差分GPS当前应用

【摘 要】 随着全球卫星导航定位技术的快速发展，卫星导航定位技术和系统已经广泛应用到各种领域。美国的全球定位系统（GPS）具有很多优点，技术成熟，已在全球广泛使用。本文将分别介绍差分GPS技术，地基增强系统与星基增强系统三种技术的原理与发展现状，并对每项技术进行了总结与展望。

【关键词】 差分GPS 地基增强系统 星基增强系统

1.差分GPS

1.1简介。差分GPS（Differential Global Positioning System，即DGPS）是利用已知基准站精密计算出基准站到卫星的伪距改正数，用户接收机在进行GPS观测的同时，利用接收到的基准站的伪距改正数，进行定位计算，求解出精确的用户接收机的位置。由于这种改正能将公共误差抵消，从而提高了定位精度。

差分 GPS 系统主要由三部分组成，即基准站、数据链和用户（流动站）。其定位原理是基准站上的 GPS 天线和流动站上的 GPS 天线同时接收一组卫星信号，两个 GPS 天线将接收到的卫星信号再分别传递给基准站 GPS 接收机和流动站上的 GPS 接收机。由于基准站被安置在某一固定位置，故基准站的坐标为固定值。根据基准站已知的精确坐标和已知卫星的距离，可以反算出卫星的位置坐标，并通过比较解算出差分改正数。同时基准站将解算出的差分改正数通过基准站的发送天线实时的发送给流动站的 GPS 天线，流动站上的 GPS 天线将接收的数据通过流动站数据链传给流动站上的 GPS 接收机。流动站上的 GPS 接收机根据 GPS 天线的观测数值和基准站接收机提供的差分改正数，解算出精确的用户坐标。

1.2国内外研究现状。目前，GPS 导航和定位不仅广泛应用在美国及其盟国的军事行动中，全世界几乎所有有导航和定位需求的用户，都被GPS的全天候，全球覆盖，高精度，方便廉价所吸引。GPS 对人们在地球上的导航和定位产生了巨大的影响，可以满足各种不同用户的需求。

GPS系统由卫星空间部分，地面控制部分，用户接收机设备三部分构成。GPS的空间部分由24颗GPS卫星构成，GPS 卫星的平均高度大约20200km，运行轨道是长半轴为26609km椭圆，运行周期12小时。这24颗卫星运行的椭圆轨道的倾角是55度，每个椭圆运行轨道上都是4颗。

使用支持差分功能的GPS接收机可以直接进行差分GPS定位从而获得高精度的定位结果。但现在支持播发RTCM差分协议的GPS接收机，不管是国内还是国外，价格都十分高昂，这让普通用户难以承受。GPS OEM板卡由于价格低廉和灵活方便的特点，受到了学者和研发人员的青睐。除此之外，还可以只购买相关定位模块，然后自主电路设计研制板卡进行相关实验，可以进一步降低系统成本。

2.地基增强系统

2.1简介。国际民航组织出了地基增强系统的概念（GBAS，Ground Based Augmngtation System）的概念，美国定义其名称为本地局域增强系统。实际上， 地基增强系统不止满足民航，也满足大地测量与地球科学、GNSS测量、测绘和导航用户的需求。地基增强系统是卫星定位技术、算机网络技术、字通信技术等高新科技多方位深度结晶的产物。连续运行的基准站（CORS）系统由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户应用系统五部分组成。各基准站与监测分析中心间通过数据传输系统连接成一体，形成专用网络。

2.2国内外研究进展。世界上较发达的国家都建立或正在建立地基增强系统。国际GPS服务商（IGS）在全球约有IGS站点400多个，隶属于不同国家的100多个科研机构、大学和政府组织，是国际上最具影響力的地基增强网络。美国CORS系统是由美国国家大地测量局（National Geodetic Survey，NGS）负责组织协调的一个合作运行网络，该系统现拥有200多个不同组织管理的1800多个GPS连续运行站组成。欧洲永久性连续运行网（EUREF Permanment Network，EPN）是欧洲100多个机构和大学建立的永久性卫星基准站网的基础上，由IAG欧洲分委员会（EUREF）负责建立的一个合作性连续运行站网。

3.星基增强系统

3.1简介。星基增强系统（SBAS）是高精度卫星导航系统的重要组成部分，它通过地球静止轨道（GEO）卫星上的透明转发器，向用户播发完好性信息和修正信息（包括星历误差、卫星钟差、电离层延迟等），并提供测距信号来增强导航信号，从而提高原有导航系统的定位精度等各项性能。由于SBAS通过GEO卫星在非常大的区域上空广播修正信息，并能从相对较少的地面参考站获得观测误差从而进行误差修正，因而更适合广域增强。

3.2国内外研究现状。目前，全球已经建立起多个导航增强系统，主要分为星基增强系统（SBAS）和地基增强系统（GBAS）两大类，如表 1.1 所示。由于 GPS 在全球占据着主导地位，现有的增强系统如美国的 WAAS 和日本的 MSAS 等均针对 GPS 系统实现增强;截至 2007年10月，该系统由遍布美国、具有精确的测量坐标的38个广域地面参考站（WRS， Wide-area Reference Station）和3个主控站（WMS， Wide-area Master Station）构成地面网络，由4个上行注入站、4颗地球同步卫星和大量 WAAS 用户接收机组成传输链路，覆盖范围包括整个美国大陆和阿拉斯加的大部分地区，部分地区实测定位精度为水平方向 1m，垂直方向 1.5m。 欧洲静地导航重叠系统（EGNOS）是由欧洲开发的星基增强系统，可以同时对GPS系统和GLONASS系统进行广域增强。它和 WAAS 系统有着相似的原理，目的是提高导航系统的精度、完好性和可用性。截至 2007年7月，EGNOS系统可以达到水平方向1.04m（95%）、垂直方向 1.56m（95%）的定位精度。

【参考文献】

[1] 徐周，GPS差分定位技术及实现方法的研究 [D].解放军信息工程大学， 2006.

[2] 刘朋.LORA通信技术在差分GPS中的应用研究[D].电子科技大学，2018.

[3] 夏熙梅.差分GPS定位技术及应用 [J].现代情报，2002，3：99-100.

[4] 黄丁发，丁建伟等.差分GPS连续运行参考站（网）建设研究 [J].西南交通大学学报，2000，35（4）：375-378.

作者简介：李梦真（1995），男，在读研究生，成都理工大学，610000，生态环境遥感。