浅谈卫星差分导航定位技术

作者:未知

  摘 要 本文首先对卫星差分导航定位技术的工作原理及误差等内容进行了论述,随后分析了该技术在北斗导航定位系统中的原理和实现,最后介绍了卫星差分导航定位技术的具体应用,以期给相关从业者提供参考。
  关键词 卫星差分导航定位技术;用户接收机;定位误差
  1 卫星差分导航定位技术
  卫星差分定位技术在相关领域的发展和应用已经逐步趋于成熟,其应用原理主要可以表达如下:通过在一个固定地点(站台)进行测地,并获得位置的精确数据,在将该位置所测得的数据,使用1个C/A码(民用码)用户接收器来实现GPS信号的接受,再对该位置的精确数据和测得数据进行差异对比和分析,即可获得“GPS定位误差修正量”。然后再将“GPS定位误差修正量”使用无线电发射机传播至该地区使用中的C/A用户接收器接受,最终实现接收器数据的修正。差分式GPS系统的应用,能够将C/A码接收器的定位数据精度提升10倍以上。
  GPS在定位过程中会产生一定的误差,可以将误差分为三部分。第一,各类用户接收机公有的误差,比如电离层误差、对流层误差、卫星钟误差等等;第二,普遍存在传播延迟误差,这类误差难以直接由用户测量且无法由校正模型直接计算获得;第三,即全部用户接收机的固有误差,包括通道延迟、内部噪声等等。通过差分技术的使用,能够有效改善甚至消除上述误差,具体消除情况如下。第一类误差能够完全消除;第二类误差能够消除绝大部分,消除可能性与基准接收机和用户接收机之间的距离密切相关;而差分技术在第三类误差则无法起到作用。总的来说,差分技术在导航定位中的应用,能够有效提高GPS的定位精度。通过使用用户接收机和基准接收机各一台,并使用实时技术或事后处理技术,则能够将公共误差源,即电离层效应和对流层效应进行消除[1]。
  卫星差分定位技术实际上就是在同一测站测量两个目标,再通过在两个测站测量一个目标,或者在同一测站对同一目标进行两次测量,通过对两者之间的差值计算,来得出存在的公共项(即公共误差和公共参数)。
  根据差分GPS基准站的信息发送方式,可以将卫星差分定位技术分为位置差分、伪距差分和相位差分三类,其工作原理基本一致,不同之处在于所发送的改正数值不同,且差分定位精度也有所差异。
  2 北斗导航定位系统中的差分定位技术
  差分定位技术的应用,能够有效提高GPS的定位精度,差分定位技术的基本算法包括伪距单点定位算法和载波相位测量算法两种。伪卫星技术在北斗导航定位系统的支持下,借鉴了GPS技术的导航算法,其通过地面卫星接收站来实现系统定位精度的提升。在这一过程中,北斗信号和GPS信号都能够同时被用户所接受,从而实现快速定位。若卫星的数量≥2,则能够同北斗系统共同组成四星的卫星定位系统,接收机能够同时进行4颗卫星的距离测定,测量方法是通过测量卫星发射电波至接收机接收到电波的时间差,乘以光速求得距离。通过设置一个卫星基站为差分基站,以进行差分定位,同时由于差分卫星的精准坐标已知,即可求得与卫星之间的实际距离,并对其进行比较、修正和传输,再通过修正后的伪距进行定位计算,最终求得用户接收机的精确位置。
  载波相位测量定位算法是通过接收机接受卫星载波信号与本振参考信号的相位差,以测定传播路径的相位变化至,最终获得信号传播的距离。此方法不使用码信号,因此误差不受到此因素的影响。
  3 卫星差分导航定位技术的具体应用
  3.1 卫星差分定位技术在交通运输方面的应用
  伴随着我国科技和信息化水平的增长,交通运输行业的发展急剧加快,为了提高人们的生活水平,必须对交通运输进行科学调度和管制。自从GPS技术在各行各业中广泛应用以来,其高精度的特点受到了交通运输行业的青睐。其中,警车、消防车等需要有较高的定位精度,才能准确定位到需求位置,防止由于位置偏差耽误了治安效率和消防救援。因此,卫星差分导航定位技术的出现,能够有效提高此类车辆的应用效果。
  V2V通信技术的出现,能够对公路上行驶的车辆速度和位置等进行监测,从而能够实现行车道路前方路况的预测,使司机能够及时避开前方可能发生的碰撞。V2V系统还能够实现汽车之间的联系和通信,以防止交通事故的发生。在V2V技术中采用卫星差分定位技术,能够有效提高车辆的定位精度,从而提高自动预报精度和效率,最大限度地降低了事故发生的可能。
  3.2 卫星差分定位技术在智能设备的导航定位中的应用
  信息时代的到来,使得人们的生活越来越离不开智能设备的应用。现如今,人们的日常出行对手机导航有较强的依赖,同时对其定位精度也有了越来越高的需求。若是将卫星差分定位技术应用于手机导航中,能够极大地提升手机导航的精度,对人们的日常出行具有较大便利。另外,伴随着车联网技术的发展,能够将信息网络平台上的车辆信息进行广泛提取和综合利用,同时根据车辆的运行状态来进行监管,并提供功能性服务。因此,卫星差分导航定位技术在车辆导航中的应用,能够将车道间的定位精确到厘米级,有助于车辆的行驶安全。
  3.3 卫星差分定位技术在其他方面的应用
  卫星差分定位技术的应用,能够将定位精度精确到厘米级,因此卫星差分定位技术能够在高铁桥梁、路基结构、电缆等方面进行实时监测,同时,还能够在水下地形测绘、石油勘探定位、大比例尺航空测绘、船舶机动性能测定、载体姿态测定等领域中充分应用[2]。
  4 结束语
  综上所述,卫星差分导航定位技术在GPS导航定位技术中的应用,能够有效减少GPS的测量误差,从而提高定位精度,为人们的日常生活提供便利。因此,加强对卫星差分导航定位技术的工作原理及应用等具有重要意义。当下,卫星差分导航定位技术的研究日益成熟,其应用范围也逐渐实现普及,将其广泛拓展应用到各行各业中是其未来的发展趋势。
  参考文献
  [1] 张裕松.我国北斗导航系统定位原理及应用前景探讨[J].太赫兹科学与电子信息学报,2002,(1):6-13.
  [2] 謝钢.GPS原理与接收机设计[M].北京:电子工业出版社,2009:7.
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