gps系統(tǒng)的誤差來源分析

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1、gps系統(tǒng)的誤差來源分析摘要：GPS系統(tǒng)的定位誤差直接影響著GPS定位精度，按其產(chǎn)生的來源、性質(zhì)及對(duì)系統(tǒng)的影響等進(jìn)行了介紹和初步分析,提出了相應(yīng)的措施以便消除或削弱它們對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。關(guān)鍵詞：GPS誤差精度衛(wèi)星星歷電離層對(duì)流層一、GPS定位技術(shù)GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)是美國(guó)國(guó)防部為滿足軍事部門對(duì)海上、陸地和空中設(shè)施進(jìn)行高精度導(dǎo)航和定位的要求而建立的。該系統(tǒng)具有全球性、全天候、連續(xù)性等三維導(dǎo)航和定位能力,并具有良好的抗干擾性和保密性。它已成為美國(guó)導(dǎo)航技術(shù)現(xiàn)代化的最重要標(biāo)志,并被視為20世紀(jì)美國(guó)繼阿波羅登月計(jì)劃和航天飛機(jī)計(jì)劃之后的又一重大科技成就。在航空、航天、軍事、交通、運(yùn)輸、資源勘探、

2、通信、氣象等幾乎所有的領(lǐng)域中,它都被作為一項(xiàng)非常重要的技術(shù)手段，用于導(dǎo)航、定時(shí)、定位和進(jìn)行大氣物理研究等。GPS的主要特點(diǎn)有：（1）全球覆蓋連續(xù)導(dǎo)航定位:由于GPS有24顆衛(wèi)星,且分布合理,軌道高達(dá)20200km,所以在地球上和近地空間任何一點(diǎn),均可連續(xù)同步地觀測(cè)4顆以上衛(wèi)星,實(shí)現(xiàn)全球、全天候連續(xù)導(dǎo)航定位。（2）高精度三維定位:GPS能連續(xù)地為各類用戶提供三維位置、三維速度和精確時(shí)間信息。GPS提供的測(cè)量信息多,既可通過偽碼測(cè)定偽距,又可測(cè)定載波多普勒頻移、載波相位。（3）抗干擾性能好、保密性強(qiáng)GPS采用數(shù)字通訊的特殊編碼技術(shù),即偽噪聲碼技術(shù),因而具有良好的抗干擾性和保密性。二、GPS

3、定位的誤差來源分析GPS測(cè)量是通過地面接收設(shè)備接收衛(wèi)星傳送來的信息，計(jì)算同一時(shí)刻地面接收設(shè)備到多顆衛(wèi)星之間的偽距離，采用空間距離后方交會(huì)方法，來確定地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)。因此，對(duì)于GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號(hào)傳播過程和地面接收設(shè)備都會(huì)對(duì)GPS測(cè)量產(chǎn)生誤差。主要誤差來源可分為:與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差與接收設(shè)備有關(guān)的誤差。1．與衛(wèi)星有關(guān)的誤差（1）衛(wèi)星星歷誤差衛(wèi)星星歷誤差是指衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星空間位置與衛(wèi)星實(shí)際位置間的偏差,由于衛(wèi)星空間位置是由地面監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星測(cè)軌結(jié)果計(jì)算求得的,所以又稱為衛(wèi)星軌道誤差。它是一種起始數(shù)據(jù)誤差,其大小取決于衛(wèi)星跟蹤站的數(shù)量及空間分布、觀測(cè)值的數(shù)量及

4、精度、軌道計(jì)算時(shí)所用的軌道模型及定軌軟件的完善程度等。星歷誤差是GPS測(cè)量的重要誤差來源.（2）衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差是指GPS衛(wèi)星時(shí)鐘與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的差別。為了保證時(shí)鐘的精度，GPS衛(wèi)星均采用高精度的原子鐘，但它們與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)之間的偏差和漂移和漂移總量仍在1ms～0.1ms以內(nèi)，由此引起的等效誤差將達(dá)到300km～30km。這是一個(gè)系統(tǒng)誤差必須加于修正。（3）SA干擾誤差SA誤差是美國(guó)軍方為了限制非特許用戶利用GPS進(jìn)行高精度點(diǎn)定位而采用的降低系統(tǒng)精度的政策，簡(jiǎn)稱SA政策，它包括降低廣播星歷精度的ε技術(shù)和在衛(wèi)星基本頻率上附加一隨機(jī)抖動(dòng)的δ技術(shù)。實(shí)施SA技術(shù)后，SA誤差已經(jīng)成為影響GPS

5、定位誤差的最主要因素。雖然美國(guó)在2000年5月1日取消了SA，但是戰(zhàn)時(shí)或必要時(shí)，美國(guó)可能恢復(fù)或采用類似的干擾技術(shù)。（4）相對(duì)論效應(yīng)的影響這是由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)所處的狀態(tài)(運(yùn)動(dòng)速度和重力位)不同引起的衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘之間的相對(duì)誤差。2．與傳播途徑有關(guān)的誤差（1）電離層折射在地球上空距地面50～100km之間的電離層中,氣體分子受到太陽等天體各種射線輻射產(chǎn)生強(qiáng)烈電離,形成大量的自由電子和正離子。當(dāng)GPS信號(hào)通過電離層時(shí),與其他電磁波一樣,信號(hào)的路徑要發(fā)生彎曲,傳播速度也會(huì)發(fā)生變化,從而使測(cè)量的距離發(fā)生偏差,這種影響稱為電離層折射。對(duì)于電離層折射可用3種方法來減弱它的影響:①利用雙頻觀測(cè)值,

6、利用不同頻率的觀測(cè)值組合來對(duì)電離層的延尺進(jìn)行改正。②利用電離層模型加以改正。③利用同步觀測(cè)值求差,這種方法對(duì)于短基線的效果尤為明顯。（2）對(duì)流層折射對(duì)流層的高度為40km以下的大氣底層,其大氣密度比電離層更大,大氣狀態(tài)也更復(fù)雜。對(duì)流層與地面接觸并從地面得到輻射熱能,其溫度隨高度的增加而降低。GPS信號(hào)通過對(duì)流層時(shí),也使傳播的路徑發(fā)生彎曲,從而使測(cè)量距離產(chǎn)生偏差,這種現(xiàn)象稱為對(duì)流層折射。減弱對(duì)流層折射的影響主要有3種措施:①采用對(duì)流層模型加以改正,其氣象參數(shù)在測(cè)站直接測(cè)定。②引入描述對(duì)流層影響的附加待估參數(shù),在數(shù)據(jù)處理中一并求得。③利用同步觀測(cè)量求差。（3）多路徑效應(yīng)測(cè)站周圍的反射物所反

7、射的衛(wèi)星信號(hào)(反射波)進(jìn)入接收機(jī)天線,將和直接衛(wèi)星的信號(hào)(直接波)產(chǎn)生干涉,從而使觀測(cè)值偏離,產(chǎn)生所謂的“多路徑誤差”。這種由于多路徑的信號(hào)傳播所引起的干涉時(shí)延效應(yīng)被稱作多路徑效應(yīng)。減弱多路徑誤差的方法主要有:①選擇合適的站址。測(cè)站不宜選擇在山坡、山谷和盆地中,應(yīng)離開高層建筑物。②選擇較好的接收機(jī)天線,在天線中設(shè)置徑板,抑制極化特性不同的反射信號(hào)。gps系統(tǒng)的誤差來源分析:3．與GPS接收機(jī)有關(guān)的誤差（1）接收機(jī)鐘差GPS接收機(jī)一般采用高精度的