GPS主要誤差源及補(bǔ)償方法

1、GPSi要誤差源與補(bǔ)償方法學(xué)院：電子信息工程專(zhuān)業(yè)年級(jí)：自動(dòng)化1306:熊宇豪學(xué)號(hào)：13212054時(shí)間：2016年04月11日小組：熊峰、熊宇豪、丹GP駐要誤差源與補(bǔ)償方法摘要GPSM量誤差按其生產(chǎn)源可分3大局部：與衛(wèi)星有關(guān)的誤差，包括衛(wèi)星時(shí)鐘誤差、衛(wèi) 星星歷誤差和相對(duì)論效應(yīng)誤差；與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差，包括電離層折射誤差、對(duì) 流層折射誤差和多路徑效應(yīng)誤差；與接收機(jī)有關(guān)的誤差，主要包括接收機(jī)時(shí)鐘誤差、 接收機(jī)位置誤差、接收機(jī)天線相位中心位置誤差。關(guān)鍵詞：GPS誤差源。一、GPS®測(cè)中的誤差分類(lèi)1) 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差：衛(wèi)星時(shí)鐘誤差、衛(wèi)星星歷誤差、相對(duì)論效應(yīng)誤差；2) 與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差

2、：電離層折射誤差、對(duì)流層折射誤差、多路徑效應(yīng)誤差；3) 與接收機(jī)有關(guān)的誤差：接收機(jī)時(shí)鐘誤差、接收機(jī)位置誤差、接收機(jī)天線相位 中心位置誤差。另外在進(jìn)展高精度GPSM量定位時(shí)(進(jìn)展地球動(dòng)力學(xué)等方面的研究)，通常還應(yīng) 該考慮與地球整體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的誤差，如地球自轉(zhuǎn)和地球潮汐的影響等。按誤差的性 質(zhì)進(jìn)展區(qū)分，上述各種誤差有的屬于系統(tǒng)誤差、有的屬于偶然誤差。例如，衛(wèi)星星 歷誤差、衛(wèi)星時(shí)鐘誤差、接收機(jī)時(shí)鐘誤差和大氣折射誤差等都屬于系統(tǒng)誤差，而多 路徑效應(yīng)誤差等是屬于偶然誤差。其中系統(tǒng)誤差比偶然誤差無(wú)論是從誤差本身的大 小或是其對(duì)測(cè)量定位結(jié)果影響程度來(lái)講都要大得多，所以說(shuō)系統(tǒng)誤差應(yīng)該是進(jìn)展 GPS測(cè)量定位時(shí)的主

3、要誤差源。二、消除或消弱上述誤差影響的根本方法和措施1 .建立誤差改正模型對(duì)觀測(cè)值進(jìn)展改正，誤差改正模型通常有理論模型、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃途C合模型。理論模型是通過(guò)對(duì)誤差產(chǎn)生的原因、性質(zhì)與其對(duì)測(cè)量定位影響的規(guī)律進(jìn)展研究和分析，并從理論上進(jìn)展嚴(yán)格的推導(dǎo)而建立起來(lái)的誤差改正模型。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿绱耸峭ㄟ^(guò)對(duì)大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)展統(tǒng)計(jì)分析和研究，并經(jīng)過(guò)擬合而建立起來(lái)的誤差改正模型。而綜合模型如此是綜合以上兩種方法建立起來(lái)的誤差改正模型。2 .選擇較好的硬件和良好的觀測(cè)條件 ，在GPS量定位中，有的誤差是無(wú)法利用誤差改正模 型進(jìn)展改正的。例如，多路徑效應(yīng)誤差的影響是比擬復(fù)雜的，這與觀測(cè)站周?chē)沫h(huán)境有很大的關(guān)系。要削弱多路徑

4、效應(yīng)誤差的影響，一是選擇功能完善的接收機(jī)天線；二是在選擇GPS點(diǎn)位時(shí)遠(yuǎn)離信號(hào)源和反射物。3 .利用同步觀測(cè)的方法，并對(duì)相應(yīng)的同步觀測(cè)值求差分，研究和分析誤差對(duì)觀測(cè)值或平差結(jié) 果的影響情況，制定合理的觀測(cè)方案和采取有效的數(shù)據(jù)處理方法。通過(guò)對(duì)相應(yīng)的觀測(cè)值求差分來(lái)消除或削弱一些誤差的影響。4 .引入相應(yīng)的參數(shù)，在GPS1量定位中。將某些參數(shù)設(shè)為未知參數(shù)， 而將衛(wèi)星提供的參數(shù)值 作為未知參數(shù)的初始值。在數(shù)據(jù)處理中與其他未知參數(shù)一起進(jìn)展解算， 從而達(dá)到削弱誤差的影響， 提高測(cè)量定位結(jié)果精度的目的。三、各種誤差對(duì)導(dǎo)航和測(cè)量定位的影響以與消除措施與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差包括衛(wèi)星時(shí)鐘誤差、衛(wèi)星星歷誤差

