GNSS测量技术：动态测量成果

GNSS动态定位是以卫星至观测站的伪距为观测量来确定在定位过程中处于运动状态的接收机位置的方法。

GNSS动态测量有单点动态测量(动态绝对定位)和实时差分动态测量(动态相对定位)方法。

1. 单点动态定位(动态绝对定位)

GNSS绝对定位主要是以卫星至观测站的伪距为观测量来确定在定位过程中处于运动状态的接收机位置的方法。

动态绝对定位是确定处于运动载体上的接收机在运动的每一瞬间的位置。由于接收机天线处于运动状态，故天线点位的坐标是一个变化的量，因此确定每一瞬间坐标的观测方程只有较少的多余观测(甚至没有多余观测)，且一般常利用测距码伪距进行动态绝对定位。因此，其精度较低，一般仅有几十米的精度，在SA政策影响下，其精度甚至低于百米。通常这种定位方法只用于精度要求不高的飞机、船舶以及陆地车辆等运动载体的导航。

2. 实时差分动态测量(动态相对定位)

动态相对定位是用一台接收机安置在基准站上固定不动，另一台接收机安置在运动的载体上，两台接收机同步观测相同的卫星，以确定运动点相对基准站的位置。如图2.9所示，T1为基准站，安置于其上的接收机固定不动，另一台接收机安置于运动的载体上，其位置Ti是运动变化的。

在同步观测相同卫星的情况下，卫星轨道误差、卫星钟差、电离层折射误差和对流层折射误差等，对不同观测站的GNSS观测量的影响具有较强的相关性，特别是几十公里以下的短距离，其相关性更好，因此，我们可以利用各观测量的不同线形组合进行相对定位，来有效地消除或削弱上述各项误差对定位结果的影响，从而提高动态定位的精度。

实时差分动态测量分为位置差分、伪距差分、相位平滑伪距差分、载波相位差分等方法。

(1)位置差分

位置差分原理为用户站用接收到的坐标改正数对其坐标进行改正，经过坐标改正后的用户坐标已消去了基准站与用户站的共同误差，如卫星星历误差、大气折射误差、卫星钟差、SA政策影响等，提高了定位的精度。位置差分的优点是需要传输的差分改正数较少，计算方法较简单，任何一种GNSS接收机均可改装成这种差分系统。其缺点主要为: 要求基准站与用户站必须保持观测同一组卫星，由于基准站与用户站接收机配备的不完全相同，且两站观测环境也不完全相同，因此难以保证两站观测同一组卫星，并会导致定位所产生的误差可能会不很匹配，从而影响定位精度; 位置差分定位效果不如伪距差分好。

图2.9 动态相对定位(www.xing528.com)

(2)伪距差分

伪距差分是目前应用最广泛的一种差分定位技术之一。该定位技术通过在基准站上利用已知坐标求出测站至卫星的距离，并将其与含有误差的测量距离比较，然后利用一个α－β滤波器将此差值滤波并求出其偏差，并将所有卫星的测距误差传输给用户，用户利用此测距误差来改正测量的伪距。最后，用户利用改正后的伪距求出自身的坐标。如果基准站、用户站均观测了相同的4颗或4颗以上的卫星，即可实现用户站的定位。

由于伪距差分可提供单颗卫星的距离改正数，因此用户站可选其中任意4颗相同卫星的伪距改正数进行改正，而不必要求两站观测的卫星完全相同，且伪距改正数是直接在WGS-84坐标系上进行的，是一种直接改正数，不必先变换为当地坐标，定位精度更高，且使用更方便。

由于伪距差分定位依赖于两站公共误差的抵消来提高定位精度，误差抵消的程度决定了精度的高低。而误差的公共性在很大程度依赖于两站距离，随着两站距离的增加，其误差公共性逐渐减弱，例如对流层、电离层误差。因此用户和基准站之间的距离对精度有着决定性的影响，用户站离基准站的距离越大，伪距差分后的剩余误差越大，定位精度越低。

(3)相位平滑伪距差分

伪距差分实际上是在测站之间求伪距观测值的一次差，因而消除了两伪距观测值中所含有的共同的系统误差，但是却无法消除伪距观测值中所含有的随机误差，从而限制了伪距差分定位的精度。

载波相位测量的精度较测距码伪距测量的精度高2个数量级，如果能用载波相位观测值对伪距观测值进行修正，就可提高伪距定位的精度，但是载波相位整周数无法直接测得，因而难以直接利用载波观测值。

虽然整周数无法获得，但可由多普勒频率计数获得载波相位的变化信息，即可获得伪距变化率的信息，可利用这一信息来辅助伪距差分定位，称为载波多普勒计数平滑伪距差分; 另外，在同一颗卫星的两历元间求差，可消除整周未知数，可利用历元间的相位差观测值对伪距进行修正，即所谓的相位平滑伪距差分。

(4)载波相位差分: 修正法、求差法

载波相位差分有两种定位方法，一种与伪距差分相同，基准站将载波相位的修正量发送给用户站，以对用户站的载波相位进行改正实现定位，该方法称为修正法。另一种是将基准站的载波相位发送给用户站，并由用户站将观测值求差进行坐标解算，这种方法称为求差法。