广域差分GPS技术PPT

GPS广域差分技术武汉大学卫星导航定位技术研究中心差分GPS：利用相对定位思想实现米级精度的实时定位技术1.局域（常规）差分GPS（LADGPS/CDGPS）原理：利用单基准站确定的伪距误差修正值修正用户伪距特点：受距离限制，基准站作用半径（100-200km）2.局域网差分GPS（LANGPS）原理：利用多基准站确定网覆盖区域内多站伪距修正的加权平均，提高精度，增加使用距离特点：采用伪距及其变率修正，仍不能分离各类误差的不同影响3.广域差分GPS（WADGPS）原理：利用多基准站的实时观测数据，传送给主控站（中心站），分别确定卫星轨道误差（定轨）卫星钟差和电离层延迟，再把这三项改正传给用户，实现数千公里远距离的米级精度“单点”定位。特点：基准站间数据传输频度高，误码率要求严广域差分GPS(WADGPS)实时定位技术广域差分GPS技术基本思想WADGPS系统的基本构成工作 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 技术特点数学模型（差分改正数的计算方法）与普通差分不相同普通差分是考虑的是误差的综合影响广域差分对各项误差加以分离，建立各自的改正模型用户根据自身的位置，对观测值进行改正广域增强差分GPS和局域增强差分GPS广域差分GPS技术目的抵制SA政策避免常规差分精度随着差分距离增加而显著下降确保导航广域可用性、可靠性主要特点在一个广大的区域内建立起若干个GPS跟踪站组成差分GPS网，通过数据通信连接实现区域实时精密定轨并提供精密预报星历，克服SA中广播星历人为精度降低实现精确实时测定SA中频率抖动对卫星钟差的影响实现较为精确确定区域电离层模型以消弱电离层的影响WADGPS的基本思想对GPS观测量的误差源加以区分，并对每一个误差源分别加以模型化，然后将计算出来的每一个误差源的误差修正值（差分改正值），通过数据通讯链传输给用户，对用户GPS接收机的观测值误差加以改正，以达到削弱这些误差源的影响、改善用户定位精度的目的。因此，既削弱了LADGPS技术中对基准站和用户站之间的空间相关性的要求，又保持了LADGPS的定位精度。WADGPS系统中，只要数据通信链有足够的能力，基准站和用户站之间的距离在原则上是没有限制的。WADGPS所针对的误差源主要有三个部分：(1)卫星星历误差，包括SA中ε技术的影响；(2)卫星钟差，包括SA中δ技术的影响；(3)电离层对GPS信号产生的时间延迟。WADGPS系统就是为了削弱这三种主要误差源而设计的一种导航定位系统工程WADGPS系统的基本构成卫星跟踪站设备双频GPS接收机，自动气象仪（可选），原子钟（可选）任务采集GPS原始观测数据，气象数据计算当地电离层时间延迟把各类数据传输到主控站要求至少3个（计算三项差分改正）主控站接收各跟踪站的数据计算三类广域差分修正值（星历改正，钟差改正，电离层延迟）传输改正信息到差分信息播发站数据通信链路和差分信息播发站多个跟踪站与主控站之间的通信，主控制与差分信息播发站之间的通信常用长波和卫星通讯（数据量大，覆盖面广）用户站C/A码的单频接收机，具有接收差分播发站发送的差分信息的能力，并用于定位解算WADGPS的工作流程WADGSP系统一般有一个主控制站、若干个GPS卫星跟踪站（又称基准站或参考站）、一个差分信号播发站、若干个监测站、相应的数据通讯网络和若干个用户站组成。系统的工作流程可以分为五个步骤：(1)在已知精确地心坐标的若干个GPS卫星跟踪站上，跟踪接收GPS卫星的广播星历、伪距和载波相位信息等；(2)跟踪站所获得的这些信息，通过数据通讯网络全部传输到主控站；(3)在主控站计算出相对于广播星历的卫星轨道误差改正、卫星钟差改正及电离层时间延迟改正。(4)将这些改正通过信号播发站（数据通讯网络）传输到用户站。(5)用户站利用这些改正值来改正它们所接收到的GPS信息，进行C/A吗伪距单点定位以改善用户站的GPS导航定位精度。WADGPS的技术特点主控站与用户站的间隔可以增大至1000－1500km甚至更长，且不会显著降低用户站的精度。由于实时给出主要误差源的差分改正值，对于削弱SA的影响，WADGPS技术的效果要比LADGPS的效果要好。WADGPS系统的作用范围可以扩展到一下困难地区如远洋、沙漠WADGPS技术由于要求有较好的硬件和软件、高效率的强大的通讯设备，因此投资、运行和维护费相对来说就比较高。广域增强差分GPS（WAAS）工作方式将主控站计算出来的广域差分改正信息，通过地球站传到地球同步卫星，该同步卫星以GPS的L1频率为载波，将上述差分改正信息当作GPS导航电文转发给用户站。技术特点由于数据传输链所采用载波频率与GPS卫星的信号频率一致，因此用户接收机可以接收WAAS的差分改正信息，而不需要另外增加通信链；同步卫星信号的实时传输数据的能力强，而且可以覆盖很大的区域，从而较好的解决了主控站与播发站，播发站与用户站之间的数据传输问题若在WAAS中要求同步卫星所传输的信号不仅仅是差分改正信息，而且还包括C/A码和同步卫星星历，则这颗同步卫星就成为空基的“伪卫星”，相当于增加了卫星测距源，因而用户的定位精度和可靠性上都高于WADGPS.