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差分GPS是如何修正关键误差的?
2025-11-24发布

差分 GPS(DGPS)的误差修正原理:核心逻辑与实现步骤

差分 GPS(DGPS)修正误差的核心思路是:利用 “已知精确坐标的基准站”,计算卫星信号传播过程中产生的公共误差(如电离层延迟、卫星钟差),再将误差修正信息实时或事后发送给 “流动站”(用户接收机),流动站结合自身观测数据消除误差,从而提升定位精度
其本质是 “抵消公共误差 + 修正独有误差”—— 因为基准站和流动站距离较近(通常≤100km,RTK≤10km),卫星信号到达两地时,会受到几乎相同的电离层、对流层延迟等 “公共误差” 影响,通过基准站的 “误差反向推算”,就能让流动站精准抵消这些误差。

一、先明确:DGPS 修正的 “关键误差类型”

DGPS 主要针对 GPS 单点定位中影响最大的 4 类误差,按 “可抵消程度” 分为两类:
误差类型 性质(公共 / 独有) 能否通过 DGPS 抵消 核心影响
电离层延迟 公共误差 大部分抵消(≈90%) 卫星信号穿越电离层时传播速度变慢,导致伪距偏差(可达数十米)
对流层延迟 公共误差 大部分抵消(≈95%) 信号穿越对流层(大气低层)时折射,伪距偏差(数米级)
卫星钟差 公共误差 几乎完全抵消 卫星原子钟与 GPS 系统标准时间的偏差,导致时间差计算错误
卫星星历误差 公共误差 几乎完全抵消 卫星广播星历中 “卫星实际位置” 与标注位置的偏差
接收机钟差 独有误差 部分修正 流动站接收机时钟精度不足导致的时间差误差
多路径效应 独有误差 难以直接抵消 信号经地面反射后被接收(如水面、建筑物),需通过观测环境规避
简单说:公共误差是 DGPS 修正的核心(占单点定位误差的 80% 以上),独有误差需结合设备校准、环境优化辅助修正

二、DGPS 误差修正的核心流程(分 3 步)

DGPS 系统由 “基准站”“数据链路(通信)”“流动站” 三部分组成,修正过程按 “基准站推算误差→传输修正信息→流动站应用修正” 展开,具体步骤如下:

第一步:基准站 “测算误差”—— 已知坐标反推伪距偏差

基准站是关键:它架设在坐标精确已知的控制点上(如国家 CGCS2000 控制点,坐标精度达毫米级),核心工作是 “对比‘理论伪距’和‘实际观测伪距’,算出误差值”。
  1. 基准站接收机同时接收多颗 GPS 卫星的信号,记录 “实际观测伪距”(含所有误差的距离值:卫星到基准站的真实距离 + 各类误差);
  2. 基准站根据自身已知坐标和卫星广播星历(卫星精确位置),通过数学计算得出 “理论伪距”—— 即 “卫星到基准站的真实距离”(无任何误差);
  3. 计算 “误差修正值”:误差修正值 = 理论伪距 - 实际观测伪距(这个值本质是 “所有公共误差 + 基准站自身独有误差” 的总和,因基准站坐标已知,自身误差可提前校准,所以核心是公共误差)。
举个例子:基准站计算出 “卫星 A 的理论伪距是 20000km,实际观测伪距是 20000.05km”,则误差修正值为 - 0.05km(即流动站接收卫星 A 的信号时,需减去 50 米的公共误差)。

第二步:数据链路 “传输修正信息”—— 实时 / 事后发送给流动站

基准站算出误差修正值后,通过通信链路(数据传输通道)发送给流动站,传输方式分两类:
  • 实时传输:适用于动态定位(如 RTK、实时 DGPS),通过电台(短距离,≤10km)、蜂窝网络(4G/5G,长距离)、卫星通信发送,延迟≤0.1 秒,满足实时作业需求(如施工放样);
  • 事后传输:适用于静态相对定位(如控制测量),基准站将观测数据和误差修正值存储在本地,外业结束后,流动站通过 U 盘、网络导入数据,事后联合处理,精度更高(毫米级)。
传输的修正信息包含:卫星编号、误差修正值(伪距修正 / 相位修正)、基准站坐标、数据发送时间(确保流动站同步匹配卫星信号)。

第三步:流动站 “应用修正”—— 消除误差,解算精准坐标

流动站接收卫星信号的同时,接收基准站的修正信息,通过 3 步完成误差抵消:
  1. 流动站先采集自身的 “原始观测伪距”(含与基准站相同的公共误差 + 自身独有误差);
  2. 用基准站发送的 “误差修正值”,对原始观测伪距进行修正:修正后伪距 = 原始观测伪距 + 误差修正值(抵消公共误差);
  3. 基于修正后的伪距,结合卫星星历,解算出流动站的精准三维坐标 —— 此时公共误差已大幅抵消,仅剩少量流动站独有误差(如接收机钟差、轻微多路径效应),定位精度从单点定位的 “米级” 提升至 “亚米级~厘米级”。
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