浅谈gps测量的误差来源与减弱措施

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1、浅谈GPS测量的误差来源与减弱措施【摘要】GPS测量是通过接收设备对导航卫星进行跟踪观测获取地面点三维坐标的。在观测过程中由于各种误差的客观存在，不可避免的给测量结果带来误差。实际应用中如何消除或减弱误差的影响是我们关注的重点，本文将就此问题做一些简单地探讨。【关键词】GPS测量;GPS误差;星历;多路径1误差的分类按照GPS测量中误差的来源划分，可将误差源分为以下几类：表1按照误差对测量结果影响的性质，可以分为偶然误差和系统误差。其中系统误差包括：星历误差、卫星钟差、接收机钟差、相对论效应、天线相位中心

2、误差和相对论效应等;偶然误差包括多路径效应、地区潮汐和负荷潮等。其中系统误差是GPS测量的主要误差来源。2误差的消除或减弱2.1来自卫星的误差2.1.1星历误差8星历是用来计算任意时刻卫星位置的参数，根据其精度可分为广播星历和精密星历。因星历误差而引起的定位误差可达数米、数十米甚至上百米。减弱的方法：1）建立自己的卫星定位跟踪网独立定轨：通过独立定轨可获得优于10-7的精度，目前精密定位定轨主要采用此方法。2）轨道松弛法：将卫星给出的星历参数作为初始值，视其改正数为未知数采用平差的方法获得星历改正数。此方

3、法适合在无法获得精密星历时使用。3）同步观测值求差：利用两个或以上的测站对同一颗卫星的同步观测值求差可以减弱星历误差的影响，因此在相对定位中能获得较好的定位精度。2.1.2卫星钟差在GPS测量中无论是码相位观测还是载波相位观测，均要求卫星钟和接收机钟严格同步。时间偏差在1ms以内时，引起的等效距离误差可达300km。卫星钟差一般可采用多项式拟合的方法获得，一般采用二阶多项式的形式：？驻t■=a■+a■t-t■a■t-t■■（1）式中t■为参考历元，a■、a■、a■分别表示在t■时刻的钟差、钟速及钟速变率。

4、经过上述改正后各卫星钟的同步差可保持在20ns之内，引起的等效距离误差不超过6m。2.1.3相对论效应8相对论效应是由于卫星钟和接收机钟所处的速度和重力位不同而产生的二者之间钟差不同步的影响。从广义与狭义相对论出发，相对论效应在卫星与接收机之间产生的钟频率之差：Δf≈4.449×10-10f（2）其中f为卫星标准频率10.23MHz。减弱措施是在制造卫星时，人为将GPS卫星基准频率降低为10.23MHz×（1-4.449×10-10）=10.22999999545MHz。这些卫星进入预定轨道受相对论效应影

5、响后的频率正好变为10.23MHz。2.2信号传播中的误差信号传播中的误差主要包括电离层折射、对流层折射和多路径效应误差等。2.2.1电离层折射影响GPS信号通过电离层时由于传播路径发生弯曲和传播速度发生变化，导致所计算的距离不等于站星间的几何距离。影响的大小取决于信号频率和传播路径上的电子总量。这种距离误差在天顶方向可达50m，在高度角为20°时可达150m。减弱的措施：1）利用双频观测：电离层影响是信号频率的函数，利用不同频率电磁波信号进行观测可确定其影响大小，并对观测量加以修正。其有效性不低于95%

6、。82）利用电离层模型加以修正：对于单频接收机，一般采用由导航电文提供的或其它适宜电离层模型对观测量进行改正。目前模型改正的有效性约为75%。3）同步观测值求差：当观测站间的距离较近（小于20km）时卫星信号到达不同观测站的路径相近，通过同步求差残差不超过10-6。2.2.2对流层折射误差对流层是指从地面向上约40km范围内的大气底层，占整个大气质量的99%。该层中除含有各种气体元素外，还含水滴、冰晶和尘埃等杂质，对电磁波的传播有很大影响。对流层折射对观测量的影响可分为干分量和湿分量两部分。干分量主要与大

7、气温度和压力有关，而湿分量主要与信号传播路径上的大气湿度和高度有关。定位精度要求不高时可忽略不计。对流层影响减弱措施：1）采用对流层模型加以改正。但难以将对流层影响减小到92%至95%。一般采用霍普菲尔德模型：ΔS=ΔS■+ΔS■=■+■（3）式中E为卫星高度角，ΔS为折射改正数，单位为m。其余变量所示含义如下：8K■=155.2■h■-h■10■K■=155.2■h■-h■10■h■=-40136+148.72T-273.16h■=11000（4）h■为对流层外缘高度（m），h■为高程平均值（m）。2）

8、引入描述对流层的附加待估参数，在数据处理中求解。3）观测量求差。当两观测站相距不太远时（小于20km时），由于信号通过对流层的路径相似，所以对同一颗卫星间同步观测值求差可以明显减弱对流层折射的影响。这一方法在精密相对定位中被广泛使用。2.2.3多路径效应误差接收机除直接收到卫星发射的信号外，还可能收到经周围地物一次或多次反射的卫星信号。两种信号迭加将引起测量参考点位置变化，使观测产生误差。在一般反射环境下，对测码伪距的影响达米