雖然偽距三邊測量可用于計算用戶的位置，但該方法本身通常只能提供幾米量級的定位精度。本節(jié)介紹可用于實現(xiàn)更高定位精度的各種先進(jìn) GNSS 技術(shù)以及使這些技術(shù)成為可能的信號。
為了了解先進(jìn)的 GNSS 定位技術(shù)，更多地了解這些方法中使用的信號是有幫助的。以下討論集中于 GPS 星座，但所有 GNSS 星座中都存在類似的信號。
全球定位系統(tǒng) (GPS) 目前在 L1、L2 和 L5 三個載波頻率上運行，如表 1.6 所示。它們位于電磁頻譜雷達(dá)部分的 L 波段，之所以被選中是因為它們能夠穿透大多數(shù)大氣障礙物，如云、霧或雨。此外，1GHz至10GHz頻率范圍內(nèi)的電離層延遲要小得多，并且無需波束天線即可接收低于2GHz的頻率。請注意，L5 頻段是最近開發(fā)的，目前僅在 GPS 星座中的少數(shù)衛(wèi)星上可用。
GPS 頻率（表 1.6）
| 名稱 | 頻率 | 應(yīng)用 |
| L1 | 1575.42 MHz | 民用導(dǎo)航 |
| L2 | 1227.60 MHz | 軍用，但也有一些民用 |
| L5 | 1176.45 MHz | 精準(zhǔn)制導(dǎo) |
來自每顆衛(wèi)星的 GPS 信號由三個部分組成，稱為載波、偽隨機(jī)噪聲 (PRN) 代碼和導(dǎo)航消息。 PRN 代碼信號為每顆衛(wèi)星提供了唯一的標(biāo)識符，允許該頻段上的所有衛(wèi)星以相同的頻率進(jìn)行傳輸而不會受到干擾。粗略/采集 (C/A) 碼在 L1 頻段上以 1.023 Mbps 的速度生成，而精確碼（P 碼）在 L1 和 L2 上以 10.23 Mbps 的速度生成。 P-code與W-code一起加密成為P(Y)-code，作為一種反欺騙措施，通常用于軍事應(yīng)用。
為了提高軍用 GPS 系統(tǒng)的安全性，還為 L1 和 L2 頻段開發(fā)了一種稱為 M 代碼的代碼。 M 代碼由于能夠以更高的功率傳輸，因此提供了額外的抗干擾保護(hù)。盡管進(jìn)入市場的速度緩慢，但預(yù)計它最終將取代 P(Y) 代碼。
導(dǎo)航消息是 GPS 時間、衛(wèi)星運行狀況、星歷和年歷數(shù)據(jù)的二進(jìn)制編碼表示形式，接收器使用這些數(shù)據(jù)來確定其位置。由于其速度較慢（每秒 50 字節(jié)），完整的消息（分為 25 個幀）大約需要 12.5 分鐘才能接收。每幀傳輸時間為 30 秒，包含完整的 GPS 時間以及各個衛(wèi)星的健康狀況和星歷表，允許接收器在接收整個導(dǎo)航消息之前實現(xiàn)定位解決方案。
代碼和導(dǎo)航消息被調(diào)制到正弦載波信號上，如圖 1.12 所示。載波信號的高頻允許在從衛(wèi)星到接收器的途中并在必要的距離和惡劣的天氣條件下進(jìn)行傳輸。然后接收器解調(diào)該信號以提取原始信息。
圖：1.12 調(diào)制 GPS 信號
為了克服單個 GPS 接收器的一些固有限制，可以在稱為差分 GPS 或 DGPS 的技術(shù)中使用多個 GPS 接收器。
DGPS 需要接收器之間存在某種形式的無線電鏈路，并且一個接收器具有眾所周知的 GPS 位置來充當(dāng)基站。如果基站和流動站接收器之間的距離低于約 20 公里，則從單個衛(wèi)星傳輸?shù)交竞土鲃诱窘邮掌鞯男盘枙?jīng)歷相同的衛(wèi)星時鐘誤差、軌道誤差和大氣傳播誤差。然后，基站可以確定與其已知位置相比存在多少誤差的估計，并將偽距校正發(fā)送到本地接收器。局域DGPS系統(tǒng)可以實現(xiàn)低至一米級別的定位精度。
SBAS 是一種 DGPS 系統(tǒng)，其中已建立位置的參考站中存在的誤差被傳輸?shù)街醒胛恢靡杂嬎悴罘中Ｕ?。然后，這些校正值通過與 GPS 相同的 L1 頻率的對地靜止衛(wèi)星在某個區(qū)域內(nèi)廣播，接收器可以跟蹤并使用這些校正值來獲得一到兩米的位置精度。圖 1.13 中的地圖顯示了正在使用的 SBAS 系統(tǒng)的位置，覆蓋了北半球的大部分地區(qū)。有關(guān)每個 SBAS 系統(tǒng)的更多信息可在表 1.7 中找到。
圖：1.13 全球 SBAS 系統(tǒng)
全球 SBAS 系統(tǒng)（表 1.7）
| 地區(qū) | 名稱 | 縮寫詞 | 衛(wèi)星 |
