全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS包括哪些

本文有近萬字，主要是衛(wèi)星定位技術(shù)相關學習筆記，內(nèi)容沒有精煉，排版也懶得搞了，請各位讀者按需取用，謝謝。 文檔目錄： 1.GNSS簡介：全球衛(wèi)星概述 2.SBAS簡介：星基增強系統(tǒng)概述 3.定位原理：衛(wèi)星定位原理簡介 4.衛(wèi)星定位幾個常用知識點

a)導航系統(tǒng)不同頻段的工作頻率

b)定位NMEA數(shù)據(jù)解析

c)導航系統(tǒng)工作頻率

d)AGPS（秒定）簡介

e)衛(wèi)星星歷

f)幾何精度因子

g)定位的準確度和精度指標

5.雙頻GNSS簡介：L1、L2、L5多頻GNSS 6.差分GNSS（RTD、RTK）

a)衛(wèi)星定位的誤差來源

b)差分GPS定位原理

7.地理坐標系：WGS-84和GCJ-02 01 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）

GNSS是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System），它是一種利用衛(wèi)星進行導航和定位的技術(shù)體系。GNSS系統(tǒng)通過在地球軌道上部署一組衛(wèi)星，為全球范圍內(nèi)的用戶提供定位、導航、定時和通信等服務。這些衛(wèi)星發(fā)射信號，由接收器接收并計算出位置信息。

目前主要的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)包括：

GPS（Global Positioning System）：GPS是在美國海軍導航衛(wèi)星系統(tǒng)的基礎上發(fā)展起來的無線電導航定位系統(tǒng)。具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實時性的導航、定位和定時功能，能為用戶提供精密的三維坐標、速度和時間?，F(xiàn)今GPS共有在軌工作衛(wèi)星31 顆，其中GPS-2A衛(wèi)星10顆，GPS-2R衛(wèi)星12顆，經(jīng)現(xiàn)代化改進的帶M碼信號的GPS-2R-M和GPS-2F衛(wèi)星共9顆。

GPS只是GNSS的一種，大家容易把GPS代指衛(wèi)星定位，其實全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)還包括：

GLONASS（Global Navigation Satellite System）：GLONASS是由原蘇聯(lián)國防部獨立研制和控制的第二代軍用衛(wèi)星導航系統(tǒng)，該系統(tǒng)是繼GPS后的第二個全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。GLONASS系統(tǒng)由衛(wèi)星、地面測控站和用戶設備三部分組成，系統(tǒng)由21顆工作星和3 顆備份星組成。

Galileo：Galileo是由歐盟研制和建立的全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，該計劃于1992年2月由歐洲委員會公布，并和歐空局共同負責。系統(tǒng)由30顆衛(wèi)星組成，其中27顆工作星，3顆備份星。

最強我國北斗。（以下來自百度百科）

BeiDou（北斗導航系統(tǒng)，Beidou Navigation Satellite System，簡稱：BDS，又稱為：COMPASS，中文音譯名稱：BeiDou）是中國自行研制的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，也是繼GPS、GLONASS之后的第三個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）和美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟GALILEO，是聯(lián)合國衛(wèi)星導航委員會已認定的供應商 。

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分組成，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務，并且具備短報文通信能力，已經(jīng)初步具備區(qū)域?qū)Ш?、定位和授時能力，定位精度為分米、厘米級別，測速精度0.2米/秒，授時精度10納秒。2023年5月17日10時49分，中國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運載火箭，成功發(fā)射第五十六顆北斗導航衛(wèi)星。

全球范圍內(nèi)已經(jīng)有137個國家與北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)簽下了合作協(xié)議。隨著全球組網(wǎng)的成功，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)未來的國際應用空間將會不斷擴展。

另外，還有兩個區(qū)域覆蓋的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

NAVIC（Navigation with Indian Constellation）：是印度空間研究組織（ISRO）開發(fā)的獨立衛(wèi)星導航系統(tǒng)。它是為了滿足印度國內(nèi)和周邊地區(qū)的導航和定位需求而創(chuàng)建的。NavIC系統(tǒng)包括七顆衛(wèi)星，其中包括一個地球靜止軌道衛(wèi)星（GEO）和六顆地球傾斜軌道衛(wèi)星（IRNSS）。

