GPS测量的误差来源课件.ppt

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1、第七章GPS测量的误差来源及其影响7.1GPS测量主要误差分类误差来源对距离测量的影响(m）卫星部分星历误差、钟误差、相对论效应1.5-15信号传播电离层、对流层、多路径效应1.5-15信号接收钟误差、位置误差、天线误差1.5-5.0其它影响地球潮汐、负荷潮1.0上述误差按照误差的性质来分可分为系统误差与偶然误差。系统误差：星历误差、卫星钟差、接收机钟差、大气折射等。偶然误差：多路径效应系统误差是研究的主要对象。7.2与信号传播有关的误差一.电离层折射1.电离层折射误差电离层，即地球上空距地面高度在50-1000km之间的大气层。其中的气体分子由于天体各种射线的辐射而产

2、生电离，形成大量的自由电子和正离子。因此，GPS信号通过电离层时，传播路径会发生弯曲，传播速度也会产生变化，此时用信号的传播时间乘以光速得到的距离不等于卫星至接收机间的几何距离，这种偏差即为电离层折射误差。电离层是弥散性介质。群波的传播速度与单一波不同。伪距测量时，测距码是以群速传播的；而载波相位测量时可按单一波计算。因此，伪距测量与载波相位测量的电离层折射改正数大小相等，方向相反。天顶方向延迟可达50m，高度角为20°可达150m。2.减弱电离层影响的措施（1）利用双频观测（2）利用电离层改正模型（3）利用同步观测值求差二对流层折射1对流层及其影响对流层是地面以上40

3、km以下的大气层，其大气密度更大，大气状态比电离层更为复杂。电磁波信号通过对流层时信号传播路径也会发生弯曲，从而产生的误差称为对流层折射误差。对流层折射的影响与信号的高度角有关，当在天顶方向影响达2.3m；高度角为10度时影响达20m。对流层折射对伪距和载波相位测量的影响相同。2.对流层折射改正模型（1）霍普菲尔德（Hopfield）模型（2）萨斯塔莫宁公式（3）勃兰克模型3.减弱对流层折射改正残差影响的主要措施气象参数在测站直接测定引入附加代估参数利用同步观测量求差利用水汽辐射计直接测定信号传播的影响。三、多路径误差>定义多路径误差>定义>多路径效应在GPS测量中被测

4、站附近的反射物所反射的卫星信号（反射波）如果直接进入接收机天线的话，将和直接来自卫星的信号（直射波）产生干涉，从而使观测值偏离真值产生所谓的“多路径误差”。由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应称为“多路径效应”。多路径误差>反射波>几何特性反射波的几何特性P多路径误差>反射波>物理特性反射波的物理特性反射波除了存在相位延迟之外，信号强度一般也会减小。（1）一部分能量被反射物面所吸收。反射系数表水面稻田野地森林田地α损耗（分贝）α损耗（分贝）α损耗（分贝）α损耗（分贝）1.000.820.640.310多路径误差>反射波>物理特性反射波的物理特性（2）GPS信号是右旋

5、圆极化波，反射后会改变波的极化特性。接收天线是右旋圆极化结构，对反射波存在抑制作用。注：右旋圆极化电磁波由电场和磁场构成。人们规定：电场的方向就是天线极化方向。右旋极化波是符合右手定则的电磁波，左旋圆极化波是符合左手定则的电磁波。多路径误差>载波相位测量中的多路径误差受多路径效应影响的情况下的接收信号多路径误差>载波相位测量中的多路径误差(1)(2)多路径误差>载波相位测量中的多路径误差多路径效应的数值特性受多个反射信号影响的情况多路径误差>减弱和消除方法站址的选择多路径误差取决于反射物离测站的距离和反射系数（取决于反射物的材料、形状及粗糙程度等）及卫星信号的方向等各种

6、性质，无法建立起准确的误差改正模型。较为有效的方法是恰当选择站址，注意避免信号反射物。多路径误差>减弱和消除方法>站址选择1、选站时应避免临近有大面积的平静的水面。多路径误差>减弱和消除方法>站址选择2、测站不宜选择在山坡上。多路径误差>减弱和消除方法>站址选择3、测站周围不宜有高层建筑物。多路径误差>减弱和消除方法>硬件要求对接收机的要求（1）在天线下设抑径板或抑径圈多路径误差>减弱和消除方法>硬件要求抑径板的半径多路径误差>减弱和消除方法>硬件要求（2）接收天线对极化特性不同的反射信号应该有较强的抑制作用。适当延长观测时间由于多路径误差是时间的函数，其大小和符号会随

7、着卫星的高度角变化而变化，所以在静态定位中经过较长时间的观测后，多路径误差的影响可大为削弱。7.3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、卫星钟误差以及相对论效应。与卫星有关的误差对载波相位测量和伪距测量的影响相同。一.卫星星历误差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。在一个观测时段内星历误差主要呈系统误差特性。卫星星历误差是一种起算数据误差，将严重影响单点定位的精度，在精密相对定位中也是一个重要的误差源。1概况GPS卫星星历按其性质可分为两类：1）预报星历（广播星历）2）实测星历（精密星历）