5、和相對(duì)論效應(yīng)誤差。衛(wèi)星時(shí)鐘誤差1.衛(wèi)星時(shí)鐘誤差通常是指衛(wèi)星時(shí)鐘的時(shí)間讀數(shù)與GP刖準(zhǔn)時(shí)間之間的偏差。雖然在每顆GPS衛(wèi)星上都裝備有原子鐘（葩原子鐘和鋤原子鐘），但是隨著時(shí)間的積累， 這些原子鐘與 GP刖準(zhǔn)時(shí) 間也會(huì)有難以防止的偏差和漂移。通常衛(wèi)星時(shí)鐘的偏差總量約在1ms以（該項(xiàng)誤差通常也稱為物理同步誤差），由此產(chǎn)生的等效距離誤差可達(dá)300km左右。對(duì)于衛(wèi)星時(shí)鐘的這種偏差，GPS系統(tǒng)是利用地面監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星時(shí)鐘運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)展連續(xù)的監(jiān)測(cè)而準(zhǔn)確確定的，并以二階多項(xiàng)式的形式予以表不， '，印為to時(shí)刻衛(wèi)星的鐘差、ai為to時(shí)刻鐘速，a2為鐘速的變化率，這些參數(shù)是由地面監(jiān)控系統(tǒng)的主控站測(cè)定，并通過(guò)衛(wèi)

6、星的導(dǎo)航電文提供給用戶使用。計(jì)算衛(wèi)星時(shí)鐘讀數(shù)的改正數(shù)并加以改正，改正后通常能保證衛(wèi)星時(shí)鐘與 GP刖準(zhǔn)時(shí)間的同步誤差在20ns以（該項(xiàng)誤差通常也稱為數(shù)學(xué)同步誤差 ），由此產(chǎn)生的等效距離誤差不會(huì)超過(guò)6s要想進(jìn)一步削弱衛(wèi)星時(shí)鐘殘差對(duì)測(cè)量定位的影響，可以在不同的觀測(cè)站上對(duì)同一顆衛(wèi)星進(jìn)展同步觀測(cè)，并將相應(yīng)的同步觀測(cè)值進(jìn)展求差分處理。2.在GPSKU量中一般可采用如下方法解決鐘誤差：（）忽略衛(wèi)星鐘的數(shù)學(xué)同步誤差在導(dǎo)航和低精度單點(diǎn)定位中，由于測(cè)碼偽距觀測(cè)值的精度本來(lái)就較低，對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航定位結(jié)果的精度要求也不高，因而在進(jìn)展數(shù)據(jù)處理時(shí)通常就不顧與衛(wèi)星鐘的數(shù)學(xué)同步誤差，根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航電義中給出的鐘參數(shù)，用（32）式求

7、得 t值，把它當(dāng)成是衛(wèi)星鐘的鐘差。在這種情況下觀測(cè)方程中只含4個(gè)未知參數(shù)：觀測(cè)瞬間用戶的三維坐標(biāo)與接收機(jī)鐘的鐘差。（2）利用測(cè)碼偽距單點(diǎn)定位法來(lái)確定接收機(jī)鐘的鐘差利用測(cè)距碼來(lái)測(cè)定從衛(wèi)星至接收機(jī)的距離，根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航電文中給出的參數(shù)來(lái)確定觀測(cè)瞬間衛(wèi)星在空間的位置以與衛(wèi)星鐘的鐘差，據(jù)此即可用單點(diǎn)定位法解得觀測(cè)瞬間接收機(jī)鐘的鐘差，精度估計(jì)可達(dá) 0. 1-0. 2pso利用上述方法確定的接收機(jī)鐘差在計(jì)算衛(wèi)星在空間的準(zhǔn)確位 置與各種改正數(shù)時(shí)被廣泛使用。（3）通過(guò)其他渠道獲取準(zhǔn)確的衛(wèi)星鐘差值在某些應(yīng)用中，例如利用載波相位觀測(cè)值進(jìn)展精細(xì)單點(diǎn)定位（PPP PreciPointPos山。nmg）時(shí)，觀測(cè)值的精度很