QZSS（Quasi-Zenith Satellite System）：是由日本國家空間開發(fā)局（JAXA）和其他相關機構(gòu)開發(fā)的系統(tǒng)。QZSS的目標是提供高精度的導航和定位服務，特別是在城市和高樓大廈等密集城區(qū)，以提高GNSS信號的可靠性。QZSS系統(tǒng)包括多顆衛(wèi)星，其中至少有一個衛(wèi)星位于準天頂位置，可以在特定地區(qū)提供更強的信號強度。QZSS系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)相互兼容，可以提供更好的信號質(zhì)量和精度，特別是在城市環(huán)境中。

02 星基增強系統(tǒng)（SBAS）

為了提高衛(wèi)星定位精度，各國還推出了自己的衛(wèi)星增強系統(tǒng)（SBAS）。SBAS（Satellite-Based Augmentation System）是一種用于提高衛(wèi)星導航系統(tǒng)的精度、可靠性和可用性的技術(shù)體系。它通過部署地面基站和地面監(jiān)測設施，利用地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星搭載衛(wèi)星導航增強信號轉(zhuǎn)發(fā)器，可以向用戶播發(fā)星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、電離層延遲等多種修正信息，實現(xiàn)對于原有衛(wèi)星導航系統(tǒng)定位精度的改進。

幾個典型的衛(wèi)星增強系統(tǒng)包括：

WAAS（Wide Area Augmentation System）：是美國的衛(wèi)星增強系統(tǒng)，為航空導航提供增強服務。

EGNOS（European Geostationary Navigation Overlay Service）：是歐洲的衛(wèi)星增強系統(tǒng)，用于提供更好的航空和陸地導航服務。

MSAS（Multi-functional Satellite Augmentation System）：是日本的衛(wèi)星增強系統(tǒng)，主要用于航空和陸地交通導航。

GAGAN（GPS Aided GEO Augmented Navigation）：是印度的衛(wèi)星增強系統(tǒng)，旨在提供更準確的航空導航服務。

BDSBAS北斗系統(tǒng)增強系統(tǒng)：包括地基增強系統(tǒng)與星基增強系統(tǒng)。

這些衛(wèi)星增強系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)提供增強的導航和定位服務，為用戶提供更高精度、更可靠的位置信息，促進了多個領域的技術(shù)發(fā)展和應用創(chuàng)新。

03 定位原理

衛(wèi)星定位是一種基于三角測量原理的技術(shù)，通過測量接收器與多顆衛(wèi)星之間的信號傳播時間，來計算接收器的位置坐標。衛(wèi)星在離地面2萬多千米的高空上，以固定的周期環(huán)繞地球運行，使得在任意時刻，在地面上的任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衛(wèi)星。

由于衛(wèi)星的位置精確可知，在接收機對衛(wèi)星觀測中，我們可得到衛(wèi)星到接收機的距離，利用三維坐標中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個方程式，解出觀測點的位置（X,Y,Z）?？紤]到衛(wèi)星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差，實際上有4個未知數(shù)，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4個方程式進行求解，從而得到觀測點的經(jīng)緯度和高程。事實上，接收機往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，這時，接收機可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組，每組4顆，然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。

衛(wèi)星定位實施的是“到達時間差”（時延）的概念：利用每一顆衛(wèi)星的精確位置和連續(xù)發(fā)送的星上原子鐘生成的導航信息獲得從衛(wèi)星至接收機的到達時間差。衛(wèi)星在空中連續(xù)發(fā)送帶有時間和位置信息的無線電信號，供接收機接收。由于傳輸?shù)木嚯x因素，接收機接收到信號的時刻要比衛(wèi)星發(fā)送信號的時刻延遲，通常稱之為時延，因此，也可以通過時延來確定距離。衛(wèi)星和接收機同時產(chǎn)生同樣的偽隨機碼，一旦兩個碼實現(xiàn)時間同步，接收機便能測定時延，將時延乘上光速，便能得到距離。

04 衛(wèi)星定位幾個常用知識點

1.各導航系統(tǒng)不同頻段的工作頻率

2.定位NMEA數(shù)據(jù)解析

NMEA（National Marine Electronics Association）是一個標準化的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，用于在航海和導航設備中傳輸位置信息、時間數(shù)據(jù)和其他相關信息。NMEA-0183，是GPS接收機應當遵守的標準協(xié)議，也是目前GPS接收機上使用最廣泛的協(xié)議，大多數(shù)常見的GPS接收機、GPS數(shù)據(jù)處理軟件、導航軟件都遵守或者至少兼容這個協(xié)議。

