在水下地形测量中，船载和机载平台是主要的测量平台，其主要是利用GNSS动态定位，按照数据处理方法可分为实时动态定位和后处理动态定位。目前，常用的卫星动态定位技术主要包括RTK/PPK、星站差分、网络RTK和精密单点定位等，可为水下地形测量提供多样化的选择和稳定可靠的定位服务，下面将对几种主要卫星动态定位技术进行介绍。

1.RTK/PPK技术

RTK（Real Time Kinematic）是一种利用载波相位观测值进行实时动态相对定位的技术。如图4-10所示，进行RTK测量时，利用两台或两台以上GNSS接收机同时接收卫星信号，其中一台安置在已知坐标点上作为基准站，其他则作为流动站，基准站通过数据链将其观测值和坐标信息一起传送给流动站，流动站在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出定位结果。

图4-10　RTK测量示意图

RTK技术在测量过程中可以不受通视条件限制，速度快、精度高，各测量结果之间误差不累积，流动站可随时给出厘米级定位结果，这些优点使RTK技术得到迅速应用。但RTK也存在一些不足之处，主要是随着流动站与基准站之间的距离的增加，各种误差的空间相关性将迅速下降，导致观测时间的增加，甚至无法固定整周模糊度而只能获得浮点解，因此在RTK测量中流动站和基准站之间的距离一般小于20km（Landau et al.，2002）。由于流动站的坐标只是根据一个基准站来确定的，因此可靠性一般。

PPK（Post Processed Kinematic）技术是一种与RTK相对应的定位技术，是利用载波相位观测值进行事后处理的动态相对定位技术。PPK技术与RTK技术相比，区别在于事后处理，同样可以达到厘米级的定位精度，且用户无需配备数据通信链，缺点是无法得到实时的定位结果。

通常而言，对于海洋大地测量关心的精确定位，所关注的主要是位置的精确性，采用后处理方式不仅可以保证较高的位置确定精度，也可以减少在远距离定位应用情况下的差分信号实时传输的通信技术限制。

2.SBAS技术

SBAS（Satellite-Based Augmentation System），即星基增强系统，通过地球静止轨道（GEO）卫星搭载卫星导航增强信号转发器，可以向用户播发星历误差、卫星钟差、电离层延迟等多种修正信息，实现对于原有卫星导航系统定位精度的改进。目前，全球已经建立起了多个SBAS系统，如美国的WAAS、俄罗斯的SDCM、欧洲的EGNOS、日本的MSAS以及印度的GAGAN，定位精度一般为1～3m。

SBAS系统由GEO卫星、监测站、上行注入站及主控站组成，如图4-11所示，其工作原理为：①由分布广泛且位置已知的监测站对导航卫星进行监测，获得原始定位数据（伪距、载波相位观测值等）并送至中央处理设施（主控站）；②主控站通过计算得到各卫星的各种定位修正信息，通过上行注入站发给GEO卫星；③GEO卫星将修正信息播发给广大用户，从而达到提高定位精度的目的。

图4-11　SBAS系统工作原理图

SBAS系统的主要特点为：①在误差处理方法上，由主控站分离空间的相关性，分别计算出星历误差、星钟误差及大气传播延迟误差以提高定位精度；②主控站发播的电文除了修正数据以外，还有完善性信息，使得该通信卫星也能提供测距，增加了星座中的卫星数目，提高了系统的可用性和连续服务性；③用户设备不必另设数据链的射频接收部分，只要将接收机留出一个接收通道加设电文提取和处理程序即可。

在远海大洋精确定位实践中，目前采用的以卫星通信方式提供改正量服务的技术，本质上是广域差分的一种实时高精度定位的整体实现技术。

3.网络RTK技术

网络RTK技术，又称多基准站RTK，是近年来在常规RTK、计算机技术、通信网络技术的基础上发展起来的一种实时动态定位新技术。与常规RTK技术相比，网络RTK技术同样可以达到厘米级的定位精度，且参考站间距离达到50～100km（图4-12），在覆盖范围、定位精度、系统可靠性和作业成本等方面均优于常规RTK（Hu et al.，2003）。目前，国内外相对成熟的网络RTK技术有虚拟参考站技术（VRS）、区域改正参数技术（FKP）、主辅站技术（MAC）、增强参考站网络技术（ARS）和综合误差内插技术（CBI）。

