GPS 導航系統是如何提高定位精度的？韓國要開發 differential GPS （差分 GPS）將誤差縮小到 1 米內可行嗎？

01-17

韓國將開發一種廉價的 differential GPS (差額GPS) 的終端,其誤差將僅為 3.2 英尺(約 97.5 厘米).這項技術將大大提高現有車載導航 GPS 技術的精確度,目前其誤差為 121 英尺,也就是 36.8 米. via 韓國將開發更高精度的GPS導航系統誤差在一米之內_cnBeta 科學探索準確的消息請參考英文新聞 South Korea aims more accurate GPS at navigation systems

對樓上匿名用戶的回答進行一些更正。

1.目前民用信號的精度確實不如軍用信號，但這並不是因為受到美國的故意干擾，而是因為民用信號體制使用的偽隨機碼CA只有1023位，遠遠低于軍用的Y碼位數，導致測距精度的差異進而性能不同。軍用Y碼是加密的，沒有美國軍方授權無法使用，當然即使開放使用，要能夠捕獲Y碼就目前需要目前的商用GPS晶元具有更大的計算能力，這會帶來成本的大幅上升。很早以前美國確實有干擾測距精度的政策SA，但是已經在2000年被廢止（當然他們有隨時恢復干擾的能力）。

2.differential GPS 應該叫差分GPS（DGPS）吧，這不是上個世紀就有的技術嗎。。。

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添加一點對差分GPS的介紹吧。

GPS信號從衛星發射傳播到地球表面，中間通過大氣層、電離層，它們的一些特性導致信號在其中的傳播的時間會比在同樣長度的真空中多，而多出來的這些時間是時變的而且相對較難精確測定，導致衛星與接收機之間的測距不準，所以定位精度也就下降了。差分GPS是利用地面接收機附近的已經被精確測定位置的差分站的信息，因為它和接收機相對比較近，可以認為它們收到的信號受到同樣的上述延遲，因為差分站的位置已經事先精確的測定，所以接收機就可以利用它的數據大幅消除信號上述不確定的時間延遲，從而獲得更高的定位精度。

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第一次有這麼人點贊，還上了知乎日報，飄飄欲仙中~哈哈。

PS：看了樓下@張蘇的回答，覺得威武的應該是某些媒體。

第一個問題，GPS 導航系統是如何提高定位精度的。

目前對最常見的定位演算法（偽距定位，沒發表出來的演算法我們當然就不了解了）來說，GPS定位精度與GPS測量誤差大小與各顆可見衛星在空間的幾何分布情況有關。

$sigma^{2}_{URE}=sigma^{2}_{cs}+sigma^{2}_{p}+sigma^{2}_{rnm}$

其中， $sigma^{2}_{URE}$ 為各部分測量誤差方差總和， $sigma^{2}_{cs}$ 為星曆誤差和衛星鐘差模型的誤差標準差； $sigma^{2}_{p}$ 為信號傳播大氣延時校正誤差標準差； $sigma^{2}_{rnm}$ 為多徑誤差項。

解決的方法：

1.大氣延時如電離層對流層延時等公共誤差通過差分GPS來消除，這就是為什麼題主提到的韓國開發的那個差分定位技術；

2.多徑誤差是GPS特別是差分GPS系統最主要的誤差.抑制多徑的方法一般可以提高偽碼的碼率（北斗2代B3頻點民用碼精度必然會高於B1頻點啊）;其次就是天線的設計，天線的設計我完全不懂，攤手~

3.衛星鐘差，可以在接收機里通過扣除即時誤差就可以消去；接收機時鐘誤差要取決於晶振的質量了。

4.衛星的幾何分布的面積越大，定位越精確，假如可見星連成一條直線，誤差會很大。因此可藉助偽衛星來改善衛星的幾何分布（不過會帶來新的誤差啊擦，不過會比原來的誤差小）

