù)量。</p>

80、<p>　　由于能實(shí)時(shí)給出主要誤差源的差分改正值，對于削弱SA的影響，WADGPS技術(shù)的效果要比LADGPS好（見表3，1992年12月美國斯坦福大學(xué)的C.Kee等人在有SA影響時(shí)試驗(yàn)得出的）。</p><p><b>　　表3</b></p><p>　　WADGPS系統(tǒng)的作用覆蓋區(qū)域可以擴(kuò)展到一些困難地區(qū)，如遠(yuǎn)洋、沙漠。</p><

81、p>　　WADGPS技術(shù)由于要求有較好的硬件、軟件和高效率的強(qiáng)大通訊設(shè)備，因此投資、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用相對說來就比較高，對操作和維持這一系統(tǒng)的技術(shù)要求也比LADGPS復(fù)雜的多。同時(shí)用戶的GPS接收機(jī)在進(jìn)行這種類型的差分改正時(shí)，需要更完善的接收設(shè)備和計(jì)算軟件。</p><p>　　2.4數(shù)據(jù)鏈與數(shù)據(jù)格式</p><p>　　差分GPS定位系統(tǒng)是由一個(gè)基準(zhǔn)站和多個(gè)用戶臺(tái)組成。基準(zhǔn)站與用戶臺(tái)之

82、間的聯(lián)系，即由基準(zhǔn)站計(jì)算出的改正數(shù)發(fā)送到用戶臺(tái)的手段是靠數(shù)據(jù)鏈完成的。數(shù)據(jù)鏈由調(diào)制解調(diào)器和電臺(tái)組成。</p><p>　　通常，坐標(biāo)差分可選對講機(jī)，而偽距差分，RTK技術(shù)則應(yīng)選擇電臺(tái)?？紤]到森林中的環(huán)境以及對定位精度的要求，實(shí)施RTK. RTD技術(shù)時(shí)可選擇便攜的電臺(tái)及有RTCM-102 數(shù)據(jù)接口的手持式DGPS接受機(jī)。</p><p><b>　　2.4.1電臺(tái)選擇</b&

83、gt;</p><p>　　目前，市面上的電臺(tái)分為兩類：一類為直接傳輸，甚高頻（VHF）,超高頻（UHF）, 一般以視距直接通視的方式，25 W的功率傳輸，作用距離達(dá)20~100km，這種設(shè)備簡單易用。另一類為地波傳輸，包括低頻（LF）和中頻（MF），這種信號(hào)能沿地球表面?zhèn)鞑ィ莛堖^建筑物和山丘，作用距離可達(dá)1000~2000km，適合于國家級(jí)固定型GPS差分站。在森林資源調(diào)查，監(jiān)測及環(huán)境評(píng)價(jià)定位中，我們選擇頻率

84、為60MHz的MOTOROLA sm120 UHF電臺(tái)，標(biāo)稱作用半徑為50km, 實(shí)際在山區(qū)，林區(qū)為30km，在平原，開闊地區(qū)為50~100km。當(dāng)然，林區(qū)防火了望塔上的UHF電臺(tái)是實(shí)施DGPS 值得利用的資源，可有效地節(jié)省DGPS費(fèi)用，并不影響一旦發(fā)生火災(zāi)時(shí)的通話（語音聯(lián)系）。</p><p>　　2.4.2調(diào)制解調(diào)器</p><p>　　調(diào)制就是利用調(diào)制信號(hào)——這里指差分改正信號(hào)去改變

85、載波的某一參數(shù)的過程。常用載波為正弦波，表征正弦波的參數(shù)為振幅，調(diào)頻和調(diào)相解調(diào)是調(diào)制的相反過程，即從已調(diào)制載波中解調(diào)出用戶感興趣的信號(hào)——差分改正數(shù)等。</p><p>　　一般DGPS系統(tǒng)選擇數(shù)字調(diào)幅，數(shù)字調(diào)頻，數(shù)字調(diào)相。RTD技術(shù)選擇頻移鍵控（FSK），波特率1200bit/s；RTK技術(shù)選擇高斯濾波的最小頻移鍵控MSK，即GMSK，波特率為9600bit/s。 </p><p>　　

86、FSK利用二元數(shù)字信號(hào)調(diào)制載波頻率。當(dāng)數(shù)字“1”和“0”分別控制兩個(gè)獨(dú)立的載波頻率時(shí)，便形成FSK調(diào)制。</p><p><b>　　已調(diào)信號(hào)波形為：</b></p><p>　　式中，初始相位 是在（-π，π）內(nèi)均勻分布的隨機(jī)變量。 </p><p>　　調(diào)制解調(diào)器與電臺(tái)，GPS OEM之間一般通過RS-232C聯(lián)系。</p