(www.daowen.com)

图4-12　网络RTK与RTK作用距离对比图

①虚拟参考站技术（Virtual Reference Station，VRS）定位原理是处理中心实时接收基准站网络内各个参考站的观测数据和流动站的概略坐标，在概略坐标处生成一个虚拟参考站，并对该虚拟参考站处的对流层、电离层延迟等空间距离相关误差进行建模，生成VRS虚拟观测值，再将虚拟参考站处的标准格式的观测数据或者改正数发给流动站，从而实现流动站的实时高精度定位。

②区域改正参数技术（Flchen Korrektur Parameter，FKP）基于状态空间模型（State Space Model，SSM），其原理为数据处理中心首先计算出网内电离层和几何信号的误差影响，再把误差影响描述成南北方向和东西方向区域参数，然后以广播的方式发播出去，最后流动站根据这些参数和自身位置计算误差改正数。

③主辅站技术（Master-Auxiliary Concept，MAC）是基于多参考站、多星观测、多频和多信号处理算法，吸取了VRS格式标准化和FKP在数据处理方面的优势。其基本原理为从参考站网以高度压缩的形式，将所有相关的、代表整周未知数水平的观测数据，如弥散性的和非弥散性的差分改正数，作为网络的改正数据播发给流动站。

④增强的虚拟参考站技术（Augmentation Reference Station，ARS）是针对VRS技术（单基线差分，没有充分利用多余信息，传输原始观测数据，数据量较大）和MAC技术（单历元需要传输多个基准站的改正信息，数据量较大）的不足，融合基准站网络的观测数据，采用多基线解的方法对流动站进行差分定位，基准站误差改正数的加权平均值作为ARS观测值。

⑤综合误差内插的方法（Combined Bias Interpolation，CBI）基本思想是在计算基准站的改正信息时，将电离层和对流层误差作为一个整体计算，不分开计算，也不发给用户各个基准站的全部改正信息，而是将数据统一处理后的所有基准站的综合误差改正信息发播给用户。

各种网络RTK算法各有优缺点，但都能达到厘米级定位精度，目前应用最广泛的是VRS技术和MAC技术。各种网络RTK技术方法在解算精度、稳定性等方面的综合对比见表4-1。

表4-1　各种网络RTK技术的对比

4.精密单点定位

传统的标准单点定位（Standard Point Positioning，SPP）采用伪距观测值和广播星历提供的卫星轨道和卫星钟差参数进行导航和定位。受广播星历和伪距观测精度限制，单点定位精度仅为数米至数十米，无法满足高精度定位需求。精密单点定位技术（Precise Point Positioning，PPP）的出现改变了以往只能使用差分定位模式才能达到较高精度的情况，是卫星定位技术继RTK技术、网络RTK技术后的又一次技术革命（李征航等，2009）。它仅需单台接收机就可实现高精度的动态和静态定位，作业效率高、费用低，适用于各种环境，同时也为大范围、大规模控制网数据处理提供了一种新的解决思路，成为GNSS技术研究热点之一。

PPP技术是利用IGS或其他机构提供的精密卫星轨道和钟差产品，采用单台GNSS接收机所采集的载波相位和伪距观测值实现高精度定位。将卫星定位误差划分为轨道误差、卫星钟差、电离层延迟误差、对流层延迟误差及接收机钟差等，通过建立全球参考站网络解算得到高精度的卫星轨道和钟差，采用消电离层组合消去电离层延迟，将对流层延迟、接收机钟差作为未知参数与测站坐标、卫星模糊度参数一起解算，获取高精度的定位结果（胡洪，2013；IGS Central Bureau，2016）。

表4-2　精密星历与钟差产品信息

续表

随着精密星历和钟差产品精度的提高以及各种误差改正模型的优化与完善，目前后处理PPP技术能够达到厘米级精度，实时PPP技术也能够达到分米级甚至厘米级的精度，但实时性的大规模应用还需解决模糊度快速估计等关键问题。