根據差分GPS基準站發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,即都是由基準站發送改正數,由用戶站接收并對其測量結果進行改正,以獲得精確的定位結果。所不同的是,發送改正數的具體內容不一樣,其差分定位精度也不同。
1)位置差分方法
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。
安裝在基準站上的GPS接收機觀測4顆衛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?;鶞收纠脭祿湆⒋宋恢酶恼龜蛋l送出去,由用戶機接收,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,例如衛星軌道誤差、SA影響、大氣影響等,提高了定位精度。這種方法的先決條件是適用于基準站和用戶站觀測同一組衛星的條件下,而且位置差分法通常只適用于用戶與基準站間距離在100km以內的情況。
2)偽距差分方法
偽距差分是人們應用得最廣的一種差分技術。幾乎所有的商用差分GPS接收機均采用這種技術。國際海事無線電委員會推薦的RTCM SC-104標準也主要采用了這種技術。
在基準站上的接收機通過偽距測量求得至可見衛星的含有誤差的距離,并將其與利用基準站已知位置和衛星星歷數據計算出的衛星距離進行比較,求出其中的偏差。然后將所有衛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。
與位置差分相似,偽距差分能將兩站公共誤差抵消,但隨著用戶到基準站距離的增加又出現了系統誤差,這種誤差用任何差分法都是不能消除的。用戶和基準站之間的距離在一定程度上對精度有決定性影響。
3)載波相位差分方法
通常,測地型接收機利用GPS衛星載波相位進行的靜態基線測量,可以獲得很高的精度。但為了可靠地求解出相位模糊度,要求靜止觀測一段時間。這在許多年前成為限制GPS在工程作業中的一種應用因素。于是探求快速測量的方法應運而生。例如,采用整周模糊度快速逼近技術使基線觀測時間縮短到3~5分鐘,采用準動態(走走停停)、往返重復設站和動態來提高GPS作業效率。這些技術的應用對推動精密GPS測量起了促進作用。但是,上述這些作業方式都是事后進行數據處理,不能實時提交成果和實時評定成果質量,很難避免出現事后檢查不合格造成的返工現象。
差分GPS的出現,能實時給定運動載體的位置,精度為米級,滿足了引航、水下測量等工程的要求。這種位置差分、偽距差分、偽距差分相位平滑等技術已經成功地用于各種作業中,同時隨之而來的是更加精密的測量技術——載波相位差分技術。
載波相位差分技術廣泛應用于高精度測量,除了用于靜態測量外,還大量地用在多種多樣的動態測量和其他應用中,通常稱為實時動態(RTK)技術,它是建立在實時處理兩個測站的載波相位基礎上的,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,由基準站通過數據鏈實時將其載波觀測量及站坐標信息一同傳送給用戶站。用戶站接收GPS衛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實時處理,能實時給出厘米級的定位結果。
實現載波相位差分GPS的方法分為兩類:修正法和差分法。前者與偽距差分相同,基準站將載波相位修正量發送給用戶站,以改正其載波相位,然后求解坐標。后者將基準站采集的載波相位發送給用戶臺進行求差解算坐標。最近,RTK技術又有了新發展,形成網絡RTK技術,有利于這一技術的進一步推廣應用。