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1、1,卫星导航定位技术研究中心,广域差分与广域精密定位,2,主要内容,为什么差分?差分是如何实现的?将来差分技术如何发展?,3,一.为什么差分?,4,GPS定位的误差分析,基本思想是对GPS的卫星轨道误差、卫星钟差及电离层延迟等主要误差源加以区分，并对每一个误差源分别加以“模型化”，计算其误差修正值，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，改善用户的定位精度的目的（刘经南等，1999）。,5,广域精密定位技术,基于广域差分基础上,对导航卫星实时精密定轨、实时钟差确定等核心技术进行革新、用户采用精密单点定位技术，实现全球分米级（双频）的实时定位
2、。,6,状态空间域差分,观测值域差分,差分原理,网络RTK,广域差分/广域精密定位,动态定位精度cm级需要基准站观测数据支持,站间距100公里,难以实现大区域统一的定位服务初始化时间短,模糊度固定,动态定位精度dm级需要基准站观测数据支持,适合实现大区域（全球）统一的定位服务模糊度难以整数固定，初始化时间长，未能充分发挥载波定位的优势,7,三种技术应用需求(精度),8,发展历程,9,IGS轨道产品,http:/igscb.jpl.nasa.gov/components/prods.html,10,发展历程,11,JPLNRcan进展情况,12,发展历程,13,IGS服务组织实时服务发展计划,2
3、002年，IGS成立实时工作组（RTWG）2006年，IGS Workshop 2006会议，IGS实时数据流试验计划，目标：发 布实时产品，包括：卫星钟差、基准站钟差、卫星轨道、实时轨道完备性信息。2007年6月，IGS组织重申将GNSS实时数据与产品作为2008-2012年的战略计划。同时，确定在2007-2010年开展IGS实时试验计划（The International GNSS Service Real-time Pilot Project，简称IGS-RTPP）。,14,RTPP目前进展,36个国家64个机构185个实时站,15,实时数据流接收,16,实时数据流接收,NTRIPNe
4、tworked Transport of RTCM via Internet Protocol.BKG igs.bkg.bund.de UDPUser Datagram Protocol.JPL,17,实时产品比较,平均精度水平:BKG:7.73cmESA:7.02cmGFZ:8.01cm,平均精度水平BKG:0.128nsESA:0.131nsGFZ:0.313ns,18,二.差分是如何实现的?,WAAS（Wide Area Augmentation System）是美国FAA作为民用航空无缝卫星导航系统战略目标的关键组成部分，它将提高覆盖区域内GPS的精度（采用差分技术）、完好性（提供及时
5、的报警能力）和可用性（通过附加测距信号）。WAAS的目标是要使GPS能够成为民航飞机从起飞至类精密进近阶段的主用导航方式。WAAS 系统主要由四部分组成：地面广域参考基站，WAAS主控站，WAAS上传站和地球同步卫星等，其工作可以分为四个过程：,广域增强系统WAAS及工作原理,WAAS工作进程一：参考基站接收GPS信号,在美国境内，广泛地分布着多个参考基站WRS，每个基站都已知其准确的地理位置，通过接收GPS信号可探测出GPS信号中的误差。,WAAS工作进程二：基站向主控站传输GPS误差数据,广域参考基站WRS收集的GPS信息，通过地面的通讯网络传输到WAAS主控站WMS，主控站生成WAAS
6、增强信息，这些信息包含了消除GPS信号误差的信息。,WAAS工作进程三：WAAS增强信息上传GEO,增强信息由WASS主控站WMS传输到WAAS上传站，上传站调制成导航数据，并上传到地球同步通讯卫星。,WAAS工作进程四：GEO增强信息向用户传播,GEO通讯卫星以GPS信号频率向地面广播有增强信息的导航数据，地面接收机接收WASS增强信号得到更加精确的定位。WAAS也给用户提供GPS系统误差或其他不良影响的信息，当存在危险的误导信息时，WAAS能在六秒内发布给用户。,24,星基增强系统的发展现状,25,System of Differential Correction and Monitori
7、ng(SDCM),26,Galileo系统服务,?,Galileo 系统服务,28,QZSS,SBAS信号,29,GPS现代化,GPS现代化(CNAV电文),EDC 卫星星历差分改正数CDC 时钟差分改正数,30,StarFire全球差分系统,31,系统组成与原理,两个控制中心：Torrance,CaliforniaMoline,Illinois基准站数据延迟 2秒,数据处理软件RTG1次/秒钟差处理1次/分钟轨道处理,32,Fugro的OmniSTAR,由JPL提供技术支持，在GDGPS系统软件基础上发展而来的自主软件进行轨道和钟差改正的估计全球范围内的70多个基准站7颗同步卫星，覆盖全球的
8、播发能力。,33,XP与HP服务,34,提供的服务与精度水平,提供3种级别的服务：VBS,HP,and XPOmniSTAR VBS：一般24小时的定位结果在水平方向其2倍中误差（95%的置信度）小于1m，3倍中误差（99%置信度）接近1mThe OmniSTAR HP：在水平方向，其2倍中误差（95%）在6cm左右，3倍中误差（99%）在10cm左右。这一精度使之可以应用在精密农业等领域The new OmniSTAR XP：在短时段内可以提供2.5-5cm的定位精度，长时间定位的重复性优于10cm（%95CEP）中国区域只提供VBS与XP服务,35,G2服务,36,加拿大CDGPS系统,R