87、><p>　　2.4.3NMEA-0183數(shù)據(jù)格式</p><p>　　NMEA-0183是美國國家海洋電子協(xié)會(huì)為海用電子設(shè)備制定的標(biāo)準(zhǔn)格式0180和0182的基礎(chǔ)上增加了GPS接收機(jī)輸出的內(nèi)容而完成的。目前廣泛采用的是Ver 2.00版本?，F(xiàn)在除少數(shù)GPS接收機(jī)外，幾乎所有的接收機(jī)均采用了這一格式。為了有效地開發(fā)GPS芯片，必須熟練地掌握這一格式。因此這里將敘述部分與GPS定位有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)格式

88、。</p><p><b>　　格式定義</b></p><p>　　①數(shù)據(jù)采用ANSI標(biāo)準(zhǔn)，以串口非同步傳送，每個(gè)字的參數(shù)如下： </p><p>　　波特率 4800bit/s</p><p>　　數(shù)據(jù)位 8bit</p><p>　　奇偶校驗(yàn)

89、 無</p><p>　　開始位 1bit</p><p>　　停止位 1bit</p><p>　　②NMEA-183的每條語句格式如下表所示。</p><p>　　例如， GGA GPS固定數(shù)據(jù)，這是一幀GPS定位的主要數(shù)據(jù)，也是用途最廣泛的數(shù)據(jù)。</p><p&

90、gt;　　2.4.4RTCM-104數(shù)據(jù)格式</p><p>　　國際航運(yùn)事業(yè)無線電技術(shù)委員會(huì)（RTCM）于1983年11月為全球推廣應(yīng)用差分GPS業(yè)務(wù)設(shè)立了SC-104專門委員會(huì)，以便論證用于提供差分GPS業(yè)務(wù)的的各種方法，并制定各種數(shù)據(jù)格式。1985年11月發(fā)表了Ver1.0版本的建議文件。經(jīng)過5年的實(shí)驗(yàn)研究，取得了豐富的試驗(yàn)資料，對文件版本進(jìn)行了升級(jí)和修改，于1990年1月公布了Ver2.0版本。新版本提高

91、了差分改正數(shù)的抗差性能，增大了可用信息量。從多次試驗(yàn)表明，差分定位精度由原版本的8~10m提高到5m，通常可達(dá)2~3m。如果應(yīng)用載波相位信息和積分多普勒技術(shù)，則可以使定位精度提高到1m。這是鼓舞人心的事?，F(xiàn)在的商用GPS接收機(jī)除了編制自己的格式外，都配有通用的RTCM SC-104格式，有的就采用了這一通用格式。</p><p>　　為了適應(yīng)載波相位差分GPS的需要，1994年1月又公布了Ver2.1版本。這一版

92、本保留了基本電文，增加了幾個(gè)支撐實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位(RTK)的電文。</p><p>　　開發(fā)GPS技術(shù)的用戶已經(jīng)熟悉了GPS電文。在RTCM電文的字長，字格式，奇偶校驗(yàn)規(guī)則和其他特性。兩種格式的主要差別在于GPS電文格式中各子幀的長度是固定的，而差分GPS電文格式采用要變長度的格式。在編輯中要考慮以下因素：</p><p>　　增強(qiáng)奇偶校驗(yàn)規(guī)則，以檢驗(yàn)出數(shù)據(jù)中的誤差，避免將錯(cuò)誤改正數(shù)發(fā)送給用戶

93、，提高用戶使用的可靠性。</p><p>　　一般用戶不需要數(shù)據(jù)鏈的奇偶校驗(yàn)，不需要在數(shù)據(jù)傳輸過程成中的控制。這樣，在多數(shù)應(yīng)用中，不需要數(shù)據(jù)鏈奇偶校驗(yàn)和編碼方案。</p><p>　　奇偶校驗(yàn)規(guī)則，搭接邊界規(guī)則，求解模糊度符號(hào)，在雙相調(diào)制數(shù)據(jù)傳輸中統(tǒng)一協(xié)調(diào)解決。</p><p>　　采用30bit和50Hz傳輸率相匹配，字邊界時(shí)間為0.6s的整倍數(shù)，便于定時(shí)控制。以

94、 前采用的32bit只能在16s內(nèi)有一次相遇。</p><p>　　RTCM-104格式共有21類63種電文形式，比較重要的有電文1-DGP改正數(shù)，電文2-ΔDGPS改正數(shù)。</p><p>　　時(shí)刻t的偽距改正數(shù)為：</p><p>　　式中， 為16bit的偽距改正數(shù)，RRC為8bit的偽距改正數(shù)變化率， 為第二字碼的改正Z記數(shù)。經(jīng)改正后的偽距

