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双差定位方法是全球导航卫星系统中的一种高精度定位技术。它通过同时观测多颗卫星和多个接收机之间的信号,形成双重差分观测量,有效消除卫星钟差和接收机钟差的影响,从而实现厘米级甚至毫米级的定位精度。
单差观测量是通过两个接收机对同一颗卫星的观测值相减得到的。假设接收机A和接收机B同时观测卫星S,它们的观测距离分别为ρA和ρB。单差观测量定义为ρB减去ρA。这种差分运算的最大优势是可以消除卫星钟差的影响,因为两个接收机观测的是同一颗卫星,卫星钟差对两个观测值的影响是相同的,相减后就被抵消了。
双差观测量是通过两个单差观测量相减得到的。首先计算卫星1的单差观测量,即接收机B对卫星1的观测值减去接收机A对卫星1的观测值。然后计算卫星2的单差观测量。最后,用卫星2的单差减去卫星1的单差,就得到了双差观测量。这种双重差分运算不仅消除了卫星钟差,还消除了接收机钟差,因为每个接收机的钟差在两个单差中都会出现,相减后被抵消。
双差定位的数学模型基于线性化的观测方程。双差观测量等于双差几何距离加上双差整周模糊度乘以载波波长。通过建立多个双差观测方程,形成矩阵形式的线性方程组。其中A是设计矩阵,包含了几何关系,B矩阵对应整周模糊度参数。利用加权最小二乘法求解,可以同时估计接收机的三维坐标和整周模糊度参数,最终实现厘米级的高精度定位。
双差定位技术具有显著的优势和广泛的应用。它能够有效消除卫星钟差和接收机钟差等系统误差,实现厘米级的高精度定位。在测量测绘领域,用于精确的地形测量和工程放样。在精密农业中,指导农机精准作业。在变形监测方面,实时监控大坝、桥梁等重要设施的微小变化。相比单点定位的米级精度和差分定位的分米级精度,双差定位的厘米级精度使其成为高精度应用的首选技术。