常見的NMEA消息類型包括：

$GPGGA：包含全球定位系統(tǒng)（GPS）的定位數(shù)據(jù)，如緯度、經(jīng)度、定位質(zhì)量等。

$GPGLL：包含緯度和經(jīng)度，以及定位狀態(tài)。

$GPRMC：包含推薦的最小定位數(shù)據(jù)，如地面速度、地面航向等。

$GPVTG：包含地面速度和地面航向數(shù)據(jù)。

$GPGSA：包含GNSS接收機的定位狀態(tài)以及使用的衛(wèi)星信息。

$GPGSV：包含衛(wèi)星的可視信息，提供當前可視衛(wèi)星的編號、高度角、方位角和信噪比等。

目前國內(nèi)多模接收機輸出語句，針對北斗定位系統(tǒng)增加了$BD和$GN等前綴。

$GPGGA示例

$GPRMC示例

$GPGSA示例

3.AGPS（秒定）簡介

AGPS（Assisted Global Positioning System）輔助全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，是一種GPS的運行方式。它可以利用手機基地站的資訊，配合傳統(tǒng)GPS衛(wèi)星，讓定位的速度更快。

自主秒定位：根據(jù)模塊內(nèi)保存的星歷，實現(xiàn)快速搜星、定位。
輔助秒定位：使用AGPS輔助，實現(xiàn)快速搜星、定位。

在傳統(tǒng)GPS定位方式中，定位模塊需要全頻段搜索以找到可用衛(wèi)星，因而耗時較長。而“AGPS輔助定位”方式，是通過網(wǎng)絡直接下載當前地區(qū)的可用衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)，并將之發(fā)送給定位模塊，定位模塊只搜索特定的衛(wèi)星，從而提高了搜星速度，減少設備耗電。
AGPS輔助定位的使用條件：

衛(wèi)星信號接收條件必須良好，至少可觀測到4顆衛(wèi)星；

定位芯片必須支持AGPS輔助定位；

必須可以準確獲取當前地區(qū)星歷數(shù)據(jù)；

如果是冷啟動，需要等待通信芯片附著成功，接收到星歷數(shù)據(jù)后，傳輸給定位模塊；

如果是溫啟動/熱啟動，亦需要重新搜星；

AGPS輔助定位基本流程：

1、設備從蜂窩基站獲取到當前位置的小區(qū)信息； 2、設備通過蜂窩網(wǎng)絡，將當前蜂窩小區(qū)信息傳送給網(wǎng)絡中的AGPS位置服務器； 3、APGS位置服務器根據(jù)當前小區(qū)信息查詢該區(qū)域當前可用的衛(wèi)星信息（包括衛(wèi)星的頻段、方位、仰角等相關信息），生成對應星歷文件，并返回給設備； 4、通信模塊通過串口把收到的星歷文件傳輸給定位模塊； 5、定位模塊根據(jù)星歷文件，得到的可用衛(wèi)星信息，快速找到當前可用的GPS衛(wèi)星，針對性的搜星，大大提升定位時間

AGPS輔助定位只能加快定位速度，無法提升定位精度。

如何判斷AGPS寫入？看GGA、RMC的UTC時間是否被修正，看GSV數(shù)據(jù)是否生成；

AGPS輔助定位的星歷文件大概幾K字節(jié)。星歷文件是否需要定期更新，更新頻率是多少？
需要根據(jù)自己的情況進行分析。如果是冷啟動后，不關閉定位模塊，下載一次“AGPS輔助定位”數(shù)據(jù)（星歷文件）即可。運行中，定位模塊內(nèi)會自動生成對應的星歷文件，無需重復下載；
如果是不定時啟動、關閉，那么關閉4小時內(nèi)啟動是沒必要更新的（“溫啟動”范疇）；如果大于4小時，模塊內(nèi)保存的星歷已失效，則必須更新星歷文件（重新下載），否則和“冷啟動”無異。