8、高，對(duì)定位結(jié)果的精度要求也很高，自然對(duì)衛(wèi)星鐘差也會(huì)提出很高的要求。（4）通過(guò)觀測(cè)值相減來(lái)消除公共的鐘差項(xiàng)利用載波相位觀測(cè)值進(jìn)展相對(duì)定位時(shí)，觀測(cè)值和定位結(jié)果的精度都很高。 衛(wèi)星星歷誤差1 .衛(wèi)星星歷誤差（衛(wèi)星的軌道誤差）是指由衛(wèi)星星歷計(jì)算得到的衛(wèi)星空間位置與衛(wèi)星在空間 的實(shí)際位置之差。 要估計(jì)和處理衛(wèi)星星歷誤差一般是比擬困難的，主要原因在于，衛(wèi)星在運(yùn)行過(guò)程中要受到多種攝動(dòng)力的復(fù)雜影響，利用地面監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)展監(jiān)測(cè)，難以可靠地、準(zhǔn)確地測(cè)定這些作用力，且無(wú)法掌握它們的作用規(guī)律，所以在星歷預(yù)報(bào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。在一個(gè)觀測(cè)時(shí)段衛(wèi)星星歷誤差具有系統(tǒng)誤差的特性，應(yīng)該屬于起算數(shù)據(jù)誤差。精細(xì)星歷全球定位系統(tǒng)

9、是美國(guó)國(guó)防部研制、組建、管理的一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。系統(tǒng)的導(dǎo)航定位精度（含相應(yīng)的廣播星歷精度）是根據(jù)軍方用戶的需要來(lái)確定的，并非以追求最高的精度為目的。精細(xì)星歷如此是為滿足測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)研究等精細(xì)應(yīng)用領(lǐng)域的需要而研制、生產(chǎn)的一種高精度的事后星歷（目前IGS也開(kāi)始提供精細(xì)預(yù)報(bào)星歷， 以滿足高精度實(shí)時(shí)定位用戶的需要）：目前的GPSi1細(xì)星歷主要有兩種：由美國(guó)國(guó)防制圖局（DMA）生產(chǎn)的精細(xì)星歷以與由國(guó)際 GPSB務(wù)（1GS） 生產(chǎn)的精細(xì)星歷：前者的星歷精度約為2m后者的星歷精度如此優(yōu)于 5s（1）衛(wèi)星星歷誤差對(duì)單點(diǎn)絕對(duì)定位的影響，在觀測(cè)站上利用接收機(jī)接收GPS衛(wèi)星信號(hào)獲得偽距觀測(cè)值，并根據(jù)衛(wèi)星星歷

10、提供的衛(wèi)星位置坐標(biāo)進(jìn)展單點(diǎn)絕對(duì)定位，衛(wèi)星的位置誤差，對(duì)觀測(cè)站位置坐標(biāo)和接收機(jī)時(shí)鐘的影響取決于衛(wèi)星的位置誤差的大小，而具體的配賦方式如此與衛(wèi)星至觀測(cè)站的幾何圖形有關(guān)。衛(wèi)星星歷誤差對(duì)觀測(cè)站位置坐標(biāo)的影響通?？蛇_(dá)數(shù)米、數(shù)十米，有時(shí)甚至 可達(dá)百米左右。（2）衛(wèi)星星歷誤差對(duì)相對(duì)定位的影響。利用相鄰兩個(gè)觀測(cè)站受衛(wèi)星星歷誤差影響的相關(guān)性， 將相應(yīng)的觀測(cè)量求差分可以有效地消除衛(wèi)星星歷誤差影響的共同局部，從而獲得高精度的相對(duì)坐標(biāo)，達(dá)到削弱衛(wèi)星星歷誤差影響。:1采用精細(xì)星歷，在高精度的應(yīng)用領(lǐng)域中，可使用精細(xì)星歷。2采用相對(duì)定位模式，對(duì)于進(jìn)展長(zhǎng)距離、高精度GPS1量定位，應(yīng)該使用高精度的精細(xì)星歷。一方面可以向有償提