9、TCA 0.125mMRTCA 0.004m,37,广域实时精密定位技术与示范系统,覆盖中国及周边地区实时定位精度：双频接收机：分米级单频接收机：1米级,38,系统数据流程图,39,软件平台,差分信息客户端软件,终端定位软件,40,测试各类终端（双频）,41,测试各类终端（单频）,1小时更新的实时轨道精度：5.4cm,区域站全球站外推一天:20cm,70个全球IGS实时数据站,导航卫星的实时精密轨道产品,43,轨道钟差产品测试,From 129 to 191 day in 2010SISRE:about 3cm,44,数据处理结果,双频接收机,RT：N:1.9cmE:3.0 cmU:7.3cm
10、PP：N:1.6cmE:2.6cm U:4.5cm,单频接收机,Horizontal:0.38m;Vertical:1.35m,关键技术分解,定位精度双频 0.3m单频 1.0m,轨道与钟差产品(0.2m),传播路径延迟(电离层)(0.5m),卫星轨道(0.2m),卫星钟差(0.3ns),星座几何图形因子(系统1-2),46,系统关键技术需求,1.导航卫星精密实时定轨技术,2.导航卫星实时精密钟差处理技术,3.实时区域电离层改正技术,4.精密单点定位技术(单/双/多频),导航卫星精密定轨,卫星运动方程,观测方程,事后精密定轨：长弧段定轨（1天快速轨道、7天事后轨道）全球分布的基准站网，70个以
11、上大网整周模糊度固定实时精密定轨关键问题：快速更新，处理速度要快，实时处理的弧段要尽量短 精度问题，需要采用先验的弧段，数值稳定,卫星精密定轨方法,？,研究重点在于快速精确地更新轨道初值与力模型参数,导航卫星实时精密定轨方法,滑动窗口短弧法方程综合的实时精密定轨方法,优点：处理速度快，法方程合并中大量的参数可以预先消去。快速初始化，只需处理当前弧段数据。数值稳定，通过选择滑动窗口长度限定记忆长度，克服“数据饱和”问题。可有效进行模糊度固定，大大提供实时定轨的精度。,短弧段连接,卫星运动状态连接,观测条件的连接,模糊度参数地面站坐标对流层.,位置：速度：力模型参数.,约束关系的统一表达：,同一参
12、数,分段参数,模糊度连接与固定对轨道精度分析,平均RMS（cm）：,单天解结果比较,51,实时精密钟差确定,52,实时精密钟差估计方法,非差法历元间差分法混合差分法,53,双频精密单点定位,伪距观测方程,相位观测方程,54,单频精密单点定位,单频接收机用户能够捕获P1（C1）以及L1观测值，其对应以距离为单位的观测方程为,电离层改正硬件延迟,55,单频电离层改正,根据全球以来积累的大量观测资料来拟合电离层模型，建立经验、半经验改正公式，如本特（Bent）模型、国际电离层参考（International Reference Ionosphere，简称IRI）模型、KLOBUCHAR模型等；利用若
13、干个GPS基准站上的双频观测值建立相应区域的电离层延迟改正模型，如GIM模型、区域电离层格网模型等；仅顾及f平方项时，电离层引起的群延迟和相延迟大小相等、符号相反，使用伪距和相位的组合消除电离层延迟，即GRAPHIC组合或称为半合改正法。,56,不同电离层比较分析,GIM,KLOBUCHAR,GRAPHIC,数据播发,58,差分信息协议与格式,协议Ntrip协议格式RTCA DO229MRTCASOCRTCM-SSR,59,RTCM格式,60,RTCM SSR,61,差分信息,播发与广播星历差值RTCM v.3 MT1057-1068(SSR),62,三.将来差分技术如何发展?,63,将来是否
14、需要发展差分技术?,URE精度提高的条件下,是否有必要再差分?,64,北斗系统的差分技术如何发展?,IGSO,GEO,MEO,65,多导航系统多频段差分如何发展?,多模(75-105 GNSS satellites)多频条件下的广域差分(L1L2L5)SBAS系统采用L1/L5?(EGNOS,WAAS,MSAS,QZSS),GLONASS,GALILEO,GPS,66,区域CORS系统如何融入?,67,技术发展？,Conventional PPP,Ambiguity-fixed,Ambiguity-fixed&rapid re-convergence,FCB-based method for
15、PPP ambiguity resolution,Estimate common fractional-cycle biases from all involved ambiguity estimates in a network solutionForm double-difference ambiguities with reserved ambiguity estimates in a network solution,IRC-based method for PPP ambiguity resolution,Assimilate FCBs into clock estimates in a network solution by fixing undifferenced ambiguities to integers in advanceIn theory,FCB-based methods=IRC-based methods,70,全球RTK,
