7 GPS测量误差

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1、第七章GPS测量的误差来源及其影响7.1GPS测量的主要误差分类GPS测量的主要误差分类：一）按照误差源1)与卫星有关误差卫星星历误差即轨道偏差，卫星钟差，相对论效应。2)信号传播误差电离层延时，对流层延时，多路径效应。3)观测及接收设备误差接收机钟差，接收机噪声，天线相位中心误差，天线安置误差。4)其它误差地球固体潮，地球海潮，美国SA政策为了便于理解，通常均把各种误差的影响投影到站星距离上，以相应的距离误差表示，称为等效距离误差。测码伪距的等效距离误差/m误差来源 P码C/A码卫星星历与模型

2、误差钟差与稳定度卫星摄动相位不确定性其它合计4.23.01.00.50.95.44.23.01.00.50.95.4信号传播电离层折射对流层折射多路径效应其它合计2.32.01.20.53.35.0-10.02.01.20.55.5-10.3接收机接收机噪声其它合计1.00.51.17.50.57.5总计 6.410.8-13.6二）按照误差的性质1、系统误差包含：轨道误差、钟差、大气折射。减弱方法：1）作为未知参数一并解算；2）建立误差模型，对观测量加于修正。3）同步观测求差法；4）简单忽略。

3、2、偶然误差包含：多路径效应、观测误差减弱方法：从观测技术、手段、方法上，严格操作。7.2与信号传播有关的误差与卫星信号有关的误差主要包括大气折射误差和多路径效应。7.2.1电离层折射的影响电离层属于弥散性介质，即电磁波的传播速度和频率有关。GPS卫星信号通过电离层时，将受到这一介质弥散特性的影响，便其信号的传播路径发生变化。电离层会反射、折射、散射、吸收无线电信号，导致无线电信号的延迟以及相位、振幅的不规则变化等。特征：电离层延迟与信号频率的平方成反比关系，即：为距离延迟；为时间延迟当GPS卫

4、星处于天顶方向时，电离层折射对信号传播路径的影响最小，而当卫星接近地平线时，则影响最大。为了减弱电离层的影响，在GPS定位中通常采用下面措施(1)利用双频观测由于电离层的影响是信号频率的函数，所以利用不同频率的电磁波信号进行观测。便能多确定其影响，而对观测量加以修正。(7-1)(2)利用电离层模型加以修正对于单频GPS接收机，为了减弱电离层的影响，一般是采用导航电文提供的电离层模型，或其它适合的电离层模型对观测量加以修正，但是这种模型至今仍在完善之中，目前模型改正的有效率约为75％。Klobac

5、har电离层模型：(7-2)(3)利用同步观测值求差这一方法是利用两台或多台接收机，对同一卫星的同步观测求差，以减弱电离层折射的影响，尤其当观测站间的距离较近时（<20km），由于卫星信号到达各观测站的路径相近，所经过的介质状况相似，因此通过各观测站对相同卫星信号的同步观测值求差，便可显著的减弱电离层折射影响，其残差将不会超过1ppm。对于单频GPS接收机而言，这种方法的重要意义尤为明显。7.2.2对流层折射的影响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%。对流层属于

6、中性，对电磁波的传播不属于弥散性介质，即电磁波的传播速度与频率无关。对流层折射包括两部分：一是由于电磁波的传播速度或光速在大气中变慢造成路径延迟，这占主要部分；二是由于GPS卫星信号通过对流层时，也使传播的路径发生弯曲，从而使测量距离产生偏差。在垂直方向可达到2.5米，水平方向可达到20米。　　关于对流层折射的影响，一般有以下几种处理方法：1)定位精度要求不高时，可不考虑其影响。2)采用对流层模型进行改正：如霍普菲尔德（Hopfield）模型：(7-3)3)采用观测量求差的方法。与电离层的影响相

7、类似，当观测站间相距不远(<20km)时，由于信号通过对流层的路径相近，对流层的物理特性相近，所以对同一卫星的同步观测值求差，可以明显的减弱对流层折射的影响。7.2.3多路径效应影响多路径效应亦称多路径误差，是指接收机天线除直接收到卫星发射的信号外，还可能收到经天线周围地物一次或多次反射的卫星信号，信号叠加将会引起测量参考点（相位中心点)位置的变化，从而便观测量产生误差，而且这种误差随天线周围反射面的性质而异，难以控制。根据实验资料表明，在一般反射环境下，多路径效应对测码伪距的影响可达到米级，对

8、测相伪距的影响可达到厘米级。而在高反射环境下，不仅其影响将显著增大，而且常常导致接收的卫星信号失锁和使载波相位观测量产生周跳。因此，在精密GPS导航和测量中，多路径效应的影响是不可忽视的。目前减弱多路径效应影响的措施有：（1）安置接收机天线的环境，应避开较强的反射面，如水面=平坦光滑的地面以及平整的建筑物表面等。（2）选择造型适宜且屏蔽良好的天线等。（3）适当延长观测时间，削弱多路径效应的周期性影响。（4）改善GPS接收机的电路设计，了减弱多路径效应的影响7.3与卫星有关的误差与GPS卫星有关的