GPS定位技术详解：从差分GPS到RTK

本文主要介绍了差分GPS技术及其在卫星定位中的应用，同时概述了卫星导航技术的发展历程，特别是美国的GPS系统。 差分GPS是一种提高GPS定位精度的方法，通过对比参考站与用户接收机接收到的GPS信号，计算出改正数并将其发送给用户，从而修正用户位置的误差。这种技术主要分为以下几种类型： 1. 差分动态定位：主要用于移动目标的实时定位，例如车辆导航或无人机控制，通过实时接收差分改正信息来提高定位精度。 2. 差分静态定位：适用于需要高精度静态定位的场合，如土地测量或地质勘查，通常在固定站点进行，通过后期处理获取更高精度的位置数据。 3. 按照差分改正数的不同，差分GPS又可以细分为： - 位置差分：改正数基于参考站和用户接收机的相对位置差异。 - 伪距差分：基于伪距测量的改正数，即参考站和用户接收机到同一颗卫星的距离差。 - 载波相位差分：利用载波相位信息进行改正，是高精度定位的主要方法，如RTK（Real-Time Kinematic）技术。 RTK是一种实时载波相位差分技术，能够在几厘米的精度内实现动态定位。它结合了多个卫星的载波相位测量，通过实时解算获得改正数，极大地提高了定位精度。 卫星导航定位技术的发展经历了从子午卫星导航系统到GPS的转变。子午系统虽然具有经济性和全天候工作的优点，但因其观测时间长、无法实时定位且精度较低，逐渐被更先进的GPS系统取代。GPS系统分为三个发展阶段，最终形成了由21颗工作卫星和3颗备份卫星组成的星座，这些卫星分布在6条轨道上，确保全球用户任何时候都能接收到至少4颗卫星的信号。 GPS系统由三部分组成：空间卫星、地面监控站和用户接收机。卫星持续发送导航电文，地面监控站负责观测并提供数据，主控站编辑导航电文并管理卫星，注入站将这些信息传递给卫星。用户接收机则解析这些信号，获取位置、时间和速度信息。 GPS使用的坐标系统主要是WGS-84大地坐标系，这是一个地心坐标系，其中Z轴指向地球的北极，X轴指向格林尼治子午线与赤道的交点，Y轴构成右手坐标系。卫星星历是描述卫星位置和状态的参数，包括广播星历（实时但精度低）和实测星历（精度高但需事后计算）。GPS卫星信号包含L1和L2两个载波，以及C/A码和P码，用于不同精度的测距需求。 差分GPS和卫星导航技术的不断发展，为全球定位、导航和测绘提供了强大的支持，极大地推动了交通、通信、科学研究等领域的发展。