韓國要開發 differential GPS (差額GPS) 能將誤差縮小到1米內可行嗎？

可行的。差分定位前面@張弓已經回答了很棒了！

鄙視一下網易新聞重述的那麼不靠譜

英文原文 South Korea aims more accurate GPS at navigation systems

首先看看原文的重點

Technology created in the country can enable advanced GPS in ordinary devices, such as acar"s navigation system, the South Korean government announced on Tuesday. As reported by the Yonhap News Agency, the new technology, also known as differential GPS (DGPS), could reach the public as early as next year.DGPStypically demands an expensive device on the receiving end and is currently used by fishing vessels and around 790 different organizations, Yonhap said. But the new technology lets an ordinary navigation device take advantage of DPGS by simply replacing its GPS chip with a multipurpose chip, according to South Korea"s Ministry of Oceans and Fisheries.

原文強調的：

不是韓國要設計差分GPS系統

而是韓國要推廣低成本的差分GPS

差分GPS技術自從上世紀80年代嘗試以來，經歷了實驗室-&>工業化的完整歷程但是DGPS技術一直依賴於成本遠遠高於普通的GPS接收機（普通接收機成本在10美元的數量級差分動輒幾千上萬美元）。韓國這個計劃的目的就是設計並大規模製造低成本的DGPS。

但是我還是有幾點不明白

1. DGPS定位時間比較長，韓國向想用於汽車導航，這個問題怎麼解決。

2. DGPS需要通信,就是差分台實施告知差分信息, 大規模使用差分技術，這又是一個問題。難道通過3G/4G技術，那就不能免費了。

3. 如果你不能良好的接收到差分台的信號，那就洗洗睡吧。差分台普遍部署在地面，接收不到是很正常的。

我是一個學測量的的學生，我們本科期間有一門課就要「GPS測量和數據處理」

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首先網易的編輯又是一個文科生，在cnbeta上找到一個挺「好看」的新聞就隨隨便便地粘貼過來，追本溯源cnbeta上著篇文章是來自cnet上的一篇文章。

文章地址：South Korea aims more accurate GPS at navigation systems

閱讀原文後發現cnbeta上來翻譯的資格都算不上，最主要的信息都丟失了。

1：「Technology created in the country can enable advanced GPS in ordinary
devices, such as acar"s navigation system」

這句話的基本是可以在原先的GPS設備上使用更先進的有關GPS技術。而不是網易新聞標題中的「開發高精度GPS導航系統」（p.s.現在GNSS（全球導航衛星系統）中最要的有美國的GPS，歐洲的Galileo，俄羅斯的glonass以及現在炒得很厲害的中國的北斗。棒子有那麼厲害自己開發GPS導航系統？？？）

2：「the new technology, also known as differential GPS (DGPS)」

原文中的意思就是：這項技術就是，你懂的差分GPS。人家已經明明白白的說了這技術在科研中已經眾所周知，只不過商用了。

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好了現在普及差分GPS這項「你懂的」技術

當年美帝為了更好的方便全球定位（還是軍事方面的考慮），在天上放了24顆衛星。每顆衛星的實時的位置（坐標：X、Y、Z）是知道。地面上的接收機接受來自衛星的信號來解算出接收機的的坐標（未知x,y,z），通過信號可以知道接收機與每顆衛星的距離，通過三元一次方程解算出接收機的坐標。但是信號在傳輸的過程中會有很多誤差，這些誤差是無法預計的，所以在地面上固定一個已知點（叫做基站）上安置接收機，通過方程解算出來的坐標和已知坐標之間的差值，將差值傳輸給未知點上接收機，以方便解算正確的位置這樣會提高GPS定位的精度。

