GPS几种基本定位模式原理概述及精度介绍

为说明GNSS的几种基本定位模式的基本原理及精度，笔者采集了1个小时的静态数据，板卡使用novatel 628板卡，采集的数据中包含range和星历数据，通过解算这同一段数据来直观给出各模式的精度，并简略介绍一下各模式的算法原理，文中将验证以下几种模式：

• 单点定位
• 伪距差分
• RTK

单点定位

不考虑多路径效应GNSS伪距观测方程如下：

Pi=p+c∗dt+Δtrop+Δion+ϵ$$P_i=p+c\ast dt+\mathrm{\Delta }trop+\mathrm{\Delta }ion+ϵ$$

p=(xs−xu)2+(ys−yu)2(zs−zu)2−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−√$$p=\sqrt{(x_s-x_u{)}^2+(y_s-y_u{)}^2(z_s-z_u{)}^2}$$

其中，
P为伪距，可以从接收机的跟踪环路提取
xs,ys,zs为卫星位置，通过广播星历解算
c为光速dt为卫星时钟与接收机时钟之间的误差
trop和ion分别为对流层延迟和电离层延迟
最后一项为伪距噪声
式中有四个未知数：用户的三维坐标x,y,z和钟差，因此只需接收到4颗卫星，即可得到4个方程式进行求解，从而得到观测点三维坐标。
使用最小二乘法进行解算，得到结果如下：

伪距差分

伪距差分需要已知基准站的坐标，这样根据广播星历中计算出的卫星位置，便可以计算出每颗卫星到基准站的“真实”距离。伪距减去这个“真实”距离，就可以得到伪距改正数，将这个伪距改正数发送给移动站，移动站在测量的每颗伪距的基础上减去改正数，就可以得到移动站到每颗卫星的“”真实“”距离。
这种方法完全消除了与卫星相关的误差，也可消除大部分大气误差（对流层，电离层误差），但对与接收机有关的误差不具有消除作用。
另外，当基准站与移动站距离越来越远时，对于相同卫星到达基准站和移动站的大气路径偏差也越来越大，因此对于大气误差部分的修正也越来越差。

RTK

RTK（Real - time kinematic，实时动态）载波相位差分。关键算法包括单点定位，周跳探测和整周模糊度固定等，主要原理如下链接。
使用kalman滤波进行高精度相对定位原理

结论

从以上结果大致上可以看出几种定位算法的定位精度。单点定位RMS是米级的，伪距差分可以得到分米级精度，而RTK精度可以达到厘米级。