差分技術(shù)很早就被人們所應(yīng)用。它實(shí)際上是在一個(gè)測站對兩個(gè)目標(biāo)的觀測量、兩個(gè)測站對一個(gè)目標(biāo)的觀測量或一個(gè)測站對一個(gè)目標(biāo)的兩次觀測量之間進(jìn)行求差。其目的在于消除公共項(xiàng)，包括公共誤差和公共參數(shù)。在以前的無線電定位系統(tǒng)中已被廣泛地應(yīng)用。

　　差分GPS定位原理

　　GPS是一種高精度衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)期間，它能給出高精度的定位結(jié)果。這時(shí)盡管有人提出利用差分技術(shù)來進(jìn)一步提高定位精度，但由于用戶要求還不迫切，所以這一技術(shù)發(fā)展較慢。隨著 GPS技術(shù)的發(fā)展和完善，應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步開拓，人們越來越重視利用差分GPS技術(shù)來改善定位性能。它使用一臺GPS基準(zhǔn)接收機(jī)和一臺用戶接收機(jī)，利用實(shí)時(shí)或事后處理技術(shù)，就可以使用戶測量時(shí)消去公共的誤差源—電離層和對流層效應(yīng)。特別提出的是，當(dāng)GPS工作衛(wèi)星升空時(shí)，美國政府實(shí)行了SA政策。使衛(wèi)星的軌道參數(shù)增加了很大的誤差，致使一些對定位精度要求稍高的用戶得不到滿足。因此，現(xiàn)在發(fā)展差分GPS技術(shù)就顯得越來越重要。

　　GPS定位是利用一組衛(wèi)星的偽距、星歷、衛(wèi)星發(fā)射時(shí)間等觀測量來實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)還必須知道用戶鐘差。因此，要獲得地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)，必須對4顆衛(wèi)星進(jìn)行測量。

　　在這一定位過程中，存在著三部分誤差。一部分是對每一個(gè)用戶接收機(jī)所公有的，例如，衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差、電離層誤差、對流層誤差等;第二部分為不能由用戶測量或由校正模型來計(jì)算的傳播延遲誤差;第三部分為各用戶接收機(jī)所固有的誤差，例如內(nèi)部噪聲、通道延遲、多徑效應(yīng)等。利用差分技術(shù)，第一部分誤差完全可以消除，第二部分誤差大部分可以消除，其主要取決于基準(zhǔn)接收機(jī)和用戶接收機(jī)的距離，第三部分誤差則無法消除。

　　除此以外，美國政府實(shí)施了SA政策，其結(jié)果使衛(wèi)星鐘差和星歷誤差顯著增加，使原來的實(shí)時(shí)定位精度從15m降至100m。在這種情況下，利用差分技術(shù)能消除這一部分誤差，更顯示出差分GPS的優(yōu)越性。根據(jù)差分GPS基準(zhǔn)站發(fā)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(zhǔn)站發(fā)送改正數(shù)，由用戶站接收并對其測量結(jié)果進(jìn)行改正，以獲得精確的定位結(jié)果。所不同的是，發(fā)送改正數(shù)的具體內(nèi)容不一樣，其差分定位精度也不同。[page]

　　位置差分原理

　　這是一種最簡單的差分方法，任何一種GPS接收機(jī)均可改裝和組成這種差分系統(tǒng)。

　　安裝在基準(zhǔn)站上的GPS接收機(jī)觀測4顆衛(wèi)星后便可進(jìn)行三維定位，解算出基準(zhǔn)站的坐標(biāo)。由于存在著軌道誤差、時(shí)鐘誤差、SA影響、大氣影響、多徑效應(yīng)以及其他誤差，解算出的坐標(biāo)與基準(zhǔn)站的已知坐標(biāo)是不一樣的， 存在誤差。基準(zhǔn)站利用數(shù)據(jù)鏈將此改正數(shù)發(fā)送出去，由用戶站接收，并且對其解算的用戶站坐標(biāo)進(jìn)行改正。

　　最后得到的改正后的用戶坐標(biāo)已消去了基準(zhǔn)站和用戶站的共同誤差，例如衛(wèi)星軌道誤差、 SA影響、大氣影響等，提高了定位精度。以上先決條件是基準(zhǔn)站和用戶站觀測同一組衛(wèi)星的情況。 位置差分法適用于用戶與基準(zhǔn)站間距離在100km以內(nèi)的情況。

　　偽距差分原理

　　偽距差分是目前用途最廣的一種技術(shù)。幾乎所有的商用差分GPS接收機(jī)均采用這種技術(shù)。

　　在基準(zhǔn)站上的接收機(jī)要求得它至可見衛(wèi)星的距離，并將此計(jì)算出的距離與含有誤差的測量值 加以比較。利用一個(gè)α-β濾波器將此差值濾波并求出其偏差。然后將所有衛(wèi)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(zhǔn)站距離的增加又出現(xiàn)了系統(tǒng)誤差，這種誤差用任何差分法都是不能消除的。用戶和基準(zhǔn)站之間的距離對精度有決定性影響。[page]

　　載波相位差分原理

　　測地型接收機(jī)利用GPS衛(wèi)星載波相位進(jìn)行的靜態(tài)基線測量獲得了很高的精度(10-6～10-8)。 但為了可靠地求解出相位模糊度，要求靜止觀測一兩個(gè)小時(shí)或更長時(shí)間。這樣就限制了在工程作業(yè)中的應(yīng)用。于是探求快速測量的方法應(yīng)運(yùn)而生。例如，采用整周模糊度快速逼近技術(shù)(FARA)使基線觀測 時(shí)間縮短到5分鐘，采用準(zhǔn)動態(tài)(stop and go)，往返重復(fù)設(shè)站(re-occupation)和動態(tài)(kinematic) 來提高GPS作業(yè)效率。這些技術(shù)的應(yīng)用對推動精密GPS測量起了促進(jìn)作用。但是，上述這些作業(yè)方式都是事后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理， 不能實(shí)時(shí)提交成果和實(shí)時(shí)評定成果質(zhì)量，很難避免出現(xiàn)事后檢查不合格造成的返工現(xiàn)象。

　　差分GPS的出現(xiàn)，能實(shí)時(shí)給定載體的位置，精度為米級，滿足了引航、水下測量等工程的要求。位置差分、偽距差分、 偽距差分相位平滑等技術(shù)已成功地用于各種作業(yè)中。隨之而來的是更加精密的測量技術(shù) — 載波相位差分技術(shù)。

　　載波相位差分技術(shù)又稱為RTK技術(shù)(real time kinematic)，是建立在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測站的載波相位基礎(chǔ)上的。它能實(shí)時(shí)提供觀測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并達(dá)到厘米級的高精度。

　　與偽距差分原理相同，由基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)將其載波觀測量及站坐標(biāo)信息一同傳送給用戶站。用戶站接收GPS衛(wèi)星的載波相位 與來自基準(zhǔn)站的載波相位，并組成相位差分觀測值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，能實(shí)時(shí)給出厘米級的定位結(jié)果。

　　實(shí)現(xiàn)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(zhǔn)站將載波相位修正量發(fā)送給用戶站，以改正其載波相位，然后求解坐標(biāo)。后者將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送給 用戶臺進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。前者為準(zhǔn)RTK技術(shù)，后者為真正的RTK技術(shù)。