GPS测量误差及其影响

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1、GPS定位误差及其影响GPS定位是通过地面接收设备接收卫星传送的信息确定地面点的位置误差主要来源于GPS卫星、卫星信号的传播过程和地面接收设备在高精度GPS测量中，地球潮汐及相对论效应等的影响也是导致误差的重要原因。GPS测量误差的性质①偶然误差内容卫星信号发生部分的随机噪声接收机信号接收处理部分的随机噪声其它外部某些具有随机特征的影响特点随机量级小–毫米级GPS测量误差的性质②系统误差（偏差-Bias）内容其它具有某种系统性特征的误差特点具有某种系统性特征量级大–最大可达数百米与卫星有关的误差卫星

2、轨道误差卫星钟差相对论效应与传播途径有关的误差电离层延迟对流层延迟多路径效应与接收设备有关的误差接收机天线相位中心的偏移和变化接收机钟差接收机内部噪声GPS测量误差的来源GPS测量误差的大小①SPS（无SA）GPS测量误差的大小②SPS（有SA）GPS测量误差的大小③PPS，双频，P/Y-码消除或消弱各种误差影响的方法①模型改正法原理：利用模型计算出误差影响的大小，直接对观测值进行修正适用情况：对误差的特性、机制及产生原因有较深刻了解，能建立理论或经验公式所针对的误差源相对论效应电离层延迟对流层延迟

3、卫星钟差限制：有些误差难以模型化消除或消弱各种误差影响的方法②求差法原理：通过观测值间一定方式的相互求差，消去或消弱求差观测值中所包含的相同或相似的误差影响适用情况：误差具有较强的空间、时间或其它类型的相关性。所针对的误差源电离层延迟对流层延迟卫星轨道误差…限制：空间相关性将随着测站间距离的增加而减弱消除或消弱各种误差影响的方法③参数法原理：采用参数估计的方法，将系统性偏差求定出来适用情况：几乎适用于任何的情况限制：不能同时将所有影响均作为参数来估计消除或消弱各种误差影响的方法④回避法原理：选择合适

4、的观测地点，避开易产生误差的环境；采用特殊的观测方法；采用特殊的硬件设备，消除或减弱误差的影响适用情况：对误差产生的条件及原因有所了解；具有特殊的设备。所针对的误差源电磁波干扰多路径效应限制：无法完全避免误差的影响，具有一定的盲目性与卫星有关的误差与卫星有关的误差主要包括:卫星星历误差卫星钟的误差地球自转的影响相对论效应的影响卫星星历（轨道）误差定义由卫星星历给出的卫星在空间的位置与卫星的实际位置之差称为卫星星历误差。广播星历（预报星历）的精度(无SA)20～30米(有SA)100米精密星历（后

5、处理星历）的精度可达1厘米应对方法精密定轨(后处理)相对定位或差分定位星历误差对单点定位的影响星历误差对单点定位的影响主要取决于卫星到接收机的距离以及用于定位或导航的GPS卫星与接收机构成的几何图形星历误差对相对定位的影响db为基线误差，b为基线长，ds为星历误差，ρ为卫星到测站的距离。适合短基线相对定位。解决星历误差的方法1)建立区域性卫星跟踪网可提高单点定位精度，使相对长基线定位精度提高。2)轨道松弛法在平差模型中，把卫星星历提供的卫星轨道坐标作为初始值，视其改正数为未知数，通过平差求得测站和卫

6、星轨道改正数。半短弧法将轨道切向、径向、法向的三个改正作为未知数，计算较简单；短弧法把六个轨道偏差改正数作为未知数，计算量大，精度与半短弧法相当。3)同步观测值求差（也即相对定位）在两个或多个测站上对同一颗卫星的同步观测值求差，减弱卫星星历误差的影响。卫星钟差定义物理同步误差数学同步误差应对方法模型改正钟差改正多项式其中a0为ts时刻的时钟偏差，a1为钟速，a2为钟速变化率。相对定位或差分定位狭义相对论和广义相对论狭义相对论1905运动将使时间、空间和物质的质量发生变化广义相对论1915将相对论与引

7、力论进行了统一相对论效应对卫星钟的影响①狭义相对论原理：时间膨胀。钟的频率与其运动速度有关。对GPS卫星钟的影响：结论：在狭义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变慢相对论效应对卫星钟的影响②广义相对论原理：钟的频率与其所处的重力位有关对GPS卫星钟的影响：结论：在广义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变快相对论效应对卫星钟的影响③相对论效应对卫星钟的影响狭义相对论＋广义相对论解决相对论效应对卫星钟影响的方法制造卫星钟时预先把频率降低。与信号传播有关的误差电离层折射误差对流层折射误差多路径效应误差电离

8、层延迟地球大气结构地球大气层的结构大气折射效应大气折射信号在穿过大气时，速度将发生变化，传播路径也将发生弯曲。也称大气延迟。在GPS测量定位中，通常仅考虑信号传播速度的变化。色散介质与非色散介质色散介质：对不同频率的信号，所产生的折射效应也不同非色散介质：对不同频率的信号，所产生的折射效应相同对GPS信号来说，电离层是色散介质，对流层是非色散介质相速与群速①相速群速相速与群速的关系相折射率与群折射率的关系相速与群速②电离层折射①电离层折射②电子密度与总电子含量电子密度