gps系统解误差因素探究

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1、GPS系统解误差因素探究　　【摘要】由GPS卫星导航系统确定的位置与时间解的精度最终可表示为三维位置几何精度因子和站星伪距的测量误差因子之积。几何因子表示卫星与用户的相对几何布局对GPS系统解的误差的复合影响。一般地，将它称作卫星/用户几何布局相关的三维位置几何精度因子（DOP）。文章详细论述了影响GPS卫星导航定位的各种误差和几何精度因子的数学推导，揭示了GPS系统解的误差因素。【关键词】GPS系统解；DOP；站星伪距；误差1.引言GPS卫星导航定位，是基于被动式测距原理的，即GPS信号接收机被动地测量来自GPS卫星的导航定位信号

2、的传播时延，而测得GPS信号接收天线相位中心和GPS卫星发射天线相位中心之间的距离（即站星距离），进而将它和GPS卫星在轨位置联合而结算处用户的三维坐标[1]。所以，GPS系统解的误差可以用下式来表示：（GPS系统解的误差）=（DOP）×（伪距误差因子）7可见，GPS系统解的误差，不仅取决于站星伪距测量误差，而且取决于该误差放大系数PDOP（三维位置几何精度因子）的大小，对于由24颗GPS卫星组成的GPS星座，DOP的最大值为18，最小值是1.8，它可以通过选择适当的GPS定位星座获得较小的DOP值。而GPS站星伪距测量误差受多种因

3、素影响，下面将分别论述。2.伪距误差站星伪距测量误差主要包括GPS信号的自身误差及人为的SA误差，简称卫星误差；GPS信号从卫星传播到用户接收天线的传播误差和GPS信号接收机所产生的GPS信号测量误差，简称接收误差。根据国内外许多实测资料及其理论研究成果，其主要误差分量的量级如表1所示。2.1星历误差在GPS导航定位中，GPS卫星的在轨位置是作为动态已知点参与导航定位解算的。通常是从GPS卫星导航电文中解译出卫星星历，进而依据后者计算出所需要的动态已知点[2]。显而易见，这种动态已知点的误差，已注入到用户位置的结算结果中，从而导致G

4、PS系统接的误差。2.2卫星钟误差卫星上装有原子钟，控制星上所有的定时工作，虽然这些钟非常稳定，但可能会引起1ms的偏差，由时钟误差引起的测距误差在3.0m的量级。主控站确定时钟校正参数，并发给卫星。这些校正参数由接收机用二阶多项式来实现。这些参数是对实际卫星时钟误差的拟合估计，所以就会保留残差。2.3相对论效应误差7任何时候当信号源和信号接收机相对于所选的各向同性光速坐标系发生移动时，都需要有狭义相对论的相对论校正。任何系统当信号源和信号接收机处于不同的重力势时都需要有广义相对论的相对论校正。2.4大气层效应（1）对流层延迟。对流

5、层延迟泛指非电离层大气对电磁波的折射。对流层延迟影响主要有两种，一种是干燥大气附加延迟，一般影响较大，它以一种合理可预测方式随当地温度和大气压力而变化；第二种效应（即湿润大气层或水蒸气效应）的影响一般比较小，其影响可能只有干燥大气延迟效应的1/10，但变化却很明显。（2）电离层延迟。电离层延迟是指当电磁波信号穿过电离层时，信号路径会产生弯曲（但其影响很小，一般可不顾及），且传输速度会发生变化。所以，用真空中的光速乘上传播时间所得到的距离，不等于卫星到测站的几何距离，对于GPS系统来讲，这种距离差在天顶方向可达几米到几十米，而在信号高

6、度角接近地面时，则可达到几十到百余米。2.5内时延误差7GPS信号接收机是用于接收、跟踪、变换和测量GPS信号的。GPS信号在接收机内部从一个电路转移到另一个电路行进中，必须占据一定的时间。这种由于电子电路所产生的时间延迟，称为内部时延。它的大小可以根据电路参数计算求得。如果内时延是稳定而不变动的话，经过内时延改正后的站星距离，便不存在测量精度的损失[3]。但是，由于波道时延的不稳定性，中频信号的相位抖动和接收天线的相位中心漂移，不可能实现接收机内时延的精确改正。例如，对于多波道接收机而言，因各个波道不可能产生相同的波道时延，而存在

7、波道时延偏差。2.6多路径效应多路径是接收机测量过程中所遇到的主要误差源之一。因为多路径，信号通过由于地面和附近的物体发射，形成的多路径到达接收机，多路径不仅会使调制到载波上的PRN码和导航数据失真，而且还会使载波相位本身畸变。最坏的情况下，多路径可能会使接收机跟踪环失锁。3.卫星几何布局和精度因子（DOP）3.1DOP的定义DOP参数定义为将用户位置和时间偏差误差的参数与伪距误差的参数相关联起来的几何因子。相对于线性化点的用户位置和时间偏差的偏移量与相对于无误差伪距值的偏差之间以如下关系式相关联，即：矢量有4个分量。前3个分量是用

8、户离线线性化点的位置偏移。第4个分量是用户的时间偏差在线性化点假定的偏差的偏移。是与用户实际位置相对应的无误差伪距值和与线性化点相对应的伪距值之间的矢量偏移。7而是以线性化点指向第颗卫星位置的单位矢量。如果可利用正好只有4颗卫星的数据