常规单基站差分定位
常规单基站差分定位系统包括基准站和移动站两个组成部分。基准站和移动站上都配置了多系统多频点的GNSS卫星接收机和通信电台。常规差分定位的流程一般是这样的:
基准站一般位于地面某个固定的位置,该位置是经过大地测量的方式精确的位置坐标。基准站中的GNSS接收机接收GNSS卫星信号(目前世界上主流的4大卫星导航系统:GPS、北斗、伽利略和GLONASS卫星等),将每个卫星的观测量信息(观测量信息包含卫星的编号、伪距、载波相位、多普勒、信噪比等信息)按照一定频度发送给基准站的通信电台。
由于基准站一般是固定的,短时间内卫星观测量变化很小,因此基准站的观测量信息更新和发送频度一般可以采用一秒钟发送1次。
基准站的通信电台将观测量信息通过无线通信链路发射。
如果移动站位于基准站通信电台的覆盖范围以内,移动站上的通信电台就能够接收到基准站的观测量信息,并将观测量信息发送给移动站的GNSS接收机;
移动站内的GNSS接收机接收到基准站的观测量信息,采用差分定位原理,消除误差量,解算得到移动站所在的位置。由于采用了差分定位原理,基准站和移动站公共的误差部分被消除,定位精度大大提高。如果采用载波相位差分,定位精度可达cm级别,如果采用伪距差分,定位精度可达2m左右。

从上面的流程分析中我们可以看出:
通过差分的方式完成高精度定位,需要自己建设基准站系统。使用单位需要采购、安装、布置基准站,同时还需要配置基准站的操作、维护人员。
要求移动站位于基准站通信电台的覆盖范围以内。由于受到地球曲率的影响,一般来讲地对地传输方式,通信电台的传输距离也就十几km到30km,空对地的传输方式可以到100-200km。如果移动站超过了基准站通信电台的传输范围,就需要增加基准站才保证移动站的全程覆盖,会导致成本增加,系统复杂度增加。
在军事应用领域,可以采用增加基准站的方式达到移动站全程差分的要求,但是在工业用途、民用等领域,增加基准站的方式是比较困难的。
那么有没有一种方式,不需要自己建设基准站系统,而且还能突破通信电台的通信距离限制,完成高精度差分定位呢?
有的,这就是网络差分。使用单位只需要一台GNSS接收机做移动站就可以完成差分定位,获得高精度的定位结果
CORS网络差分基本原理
CORS(Continuously Operating Reference Stations)就是连续运行的网络参考站,通过网络收发GNSS差分数据。用户访问CORS站后,不用单独架设GNSS基准站,即可实现GNSS移动站的差分定位。
基于CORS的网络差分的核心部分由多个参考站和1个数据处理中心组成。在某个区域内布设多个参考站,参考站呈现网状分布。由于参考站都是固定的,相互之间可以通过地面互联网连接。
参考站的观测量信息通过网络实时传送到数据处理中心。数据处理中心利用参考站精确已知的坐标位置,对网络范围内的电离层、对流程、轨道误差等误差进行建模,实时产生移动站需要的观测量信息,并将此观测量信息按照一定的数据格式向移动站播发。
移动站接收到观测量信息之后完成差分定位,从而提高GNSS定位的精度。
地面参考站点之间的距离一般会根据具体的应用需求和地理环境来确定。一般来说,站点之间的距离通常在十几到几百公里之间,这个范围内可以平衡覆盖范围和定位精度之间的关系。较近的站点可以提供更高的精度,但覆盖范围较小;而较远的站点可以扩大覆盖范围,但精度可能会降低。
一般来说在城市人员密集区,需要提供高精度定位的场合,CORS站之间的距离较短,在农村、荒漠等地区,CORS站之间的距离较远。
在实际应用中,站点之间的距离会根据地形、信号传播特性、用户需求等因素进行优化设计,以确保系统能够提供满足要求的定位精度和覆盖范围。
基于CORS站的网络差分不需要自己建设基准站,能够突破通信电台的距离限制,那么这里面有2个问题:
数据处理中心和移动站之间的通信链路是什么?
观测量的来源是什么?
网络差分中通信链路
网络差分采用移动通信网络(3G、4G)或者地面互联网作为通信链路,而且通信是双向的。
数据处理中心通过移动通信网络或者地面互联网播发观测量信息;
移动站通过移动通信网络或者地面互联网将自身的位置信息发送给数据处理中心;

