目录

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• 一、GNSS定位模式概览
• 二、GNSS定位误差分析
• 三、差分定位技术
• 四、差分技术介绍
  • 4.1 差分信息种类不同
    • 4.1.1 位置差分
    • 4.1.2 伪距差分
    • 4.1.3 载波相位差分
  • 4.2 差分信号方式不同
    • 4.2.1 码相位差分
    • 4.2.2 载波相位差分
  • 4.3 差分覆盖范围
• 五、GNSS定位模式种类
  • 5.1 单点定位（Standalone or Single Point Positioning，SPP）
  • 5.2 精确单点定位（Precise Point Positioning，PPP）
  • 5.3 位置差分定位（Position Differential）
  • 5.4 伪距差分定位(实时动态码相位差分定位（Real-time Differential，RTD))
  • 5.5 实时动态载波相位差分定位（Real-Time Kinematic, RTK）
  • 5.6 后处理差分动态定位（Post-Processed Kinematic, PPK）
  • 5.7 总结

一、GNSS定位模式概览

GNSS定位模式按照是否差分可以分为单点定位和差分定位；按照是否实时定位可分为非实时定位和实时定位。主要包含六种定位模式，如下图所示。

二、GNSS定位误差分析

在GNSS定位中，接收机存在三部分误差：一是公共误差，如：卫星钟误差、星历误差等；二是传播延迟误差，如：电离层误差、对流层误差等；三是各用户接收机所固有的误差，例如内部噪声、通道延迟、多径效应等。为了减少这些误差对观测精度的影响，多采用差分定位技术。

单基站RTK定位的范围大约在50km以内，一个重要原因就是要保证基站和移动站的公共误差和传播延迟误差尽量一致，即在同一片天空下，观测同一组卫星，这样误差消除的才好！

三、差分定位技术

差分技术（DGPS，Differential GPS）就是在一个测站对两个目标进行观测值求差；或在两个测站对一个目标的观测值求差；或在一个测站对一个目标的两次观测值求差。

差分的目的是消除公共误差，提高定位精度。差分技术可完全消除上述的第一部分误差，可大部分消除第二部分误差，但无法消除第三部分误差。

四、差分技术介绍

4.1 差分信息种类不同

根据差分GNSS基准站发送的信息种类，可将差分GNSS定位分为三类，即：位置差分、伪距差分、载波相位差分（包含实时和非实时）。这三类差分方式的工作原理大致相同，都是由基准站发送改正数，由用户站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果。所不同的是，发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精度也不同。

4.1.1 位置差分原理

这是一种最简单的差分方法，任何一种GPS接收机均可改装和组成这种差分系统。

基准站观测4颗卫星后便可进行三维定位，解算出基准站的坐标。由于存在着轨道误差、时钟误差、SA影响、大气影响、多径效应以及其他误差，解算出的坐标与基准站的已知坐标是不一样的， 存在误差。基准站利用数据链将此改正数发送出去，由用户站接收，并且对其解算的用户站坐标进行改正。

最后得到的改正后的用户坐标已消去了基准站和用户站的共同误差，例如卫星轨道误差、 SA影响、大气影响等，提高了定位精度。以上先决条件是基准站和用户站观测同一组卫星的情况。 位置差分法适用于用户与基准站间距离在100km以内的情况。

4.1.2 伪距差分原理

伪距差分是目前用途最广的一种技术。几乎所有的商用差分GPS接收机均采用这种技术。国际海事 无线电委员会推荐的RTCM SC-104也采用了这种技术。

在基准站要求得它至可见卫星的距离，并将此计算出的距离与含有误差的测量值加以比较。利用一个α-β滤波器将此差值滤波并求出其偏差。然后将所有卫星的测距误差传输给用户，用户利用此测距误差来改正测量的伪距。最后，用户利用改正后的伪距来解出本身的位置， 就可消去公共误差，提高定位精度。

例如：首先根据基准站已知的精确坐标，计算出基准站到卫星的距离d1，接着由于误差的存在，基准站观测到与卫星伪距离d2，d1与d2两者之间存在一个差值。这个差值（改正值）由基准站实时地发送出去，用户接收机在进行GNSS观测的同时，也接收到基准站的改正数，并对定位结果进行修正消除公共误差。

与位置差分相似，伪距差分能将两站公共误差抵消，但随着用户到基准站距离的增加又出现了系统误差，这种误差用任何差分法都是不能消除的。用户和基准站之间的距离对精度有决定性影响。

