GPS測量的誤差來源及其影響1

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1、第七章GPS測量的誤差來源及其影響GPS測量主要誤差7.1GPS測量主要誤差分類一、與衛(wèi)星有關(guān)誤差衛(wèi)星星歷誤差：軌道偏差衛(wèi)星鐘差相對論效應(yīng)三、觀測及接收設(shè)備誤差接收機鐘差接收機噪聲天線相位中心誤差天線安置誤差二、信號傳送誤差電離層延時對流層延時多路徑效應(yīng)四、其它誤差地球固體潮地球海潮GPS測量誤差的性質(zhì)偶然誤差內(nèi)容衛(wèi)星信號發(fā)生部分的隨機噪聲接收機信號接收處理部分的隨機噪聲其它外部某些具有隨機特征的影響特點隨機量級小–毫米級系統(tǒng)誤差（偏差-Bias）內(nèi)容其它具有某種系統(tǒng)性特征的誤差特點具有某種系統(tǒng)性特征量級大–最大可達數(shù)

2、百米7.2與信號傳播有關(guān)誤差電離層折射對流層折射多路徑效應(yīng)大氣折射效應(yīng)色散介質(zhì)與非色散介質(zhì)色散介質(zhì)：對不同頻率的信號，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)也不同非色散介質(zhì)：對不同頻率的信號，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)相同對GPS信號來說，電離層是色散介質(zhì)，對流層是非色散介質(zhì)電離層對C/A碼影響C/A碼在電離層中以群速Vg傳播（級數(shù)展開）其速度與頻率有關(guān)電離層改正的大小主要取決于電子總量和信號頻率電離層對載波影響載波是正弦波在電離層中以相速度傳播電離層影響與太陽黑子活動有關(guān)與衛(wèi)星到接收機方向有關(guān)，天頂方向最大50m延遲高度角20°時150m延遲減弱電

3、離層影響方法1、利用雙頻觀測2、線性組合法載波相位測量不受電離層影響的載波相位線性組合觀測值寬巷組合相位觀測值利于求解模糊度單頻接收機如何減弱電離層影響？3、利用實測值建立電離層模型加以修正電離層模型:考慮了折射率中的高階項影響及地磁場影響，沿著信號傳播路徑積分，精度優(yōu)于2mm該模型大體上反映全球的平均狀況，與各地的實際情況有一定差異，模型改正的有效率約為75％4、利用同步觀測值求差二站同步觀測求差，電離層折射影響顯著減弱相距≦20km短基線效果明顯隨基線長度的增加精度降低二、對流層影響從地面到高空40KM大氣層為對流

4、層；對流層折射：電磁波經(jīng)過對流層使傳播的路徑發(fā)生彎曲，從而使測量距離產(chǎn)生偏差；和溫度、濕度、氣壓有關(guān)天頂方向可達2—3m，高度角10o，可達13m。減弱對流層影響的措施用對流層模型加以改正引入待估參數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中求得同步觀測量求差（有效性隨距離延長而降低）利用水汽輻射計直接測定信號傳播的誤差三、多路徑效應(yīng)多路徑誤差：測站周圍的反射物反射的衛(wèi)星信號（反射波）進入接收機，和直接來自衛(wèi)星的信號（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使觀測值偏離真值。多路徑效應(yīng)：由于多路徑的信號傳播所引起的干涉時延效應(yīng)稱為多路徑效應(yīng)。反射波反射波的幾何特性

5、受多路徑效應(yīng)影響的情況下的接收信號多路徑效應(yīng)誤差多路徑影響結(jié)果：L1載波最大可達4.8cmL2載波最大可達6.1cmP碼影響可達10m目前減弱多路徑效應(yīng)影響的措施安置接收機天線的環(huán)境，應(yīng)避開較強的反射面選擇造型適宜且屏蔽良好的天線等適當(dāng)延長觀測時間，削弱多路徑效應(yīng)的周期性影響改善GPS接收機的電路設(shè)計，為了減弱多路徑效應(yīng)的影響建立適當(dāng)?shù)母恼Ｐ汀?.3與衛(wèi)星有關(guān)的誤差衛(wèi)星星歷誤差衛(wèi)星鐘差相對論效應(yīng)一、衛(wèi)星星歷誤差定義：由星歷所給出的衛(wèi)星空間位置與實際位置之差星歷數(shù)據(jù)來源廣播星歷：由地面監(jiān)測站測定衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)外推軌道，精

6、度(20~100m)。（無SA）?20～30米（有SA）?100米精密星歷：實測后處理提供星歷，精度優(yōu)于5cm（IGS站上可獲?。?。起算數(shù)據(jù)誤差星歷誤差對定位的影響1、對單點定位的影響（實驗方法）星歷誤差對單點定位的影響主要取決于衛(wèi)星到接收機的距離以及用于定位或?qū)Ш降腉PS衛(wèi)星與接收機構(gòu)成的幾何圖形2、對相對定位的影響求差法削弱星歷誤差影響D????D衛(wèi)星軌道誤差處理方法建立自己的衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)獨立定軌采用軌道改進法（把衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星位置當(dāng)作平差參數(shù)納入平差模型，通過平差計算，求出軌道偏差改正數(shù)及測站位置）相對定位或差

7、分定位二、衛(wèi)星鐘誤差衛(wèi)星鐘差1ms，相當(dāng)于300km；導(dǎo)航電文中提供修正模型t0為參考?xì)v元，為衛(wèi)星鐘在時刻的鐘差、鐘速及鐘速變化率改正后可達到20ns，約6m誤差解決鐘誤差的方法1、忽略衛(wèi)星鐘的數(shù)學(xué)同步誤差；2、利用測碼偽距單點定位法確定接收機鐘誤差；3、通過各種渠道獲取精確的衛(wèi)星鐘差值；IGS給出精度更好的衛(wèi)星鐘差和衛(wèi)星星歷的原因：IGS的定軌站數(shù)量多，地理分布更好；IGS定軌使用的載波相位觀測值，而廣播星歷是根據(jù)測碼偽距導(dǎo)得；IGS給出的最終星歷和衛(wèi)星鐘差是實測結(jié)果，而導(dǎo)航電文中給出的都是預(yù)報值；IGS所采用的定軌

8、模型及數(shù)學(xué)處理軟件更為嚴(yán)密、完善。http://igsws.unavco.org/4、通過觀測值相減消除公共的鐘誤差三、相對論效應(yīng)廣義相對論衛(wèi)星所在處的重力位為WS，地面測站處的重力為WT，同一臺鐘放在衛(wèi)星上與放在地面上的頻率差為相對論效應(yīng)：由于衛(wèi)星鐘和接收機鐘所處運動狀態(tài)和重力位不同引起衛(wèi)星鐘和接收機鐘之間產(chǎn)生相對鐘誤差的現(xiàn)象。