但是每個地方的改正數是不一樣的，一個基站只能在一定範圍內的精度有保障。所以就要建設很多個基站以便覆蓋更多的範圍。原文中有這麼一句：「But the new
technology lets an ordinary navigation device take advantage of DPGS by simply
replacing its GPS chip with a multipurpose chip」說的是現有的GPS設備的可以更換一個多功能的晶元就可以使用差分GPS技術。我想大概是韓國國內已經有足夠的基站覆蓋全國，只要換個接收基站的差分值得晶元就可以完成。

我們一般稱GPS信號中算出的距離稱為「偽距」（因為是通過偽碼產生，不要認為是距離是偽的。），至於偽距差分GPS定位精度一般在1-2米（參考文獻：楊慶岩，趙起文，張白安，馬俊. 偽距差分GPS定位精度實驗和分析.《船舶通信與導航》. 1995（10）43-45），這篇文獻是上個世紀的，經過這麼多年了，我相信偽距差分GPS定位精度肯定在1米之內。

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每次有人問我專業的時候當我回答測繪的後別人就會一臉茫然，我就簡單的解釋是確定一個點的位置，比如你的智能手機上GPS一樣。然後就默默的走開，估計背後說：現在手機上都有這功能了，要你們專業做什麼。

我認真的解釋一下，我們研究的GPS和你們研究的不同，不要這樣么！！！

現在商用的GPS車載導航的精度一般在10米左右，而我們測量的精度是毫米級別的，能一樣麽？剛才在分析GPS的時候提到信號，信號也就是電磁波，一般是通過信號計算出距離然後算坐標，而我們測量上使用的是電磁波的波的周期，精度蹭的一下上去了，但很費時間（上學期我們實習測了十個點坐標花了一個下午進行靜態觀測）。那當然有人會問為什麼車載中不用電磁波的波的周期來進行定位？問題當然只有一個：錢！！

車載GPS導航的價格：

最貴的不超過1000塊

再來看看測量中用的GPS接收機的價格

親，前請數好小數點前面的位數，亮瞎了有沒？一般的二十幾萬的檔位，夠得上一部中端車了，你願意給你的愛車裝上這東西嗎？（又貴又丑）

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好了最後總結一下，韓國這樣技術研究是可行的，值得期待，將科研中的結果商業化。（不要黑棒子好麽？你知道棒子很努力麽？）。

這個問題雖然提了兩天了，額，不是，是三天，但是作為搞測繪GPS儀器的攻城獅還是說一下吧，感覺大家都在談差分定位的原理什麼的，其實差分定位早就應用成熟了，只是不是在車載導航領域，而是工業測量領域，比如線路規劃，國土面積測量等等。就題主所說的差分應用於車載導航領域，這個倒是比較少見。差分定位對於提高精度來說卻是有很大的作用，具體原理@高峰已經說明的很清楚了。

現在倒想來談談韓國的這個車載類的實現方案是什麼，對於測繪方面來說是需要由基準站提供基準站位置數據，通過多種方式傳輸給當前的GPS板卡，GPS板卡通過對當前解算出的定位數據再與傳輸過來的差分數據再進行解算，最終達到固定解，這個時候得到的精度就比較高了，一般差分固定精度應該到cm級別。

其實@張蘇的問題也是我想問題，首先要說一點的是其實現在大多數的商用GPS模塊基本都支持SBAS（地區性廣域差分增強系統SBAS 即Satellite Based Augmentation Systems，它包含DGNSS/DGPS/WAAS/EGNOS），之前使用過的Ublox公司的NEO-6M模塊，定位精度為2.5m，這個2.5m還是在開闊地搜星好的情況下，而經過差分定位之後精度約為1m。所以說模塊本身不存在問題，問題在於由誰，通過怎麼樣的方式提供差分數據，這些都是需要知道的。