4.GPS衛(wèi)星星歷
衛(wèi)星軌道信息或某一時刻軌道參數(shù)及其變率或某一時刻衛(wèi)星位置及其變化率。分為預報星歷（又叫廣播星歷）和后處理星歷（精密星歷）。
1）GPS廣播星歷：包括某一參考歷元的軌道及其攝動改正項參數(shù)。共有16個參數(shù)。用C/A碼傳送的星歷叫C/A碼星歷，精度為數(shù)十米。
2）后處理星歷：用P碼傳送的星歷叫P碼星歷，叫做精密P碼星歷，精度為5米。用于軍事目的。大部分用戶得不到。一些國家某些部門根據(jù)各自跟蹤衛(wèi)星的精密觀測資料來計算出的星歷。事后提供給用戶。

星歷下載和星歷預測：星歷預測功能是指在信號正常（CN值大于27）的情況下，硬件連續(xù)運行5~10分鐘，即可在內(nèi)部自動生成星歷，并預測出未來2~3天的星歷，此過程不需要耗費任何流量。實現(xiàn)“通電5分鐘，奔跑72小時”。

星歷預測條件：

1、星歷被下載過一次（外部輸入給GPS芯片星歷文件，或者GPS芯片自主3D Fix）；
2、GPS信號CN值不低于27；
3、正常定位過一次；
4、RTC不掉電（當主電源斷開后，只有RTC電源不斷，星歷預測功能才可以使用，RTC斷開后星歷預測功能將不再起作用）；
早期，服務器下發(fā)的星歷文件是包含全部所有的可見衛(wèi)星數(shù)據(jù)，將之發(fā)給GPS芯片，GPS芯片再根據(jù)星歷文件去搜星。缺點是星歷文件大，定位效果較差。
現(xiàn)在，首先是使用通信芯片進行基站定位，后臺獲取一個粗略的地理位置，查詢導航電文后，再根據(jù)該地理位置精確下發(fā)當前可見衛(wèi)星星歷，GPS芯片再根據(jù)精確的星歷文件去針對性地搜星。星歷文件體積更小，定位效果更好。
“星歷預測”是芯片自動生成的，僅包含可見衛(wèi)星的星歷，而“星歷下載”是包含全部可見（但是不可用）衛(wèi)星的星歷。

目前使用星歷下載的方式居多，“星歷預測”的前提是在“信號正常（CN值大于27）的情況下，連續(xù)運行5-10分鐘”，工作電流較大，相對比較耗電。所以大多數(shù)應用會傾向于每次都進行“星歷下載”，而非使用“星歷預測”——何況通過基站定位獲取大概位置的動作，本身就需要蜂窩聯(lián)網(wǎng)服務器。

5.幾何精度因子（DOP）

幾何精度因子（DOP，Dilution of Precision）是一組用于衡量衛(wèi)星定位系統(tǒng)（如GPS、GLONASS、Galileo等）定位精度的參數(shù)。它們用于評估衛(wèi)星的分布、幾何關系以及接收器在特定位置的觀測情況，從而預測定位誤差的可能性。DOP值越小，定位精度越高。常見的DOP因子包括：

PDOP（Position Dilution of Precision）：位置精度因子。它考慮了衛(wèi)星在天空中的分布情況，即衛(wèi)星的幾何配置對于位置估計的影響。PDOP越小，定位精度越高。當衛(wèi)星接近接收器的天頂方向時，PDOP最小。

HDOP（Horizontal Dilution of Precision）：水平精度因子。它衡量了水平位置精度的影響因素，即接收器在水平方向上的幾何精度。HDOP越小，水平定位精度越高。

VDOP（Vertical Dilution of Precision）：垂直精度因子。它考慮了垂直方向上的幾何精度，即接收器的垂直位置估計的可靠性。VDOP越小，垂直定位精度越高。

TDOP（Time Dilution of Precision）：時間精度因子。它表示衛(wèi)星鐘的不精確度對定位的影響。較大的TDOP值可能會導致定位的時間誤差。

GDOP（Geometric Dilution of Precision）：幾何精度因子。它是PDOP、HDOP和VDOP的綜合，用于評估整體的定位精度。較小的GDOP值表示更好的定位精度。

DOP因子是幫助用戶理解衛(wèi)星分布和接收器位置對定位精度的影響的重要指標。通過了解和控制這些因子，可以優(yōu)化衛(wèi)星定位系統(tǒng)的使用，提高定位的精確性和可靠性。

