傳播誤差分析-H

GPS原理及其應(yīng)用

第五章中國(guó)地質(zhì)大學(xué)信息工程學(xué)院第五章

GPS定位的觀(guān)測(cè)方程與誤差分析5.1GPS信號(hào)傳播誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差衛(wèi)星軌道誤差衛(wèi)星鐘差相對(duì)論效應(yīng)與傳播途徑有關(guān)的誤差電離層延遲對(duì)流層延遲多路徑效應(yīng)與接收設(shè)備有關(guān)的誤差接收機(jī)天線(xiàn)相位中心的偏移和變化接收機(jī)鐘差接收機(jī)內(nèi)部噪聲GPS測(cè)量誤差的來(lái)源GPS測(cè)量定位的誤差源>概述>GPS測(cè)量誤差的來(lái)源一、電離層延遲3.5電離層延遲GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲地球大氣結(jié)構(gòu)地球大氣層的結(jié)構(gòu)GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>地球大氣結(jié)構(gòu)大氣折射效應(yīng)大氣折射信號(hào)在穿過(guò)大氣時(shí)，速度將發(fā)生變化，傳播路徑也將發(fā)生彎曲。也稱(chēng)大氣延遲。在GPS測(cè)量定位中，通常僅考慮信號(hào)傳播速度的變化。色散介質(zhì)與非色散介質(zhì)色散介質(zhì)：對(duì)不同頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)也不同非色散介質(zhì)：對(duì)不同頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)相同對(duì)GPS信號(hào)來(lái)說(shuō)，電離層是色散介質(zhì)，對(duì)流層是非色散介質(zhì)GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>大氣折射效應(yīng)相速與群速①相速群速相速與群速的關(guān)系相折射率與群折射率的關(guān)系GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>相速與群速相速與群速②GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>相速與群速電離層折射①GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>電離層折射電離層折射②GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>電離層折射電子密度與總電子含量電子密度與總電子含量電子密度：?jiǎn)挝惑w積中所包含的電子數(shù)?？傠娮雍浚═EC–TotalElectronContent）：底面積為一個(gè)單位面積時(shí)沿信號(hào)傳播路徑貫穿整個(gè)電離層的一個(gè)柱體內(nèi)所含的電子總數(shù)。GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>電子密度與總電子含量電子密度與大氣高度的關(guān)系GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>電子密度與大氣高度的關(guān)系電子含量與地方時(shí)的關(guān)系GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>電子含量與地方時(shí)的關(guān)系電子含量與太陽(yáng)活動(dòng)情況的關(guān)系與太陽(yáng)活動(dòng)密切相關(guān)，太陽(yáng)活動(dòng)劇烈時(shí)，電子含量增加太陽(yáng)活動(dòng)周期約為11年1700年–1995年太陽(yáng)黑子數(shù)GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>電子含量與太陽(yáng)活動(dòng)情況的關(guān)系電子含量與地理位置的關(guān)系2002.5.151:00–23:002小時(shí)間隔全球TEC分布GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>電子含量與地理位置的關(guān)系3.6對(duì)流層延遲GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲對(duì)流層（Troposphere）GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>對(duì)流層對(duì)流層延遲GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>對(duì)流層延遲對(duì)流層的色散效應(yīng)對(duì)流層的色散效應(yīng)折射率與信號(hào)波長(zhǎng)的關(guān)系對(duì)流層對(duì)不同波長(zhǎng)的波的折射效應(yīng)結(jié)論對(duì)于GPS衛(wèi)星所發(fā)送的電磁波信號(hào)，對(duì)流層不具有色散效應(yīng)GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>對(duì)流層的色散效應(yīng)大氣折射率N與氣象元素的關(guān)系大氣折射率N與溫度、氣壓和濕度的關(guān)系Smith和Weintranb，1954對(duì)流層延遲與大氣折射率NGPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>大氣折射率N與氣象元素的關(guān)系霍普菲爾德（Hopfield）改正模型①出發(fā)點(diǎn)導(dǎo)出折射率與高度的關(guān)系沿高度進(jìn)行積分，導(dǎo)出垂直方向上的延遲通過(guò)投影（映射）函數(shù)，得出信號(hào)方向上的延遲GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>霍普菲爾德（Hopfield）改正模型霍普菲爾德（Hopfield）改正模型②對(duì)流層折射模型GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>霍普菲爾德（Hopfield）改正模型霍普菲爾德（Hopfield）改正模型③投影函數(shù)的修正GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>霍普菲爾德（Hopfield）改正模型薩斯塔莫寧（Saastamoinen）改正模型①原始模型GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>薩斯塔莫寧（Saastamoinen）改正模型薩斯塔莫寧（Saastamoinen）改正模型②擬合后的公式GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>薩斯塔莫寧（Saastamoinen）改正模型勃蘭克（Black）改正模型GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>勃蘭克（Black）改正模型對(duì)流層改正模型綜述不同模型所算出的高度角30以上方向的延遲差異不大Black模型可以看作是Hopfield模型的修正形式Saastamoinen模型與Hopfield模型的差異要大于Black模型與Hopfield模型的差異GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>對(duì)流層改正模型綜述氣象元素的測(cè)定①氣象元素干溫、濕溫、氣壓干溫、相對(duì)濕度、氣壓測(cè)定方法普通儀器：通風(fēng)干濕溫度表、空盒氣壓計(jì)自動(dòng)化的電子儀器GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>氣象元素的測(cè)定氣象元素的測(cè)定②水氣壓es的計(jì)算方法由相對(duì)濕度RH計(jì)算由干溫、濕溫和氣壓計(jì)算GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>氣象元素的測(cè)定對(duì)流層模型改正的誤差分析模型誤差模型本身的誤差氣象元素誤差量測(cè)誤差儀器誤差讀數(shù)誤差測(cè)站氣象元素的代表性誤差實(shí)際大氣狀態(tài)與大氣模型間的差異GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>

