赛维板报丨GNSS 定位的基本原理

GNSS定位原理

GNSS 卫星定位，实际上就是将分布在天空的高轨卫星当做已知点，根据 GNSS 系统的组成原理可知，每颗 GNSS 卫星瞬间位置都可以计算出来，并且通过卫星信号发送到地面 GNSS 接收机上。当地面某个 GNSS 接收机同时接收到 4 颗以上的卫星信号时，即可以以后方交会的方式推算出地面接收机的空间坐标位置。

GNSS定位原理图

差分定位示意图

按定位方式，GNSS 定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测，可用于车船等的概略导航定位。

相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测也可采用相位观测，大地测量或工程测量均采用相位观测值进行相对定位，相对定位测量的是多台GNSS 接收机之间的基线向量。

在 GNSS 观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时，应选用双频接收机。

RTK定位原理

RTK（Real - time kinematic）实时动态差分法。这是一种新的常用的 GNSS 测量方法，静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而 RTK 是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是 GNSS 应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图所应用，极大地提高了外业作业效率。

高精度的 GNSS 测量必须采用载波相位观测值，RTK 定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在 RTK 作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集 GNSS 观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不足一秒钟。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成整周模糊度的搜索求解。在整周末知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。