11、供精 細(xì)星歷的部門(mén)預(yù)訂，另一方面可以建立 GPS衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)，進(jìn)展獨(dú)立定軌，自己提供高精度的精細(xì) 星歷，滿足精細(xì)GPS1量定位的要求。這樣不僅可以擺脫在非常時(shí)期受美國(guó)政府有意降低衛(wèi)星廣 播星歷精度的影響，而且還可以向?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量定位的用戶提供無(wú)人干擾的預(yù)報(bào)星歷。3、相對(duì)論效應(yīng)，相對(duì)論效應(yīng)誤差是指由于衛(wèi)星上的時(shí)鐘和地球上的時(shí)鐘所處的狀態(tài)（主要是指運(yùn)動(dòng)速度和重力位）不同而引起的衛(wèi)星時(shí)鐘與地球上時(shí)鐘產(chǎn)生相對(duì)鐘誤差的現(xiàn)象。由于相對(duì)論 效應(yīng)誤差取決于衛(wèi)星時(shí)鐘所處的狀態(tài)一一衛(wèi)星的狀態(tài)，而且相對(duì)論效應(yīng)誤差是以衛(wèi)星時(shí)鐘誤差的形式出現(xiàn)的，所以將相對(duì)論效應(yīng)誤差歸入與衛(wèi)星有關(guān)的誤差。該誤差對(duì)測(cè)距碼偽距觀測(cè)值和載波相位

12、測(cè)量觀測(cè)值的影響是一樣的。L疑義軀兄超產(chǎn)生眄顛率偈息根據(jù)狹義相對(duì)論的理論.在地面上算率為啟的時(shí)鐘.若將再安置于以速度吸運(yùn)行的衛(wèi)星 上，則舉時(shí)鐘的頻率將變?yōu)槿?即（4-5）式中力為直空中的北速.所以其頻率的變化量和 即為M _口 九現(xiàn)耨CPS衛(wèi)星在慢性坐標(biāo)網(wǎng)中運(yùn)動(dòng)的平均速度%-3 874m/&tc -299 792 458m4代入（d，6） 武，可科Wi= -O.335X此式表明由于映義和對(duì)母戒戒的影晌，衛(wèi)星上的時(shí)鐘比地球上的同類(lèi)時(shí)的走得慢立2 .廣義利時(shí)論產(chǎn)生峋撕率儡是根據(jù)廣義和對(duì)論的理論,設(shè)GPS衛(wèi)星在軌道運(yùn)行時(shí)的重力位為手，面地理賽向上的觀堀 站處的竟力位為下若將在地球表面上頻率為

13、啟的時(shí)鐘安置于GP5衛(wèi)星上，則詼時(shí)鐘的頻率 將變?yōu)镋.其頻率的變化量AA可表示為審一下M 4”.二 3 T.（4.7）C由于廣義相對(duì)論效應(yīng)的數(shù)量很小，在計(jì)算時(shí)通常盯以將地球的威力位野做一個(gè)質(zhì)點(diǎn)位.同 時(shí)略去H、內(nèi)引力fU 那么的的實(shí)用計(jì)苒公式可爆寫(xiě)成式中小為萬(wàn)有引力常數(shù)與地球腦量的乘機(jī),其效值為M工3、9的0U5 x 1O'WJ；R為接收機(jī) 離地心的距圈，其數(shù)值為/i -6 37ttkm;r為CPS里星慧地心的坨用,其數(shù)值為r26 56的小現(xiàn) 將各數(shù)值代入(4-8)式中，可得 f2=5. 284X10fo,這明確：由于廣義相對(duì)論效應(yīng)的影響，衛(wèi)星上 的時(shí)鐘比地球上的同類(lèi)時(shí)鐘走得快。3 .

14、相對(duì)論效應(yīng)影響的處理，從以上具體數(shù)值可以看出：就GPS衛(wèi)星而言，廣義相對(duì)論效應(yīng)的影響比狹義相對(duì)論效應(yīng)的影響要大得多，而且它們的符號(hào)相反。 事實(shí)上衛(wèi)星上的時(shí)鐘是同時(shí)受到廣義相對(duì)論效應(yīng)和狹義相對(duì)論效應(yīng)的共同影響，所以總的相對(duì)論效應(yīng)的影響應(yīng)該為由此可見(jiàn)：由于相對(duì)論效應(yīng)的影響，同一臺(tái)時(shí)鐘當(dāng)它位于GPS衛(wèi)星上的頻率比在地球外表上時(shí)要增加4. 449X10-1°fo。所以要解決相對(duì)論效應(yīng)的影響，最簡(jiǎn)單的方法即是在制造GPS衛(wèi)星時(shí)鐘時(shí)應(yīng)該先將其頻率降低 4. 449X 10-10fo o因?yàn)镚PS衛(wèi)星上時(shí)鐘的標(biāo)準(zhǔn)頻率應(yīng)該為10. 23MHz那么GPS衛(wèi)星的時(shí)鐘在廠家生產(chǎn)時(shí)應(yīng)該把頻率調(diào)為10. 23