4.1.3 载波相位差分原理

载波相位(Carrier Beat Phase)差分技术是实时处理两个测站观测载波相位的差分方法。由基准站通过数据链及时将其载波观测值及基准站坐标信息一同传送给用户站。用户站接收GNSS卫星的载波相位与基准站的载波相位，并组成相位差分观测值进行及时处理。

由于载波的频率远高于测距码信号频率，载波的波长更小，所以在相同分辨率的情况下，载波相位的观测精度比伪距测量高出许多。例如L1 载波的波长仅为19cm，如果分辨率为1%，则相应的观测精度约为2.0mm；同理，L2 载波的观测精度约为2.5mm。利用载波相位测量进行静态相对定位，可获得毫米级相对精度，是目前最精确的观测方式。

实现载波相位差分定位的方法分为两类：修正法与差分法。前者和伪距差分相同，基准站把载波相位修正量发送给用户站，以改正其载波相位，之后求解坐标。后者把基准站采集的载波相位发送给用户台进行求差解算坐标。前者是准RTK技术，后者为真正的RTK技术。

4.2 差分信号方式不同

从差分所用的信号方式，可分为码相位差分和载波相位差分技术。

4.2.1 码相位差分原理

伪距测量(Pseudo Range Measurements)，也叫码相位观测，是指利用测距码(C/A 码或P 码)，确定卫星信号到达接收机的时间延迟(距离延迟)。通过将接收机内部的复制码与接收到的测距码信号对齐，达到最大相关，由此得到的相移量便可转换为卫星信号的传播时间，即时间延迟。

使用不同的测距码(C/A 码或P 码)和不同的观测方式(静态或动态定位)，伪距测量的水平定位精度在1～30m 之间。

在实时动态测量中，最先在码相位测量上引入差分技术，所以把实时动态码相位差分测量称作常规差分GPS测量技术，也就是一般的DGPS/差分定位。

注：DGPS在某些GNSS芯片中特指伪距差分定位即RTD定位。

4.2.2 载波相位差分原理

载波相位(Carrier Beat Phase)差分技术是实时处理两个测站观测载波相位的差分方法。由基准站通过数据链及时将其载波观测值及基准站坐标信息一同传送给用户站。用户站接收GNSS卫星的载波相位与基准站的载波相位，并组成相位差分观测值进行及时处理。

由于载波的频率远高于测距码信号频率，载波的波长更小，所以在相同分辨率的情况下，载波相位的观测精度比伪距测量高出许多。例如L1 载波的波长仅为19cm，如果分辨率为1%，则相应的观测精度约为2.0mm；同理，L2 载波的观测精度约为2.5mm。利用载波相位测量进行静态相对定位，可获得毫米级相对精度，是目前最精确的观测方式。

实现载波相位差分定位的方法分为两类：修正法与差分法。前者和伪距差分相同，基准站把载波相位修正量发送给用户站，以改正其载波相位，之后求解坐标。后者把基准站采集的载波相位发送给用户台进行求差解算坐标。前者是准RTK技术，后者为真正的RTK技术。

4.3 差分覆盖范围不同

根据基站覆盖区域范围，差分GNSS可分为三种类型，分别是单基准站差分、多基准站的局部区域差分和广域差分。

五、GNSS定位模式种类

5.1 单点定位（Standalone or Single Point Positioning，SPP）

单点定位也称标准定位，是最早也是最基础的GNSS定位方式，单点定位自GNSS系统（如GPS）投入使用以来即已存在，常用于简单的导航应用。

5.2 精确单点定位（Precise Point Positioning，PPP）

精确单点定位（PPP）技术起源于2000年代中期。它采用了更高精度的大气模型和卫星轨道数据，能够提供更高精度的定位，在地质勘探、监测地壳的运动、地震前兆及其他地质活动等广泛应用。

5.3 位置差分定位（Position Differential）

位置差分定位技术大约在1980年代末出现，并在1990年代初期 得到广泛应用，通过在已知位置的基站测量并计算卫星信号误差，将修正后的误差信号通过无线电或其他通信手段广播给用户端，从而提高定位精度。在海洋、航空和测量领域广泛应用。

5.4 伪距差分定位(实时动态码相位差分定位（Real-time Differential，RTD))