6.定位的準確度和精度指標

在GNSS定位中，準確度（Accuracy）和精度（Precision）是兩個重要的指標，它們涉及到定位結(jié)果的質(zhì)量和可靠性。盡管兩者經(jīng)常被混淆使用，但它們有著不同的定義和含義：

GNSS定位準確度（Accuracy）: 定位結(jié)果與實際位置之間的差距，即定位結(jié)果的接近程度。準確度越高，定位結(jié)果與真實位置的差距越小。例如，如果一個定位系統(tǒng)的準確度為1米，意味著定位結(jié)果的平均誤差在1米以內(nèi)。

GNSS定位精度（Precision）:定位結(jié)果的穩(wěn)定性和重復性，即多次測量的結(jié)果是否接近，主要看測試結(jié)果的重復性指標。精度越高，定位結(jié)果之間的變異越小。精度通常用于描述定位結(jié)果的一致性和可信度。例如，如果一個定位系統(tǒng)的精度為10厘米，表示多次測量的結(jié)果之間的變異在10厘米以內(nèi)。

可以通過以下類比更好地理解準確度和精度之間的關系：

假設你射箭，目標是靶心。如果你的箭全部都落在靶心附近，但都不在一起，較為離散，這說明你的結(jié)果有高的準確度但低的精度。如果你的箭都落在靶心附近，并且都很接近一起，較為集中，這說明你的結(jié)果有高的準確度和高的精度。如果你的箭都離靶心遠，這說明你的結(jié)果既沒有高的準確度也沒有高的精度。

在定位領域中，RMS（Root Mean Square）和CEP（Circular Error Probable）是兩個常用的指標，用來衡量定位結(jié)果的準確度和精度。

RMS（Root Mean Square）：RMS是定位誤差的均方根，是測量值的平均誤差的平方根，反映了定位誤差的平均大小，屬于準確度指標。

計算方式：

1.對每個定位測量值求其與真實位置的誤差（偏差）。 2.將每個誤差的平方值相加。 3.將平方和除以定位測量值的數(shù)量（或樣本數(shù)）。 4.對上述結(jié)果取平方根，即得到RMS值。

CEP（Circular Error Probable）：CEP是一個圓形區(qū)域，其中包含了定位結(jié)果中一定百分比（通常是50%）的測量值。它表示定位結(jié)果一致性，屬于精度指標。

計算方式：

1.將定位測量值按誤差大小進行排序。 2.找到使累積百分比達到設定百分比（通常是50%）的誤差值，該誤差值就是CEP。 RMS 更注重平均誤差的測量，而 CEP 更關注在特定概率下的測量誤差范圍。 05 雙頻GNSS簡介

1994 年，GPS 全面進入正常運行，民用信號采用 L1(頻率 1575.42 MHz)單頻 C/A 碼，并附加選擇可用性(SA)人為干擾，位置精度約為 100m，授時精度約為 340ns。2000 年 5 月 1 日，美國政府宣布撤銷對 GPS 的 SA 干擾技術(shù)，民用信號定位 服務精度提高到 20m，授時精度提高到 40ns。近年來，為了進一步加強 GPS 在全球民用導航市場的競爭力，美國政府決定 對 GPS 民用信號作出重大調(diào)整，引入三種新的民用信號 L2C 和 、L1C、 L5。其中 L2C 是最早投入使用的，2005 年 9 月發(fā)射的 Block IIR—M 2012 號衛(wèi)星最先開始播發(fā)。L5 在 2007 年發(fā)射的 Block IIF 才開始使用。L1C 則更晚，它是 GPS III 代改進的 內(nèi)容，將最終取代現(xiàn)有的 L1 C/A 信號。

如前面所述，GPS信號工作頻率分為了L1、L2、L5等幾個波段：

L1波段：1575.42MHz±1.023MHz

L2波段：1227.60MHz±1.023MHz

L5波段：1176.45MHz±1.023MHz

以往的GPS定位均采用L1波段，是單頻定位方式。目前已有多款GPS芯片可以同時使用雙頻波段（如L1+L5）進行定位，稱之為多頻定位技術(shù)，比如華大北斗的HD8040芯片就支持L1、L2、L5等多頻定位：

雙頻首次使用在手機里便是小米8，使用GPS雙頻定位提升精度。

雙頻GNSS定位（如L1+L5）之所以能夠提升定位精度，是因為利用多個頻率的信號可以減少或校正定位過程中的誤差因素，從而得到更精確的位置信息。以下是雙頻GNSS定位提升精度的幾個原因：

