GPS文獻(xiàn)綜述

【摘 要】 本文通過文獻(xiàn)學(xué)習(xí)以差分GPS、網(wǎng)絡(luò)GPS、地基增強(qiáng)系統(tǒng)，星基增強(qiáng)系統(tǒng)為重點(diǎn)。主要總結(jié)了以上文藝的研究現(xiàn)狀和研究進(jìn)展，以及待解決的難題以及未來的發(fā)展方向。對(duì)于我們了解以上重點(diǎn)內(nèi)容有十分重要的幫助。差分GPS主要應(yīng)用在武器導(dǎo)航，車輛導(dǎo)航，飛機(jī)導(dǎo)航以及電子地圖的定位，自動(dòng)駕駛。北斗高精度定位技術(shù)已在未來城市、自動(dòng)駕駛、智能手機(jī)、共享單車及無人機(jī)應(yīng)用等各領(lǐng)域廣泛使用。SBAS系統(tǒng)能為民用航空提供花費(fèi)更低、可用性更高的導(dǎo)航功能，并將為航空領(lǐng)域帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1 GPS分類

GPS包括差分GPS、網(wǎng)絡(luò)GPS、地基增強(qiáng)系統(tǒng)、星基增強(qiáng)系統(tǒng)。差分GPS（differential GPS-DGPS，DGPS）是首先利用已知精確三維坐標(biāo)的差分GPS基準(zhǔn)臺(tái)，求得偽距修正量或位置修正量，再將這個(gè)修正量實(shí)時(shí)或事后發(fā)送給用戶（GPS導(dǎo)航儀），對(duì)用戶的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，以提高GPS定位精度。網(wǎng)絡(luò)GPS準(zhǔn)確地說就是網(wǎng)絡(luò)RTK，是利用衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)支持的網(wǎng)絡(luò)時(shí)實(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)[1]。這種定位較常規(guī)GPS速度快，作用范圍大，不需要基站。北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)是一套可以使北斗定位精度達(dá)到厘米級(jí)的系統(tǒng)，于2014年9月正式啟動(dòng)研制建設(shè)，于2016年5月18日正式投入運(yùn)行。 2018年5月23日，北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)已完成基本系統(tǒng)研制建設(shè)，具備為用戶提供廣域?qū)崟r(shí)米級(jí)、分米級(jí)、厘米級(jí)和后處理毫米級(jí)定位精度的能力。SBAS（Satellite-Based Augmentation System），即星基增強(qiáng)系統(tǒng)，通過地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星搭載衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)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(shí)現(xiàn)對(duì)于原有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度的改進(jìn)，從而成為各航天大國競(jìng)相發(fā)展的手段。目前，全球已經(jīng)建立起了多個(gè)SBAS系統(tǒng)，如美國的WAAS、俄羅斯的SDCM、歐洲的EGNOS、日本的MSA、（以及印度的GAGAN。

2 研究進(jìn)展及現(xiàn)狀

楊燕雨等2018年主要圍繞基于差分 GPS 的智能車輛自主循跡的方法開展研究。實(shí)現(xiàn)車輛自主循跡的核心內(nèi)容包括如下三個(gè)方面：差分 GPS 與車輛狀態(tài)信息的同步采集與存儲(chǔ);將采集的差分 GPS 信息及車輛行駛數(shù)據(jù)融合建模以形成目標(biāo)軌跡;根據(jù)目標(biāo)軌跡設(shè)計(jì)自主循跡算法實(shí)現(xiàn)智能車輛的自主行駛[2]。目前，單船指導(dǎo)員等資深業(yè)務(wù)管理人員對(duì)于船舶在港裝卸進(jìn)的穩(wěn)性安全主要依靠經(jīng)驗(yàn)預(yù)判和作業(yè)進(jìn)程中的實(shí)時(shí)監(jiān)控，最多可以提前計(jì)算裝卸船穩(wěn)性以及相關(guān)裝卸箱順序和橋機(jī)開路情況的調(diào)整，還不能做到動(dòng)態(tài)調(diào)整和指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)減少船舶穩(wěn)性帶來的負(fù)面影響，也無法對(duì)未來船舶整體穩(wěn)性的預(yù)測(cè)及預(yù)優(yōu)化。為實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶自動(dòng)作業(yè)計(jì)劃的控制。