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）与普通差分不相同普通差分是考虑的是误差的综合影响广域差分对各项误差加以分离，建立各自的改正模型用户根据自身的位置，对观测值进行改正差分观测值改正的计算方法用消除电离层影响的双差观测值确定并外推轨道用基准站的双频观测值计算电离层改正参数把电离层模型和轨道作为已知值确定卫星钟差电离层模型改正电离层影响的一般消除方法观测值组合方法（双频理想，单频不实用）经验改正模型（公式简单，改正精度差）实测模型（需要基准站，精度好）克劳布歇模型（广播星历中发播的电离层改正模型）VTEC模型克劳布歇模型代表电离层延迟的周日平均特性，最大定为当地时间14点，比较苻合中纬度地区改正效率50％改正方法（参考书上）电离层折射改正模型的确定用双频数据确定一个能反映电离层折射实时变化的改正模型单层模型格网模型的用户电离层改正计算广域差分GPS的要求技术指标的要求精度覆盖面更新率运行功能的要求完备性报警限值（定位误差的 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 限值）示警耗时示警能力失误几率有效性（95～99.9%）可靠性在系统服务时间内，系统正常运行的几率经费建立的软件硬件费用，维持费用和用户使用费用分布式广域差分GPS技术 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 一般WADGPS布设方案方案A跟踪站和用户都用单频接收机，中心计算机投入建设经费较少，适合低精度导航方案B跟踪站双频，用户用单频接收机方案C跟踪站和用户都用双频接收机分布式广域差分GPS技术特点中国境内GPS跟踪站确定星历改正SA钟的抖动问题预报星历的外推分布式广域差分GPS的布网方案卫星跟踪站（7～8）主控站（1～2)地区性的GPS差分基准站（7～9）监测站GPS差分播发站用户站主控站：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28）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GPS的技术 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 和功能要求技术指标精度（1～5m）覆盖面（我国全部陆地、岛屿和近海地区）更新率（卫星星历3h，钟差6s，电离层改正30min）运行功能指标完备性报警限值（7m）示警耗时（<6s）示警能力(>95%)失误几率(<1.61×10－6/天)有效性（>95%）可靠性在系统服务时间内，系统正常运行的几率(>99%)分布式广域差分GPS的与其他系统的比较分布式广域差分GPS的优点简化数据通信，主控制站无需连续、实时传播GPS跟踪站数据区域性差分基准站计算卫星的相对钟差利用预报精密星历和预报卫星钟差及电离层改正模型提高用户的定位精度与局域差分GPS和普通广域差分GPS的比较与WAAS的关系广域差分GPS的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。核心：方法：组成：跟踪站（基准站）、主控站（中心站）、地区差分基准站、发播站。5-6个跟踪站，1-2个主控站7-9个地区差分基准站和差分信息播发站布网方案：网图：三个性能指标:定位精度：±1~5m覆盖：全国陆地，近海海区更新率：星历3min，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（1.6110-6）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…...通信方案：技术标准：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/12h(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基准站建站方案示意图：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。定轨与轨道预报结论：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数值结果图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2~3ns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L1，L2的双频接收机有P2-P1=ψ1λ1-ψ2λ2+（N1λ1-N2λ2）即P2-P1=L4+（Amb）L4利用L4平滑P2-P1P2-P1=--0.104994.TEC+ΔTEC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α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KLOBUCHAR模型精度统计表VTEC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 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 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1.目的：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、技术指标目标：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2.系统组成见图房山站乌鲁木齐拉萨站武汉站主控站计算机Rogue8000Rogue8000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3.试验结果：1）实时近距离静态定位试验（兼作监控站）（距地区站天线10m）结论：定位中误差：三个分量分别为±0.7m，±0.6m，±2.0m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）结论：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〈±３.０mRDS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*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、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Thankyou!