15、MH水(1 -4. 449X 10-1°)=10 . MHz這樣，當(dāng)該時(shí)鐘隨GPS衛(wèi)星進(jìn)入軌道運(yùn)行并受到相對(duì)論效應(yīng)影響后，其頻率正好變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)頻率10. 23MHz在此應(yīng)該說(shuō)明，實(shí)際上由于GPSS星的運(yùn)行軌道是一個(gè)橢圓，因此衛(wèi)星離地心的距離 r以與衛(wèi)星在慣性坐標(biāo)系中運(yùn)動(dòng)的速度K均是隨時(shí)間變化的，是時(shí)間的函數(shù)。于是可以將相對(duì)論效應(yīng)誤差看成是衛(wèi)星軌道為圓時(shí)的相對(duì)論效應(yīng)和衛(wèi)星的非嚴(yán)格圓軌道引起的一個(gè)微小的附加偏差項(xiàng)的 總和。在實(shí)際應(yīng)用 GPS定位時(shí)，采用預(yù)先將衛(wèi)星時(shí)鐘頻率降低4. 449X 10 %o的方法來(lái)抑制圓軌道時(shí)相對(duì)論效應(yīng)的影響；對(duì)于非嚴(yán)格圓軌道引起的一個(gè)微小的附加偏差，由計(jì)算式加以

16、改正。 所以經(jīng)上面方法改正后仍然存在殘差，殘差最大值可達(dá)70ns,其對(duì)衛(wèi)星時(shí)鐘鐘速的影響可達(dá)0. 01ns/s,這一項(xiàng)誤差在進(jìn)展高精度GPS1量定位中應(yīng)該予以考慮。與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差包括電離層折射誤差、對(duì)流層折射誤差和多路徑效應(yīng)誤差。3 .電離層延遲1) 電離層延遲的根本概念：由于地球周?chē)碾婋x層對(duì)電磁波的折射效應(yīng)，使得GPS信號(hào)的傳播速度發(fā)生變化，這種變化稱為電離層延遲。2) 電子密度和總電子含量，求電離層延遲改正的關(guān)鍵在于求電子密度Ne,影響電子密度的因素：3) .電子密度和高度間的關(guān)系：電子密度Ne將隨著高度的變化而變化。這是因?yàn)橐环矫娲髿饷芏葘㈦S著高度的增加而減小

17、。另一方面隨著高度的降低，太中的紫外線、X射線和高能粒子的輻射通量也將在傳播過(guò)程中不斷被大氣吸收而變得越來(lái)越弱。在這兩種相反因素的作用下，電子密度一般在高度為 300400km間取最大值。4) .總電子含量與其與地方時(shí)之間的關(guān)系：在討論電離層延遲時(shí)常引人總電子含量TEC這一概念：TEC IsNedp總電子含量即為沿著信號(hào)傳播路徑對(duì)電子密度進(jìn)展積分所獲得的結(jié)果，也即為底面積為一個(gè)單位面積時(shí)沿著信號(hào)傳播路徑的貫穿整個(gè)電離層的一個(gè)柱體所含的總電子數(shù)，通常以電子數(shù)/ m2或電子數(shù)/ cm為單位。5) .總電子含量與太陽(yáng)活動(dòng)間的關(guān)系：因?yàn)榈厍虼髿鈱赢a(chǎn)生電離的主要源是太陽(yáng)，因而總電 子含量與太陽(yáng)活動(dòng)間有密

