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1、GPS系统的误差分析和抑制方法垦圆GPS系统的误差分析和抑制方法[陈忠民田增山]l固首先对(Ps系统定位中出现的误差进行分析,并研究它们的性质,大小及其定位所产生的影响:然后介绍了消除和消弱这些误差影响的措施和方法陈忠民l976年5月生,硕士研究生,重庆邮电学院通信与信息工程学院,研究方向:个人通信田增山1966年生.副教授.硕士生导师.重庆邮电学院无线测量及空间技术研究所主任1引言无线定位技术在军事和民用技术上已经得到了广泛的应用,如雷达和全球定位系统(GPS)等.随着移动通信技术不断地发展,普通的移动用户也希望得到定位方面的服务.但如果将GPS定位功能集成到手
2、机上,需要全面改造终端设备和网络,使成本增加.如何利用现有的移动通信资源,稍做适当的改进,就可以提供物美价廉的定位业务,正是设备生产商和网络运营商正在积极思考的问题.1996年美国联邦通信委员会(FCC)颁布了E一911法规,要求所有的无线业务提供者都必须提供E一911类的位置业务.同时也由于市场竞争激烈,运营商可以利用先进的无线定位技术提供不同于其它竞争者的服务:更完善的紧急电话业务,增值的各种附加业务如移动黄页,设备跟踪等,以及一些其它业务,如:特定位置广告(宾馆指南等),个人旅游,辅助导航等.正由于FCC的规定和商业的推动,无线定位越来越受到重视.第三代移动
3、通信系统明确建议向用户提供定位方面的优质业务.无线定位的应用主要包括以下四方面:1E一911系统,911是美国的紧急电话号码.当紧急电话呼叫者遇到紧急情况,又由于某种原因不知或不能告知自己身处何处时,E一911系统向某些相关的社会部门提供呼叫者的位置就显得非常重要了.FCC于1996年提出的E一911法规.要求运营商在2001年10月1日前完成对紧急呼叫者精度在125m以内且概率达到67%的定位;2根据移动台所处不同位置采取不同的收费标准,从而拓宽收费业务类型;3可以为无线系统规划,无线资源的合理利用,移动性管理等提供科学依据;4智能交通系统,可以方便地提供车辆,
4、船舶的位置,高效地调度车辆,船舶并进行业务追踪.在蜂窝无线定位方案中,实现蜂窝无线定位的物理架构有3种方案:基于移动台定位方案,基于网络定位方案和基于混合定位方案.本文仅介绍基于网络定位方案.因为这样可以不改动移动台,从而使老用户的手机也可以得到定位服务.由于GPS定位中存在诸多因素的干扰,使得定位过程GPS系统的误差分析和抑制方法中出现了各种误差,按误差性质可以分为系统误差(偏差)和偶然误差两大类.其中系统误差无论从误差的大小还是对定位结果的危害性来讲都比偶然误差要大得多,而且它又是有规律可循的,可以采取一定的措施来加以消除,这些问题就是本文所研究的问题.2GP
5、S误差分析2.1GPS传播误差211对流层的影响对流层,指从地面向上约50km范围内的大气底层.对流层中包括:少量的电离子,但其对GPS信号的传播几乎没有影响.对流层的组成除含有各种气体元素外,还含有水滴,冰晶,和尘埃等,它们对GPS信号共同构成折射作用.折射率随高度增加而逐渐减小,与大气密度降低相应.当接近于对流层的顶部时,其值趋近于1.对流层对GPS信号的延迟影响和GPS卫星的信号到达仰角有关,当仰角越大时,延迟越小.据分析可得对流层中干分量对GPS信号延迟影响:6Sl=1.552x10～P[40136+148.72(T~一273.16)一H7J1对流层中湿分
6、量对GPS信号延迟影响:.46512x10,(11000一H,!』对流层对GPS信号的总延迟为:6S------6Sf+65对流层延迟和GPS仰角之间的关系如图1所示.最大值和最小值之间可以相差近4倍.对流层延时最大(仰角接近于地平线)可达20m左右.对于距离较短的差分系统,由于大气的条件相似,可以有效地消除对流层的影响.21l2电离层的影响电离层在地面约50～250km的范围.由于太阳和其它天体的各种射线作用,使得该层的大气分子大部分发生电离,从而具有密度较高的带电粒子.电离层的温度随高度的上升而升高.电离层中电子的密度.决定于太阳的辐射强度和大气一:u_鼎留叫
7、删图l对流层延迟和GPS仰角之间的关系的密度.实际上电子总量同太阳的活动规律以及GPS信号的仰角有关,当仰角越大电离层的影响越小.通过分析可知电离层对载波相位观测量的时间延迟如下:电离层和GPS仰角之间的关系如图2所示.图2电离层和GPS仰角之间的关系对于GPS卫星信号来说,当夜间卫星处在天顶位置时,电离层折射对信号的延迟将小于5m;而在中午时,在200512?广东通信技求国圈国困囵经验交流天线顶端,电离层延迟为50m.当卫星接近于地平线时,其(7)磁力等作用延迟可能大于150m.(8)卫星轨道位置误差月为10m左右在信号传播路径中电离层的条件相似,可以采用差分(
8、9)卫星的