對(duì)流層模型改正的誤差分析5.2

多路徑誤差3.7多路徑誤差GPS測(cè)量定位的誤差源>多路徑誤差多路徑誤差與多路徑效應(yīng)多路徑（Multipath）誤差在GPS測(cè)量中，被測(cè)站附近的物體所反射的衛(wèi)星信號(hào)（反射波）被接收機(jī)天線(xiàn)所接收，與直接來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使觀(guān)測(cè)值偏離真值產(chǎn)生所謂的“多路徑誤差”。多路徑效應(yīng)由于多路徑的信號(hào)傳播所引起的干涉時(shí)延效應(yīng)稱(chēng)為多路徑效應(yīng)。GPS測(cè)量定位的誤差源>多路徑誤差>多路徑誤差與多路徑效應(yīng)反射波反射波的幾何特性反射波的物理特性反射系數(shù)a極化特性GPS信號(hào)為右旋極化反射信號(hào)為左旋極化GPS測(cè)量定位的誤差源>多路徑誤差>反射波多路徑誤差①受多路徑效應(yīng)影響的情況下的接收信號(hào)GPS測(cè)量定位的誤差源>多路徑誤差>多路徑誤差多路徑誤差②GPS測(cè)量定位的誤差源>多路徑誤差>多路徑誤差多路徑誤差③多路徑的數(shù)值特性受多個(gè)反射信號(hào)影響的情況GPS測(cè)量定位的誤差源>多路徑誤差>多路徑誤差多路徑誤差的特點(diǎn)與測(cè)站環(huán)境有關(guān)與反射體性質(zhì)有關(guān)與接收機(jī)結(jié)構(gòu)、性能有關(guān)GPS測(cè)量定位的誤差源>多路徑誤差>多路徑誤差的特點(diǎn)應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法①觀(guān)測(cè)上選擇合適的測(cè)站，避開(kāi)易產(chǎn)生多路徑的環(huán)境GPS測(cè)量定位的誤差源>多路徑誤差>應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法易發(fā)生多路徑的環(huán)境應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法②硬件上采用抗多路徑誤差的儀器設(shè)備抗多路徑的天線(xiàn)：帶抑徑板或抑徑圈的天線(xiàn)，極化天線(xiàn)抗多路徑的接收機(jī)：窄相關(guān)技術(shù)MEDLL(MultipathEstimatingDelayLockLoop)等GPS測(cè)量定位的誤差源>多路徑誤差>應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法抗多路徑效應(yīng)的天線(xiàn)應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法③數(shù)據(jù)處理上加權(quán)參數(shù)法濾波法信號(hào)分析法GPS測(cè)量定位的誤差源>多路徑誤差>應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法5.3其他誤差改正引力延遲地球自轉(zhuǎn)改正地球潮汐改正接收機(jī)的位置誤差天線(xiàn)相位中心偏差地球自轉(zhuǎn)改正GPS測(cè)量定位的誤差源>其他誤差改正>地球自轉(zhuǎn)改正GPS測(cè)量定位的誤差源>其他誤差改正>地球自轉(zhuǎn)改正接收機(jī)的位置誤差定義 接收機(jī)天線(xiàn)的相位中心相對(duì)測(cè)站標(biāo)石中心位置的偏差。應(yīng)對(duì)方法正確的對(duì)中整平采用強(qiáng)制對(duì)中裝置（變形監(jiān)測(cè)時(shí)）GPS測(cè)量定位的誤差源>其他誤差改正>接收機(jī)的位置誤差天線(xiàn)相位中心偏差改正衛(wèi)星天線(xiàn)相位中心偏差改正接收機(jī)天線(xiàn)相位中心變化的改正GPS測(cè)量和定位時(shí)是以接收機(jī)天線(xiàn)的相位中心位置為準(zhǔn)的，天線(xiàn)的相位中心與其幾何中心理論上應(yīng)保持一致?？墒墙邮諜C(jī)天線(xiàn)接收到的GPS信號(hào)是來(lái)自四面八方，隨著GPS信號(hào)方位和高度角的變化，接收機(jī)天線(xiàn)的相位中心的位置也在發(fā)生變化。GPS測(cè)量定位的誤差源>其他誤差改正>天線(xiàn)相位中心偏差改正5.4

GPS定