1）高碼率數(shù)據(jù)：L5信號的高碼率意味著更密集的數(shù)據(jù)點，使得定位計算可以更頻繁地進行。這有助于提高定位精度，尤其在高動態(tài)和快速變化的場景中。

2）抑制多路徑效應：多路徑效應是指信號在傳播過程中受到反射或繞射，導致接收器接收到多個信號，從而產(chǎn)生干擾。不同頻率的信號在傳播過程中會有不同的多路徑特性，雙頻定位可以幫助識別和抑制多路徑效應，從而減小定位誤差。

3）減小鐘差影響：定位系統(tǒng)中的衛(wèi)星鐘和接收器鐘的不精確性會導致定位誤差。不同頻率信號對鐘差的影響不同，通過使用多頻率信號，可以更準確地校正鐘差，從而提高定位的精度。

4）提供更多可見衛(wèi)星：多頻率定位可以利用更多的衛(wèi)星信號進行定位計算，特別是在信號遮擋較嚴重的環(huán)境中。更多的可見衛(wèi)星意味著更好的幾何分布，有助于提高定位的可靠性和精度。

06 差分GNSS（DGNSS）

前面介紹了雙頻定位可以提升定位精度，若要進一步提升精度，就需要用到差分GNSS技術(shù)了，首先，我們來看下定位誤差來源。
1.衛(wèi)星定位的誤差來源：

2.差分GPS定位原理

定位過程中，存在著三部分誤差。

一部分是對每一個用戶接收機所公有的，例如，衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差、電離層誤差、對流層誤差等；

第二部分為不能由用戶測量或由校正模型來計算的傳播延遲誤差；

第三部分為各用戶接收機所固有的誤差，例如內(nèi)部噪聲、通道延遲、多徑效應等。

利用差分技術(shù)，第一部分誤差完全可以消除，第二部分誤差大部分可以消除，其主要取決于基準接收機和用戶接收機的距離，第三部分誤差則無法消除。

差分GNSS定位的基本原理如下：

1）基準站觀測：在差分GNSS定位中，除了普通的移動接收器外，還需要設置一個或多個稱為基準站的固定接收器。這些基準站位于已知位置，并且接收衛(wèi)星信號的數(shù)據(jù)，包括偽距（pseudo-range）和載波相位（carrier phase）等信息。

2）移動接收器觀測：移動接收器位于需要定位的位置，同樣也接收衛(wèi)星信號并記錄偽距和載波相位等觀測數(shù)據(jù)。

3）差分計算：接收器觀測數(shù)據(jù)中的誤差因素，如大氣延遲、鐘差、多路徑效應等，會影響定位精度。差分定位的關鍵在于將基準站的已知觀測數(shù)據(jù)與移動接收器的觀測數(shù)據(jù)進行比較。通過比較兩者的觀測數(shù)據(jù)，可以計算出差分修正值，即移動接收器與基準站之間的誤差。

4）誤差校正：計算得到的差分修正值包括了在信號傳播過程中產(chǎn)生的誤差，如大氣延遲、鐘差等。將這些差分修正值應用于移動接收器的觀測數(shù)據(jù)，可以校正移動接收器的定位數(shù)據(jù)，減小誤差的影響。

5）高精度定位：經(jīng)過差分處理后，移動接收器的定位數(shù)據(jù)已經(jīng)被校正，得到了更準確的結(jié)果。基于這些校正后的數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)高精度的定位結(jié)果，甚至達到厘米級的精度。

差分GNSS定位通過基準站的觀測數(shù)據(jù)和移動接收器的觀測數(shù)據(jù)之間的比較和校正，有效減小了誤差因素的影響，提供了更精確的定位結(jié)果。

根據(jù)差分GPS基準站發(fā)送的信息方式可將差分GPS定位分為三類，即：位置差分、偽距差分和載波相位差分。這三類差分方式的工作原理是相同的，即都是由基準站發(fā)送修正數(shù)據(jù)，由用戶站接收并對其測量結(jié)果進行修正，以獲得精確的定位結(jié)果。所不同的是，發(fā)送修正數(shù)據(jù)的具體內(nèi)容不一樣，其差分定位精度也不同。