实时动态码差分（RTD）定位技术的出现大约是在 2000年代初期，码相位观测也叫伪距测量(Pseudo Range Measurements)。 RTD计算的是伪距，根据基准站已知坐标和各卫星的坐标，求出每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离。再与测得的伪距比较，得出伪距改正数，将其传输至用户接收机。用户利用改正后的伪距来解出本身的位置， 就可消去公共误差，提高定位精度。

在实时动态测量中，最先在码相位测量上引入差分技术，所以把实时动态码相位差分测量称作常规差分GPS测量技术，也就是一般的DGPS/差分定位。

注：DGPS在某些GNSS芯片中特指伪距差分定位即RTD定位。

5.5 实时动态载波相位差分定位（Real-Time Kinematic, RTK）

实时动态（RTK）载波相位差分定位技术最早出现在1990年代。它是基于载波相位差分的定位方法，相比单点定位和差分定位，RTK能够提供厘米级精度，主要应用于要求极高精度的场景，广泛应用于测量、农业机械、建筑测量和无人驾驶等需要高精度的领域。

5.6 后处理差分动态定位（Post-Processed Kinematic, PPK）

动态后处理（PPK）技术与RTK类似，首次应用于2000年代初期。不同于RTK，PPK技术允许在数据采集后进行精度修正，广泛应用于无法实时通信的测量场景。

PPK与RTK类似，也是基于载波相位差进行定位，但它和RTK的主要差别在于，在运动载体和基准站之间，不必像实时差分动态定位那样建立实时数据传输，而是在定位观测以后，对两台GPS接收机（运动载体和基准站GNSS接收机）所采集的定位数据进行测后的联合处理，从而计算出运动载体上的GNSS接收机在对应时间上的坐标位置。

例如，在航空摄影测量时,用CPS（ Carrier Phase Signal）载波相位信号测量每一个摄影瞬间的摄站位置，就可以采用后处理差分动态定位。

5.7 总结

注：DGPS在某些GNSS芯片中特指伪距差分定位即RTD定位。

参考博客：

1. RTD、RTK等定位区别：https://blog.csdn.net/weixin_45875986/article/details/138950966
2. RTK GPS DGPS RTD：https://blog.csdn.net/fanzy1234/article/details/132837003
3. DGPS与RTK的区别：https://blog.csdn.net/internet_register/article/details/45024987
4. RTD定位与RTK定位科普介绍：https://blog.csdn.net/return_oops/article/details/103713768
5. 千寻GPS差分定位解释：https://www.qxwz.com/baike/047380752
6. RTK、PPP、PPP-RTK三种卫星测量技术简介：https://www.qxwz.com/zixun/535001723
7. GPS PPK技术：https://baike.baidu.com/item/GPS%20PPK%E6%8A%80%E6%9C%AF/8509747
8. 后处理差分动态定位：https://www.qxwz.com/baike/027088104
9. 一文弄懂3种差分GPS定位方式的技术原理：http://www.xinruikc.cn/jsgh/539.html
10. GPS定位及差分GPS定位技术原理：http://www.xinruikc.cn/jsgh/538.html
11. 北斗官网介绍GPS差分技术：http://www.beidou.gov.cn/zy/kpyd/201710/t20171011_4615.html
12. RTK和RTD有什么区别：https://blog.csdn.net/m0_48012049/article/details/109030603
13. DGPS知识详解：https://blog.csdn.net/haodev/article/details/5925261
14. 千寻GPS差分原理：https://www.qxwz.com/baike/158062033
15. GNSS接收机的分类：http://www.beidou.gov.cn/zy/kpyd/201710/t20171011_4578.html
16. 伪距和载波测量方法介绍：https://www.rfgsm.com/news/GPS/450.html
17. 详解RTK,RTD,SBAS,WAAS,PPP,PPK,广域差分等技术之间的关系与区别 ：https://www.sohu.com/a/544557298_121372289
18. GNSS PPP和PPK区别：https://blog.csdn.net/m0_48012049/article/details/109175427
19. 掌握精度：从 DGPS 到 PPK 的差分修正：https://www.sbg-systems.com/zh/news/mastering-accuracy-from-dgps-to-ppk/
20. 从RTK、PPP到PPP-RTK：https://www.163.com/dy/article/G5DK1C1G05319UN7.html
21. PPP-RTK，自动驾驶高精定位的“搅局者”：https://news.qq.com/rain/a/20230827A0135P00