淺談衛星差分導航定位技術

楊帆

摘 要 本文首先對衛星差分導航定位技術的工作原理及誤差等內容進行了論述，隨后分析了該技術在北斗導航定位系統中的原理和實現，最后介紹了衛星差分導航定位技術的具體應用，以期給相關從業者提供參考。

關鍵詞 衛星差分導航定位技術;用戶接收機;定位誤差

1 衛星差分導航定位技術

衛星差分定位技術在相關領域的發展和應用已經逐步趨于成熟，其應用原理主要可以表達如下：通過在一個固定地點（站臺）進行測地，并獲得位置的精確數據，在將該位置所測得的數據，使用1個C/A碼（民用碼）用戶接收器來實現GPS信號的接受，再對該位置的精確數據和測得數據進行差異對比和分析，即可獲得“GPS定位誤差修正量”。然后再將“GPS定位誤差修正量”使用無線電發射機傳播至該地區使用中的C/A用戶接收器接受，最終實現接收器數據的修正。差分式GPS系統的應用，能夠將C/A碼接收器的定位數據精度提升10倍以上。

GPS在定位過程中會產生一定的誤差，可以將誤差分為三部分。第一，各類用戶接收機公有的誤差，比如電離層誤差、對流層誤差、衛星鐘誤差等等;第二，普遍存在傳播延遲誤差，這類誤差難以直接由用戶測量且無法由校正模型直接計算獲得;第三，即全部用戶接收機的固有誤差，包括通道延遲、內部噪聲等等。通過差分技術的使用，能夠有效改善甚至消除上述誤差，具體消除情況如下。第一類誤差能夠完全消除;第二類誤差能夠消除絕大部分，消除可能性與基準接收機和用戶接收機之間的距離密切相關;而差分技術在第三類誤差則無法起到作用。總的來說，差分技術在導航定位中的應用，能夠有效提高GPS的定位精度。通過使用用戶接收機和基準接收機各一臺，并使用實時技術或事后處理技術，則能夠將公共誤差源，即電離層效應和對流層效應進行消除[1]。

衛星差分定位技術實際上就是在同一測站測量兩個目標，再通過在兩個測站測量一個目標，或者在同一測站對同一目標進行兩次測量，通過對兩者之間的差值計算，來得出存在的公共項（即公共誤差和公共參數）。

根據差分GPS基準站的信息發送方式，可以將衛星差分定位技術分為位置差分、偽距差分和相位差分三類，其工作原理基本一致，不同之處在于所發送的改正數值不同，且差分定位精度也有所差異。

2 北斗導航定位系統中的差分定位技術

差分定位技術的應用，能夠有效提高GPS的定位精度，差分定位技術的基本算法包括偽距單點定位算法和載波相位測量算法兩種。偽衛星技術在北斗導航定位系統的支持下，借鑒了GPS技術的導航算法，其通過地面衛星接收站來實現系統定位精度的提升。在這一過程中，北斗信號和GPS信號都能夠同時被用戶所接受，從而實現快速定位。若衛星的數量≥2，則能夠同北斗系統共同組成四星的衛星定位系統，接收機能夠同時進行4顆衛星的距離測定，測量方法是通過測量衛星發射電波至接收機接收到電波的時間差，乘以光速求得距離。通過設置一個衛星基站為差分基站，以進行差分定位，同時由于差分衛星的精準坐標已知，即可求得與衛星之間的實際距離，并對其進行比較、修正和傳輸，再通過修正后的偽距進行定位計算，最終求得用戶接收機的精確位置。

載波相位測量定位算法是通過接收機接受衛星載波信號與本振參考信號的相位差，以測定傳播路徑的相位變化至，最終獲得信號傳播的距離。此方法不使用碼信號，因此誤差不受到此因素的影響。

3 衛星差分導航定位技術的具體應用

3.1 衛星差分定位技術在交通運輸方面的應用

伴隨著我國科技和信息化水平的增長，交通運輸行業的發展急劇加快，為了提高人們的生活水平，必須對交通運輸進行科學調度和管制。自從GPS技術在各行各業中廣泛應用以來，其高精度的特點受到了交通運輸行業的青睞。其中，警車、消防車等需要有較高的定位精度，才能準確定位到需求位置，防止由于位置偏差耽誤了治安效率和消防救援。因此，衛星差分導航定位技術的出現，能夠有效提高此類車輛的應用效果。

V2V通信技術的出現，能夠對公路上行駛的車輛速度和位置等進行監測，從而能夠實現行車道路前方路況的預測，使司機能夠及時避開前方可能發生的碰撞。V2V系統還能夠實現汽車之間的聯系和通信，以防止交通事故的發生。在V2V技術中采用衛星差分定位技術，能夠有效提高車輛的定位精度，從而提高自動預報精度和效率，最大限度地降低了事故發生的可能。

3.2 衛星差分定位技術在智能設備的導航定位中的應用

信息時代的到來，使得人們的生活越來越離不開智能設備的應用。現如今，人們的日常出行對手機導航有較強的依賴，同時對其定位精度也有了越來越高的需求。若是將衛星差分定位技術應用于手機導航中，能夠極大地提升手機導航的精度，對人們的日常出行具有較大便利。另外，伴隨著車聯網技術的發展，能夠將信息網絡平臺上的車輛信息進行廣泛提取和綜合利用，同時根據車輛的運行狀態來進行監管，并提供功能性服務。因此，衛星差分導航定位技術在車輛導航中的應用，能夠將車道間的定位精確到厘米級，有助于車輛的行駛安全。

3.3 衛星差分定位技術在其他方面的應用

衛星差分定位技術的應用，能夠將定位精度精確到厘米級，因此衛星差分定位技術能夠在高鐵橋梁、路基結構、電纜等方面進行實時監測，同時，還能夠在水下地形測繪、石油勘探定位、大比例尺航空測繪、船舶機動性能測定、載體姿態測定等領域中充分應用[2]。

4 結束語

綜上所述，衛星差分導航定位技術在GPS導航定位技術中的應用，能夠有效減少GPS的測量誤差，從而提高定位精度，為人們的日常生活提供便利。因此，加強對衛星差分導航定位技術的工作原理及應用等具有重要意義。當下，衛星差分導航定位技術的研究日益成熟，其應用范圍也逐漸實現普及，將其廣泛拓展應用到各行各業中是其未來的發展趨勢。

參考文獻

[1] 張裕松.我國北斗導航系統定位原理及應用前景探討[J].太赫茲科學與電子信息學報，2002，（1）：6-13.

[2] 謝鋼.GPS原理與接收機設計[M].北京：電子工業出版社，2009：7.