截至 2016 年底，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)由 23 顆在軌衛(wèi)星組成，包括 7 顆 GEO 衛(wèi)星、8 顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和 8 顆中圓地球軌道[3]。杜仲進(jìn)等于2019年通過構(gòu)建北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)組建多模CORS，提供多模網(wǎng)絡(luò) RTK 服務(wù)，評(píng)價(jià)其服務(wù)性能，分析得出最終的評(píng)價(jià)結(jié)果。在控制測(cè)量中的應(yīng)用，利用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)， 能夠?yàn)闇y(cè)圖和工程做控制， 有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)技術(shù)的缺陷， 并提升了工程的進(jìn)度。

王菁等于2018年7月基于 GPS 星座系統(tǒng)，對(duì)地基增強(qiáng)系統(tǒng)的定位算法以及精度增強(qiáng)原理進(jìn)行分析研究，并針對(duì)精度因子和偽距誤差模型兩大精度增強(qiáng)因素進(jìn)行分析和仿真，仿真得到的誤差結(jié)果在水平和垂直方向均滿足 CAT Ⅱ類精密進(jìn)近的要求，驗(yàn)證了地基增強(qiáng)系統(tǒng)在引導(dǎo)飛機(jī)著陸的優(yōu)越性能。張樹等2017年設(shè)計(jì)了基于北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的列車定位系統(tǒng)[4]?；谇嗖鼐€的實(shí)際情況，從定位性能、建設(shè)成本等方面對(duì)比了北斗融合慣導(dǎo)系統(tǒng)和北斗融合里程計(jì)的組合方式的優(yōu)缺點(diǎn)。劉天恒等2017年基于北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)，針對(duì)實(shí)時(shí)分米級(jí)定位精度，圍繞定位精度不需要達(dá)到厘米級(jí)的行業(yè)及大眾用戶，在降低用戶設(shè)備成本的前提下，研究了 RTD 定位技術(shù)。

陳俊平等于2017年介紹了北斗星基增強(qiáng)系統(tǒng)及廣域差分改正數(shù)算法.采用10個(gè)測(cè)站6天的相位平滑偽距和相位觀測(cè)數(shù)據(jù)，初步評(píng)估了北斗星基 增 強(qiáng) 系 統(tǒng) 性 能 提 升 后 的 用 戶 定 位 性 能[5]。目前美國、歐盟、俄羅斯及中國等國均建設(shè)了覆蓋本國及周邊地區(qū)的星基增強(qiáng)系統(tǒng)，采用廣域差分與完好性增強(qiáng)體制，對(duì)導(dǎo)航精度、完好性等服務(wù)性能進(jìn)行增強(qiáng)。目前，廣域差分與完好性增強(qiáng)體制的 SBAS 系統(tǒng)主要由政府職能部門主導(dǎo)投資建設(shè)，采用兼容互操作的途徑實(shí)現(xiàn)國際合作，其標(biāo)準(zhǔn)由美國主導(dǎo)，通過國際合作實(shí)現(xiàn)全球有縫覆蓋，主要服務(wù)于航等生命安全領(lǐng)域，近年拓展到海事、鐵路、公路、智能交通等領(lǐng)域。

3討論與結(jié)論

本對(duì)差分GPS、網(wǎng)絡(luò)GPS、地基增強(qiáng)系統(tǒng)、星基增強(qiáng)系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及他們的應(yīng)用領(lǐng)域有了一些了解。在今后的研究中我們應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)差分GPS在日常生活中的應(yīng)用，例如運(yùn)用差分GPS進(jìn)行飛機(jī)導(dǎo)航以及個(gè)人導(dǎo)航，使它在更好的為我們的生活服務(wù)。從目前來看， 單獨(dú)依靠GNSS系統(tǒng)已經(jīng)不能完全滿足精確定位的要求， 此時(shí)就需要增強(qiáng)系統(tǒng)的研究發(fā)展， 從而提高導(dǎo)航的定位性能。增強(qiáng)主要是能提供額外的信息，，從而使得定位、信號(hào)接收性能的增強(qiáng)， 其可用性、安全性更強(qiáng)， 在一些緊急應(yīng)用領(lǐng)域較多。當(dāng)前我國北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)建設(shè)中還存在一些問題， 需要對(duì)其進(jìn)行研究， 促進(jìn)其未來的發(fā)展。對(duì)于SBAS服務(wù)應(yīng)重點(diǎn)研究解決它的區(qū)域性限制以實(shí)現(xiàn)SBAS的互操作和實(shí)現(xiàn)全球SBAS之間的無縫鏈接為最終目的。

【參考文獻(xiàn)】

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作者簡(jiǎn)介：盧韓好（1995），男，在讀研究生，成都理工大學(xué)，610000，生態(tài)環(huán)境遙感。