95、為：</p><p>　　PR(t)=PRM(t)+PRC(t)</p><p>　　PR(t)為差分改正后的偽距值，PRM(t)為偽距觀測值，PRC(t)為t時(shí)刻的偽距改正數(shù)。</p><p>　　用戶差分測距誤差（UDRE）的1δ估值可由基準(zhǔn)站提供，一般而言 （單位權(quán)方差）。</p><p>　　現(xiàn)在將電文格式和類型介紹于

96、后：</p><p><b>　　電文格式</b></p><p>　　各個(gè)電文類型的格式不同。每一幀電文由不同數(shù)目的30bit字碼組成。每一電文字包括引導(dǎo)字和參數(shù)組成。字碼中前24個(gè)字為數(shù)據(jù)，后6個(gè)字為海明奇偶校驗(yàn)位與GPS發(fā)射的電文相同。一般計(jì)算機(jī)都是16bit或32bit字長，而SC-104選擇了30bit字長，這樣，與每秒50bit的導(dǎo)航電文相匹配，字的邊界將

97、出現(xiàn)在0.6秒的整數(shù)倍處。應(yīng)用0.6秒單位作為標(biāo)志參考時(shí)間到電文參數(shù)的基本時(shí)間間隔。參考時(shí)間稱為修正Z計(jì)算。他是衛(wèi)星導(dǎo)航電文中z計(jì)數(shù)形成的，z計(jì)數(shù)是GPS衛(wèi)星的基本時(shí)間單位。它是29bit二進(jìn)制數(shù)。</p><p>　　每一幀電文的前兩個(gè)字為字頭，內(nèi)容都相同，為8bit（01100110）的引導(dǎo)字，后接電文類型、參考站識(shí)別符、修正z計(jì)數(shù)，每幀增量的序列號(hào)、幀長和參考站健康狀況。</p><p&

98、gt;<b>　　電文類型</b></p><p>　　SC-104一共規(guī)定了26類電文（表1），有些是固定的，有些是試用的。1個(gè)電文放棄不用，9個(gè)備用。下面簡單介紹幾幀最重要的電文：</p><p><b>　　表1</b></p><p><b>　　電文1</b></p><

99、p>　　這是一幀最主要的電文。它提供C/A碼的偽距改正數(shù)PRC（t）以供給用戶改正在t時(shí)刻的偽距觀測量PRM（t）。改正數(shù)分為兩部分，一部分是修正z計(jì)數(shù)參考時(shí)間的偽距改正數(shù)PRC（t0），另一部分為偽距變化率改正數(shù)RRC，則改正數(shù)為：</p><p>　　PRC(t)=PRC(t0)+RRC(t-t0) (1-18)</p><p&

100、gt;　　用戶臺(tái)改正后的偽距為： PR（t）=PRM（t）+PRC（t）</p><p>　　此電文除了偽距變化率的改正數(shù)外，還包括比例因子（s）、用戶差分定位精度（UDRE）、衛(wèi)星標(biāo)識(shí)符（ID）和數(shù)據(jù)發(fā)布期（IOD）。比例因子確定了偽距和偽距變化率改正數(shù)的單位。分為兩檔：高精度狀態(tài)，偽距為0.02m和變化率為0.002m/s；低精度時(shí)，偽距為0.32m和變化率為0.032m/s。UDRE是由基準(zhǔn)站提

101、供的，0-<=1m,1-<=4m,2-<=8m,3-<8m。ID為衛(wèi)星編號(hào)，IOD為數(shù)據(jù)發(fā)布期，與GPS電文相同，它保證用戶臺(tái)使用與基準(zhǔn)站相同的星歷和時(shí)鐘參數(shù)。</p><p><b>　　電文2</b></p><p>　　當(dāng)基準(zhǔn)站應(yīng)用新的一組軌道參數(shù)、時(shí)鐘參數(shù)，用戶臺(tái)也采用時(shí)，這之間存在著時(shí)延，此時(shí)需要電文2。電文2包括轉(zhuǎn)換兩組參數(shù)時(shí)的偽距

102、和偽距變化率的差值，稱為△偽距改正數(shù)和△偽距變化率改正數(shù)。用戶采用此電文直到收到新的一組參數(shù)為止。跟蹤能力強(qiáng)的接收機(jī)可省去這一組電文。</p><p><b>　　電文3</b></p><p>　　此電文包括基準(zhǔn)站的x，y，z坐標(biāo)，精度達(dá)到厘米級(jí)。此坐標(biāo)為WGS-84坐標(biāo)系。</p><p><b>　　電文4</b>&

