第五章GPS測量的誤差影響及其對策

第五章GPS測量的誤差影響及其對策陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院——薛迎春outline為什么講誤差？GPS定位中有哪些誤差？GPS測量誤差的影響和消除？2為什么講誤差？衛(wèi)星信號提供定位信息：衛(wèi)星位置衛(wèi)地距離接收機接收信號，獲得觀測值，進行定位GPS定位基礎(chǔ)3誤差影響定位精度10-30m4區(qū)分不同誤差，提出解決辦法粗差的解決？盡量避免系統(tǒng)誤差的解決？分析它對觀測的影響規(guī)律，采取各種方法來消除系統(tǒng)誤差，或者減小它對觀測成果的影響。偶然誤差的解決？進行多余觀測，通過測量平差、數(shù)據(jù)處理理論，確定被認為是最可靠的結(jié)果。5研究誤差的目的提高定位精度消除誤差才能確定整周模糊度為使用GPS提供一些注意事項提出精密定位的方法6第一節(jié)GPS測量誤差的來源及分類根據(jù)誤差的來源分析與信號傳播有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與接收機有關(guān)的誤差其它誤差7誤差概述——根據(jù)誤差來源分類與信號傳播有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與接收機有關(guān)的誤差其它誤差對流層折射電離層折射多路徑效應(yīng)星歷誤差衛(wèi)星鐘差相對論效應(yīng)接收機鐘差位置誤差天線相位中心的偏差及變化各通道間的信號延遲誤差地球潮汐8誤差概述——根據(jù)誤差性質(zhì)分類系統(tǒng)誤差：

大氣折射星歷誤差衛(wèi)星鐘差接收機鐘差偶然誤差：多路徑效應(yīng)粗差：位置誤差9第二節(jié)與衛(wèi)星有關(guān)的誤差衛(wèi)星星歷（軌道）誤差衛(wèi)星鐘差相對論效應(yīng)101）衛(wèi)星星歷（軌道）誤差衛(wèi)星星歷：描述衛(wèi)星運動軌道的信息衛(wèi)星星歷（軌道）誤差星歷給出的位置和實際位置的差星歷誤差的量級預(yù)報星歷：10米

精密星歷：3~5米/0.2米11消除或削弱星歷誤差的方法精密定軌：針對預(yù)報星歷軌道松馳：當作未知數(shù)相對定位122）衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘與GPS時間的偏差衛(wèi)星鐘差的影響1ms以內(nèi)的鐘差，引起的測距誤差為300km13消除或削弱衛(wèi)星鐘差的方法消除方法1、地面監(jiān)控系統(tǒng)提供改正2、可以通過相對定位進一步消除143）相對論效應(yīng)什么是相對論效應(yīng)由于衛(wèi)星和接收機所在的位置的地球引力位不同，以及衛(wèi)星和接收機在慣性空間中的運動速度不同，導(dǎo)致衛(wèi)星鐘的頻率產(chǎn)生視漂移綜合影響：應(yīng)對方法：制造衛(wèi)星鐘時預(yù)先降低它的頻率f=0.00455Hz廣義相對論效應(yīng)：不同的重力位狹義相對論效應(yīng)：不同的運動速度15第三節(jié)與信號傳播有關(guān)的誤差對流層延遲電離層延遲多路徑效應(yīng)16衛(wèi)星軌道電離層對流層大氣折射171）電離層及其折射影響電離層地球表面以上50km~1000km具有密度較高的帶電粒子電離層影響天頂方向50米；地平方向120米18電離層的影響電離層的折射率與大氣的電子密度成正比，而與通過的電磁波頻率平方成反比。電離層折射（載波）相折射率：相速度：（偽距）群折射率：群速度：19電離層折射對測距觀測值的影響偽距載波傳播距離測量距離電離層延遲電子總量20影響電子密度/電子總量的因素太陽及其天體的輻射強度與太陽黑子活動的相關(guān)性尤為密切季節(jié)、時間、地理緯度21利用雙頻觀測改正根據(jù)電離層折射和頻率有關(guān)利用模型改正經(jīng)驗?zāi)Ｐ屠猛接^測值求差相對定位??減弱電離層影響的方法22A:利用雙頻觀測值根據(jù)電離層延遲與頻率的平方成反比；經(jīng)過改正后，電離層殘差為厘米級；折射改正觀測值23雙頻改正沒有顧及的因素：地磁場的影響，電磁波傳播路徑的彎曲的影響