問題如下，

1.基站的架設還是與原有測繪領域方式相同嗎？如果相同的話，就不算什麼新技術了，只不過是將測繪領域的東西搬到了車載導航領域。

2.基站是通過什麼方式發送差分數據，用戶是怎麼獲取到數據。如果是通過3G，或是4G網路的話，這種方式在測繪領域也是常見的。

3.一般的基站覆蓋範圍300km（內陸），這樣的話只能在省內，或者市內比較好，如果是長距離導航來說的話，差分定位可能在越區的時候出現精度下降的情況。

先說這幾個問題吧，感覺新聞裡面說的也是比較抽象的，同時對其在民用領域的實現方式也比較感興趣，畢竟差分這東西還一直停留在測繪行業，同屬於GPS的車載類應用來說的話，有這樣一種便捷的提高精度的方式，對於廣大用戶來說也是好事。

PS 下午在手機上本來已經寫好，準備發布卻不小心點沒了，傷心，回來再寫一遍。話說對這個東西還是比較感興趣了，另外對室內導航也比較感興趣。

第一、現在車載設備的GPS精度可以做到10m甚至5m以下，不藉助任何輔助設備，僅僅靠GPS信號

第二、1M以下的精度，很早就有了好不好，這根本就不是什麼新技術啊，只不過一個模塊的價格大概在5K人民幣以上，實際成本遠沒有那麼高，只是因為市場太小，沒這個價格沒法活。而且這種差分GPS模塊體積很難做小，一方面是天仙，另一方面基本都沒有現成的晶元，大部分都是全套走要自己來實現的，集成度低，體積大，大概兩個火柴盒那麼大。

第三、5cm的精度都有，我現在做的一款設備精度最好的情況下可以保持在2~3cm，這行業只要你肯砸錢，多嚇人的精度都可能出現。

這個當然可行了，美國軍用GPS定位精度可以達到0.1米。差分信號定位，說的通俗一點就是通過多組衛星數據降低美國加在衛星信號裡面的干擾，自己解算位置，降低對單個信號的依賴，這個技術早就有了，不是棒子發明的

一直在用差分GPS的用戶飄過，差分GPS的原理是和張弓說的一致，但是要想做到在廣大的地域內實現精確的定位，其實還是需要設定更多的差分點來實現的，但更多的點會在計算一致性上帶來分歧。同樣因為我們使用的差分GPS是在地面上來廣播差分信號的，更容易被遮蔽、干擾。而且接受差分信號來重新計算獲得高精度的定位信息的話，是會增加接收機的成本、發射機的成本的。

查分gps現在已經在應用了，我現在的公司現在就在使用，精度理論值在1cm左右，駕駛員考試系統使用這個技術，差分板卡比較貴，1w rmb左右，基準站大概2到3w rmb,總體來說，精度不錯，但是技術都是國外壟斷。

估計也就是在地面建立足夠多的基站點，使導航系統在其服務的位置範圍內，接收到足夠多的差分信號對原始信號進行誤差改正。

這個技術早就有了，而且在現在測量技術中廣泛被應用，比如用於地形測繪中的動態GPS測量，就是通過幾個已知的點位來確定基站點的基準位置，然後由基站接收衛星信號之後對其進行差分處理，誤差改正，然後將差分信號發送給移動站，使測量中的移動站得到比較精準的點位坐標，這種點位坐標的精度可以達到厘米級。

所以，誤差在一米以內的衛星導航系統，在技術和理論上，都不算是在「開發」，韓國人應該是先行一步在做這個工程。

採用差分的方式實現，主要有偽距差分和RTK差分兩種方式提高精度

GPS原本是給美國軍方的導彈導航的，精度是被人為限制的（民用精度壓制）。

第一眼我以為韓國自己研究GPS呢;韓國"自主研發"火箭剛上天呢!

原來是在美國GPS上修改的;那個美國GPS精度第三代為0.2-0.3米左右!可能提供韓國的是商業的,精度不夠吧;然後韓國自己什麼軟體技術修改吧!

@張弓和 @space cheung 回答地很詳細了，我補充個實例吧，前段時間見到一款商用GPS，精度能達到毫米級……