卫星导航差分定位实践教学研究

苏伟斌 李厚朴 纪兵

摘要：针对“卫星导航原理及应用”课程教学需求，实验室引入基准站流动站硬件设施，对课程中涉及的差分定位，进行全套流程操作教学，使单调的教学内容以具体的方式展示出来。教学实践表明，实践教学极大地提升了学员的学习自主性和动手能力，在数据分析的过程中也对数据处理能力进行了锻炼，教学效果显著。

关键词：卫星导航；差分定位；教学实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）47-0140-02

一、引言

卫星导航技术的发展如今已经渗透进了人类世界的方方面面，影响着人们的日常生活。在卫星定位过程中，定位精度受到各方面因素的影响。为了解决这一问题，差分定位技术出现并迅速发展，其利用卫星轨道误差、卫星钟差、信号传播电离层延迟和对流层延迟四种误差的相关性，通过建立差分系统，削弱误差的影响，从而获得移动站的精确位置[1-2]。

在高精度卫星导航定位教学中，应用广泛的载波相位差分技术是很重要的一部分，但基于客观原因，往往存在于口头式、抽象式的阐述，学员只能对其原理有个模糊的印象，且理解费劲，无法真正让学员切实体会到差分定位的优势。在如今的专业课教学中，对概念的掌握已经不再满足于岗位的需要，尤其在当前全军院校所倡导的“实战化教学”大背景下，课程组尤其关注学员对仪器的操作能力、对数据的处理能力以及对统计结果的分析能力，这些才是战场上所需要的“硬本领”[3-4]。

二、教学思路

在差分定位教学中，教员首先带领学员了解高精度差分定位技术的发展现状，了解课题研究的背景及研究意义，接下来重点对差分定位技术原理、组成和应用进行深入学习，并利用实验室相应设备指导学员开展差分定位实验，培养软硬件的操作、数据处理能力，最后根据数据处理结果进行讨论分析。

实验流程如图1所示。

三、教学实施

1.实验仪器及配置。实验仪器包括CORS机、流动站、DTU、测量天线、数据连接线若干，如图2所示。

使用计算机的串口配置软件，对CORS机和DTU进行配置。对CORS机的配置主要为卫星电文（GPS电文1074、GLONASS电文1084、北斗电文1124），差分数据输出模式；对DTU主要设置中心站地址和端口号。最后架设天线，连接DTU与CORS機，完成CORS基站的建设，实现差分信号播发。此处重点培养学员对配置软件的操作能力。

流动站与基准站连接成功后，将流动站放置于开阔地带，待锁定卫星成功后，在手簿上点击状态即可显示定位结果、星空图、卫星表和信噪比等各项参数，如图3所示。实时、直观、动态、准确的信息和卫星数据远比在课堂上的口头教学更让学员容易接受。

2.实时静态定位性能测试对比。固定流动站至开阔地带静置，分别进行差分模式下与非差分模式下的实时静态定位性能测试。引导学员对两者的可见星数、精度值、DOP值进行观测，并通过手簿软件采集数据，采集完毕后数据可通过Excel、Matlab等方式导出。此时需要教员引导学员对各采集值的均方根值、均方根误差、标准差进行统计与分析，了解其含义并绘制图表观察其数据大小及波动变化状况。既培养学员的数据处理能力，通过图表也可以直观地反映出差分定位的优势。

由于篇幅限制，本文仅展示实验中HRMS（平面精度）的对比。结果分析如表1、图4所示：

由表1、图4可以看出：在静态实验中，HRMS在差分解下基本无波动，在无差分信号时存在较明显波动；非差分模式下HRMS值都比差分模式下大，体现出差分模式下定位精度更高。

3.实时动态定位性能测试对比。将接收机固定在移动介质，在动态模式下分别进行差分与非差分下的连续采点，并对数据进行相同的处理。此处重点培养学员的动手实操能力以及团结协作配合能力，包括仪器的架设、数据的采集等工作都需要学员之间的互相配合。采集结束后，手簿软件可将每一个采集点在地图上显示出来。结果分析如表2、图5所示：

由表2、图5可以看出：在动态实验中，HRMS均存在波动，但非差分解下波动更加剧烈，起伏更大；非差分模式HRMS值普遍比差分模式下大，体现出差分定位的优势。

四、结束语

在差分定位实践教学过程中，还应该注意以下几点：（1）为提高实验效率，静态实验可与动态实验同步进行；（2）实验地点应选择尽量空旷的场地，保持良好卫星可见性；（3）实验过程中爱护设备，注意人员安全，教员全程跟进指导，及时对实验中出现的问题进行指正；（4）在对基准站与流动站的配置过程中，还可以将实时差分数据通过串口用计算机软件采集，使学员对差分数据的格式和差分定位的解算有更深入的理解。

参考文献：

[1]杨杰，张凡.高精度GPS差分定位技术比较研究[J].移动通信，2014，（2）：54-58.

[2]边少锋，纪兵，李厚朴.卫星导航系统概论[M].第2版.北京：测绘出版社，2016：162-164.

[3]闫民，张作前，刘俊瀛.推进军队院校任职教育应突出特色发展[J].继续教育，2013，（7）：59-61.

[4]孔巧丽，韩李涛，刘智敏，郭金运.GNSS实验室仪器设备信息化管理设计与实现[J].实验室研究与探索，2015，（6）：236-239.