差分GPS（differential GPS-DGPS，DGPS）是首先利用已知精确三维坐标的差分GPS基准台，求得伪距修正量或位置修正量，再将这个修正量实时或事后发送给用户（GPS导航仪），对用户的测量数据进行修正，以提高GPS定位精度。
一、差分GPS 技术

1、  GPS 误差源

    GPS 误差主要来源于GPS 卫星、卫星信号的传播过程和地面接收设备。对GPS 定位而言, GPS 卫星的空间几何分布也会对定位精度产生一定程度的影响。一般情况下, SPS 的精度约为20～30 m。为了限制其他国家将SPS 用于军事领域, 美国军方通过选择可用性(SA) 技术在卫星星历中人为地加入误差。目前, SA 技术造成的测距误差平均为33m。在天顶开阔的条件下, 有SA 的SPS 一般能够保证定位误差小于40 m 的数据量大于全部数据量的50 % , 但只有约95 %的数据误差小于100 m。

    由此可见, SPS 的导航精度只能保证100 m 左右的置信度。1996 年3 月, 美国政府宣布在2006 年前后终止执行SA 政策。美国军方认为, 随着美国利用GPS 精码定位( PPS) 精度和抗干扰能力的提高,这一终止时间可能提前。届时, 用户单点实时定位的精度会提高到30 m 左右。美国政府已经批准了在无线电频谱中增加两个民用GPS 卫星信号频率, 随着两个民用频率的采用, GPS 的SPS 服务精度会得到进一步提高。


2 、差分GPS 技术

    差分技术的优点是能够消除公共误差。对GPS 定位而言, 差分是通过位置精确已知的GPS 基准站与定位点的GPS 接收机同时接收GPS 卫星信号, 通过差分以消除公共误差, 从而提高定位点的定位精度。有效的差分可以完全消除共有误差(包括SA 技术误差) , 大部分消除传播路径延迟误差。实时差分GPS (DGPS) 定位的精度可以达到2～5 m。

    对GPS 用户接收机差分修正有两种实现方式: 在测量域(对伪距数据) 修正和在结果域(对位置数据) 修正。两种方法基本上能得到相同的最终位置精度, 主要不同是那些必须在用户接收机与基准站间传输的特定数据。按照误差修正是在用户接收机上还是在基准站处完成的不同, 有四种差分方案:

(1) 向用户接收机播发伪距修正数据;
(2) 向用户接收机播发位置修正数据;
(3) 汇报所有用户的原始测量数据供基站差分处理;
(4) 汇报未经修正的用户位置数据供基站差分处理。

    在上述四种差分方法中, 方法(1) 和(2) 可为GPS 用户接收机提供经差分修正的位置数据, 适用于任何需要精确导航定位的应用。当需要为很多用户服务时, 方法(1) 比较好, 因为不管用户采用的是哪几颗测量卫星, 8 颗卫星的伪距修正值一般足够。方法(3) 和(4) 是对用户下行传输的GPS 数据进行严格的集中处理。这两种方法又被称为逆向差分或集中差分, 适合于中央基准站需要精确位置数据而定位点不需要精确位置的情况。

    近年来, 国内各个部门为了满足需要而纷纷建立各自的差分GPS 系统, 这种做法实际上是一种低水平的重复, 浪费了大量的人力物力和无线电频道资源。目前, 国内外相关领域的专家学者正在进行建立统一的多用途、多功能广域差分GPS 网建设方案的论证, 美国政府也正在致力于采取提供民用GPS 系统高精度的免费定位服务的新举措, 所以部门性的差分GPS 网生命力不会持久。但是, 对特种车辆的指挥与管理又是时下相当迫切的需求。因而, 在系统容量不是特别高的时候, 逆向差分体制不失为一种较好的选择。



3 、GPS 盲区处理

    由于城区内地物特征复杂, 受密集的高大建筑物、隧道、立交桥、树木等地物的反射和遮蔽等影响, 车载GPS 接收机接收到的卫星信号存在严重的多径效应, 在某些区域内甚至会形成GPS 定位盲区。一般情况下, GPS 定位盲区范围不会很大, 这样, 根据惯性导航设备( INS) 短期精度较高的原理设计出的车辆航位推算设备可以基本解决GPS 盲区问题。车辆航位推算设备一般由航向角传感器和位移传感器构成, 航向角传感器主要有磁罗盘、差动里程仪和角速率陀螺等, 位移传感器主要有加速度计、里程仪和多普勒雷达等。一般采用角速率陀螺和里程仪组成航位推算设备。当GPS 接收机发生丢星时, 航位推算仪可以根据丢星前的GPS 数据推算出当前位置坐标。

    应当指出的一点是, 由于航位推测是在车辆一端实现的, 而在系统设计时, 车辆端只能获得GPS的导航精度。这样, 通过航位推测得到的所有数据都存在因GPS 定位数据的偏差而带来的一个初值系统误差。解决这一问题的方法是在差分基站记录每一辆车上一时刻的差分改正数, 而车辆上报的位置数据设置一个区别GPS 定位数据与航位推测数据的标志位, 这样, 就可以根据标志位的不同而在基站进行GPS 差分处理或航位推测系差的改正。