差分gps概念_差分gps定位是基于什么原理

　　來源 | Ubuntu330

衛(wèi)星導(dǎo)航潛力有多大？達(dá)到米級？分米級？厘米級？能否代替I、II、III類盲降？有哪些增強(qiáng)技術(shù)？讓我們一起來學(xué)習(xí)差分gps概念：

上圖縱坐標(biāo)表示精度差分gps概念，從厘米到10米以上，注意坐標(biāo)軸不是線性變化，而是刻度差分gps概念的跨度越來越大；橫坐標(biāo)表示范圍，注意也是刻度的跨度越來越大。

從圖中可以看到，衛(wèi)星導(dǎo)航（GNSS）自身導(dǎo)航范圍可以通達(dá)全球任何角落，GPS和GLONASS精度10米級，伽利略和GPS III可以達(dá)到5米左右。

其余的色塊，均用來增強(qiáng)導(dǎo)航精度，有些是局地增強(qiáng)，有些是廣域增強(qiáng)，特點是顯著提高衛(wèi)星定位精度，直至厘米級。

增強(qiáng)的主要原理，就是差分：

假設(shè)某個系統(tǒng)測出我的位置坐標(biāo)是x,y，同時也測出我的桌子的坐標(biāo)a,b，而桌子的位置固定且事先是知道，因此坐標(biāo)a,b和桌子實際位置有位置差，這個位置差用來修正x,y，可以得到我的更精確位置，這就是所謂差分。

　　SBAS

SBAS是星基增強(qiáng)系統(tǒng)，其原理就是在地面放好桌子，然后測出位置差，交給天上的通信衛(wèi)星廣播，飛機(jī)收到后修正出自己的精確位置。因為有效范圍遼闊，因此要放好幾個桌子才行。

現(xiàn)在可以用的SBAS系統(tǒng)包括北美的WAAS、歐洲的EGNOS、日本的MSAS，建設(shè)中的包括俄羅斯的SDCM、印度的GAGAN。

有了SBAS，就可以在RNP APCH使用LPV標(biāo)準(zhǔn)，使衛(wèi)星導(dǎo)航達(dá)到ILS I類標(biāo)準(zhǔn)。

這是巴黎戴高樂機(jī)場08R跑道的RNP APCH進(jìn)近圖。上面有一個EGNOS代碼：Ch57500 E08B，說明帶有LPV功能。注意下滑道的表達(dá)方式和ILS有所不同。

注意進(jìn)進(jìn)圖底部的著陸標(biāo)準(zhǔn)：

LNAV CDFA：這是沒有垂直引導(dǎo)的進(jìn)近，著陸要求比較高；

LNAV/VNAV：這是帶垂直引導(dǎo)的進(jìn)近，著陸條件有所降低；

LPV：這是SBAS增強(qiáng)的進(jìn)近，和ILS I類標(biāo)準(zhǔn)一樣，DH200英尺，RVR550m.

這些都屬于RNP APCH，不需要單獨的進(jìn)進(jìn)圖。

空客A-350的LPV在PFD上這樣顯示：

SBAS帶來的最大好處，就是有效范圍內(nèi)可以到處建立等同于ILS I類盲降的著陸程序，而不需要任何設(shè)備、基建和費用，備降場的選擇變得更加靈活，對通航更是極大利好。

　　DGNSS 和 GBAS

DGNSS和GBAS是地基增強(qiáng)系統(tǒng)，其原理是在地面的桌子翻過來，不但測量桌子的位置差，也測每條腿（至少兩條腿）到衛(wèi)星的無線電距離（波長乘以時間，即偽距），根據(jù)真實距離算出腿長的差，再通過甚高頻設(shè)備進(jìn)行廣播（VDB），飛機(jī)收到后修正出自己的精確位置，這個位置已經(jīng)消除了大長腿和小短腿的誤差，所以精度更高，達(dá)到半米級別。

由于可以對每個單個衛(wèi)星的測量校正，因此精度很高，可以實施ILS II、III類標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)近。但因為VDB距離有限，有效范圍半徑20公里左右，對于多跑道樞紐機(jī)場很有用，對于單跑道機(jī)場成本相對高，對通航更是沒有必要。