网络差分中观测量的来源
在CORS网络差分中,移动站需要的观测量信息是怎么产生的呢?
目前CORS网络差分中采用的主流技术是虚拟参考站技术(VRS)。移动站将自身的单机定位结果通过网络发送给数据处理中心。数据处理中心接收到移动站的位置之后,找到该位置附近的若干个参考站。利用这些参考站的数据信息对移动站所在位置的电离层延时、对流层延时建模,计算生成一个观测量数据。然后将这个生成的观测量数据通过网络发送给移动站。
这个观测量数据不是某个实际的参考站的数据,而是软件生成的一个“虚拟”的参考站的数据,而这个参考站的坐标就是移动站发送给数据处理中心的坐标。
因为这个坐标点不是实际存在的,是计算出来的,是虚拟的,因此该项技术的名称是虚拟参考站技术(VRS)。
国内提供网络差分服务机构
国内提供网络差分服务机构很多,民营提供商用服务的公司主要有千寻、六分等公司。这些公司在全国范围内都建设了自己的CORS站地基增强系统,并建有自己的位置服务器对外提供商用的位置服务。用户注册账号并购买服务之后,可以登录位置服务器,按照网络差分协议从位置服务器上获得用于差分的虚拟的观测量数据。
网络差分的精度
网络差分的精度依赖于差分服务提供商的数据精度。如果该机构站点比较多,比较密集,覆盖范围广,数据处理中心算法比较完善,网络差分的精度就高。
另外网络差分服务商会提供不同精度的服务,从米级到mm级别不等,不同精度的服务收费不同,用户可以根据自己的实际情况自主选择。例如千寻公司不同精度的服务如下:

网络差分的具体使用
网络差分协议
NTRIP( Networked Transport of RTCM via Internet Protocol)是CORS系统的主流通讯协议之一。NTRIP通过互联网传输差分GNSS数据,为用户提供了一种实时、高精度的差分定位解决方案,适用于各种需要高精度定位的应用场景。
NTrip协议是基于TCP的网络协议。
目前市面上有很多支持NTRIP协议的客户端软件,通过客户端软件能够直接登录访问商业机构的位置服务器,获得虚拟的观测量信息;
注册并登录位置服务器
这里我们以千寻服务器为例。在千寻官网上注册账号,根据对定位精度的要求选择所需的服务类型、使用时间,缴费之后千寻平台会分配一个账号和密码。然后记录位置服务器的域名(或者IP地址),端口号、Mountpoint/源/挂载点等信息。
千寻位置服务器的信息如下:
1)地址
域名:rtd.ntrip.qxwz.com 或IP(60.205.8.49)
2)端口
端口:8001 对应ITRF2008坐标系
端口:8002 对应WGS84
端口:8003 对应CGCS2000
3)Mountpoint/源/挂载点
RTCM32_GGB 或 RTCM23_GPS
用NtripClient客户端登录位置服务器
系统连接关系图如下:

NtripClient软件操作简单,可以在界面上设置域名地址、端口号、挂载点、账号密码等。然后点击“connect”。软件将自动连接千寻的位置服务器。
如果移动站是固定的,你就在界面上“我的位置”,输入自己的概略位置;
如果移动站是移动的,就把移动站GNSS接收机的串口连接到计算机上,GNSS接收机输出NEMA0183协议中的$GGA语句给NtripClient客户端,然后NtripClient客户端会按照NTRIP协议将GNSS接收机的位置按照一定频度不断发送给千寻位置服务器。
NtripClient客户端软件接收位置服务器下发的VRS观测量数据,解析Ntrip差分协议,转换成RTCM差分观测量数据,RTCM观测量数据可以存盘,也可以从电脑的串口输出。
通过计算机的串口,RTCM差分观测量数据不断的输出给GNSS接收机,GNSS接收机就完成实时差分定位了。

如果移动站不方便用计算机,运行不了NtripClient客户端的话,就需要我们自己开发一个嵌入式的平台,实现NrtipClient客户端的功能。网上有开源的代码可以实现。
移动站和位置服务器之间的网络可以利用地面互联网,也可以采用4G移动互联网。