18、切的關(guān)系。在研究電離層延遲時(shí)，太陽(yáng)的活動(dòng)通常是用太陽(yáng)黑子數(shù)或 10 . 7cm波長(zhǎng)的太陽(yáng)輻射流量來(lái)表示。當(dāng)太陽(yáng)的黑子數(shù)增加或10.7cm的輻射流量增加時(shí)，總電子含量也會(huì)相應(yīng)增加。在太陽(yáng)活動(dòng)高年與太陽(yáng)活動(dòng)低年之間TEC可相差4倍左右。太陽(yáng)活動(dòng)的周期約為11年，故TEC也呈周期為11年左右的周期性變化。4.影響總電子含量的其它因素除上述因素外，總電子含量還將隨季節(jié)變化，地磁場(chǎng)變化。的措施(1)利用雙頻觀測(cè)電離層的影響是信號(hào)頻率的函數(shù)。在太陽(yáng)輻射的正午或在太陽(yáng)黑子活動(dòng)的 異常期，應(yīng)盡量防止觀測(cè)，尤其是對(duì)精細(xì)定位的測(cè)量。雙頻改正模型：信號(hào)所受到的電離層延遲是與信號(hào)地心中心電離層頻率的平方成反比的。如果

19、我們能同時(shí)用兩種頻率來(lái)發(fā)射信號(hào)，這兩種不同頻率的信號(hào)將沿著同一路徑傳播到達(dá)接收者 處。由于信號(hào)頻率不同，這兩種信號(hào)所受的電離層延遲也不同，因此同時(shí)發(fā)射的這兩種信號(hào)將先后到達(dá)接收者處。(2)利用電離層模型加以修正對(duì)于單頻GPS接收機(jī)，為了減弱電離層的影響，一般是采用導(dǎo)航電文提供的電離層模型，或其他適合的電離層模型對(duì)觀測(cè)量加以修正。但是，這種模型至今仍在完善之中。目前，模型改正的有效率約為75%。常用的計(jì)算總電子含量的模型有：本特(Bent)模型用該模型可計(jì)算 1000km以下的電子密度高程剖面圖，從而獲得TEC和電離層延遲等參數(shù)。國(guó)際參考電離層(InternationalReference-lo

20、nosphere)模型?？肆_布歇(Klobuchar)模型這是一個(gè)被單頻 GPS用戶所廣為采用的電離層 延遲改正模型。(3)利用同步觀測(cè)值求差這一方法是利用兩臺(tái)或多臺(tái)接收機(jī)，對(duì)同一衛(wèi)星的同步觀測(cè)值求差，以減弱電離層折射的影響。尤其當(dāng)觀測(cè)站間的距離較近時(shí)(<20km),由于衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)各觀測(cè)站的路徑相近，所經(jīng)過(guò)的介質(zhì)狀況相似。因此，通過(guò)各觀測(cè)站對(duì)一樣衛(wèi)星信號(hào)的同步觀測(cè)值求差， 便可顯著減弱電離層折射影響，其殘差將不會(huì)超過(guò)0. 000001。對(duì)于單頻GPS收機(jī)而言，這種方法的重要意義尤為明顯。對(duì)流層延遲衛(wèi)星導(dǎo)航定位中的對(duì)流層延遲通常是泛指電磁波信號(hào)在通過(guò)高度在50km以下的未被電離的中性大氣

21、層時(shí)所產(chǎn)生的信號(hào)延遲。 6 / 9，真空中的折射系數(shù) n為1,電磁波信號(hào)在真空中的傳播速度 c=299792 . 458km/s,假設(shè)對(duì) 流層中某處的大氣折射系數(shù)為 n,如此電磁波信號(hào)在該處的傳播速度為：v=c + n。所以當(dāng)電磁波信號(hào)在對(duì)流層中的傳播時(shí)間為 t ''時(shí)，其真正的路徑長(zhǎng)度為：11是 華徜小累，故高階原可利崎瓜計(jì)t是有:p' - j r1 I - （n - 1= tM"七 J J it - I）rdi小即與對(duì)航層峰遲.而I- =- "n - 1）也即為對(duì)流層延退曲正.從式（3-69）知，要求得對(duì)流層延遲改正就需知道信號(hào)傳播路徑上各處的大

22、氣折射系數(shù)no而從式（372）知，要知道信號(hào)傳播路徑：各處的大氣折射系數(shù)n,實(shí)際上就是要知道各處的氣象元素。然而一般說(shuō)來(lái)，信號(hào)傳播路徑上各處的氣象元素是難以實(shí)際量測(cè)的，我們能量測(cè)的只是測(cè)站上的氣溫T,、氣壓P,和水汽壓e,所以首先必須建立一個(gè)依據(jù)測(cè)站上的氣象元素T、P、e來(lái)計(jì)算空中各點(diǎn)的氣象元素的數(shù)學(xué)模型，然后再代人式（372）和式（3-69）求出對(duì)流層延遲改正。1.霍普菲爾德（Hopfield） 模型2.薩斯塔莫寧（Saastamoinen）模型3.勃蘭克（Black）模型3、氣象元素的測(cè)定測(cè)站上的氣溫了，和氣壓戶，可用溫度計(jì)和氣壓計(jì)直接測(cè)定（通過(guò)直接量測(cè)的氣溫是用攝氏度表示的，加 273.