GBAS和傳統(tǒng)DGNSS的差別就是完整性（什么是完整性，請查閱上一篇）的保證，所以GBAS更適合航空器導(dǎo)航。這里是圣彼得堡10R跑道的GLS進(jìn)進(jìn)圖：

可以看到，現(xiàn)在的GLS著陸標(biāo)準(zhǔn)基本和ILS I相當(dāng)。注意，GLS有專門的進(jìn)近圖，下滑道的表達(dá)和傳統(tǒng)ILS的不一樣。

按照FAA的計劃，最早在2019年，就會出現(xiàn)第一個II、III類的GLS進(jìn)近程序。

GBAS用衛(wèi)星測距，用無線電廣播差分信號；SBAS用額外的通信衛(wèi)星廣播差分信號。這是二者的區(qū)分。

　　RTK 和 WARTK

剛才說到，傳統(tǒng)的DGNSS不如GBAS，被無情淘汰，然而，它又派生出新的技術(shù)，那就是RTK，Real Time Kinematic，實時動態(tài)載波相位差分。

腿長不一定個子高，因為腿型有不同。RTK，就是在DGNSS的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用衛(wèi)星信號的載波相位，對這種情況進(jìn)行了修正，因此定位精度進(jìn)一步達(dá)到厘米級。

下面是拓攻的RTK飛行展示，直觀的表現(xiàn)出RTK的精準(zhǔn)程度。

RTK利用的載波相位，距離參考站（那個桌子）遠(yuǎn)了就失去參考意義，一般也就10KM-30KM，解決距離問題的方法，就是網(wǎng)絡(luò)化，即用多個參考站組成的GPS網(wǎng)絡(luò)來估計一個地區(qū)的GPS誤差模型，并為網(wǎng)絡(luò)覆蓋地區(qū)的用戶提供校正數(shù)據(jù)。而用戶收到的也不是某個實際參考站的觀測數(shù)據(jù)，而是一個虛擬參考站的數(shù)據(jù)，和距離自己位置較近的某個參考網(wǎng)格的校正數(shù)據(jù)。這就是廣域RTK，簡稱WARTK。

提供校正數(shù)據(jù)的最佳方式，就是利用移動通信的鐵塔，而國內(nèi)的中國移動、華為公司等已經(jīng)把WARTK變?yōu)楝F(xiàn)實。

　　PPP展望

PPP，Precise Point Positioning，精密單點定位，指的是利用全球若干地面跟蹤站的GPS 觀測數(shù)據(jù)計算出的精密衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘差, 對單臺GPS 接收機(jī)所采集的相位和偽距觀測值進(jìn)行定位解算。

利用這種預(yù)報的GPS 衛(wèi)星的精密星歷或事后的精密星歷作為已知坐標(biāo)起算數(shù)據(jù)；同時利用某種方式得到的精密衛(wèi)星鐘差來替代用戶GPS 定位觀測值方程中的衛(wèi)星鐘差參數(shù)；用戶利用單臺GPS 雙頻雙碼接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)在數(shù)千萬平方公里乃至全球范圍內(nèi)的任意位置都可以2- 4mm級的精度，進(jìn)行實時動態(tài)定位或2- 4cm級的精度進(jìn)行較快速的靜態(tài)定位。

這里需要提到IGS，這是一個國際合作組織，是實現(xiàn)這個目標(biāo)的重要組織，網(wǎng)址：

https://www.igs.org/

精密單點定位技術(shù)，是實現(xiàn)全球精密實時動態(tài)定位與導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)，也是GPS 定位方面的前沿研究方向。希望這個國際合作有個成功的未來。

　　本文轉(zhuǎn)載自“新絲路金融（www.nsrwm.com）”，原標(biāo)題《中國軍工產(chǎn)業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析》

　　為分享前沿資訊及有價值的觀點，衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)微信公眾號轉(zhuǎn)載此文，并經(jīng)過編輯。

　　支持保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)，轉(zhuǎn)載請注明原出處及作者。

　　原創(chuàng)文章轉(zhuǎn)載授權(quán)、轉(zhuǎn)載文章侵權(quán)、投稿、媒體合作等事宜，請加微信號：nongyan258766

　　深度 | 互聯(lián)網(wǎng)+時代，如何架構(gòu)北斗應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的生態(tài)鏈

　　聯(lián)系我們