| 北美 | 廣域增強(qiáng)系統(tǒng) | WAAS | 2 |
| 歐洲 | 歐洲對地靜止導(dǎo)航覆蓋服務(wù) | EGNOS | 3 |
| 俄羅斯 | 差分校正和監(jiān)控系統(tǒng) | SDCM | 4 |
| 印度 | GPS輔助GEO增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng) | GAGAN | 3 |
| 日本 | 多功能衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng) | MSAS | 2 |
為了獲得更精確的定位結(jié)果，開發(fā)了一種稱為實時運動（RTK）定位的多接收器系統(tǒng)。與差分 GPS 一樣，RTK 會比較基站接收器和流動站接收器之間的測量結(jié)果，但 RTK 依賴于載波相位可觀測值而不是偽距。后處理運動學(xué) (PPK) 定位采用完全相同的技術(shù)和算法，但在 PC 上離線計算，無需在接收器上實時運行計算，也無需可靠的實時無線電鏈路進(jìn)行校正。
載波相位測量是對衛(wèi)星和接收器之間跟蹤的部分波的極其精確的測量。困難在于，在獨立 GNSS 配置中無法確定衛(wèi)星和接收器之間的整數(shù)個全波長，這個問題稱為整數(shù)模糊度。使用兩個接收器之間的雙差算法，可以解決整數(shù)模糊度問題的相關(guān)形式，從而產(chǎn)生兩厘米以內(nèi)的相對位置精度。
雙差分需要兩個接收器和兩個衛(wèi)星。通過在單個接收器上區(qū)分兩顆衛(wèi)星之間的載波相位數(shù)據(jù)，可以消除大多數(shù)接收器誤差（例如接收器時鐘偏差，包括由于電纜長度引起的延遲）。同時，兩個不同接收器之間對單個衛(wèi)星的測量結(jié)果進(jìn)行區(qū)分可以消除與衛(wèi)星相關(guān)的誤差（例如軌道誤差、大氣延遲）。對這兩個差異進(jìn)行差分（雙差分）會產(chǎn)生大多數(shù)誤差源已被消除的結(jié)果。圖 1.14 以圖形方式總結(jié)了該過程。
圖：1.14 RTK雙差分
RTK 或 PPK 系統(tǒng)的一個重要考慮因素是接收器是跟蹤單頻 (L1) 還是雙頻 (L1/L2)。當(dāng)僅跟蹤單個頻率時，整數(shù)模糊度問題會產(chǎn)生大量可行的解決方案，從而難以實現(xiàn)和維護(hù)可靠的 RTK 定位。將 INS 與 GNSS 結(jié)合使用可以在單頻系統(tǒng)中更穩(wěn)健地跟蹤正確的 RTK 定位，盡管初始捕獲仍然需要數(shù)十秒到幾分鐘的時間。當(dāng)使用兩個或多個頻率（具有不同波長）時，每個頻率上整數(shù)模糊度的可行解的交集通常是單個點，從而實現(xiàn)近乎瞬時、可靠的 RTK 定位。
與提供無基站差分校正的 SBAS 一樣，許多私營公司也開發(fā)了基于衛(wèi)星的校正服務(wù)，無需添加 RTK 系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施即可實現(xiàn)實時、厘米級的精度。精確單點定位 (PPP) 將精確時鐘、軌道位置、星歷和大氣模型與專有軟件算法相結(jié)合，以提高接收器確定其位置的能力。該信息通過地球靜止衛(wèi)星或通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)浇邮掌?，并且需要訂閱和特定于所使用公司的附加軟件。這些 L 波段校正不是在與任何 GNSS 信號相同的精確頻率上傳輸?shù)?，而是在頻譜附近傳輸，因此 GNSS 天線可以設(shè)計為同時跟蹤這兩個信號。使用這些附加數(shù)據(jù)，無需基站或無線電鏈路即可在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)低至 3 厘米（典型值<10 厘米）的精度。然而，值得注意的是，PPP 系統(tǒng)可能需要 20-40 分鐘才能收斂到如此高精度的解決方案。使用 PPP 系統(tǒng)的著名 L 波段校正服務(wù)包括 TerraStar、OmniStar、StarFire 和 Veripos。
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