23、 16。將其化算為絕對(duì)溫度即可）。量測(cè)應(yīng)在接收天線的相位中心（VLBI , GPS等）或儀器中心（電磁波測(cè)距儀等）附近進(jìn)展。而另一氣象元累水汽壓e,如此通常用如下方法間接求得：1.根據(jù)測(cè)站上的相對(duì)濕度RH來(lái)計(jì)算e。2.用干濕溫度計(jì)測(cè)定測(cè)站上的干溫和濕溫，然后再按公式計(jì)算 e。4 、誤差分析與提高改正精度的方法利用上述模型來(lái)計(jì)算對(duì)流層延遲時(shí)影響精度的主要因素有：1模型誤差模型誤差取決于建立模型過(guò)程中所作假設(shè)的可靠程度以與在公式推導(dǎo)過(guò)程中為 計(jì)算方便而作的各種近似的影響程度。5 氣象元素誤差（1）地面測(cè)站氣象元素的量測(cè)誤差反映了量測(cè)的氣象元素與實(shí)際的地面氣象元素之間的不一 致程度。2)GPS測(cè)量規(guī)

24、中規(guī)定，當(dāng)測(cè)站附近的小環(huán)境與周?chē)拇蟓h(huán)境有明顯差異時(shí)，應(yīng)在與周?chē)蟓h(huán)境一致的地方量測(cè)氣象元素，然后根據(jù)量測(cè)地點(diǎn)與測(cè)站間的高差，經(jīng)高差改正后將其歸算為測(cè)站上的氣象元素。(3)實(shí)際大氣狀態(tài)與大氣模型間的差異計(jì)算對(duì)流層延遲時(shí)所用的大氣模型不可能與實(shí)際的大 氣狀態(tài)完全一樣。第一，在對(duì)流層延遲模型中一般均采用對(duì)稱球形大氣模型；第二，大氣模型是 對(duì)全球大氣的平均狀況的一種模擬，它描述了在正常情況下大氣的標(biāo)準(zhǔn)分布狀態(tài)。4 .提高對(duì)流層延遲改正精度的方法：將對(duì)流層延遲當(dāng)做待定參數(shù)；采用隨機(jī)模型用隨機(jī)模型來(lái)描述天頂方向?qū)α鲗訚裱舆t隨時(shí)間的變化規(guī)律。多路徑誤差在GPSt1中，被測(cè)站附近的反射物所反射的衛(wèi)星信號(hào)(反

25、射波)如果進(jìn)入接收機(jī)天線， 就將和直接來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)(直射波)產(chǎn)生干預(yù)，從而使觀測(cè)值偏離真值，產(chǎn)生“多路徑誤差。由于 多路徑的信號(hào)傳播所引起的干預(yù)時(shí)延效應(yīng)被稱做多路徑效應(yīng)。多路徑效應(yīng)將嚴(yán)重?fù)p害 GPSKU量的精度，嚴(yán)重時(shí)還將引起信號(hào)的失鎖。1 .反射波實(shí)際測(cè)量中，GPS天線接收到的信號(hào)是直射波和反射波發(fā)生干預(yù)后的組合信號(hào)。反射物可以 是地面、山坡和測(cè)站附近的建筑物等。2 .消除和削弱多路徑誤差的方法和措施(1)選擇適宜的站址。灌木叢、草地和其他地面植被能較好地吸收微波信號(hào)的能量，反射很弱，是較為理想的設(shè)站地址。測(cè)站不宜選擇在山坡上、山谷和盆地中。當(dāng)山坡的坡度過(guò)大時(shí)，在截止高度角以上便會(huì)出現(xiàn)障礙物， 影響衛(wèi)星信號(hào)的接收。 即使當(dāng)坡度較小時(shí)，反射信號(hào)也能從 天線抑徑板上方進(jìn)入天線， 產(chǎn)生多路徑誤差。選站時(shí)應(yīng)注意離開(kāi)這些建筑物， 觀測(cè)時(shí)