1)位置差分原理
這是一種最簡單的差分方法，任何一種GPS接收機均可改裝和組成這種差分系統(tǒng)。安裝在基準站上的GPS接收機觀測4顆衛(wèi)星后便可進行三維定位，解算出基準站的坐標。由于存在著軌道誤差、時鐘誤差、SA影響、大氣影響、多徑效應以及其他誤差，解算出的坐標與基準站的已知坐標是不一樣的，存在誤差。基準站利用數(shù)據(jù)鏈將此改正數(shù)發(fā)送出去，由用戶站接收，并且對其解算的用戶站坐標進行改正。
最后得到的改正后的用戶坐標已消去了基準站和用戶站的共同誤差，例如衛(wèi)星軌道誤差、 SA影響、大氣影響等，提高了定位精度。以上先決條件是基準站和用戶站觀測同一組衛(wèi)星的情況。位置差分法適用于用戶與基準站間距離在100km以內(nèi)的情況。

2)偽距差分原理（RTD）
偽距差分是目前用途最廣的一種技術(shù)。幾乎所有的商用差分GPS接收機均采用這種技術(shù)。國際海事 無線電委員會推薦的RTCM SC-104也采用了這種技術(shù)。

在基準站上的接收機要求得它至可見衛(wèi)星的距離，并將此計算出的距離與含有誤差的測量值加以比較。利用一個α-β濾波器將此差值濾波并求出其偏差。然后將所有衛(wèi)星的測距誤差傳輸給用戶，用戶利用此測距誤差來改正測量的偽距。最后，用戶利用改正后的偽距來解出本身的位置，就可消去公共誤差，提高定位精度。

3)載波相位差分原理(RTK)
載波相位差分技術(shù)又稱之為RTK技術(shù)（real time kinematic），是建立在及時處理兩個測站的載波相位基礎上的。載波相位差分技術(shù)能實時提供觀測點的三維坐標，并達到厘米級的高精度。
與偽距差分原理相同，由基準站通過數(shù)據(jù)鏈及時將其載波觀測值及基準站坐標信息一同傳送給用戶站。用戶站接收GPS衛(wèi)星的載波相位與來自基準站的載波相位，并組成相位差分觀測值進行及時處理，能及時給出厘米級的定位結(jié)果。
實現(xiàn)載波相位差分GPS的方法分為兩類：修正法與差分法。前者和偽距差分相同，基準站把載波相位修正量發(fā)送給用戶站，以改正其載波相位，之后求解坐標。后者把基準站采集的載波相位發(fā)送給 用戶臺進行求差解算坐標。前者是準RTK技術(shù)，后者為真正的RTK技術(shù)。

07 地理坐標系

WGS-84坐標系：WGS-84（World Geodetic System 1984）是一種全球性的地球坐標系，被廣泛用于GPS和衛(wèi)星導航系統(tǒng)中。WGS-84坐標系提供了地球上任意點的準確經(jīng)緯度信息，常規(guī)定位模塊輸出數(shù)據(jù)的格式為NMEA-0183，使用的坐標系是WGS-84。

出于對地理信息的管理和安全考慮，我國測繪局要求所有從事地理測量、地圖繪制的公司、單位機構(gòu)、個人必須使用GCJ-02坐標系。

GCJ-02坐標系：GCJ-02（國測局-02）坐標系，也被稱為“火星坐標系”，是中國國家測繪局采用的一種坐標系。它在WGS-84基礎上進行了偏移和加密，以實現(xiàn)安全和精度的目的。GCJ-02坐標系主要在中國國內(nèi)的地圖和導航應用中使用，以符合中國國內(nèi)的法規(guī)和要求。

因此，在國內(nèi)定位模塊輸出的WGS-84坐標會與國內(nèi)地圖軟件顯示的坐標存在偏差，為了解決這個問題，國內(nèi)的地圖軟件和導航設備通常會進行WGS-84到GCJ-02的坐標轉(zhuǎn)換，以保證顯示的位置與實際地理位置一致。這種坐標系偏移轉(zhuǎn)換涉及到一些算法，例如中國國內(nèi)常用的"火星坐標系轉(zhuǎn)換算法"（通常是通過加密與坐標調(diào)整來實現(xiàn)的），開發(fā)者和用戶需要在應用程序中嵌入這些算法，以確保在國內(nèi)的地圖和導航應用中顯示正確的位置信息。

審核編輯：彭菁