103、lt;/p><p>　　原計(jì)劃基準(zhǔn)站發(fā)射載波相位，以供用戶臺(tái)進(jìn)行精密定位。由于相對測量中的精確時(shí)標(biāo)難于統(tǒng)一，而采用了RTK技術(shù)予于代替，所以這一幀電文已經(jīng)放棄。</p><p><b>　　電文5</b></p><p>　　此電文為衛(wèi)星星座健康狀況。它包括基準(zhǔn)站觀測的衛(wèi)星健康狀況、信噪比，作為觀測時(shí)的參考。</p><p>

104、;<b>　　電文6</b></p><p>　　此電文為零幀，無內(nèi)容。它包括兩個(gè)字頭字碼或一個(gè)字頭加交替“1”“0”的24bit數(shù)據(jù)組成。</p><p><b>　　電文7</b></p><p>　　此電文提供用于差分GPS的無線電信標(biāo)的性能，包括識(shí)別符、位置、頻率、服務(wù)范圍、健康狀況、調(diào)制方式以及糾錯(cuò)方式。此電文對

105、大范圍運(yùn)動(dòng)的用戶特別適用。</p><p><b>　　電文9</b></p><p>　　此電文于電文1格式相同和用途相同。其最大差別是電文1包括了基準(zhǔn)站跟蹤全部衛(wèi)星的偽距改正數(shù)和偽距變化率的改正數(shù)。而電文9只包括了三個(gè)衛(wèi)星的改正數(shù)。即將電文1分成3組由電文9發(fā)送出去。這樣設(shè)置優(yōu)點(diǎn)為：第一，減少電文1的發(fā)送時(shí)間，改善了定位精度，特別是在偽距和變化率改變大的時(shí)候。第二

106、，通用電文字頭發(fā)送速率提高3倍，使用接收機(jī)同步的機(jī)會(huì)大大增加。</p><p><b>　　電文18-21</b></p><p>　　此電文是用于發(fā)送RTK信號(hào)的電文，這組數(shù)據(jù)可供給飛行運(yùn)動(dòng)中（OTF）求解相位模糊度。電文18為載波相位觀測量，電文19為偽距觀測量。這些數(shù)據(jù)未經(jīng)過任何改正，是基準(zhǔn)站觀測的原始數(shù)據(jù)。電文20和21是載波相位和偽距改正數(shù)，它是由基準(zhǔn)站的已

107、知精度坐標(biāo)計(jì)算出來的。在電文中采用適當(dāng)?shù)臉?biāo)志來識(shí)別L1，L2，電離層差改正、載波相位和偽距數(shù)據(jù)。其中L2載波相位為半波或全波，電離層改正是由L1 C/A碼或P碼計(jì)算的，偽距是由C/A碼或P碼計(jì)算的。</p><p>　　電文18-21包括著測量的GPS時(shí)間，由于提高字頭中z計(jì)數(shù)的分辨率。此電文也包括數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)定。這是由載波相位中未改正的周跳次數(shù)來表征。同時(shí)，給出基準(zhǔn)站偽距多路徑誤差的估值。</p>

108、<p><b>　　(3)電文結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　RTCM電文是由二進(jìn)制編碼的數(shù)據(jù)流組成。每一RTCM電文是由（N+2）個(gè)30bit字組成。每個(gè)字分解為5個(gè)6bit的字節(jié)。這樣可允許在標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)UART間串行傳遞。在RTCM中，其MSB（最高位）標(biāo)為d1，LSB（最低位）標(biāo)為d30。這樣d1-d6包含在字節(jié)1中，d25-d30包含在字節(jié)5中。字節(jié)5為奇偶校驗(yàn)碼，用于校

109、驗(yàn)接收到的RTCM數(shù)據(jù)。</p><p>　　RTCM電文結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)字頭和后接N個(gè)數(shù)據(jù)字。解碼的字頭包括1個(gè)引導(dǎo)字、各電文的字?jǐn)?shù)N、電文類型和其他數(shù)據(jù)。</p><p>　　RTCM電文格式采用6/8（bit1-6，bit1為LSB）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。Bit7設(shè)置為標(biāo)志位，bit8設(shè)置為空格。這種編碼規(guī)則對RTCM字節(jié)而言在十進(jìn)制64-127之間有效。凡大于127和小于64的字節(jié)對RTCM均

110、無效</p><p><b>　　（4）電文解碼</b></p><p>　　接收機(jī)在接收到RTCM電文后，按照以下次序?qū)﹄娢倪M(jìn)行解碼：</p><p><b>　　字節(jié)掃描</b></p><p>　　在接收到每一字節(jié)后的第一件事是進(jìn)行字節(jié)掃描。只允許有效的RTCM電文通過并進(jìn)入解碼過程。如果字節(jié)