Fritzk.Brunner:優(yōu)于2個毫米對單頻接收機采用的經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀獙?dǎo)航電文可消除75%左右B:利用模型改正24電離層改正的經(jīng)驗?zāi)Ｐ蛯晤l接收機采用的經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀獙?dǎo)航電文可消除75%左右25相關(guān)概念：截止高度角15oMaskxoMask26C:同步觀測值消除站間求差27GPS在電離層探測上的應(yīng)用電離層探測——獲取電離層物理特性參量

及其分布、變化規(guī)律的工作

。282）對流層折射影響及改正對流層：地面向上50km以下的大氣層各種氣體元素、水蒸氣和塵埃等各種氣象現(xiàn)象出現(xiàn)的地區(qū)非色（彌）散型介質(zhì)影響因素大氣壓力、濕度、溫度29A對流層折射改正方法模型改正建立對流層折射和測站的氣象元素，視線高度的關(guān)系可消除90%~95%對流層折射系數(shù)溫度水氣壓氣壓30B對流層折射改正方法利用同步觀測值

兩測站距離較短氣象條件一致相對定位31GPS在氣象監(jiān)測中的應(yīng)用常規(guī)方法：氣象監(jiān)測基礎(chǔ)資料之一就是無線電(氣象)探空儀所傳輸?shù)臄?shù)據(jù),它可以將當?shù)刂饕奶鞖鈪?shù)(氣溫、氣壓、濕度等)實時傳輸至地面,提供這些大氣參數(shù)的垂直分布數(shù)值。探空儀在一個臺站上通常為每12小時升空一次;在整個中國施放探空儀的臺站大體保持在千余個。水汽變化率高，且常常起決定性作用,因此水汽量測值在時空分辨率方面的不足常常是24小時天氣預(yù)報失誤的重要原因之一。32上海GPS氣象網(wǎng)投入運行的上海GPS氣象服務(wù)網(wǎng)由分布在上海、安徽、浙江和江蘇的14個GPS基準站組成，以上海為中心，覆蓋整個長江三角洲地區(qū)，能全天候地提供長江三角洲地區(qū)的可降水汽量的變化信息。分辨率從現(xiàn)在的12小時采樣一次提高到30分鐘一次.站點分布也由目前的300公里以上下降到100公里左右。333）多路徑效應(yīng)Multipath34多路徑效應(yīng)多路徑效應(yīng)——被測站附近的反射物體所反射的信號（反射波）和直接來自衛(wèi)星的信號（直接波）發(fā)射干涉，從而使觀測值偏離正確的值直接波：反射波：接收信號35多路徑誤差影響多路徑效應(yīng)與以下一些因素有關(guān)衛(wèi)星、接收機、信號反射體三者間的相對位置反射信號的強度（信號反射體的反射率）接收機處理信號的方法影響特點隨機誤差復(fù)雜，可能受多個反射波干涉產(chǎn)生消除其他誤差之后，成為重要的誤差源36避免多路徑效應(yīng)的方法選擇合適的站址遠離大面積平靜的水面不宜選在山坡，山谷和盆地離開高層建筑物(與常規(guī)全站儀測量相比？)接收機天線的改善抑徑圈和抑徑板天線數(shù)據(jù)處理的發(fā)展37天線38第四節(jié)與接收設(shè)備有關(guān)的誤差觀測誤差位置誤差接收機鐘差天線相位中心偏差和變化不同信號通道間的信號延遲偏差391、觀測誤差分辨誤差一般認為約為信號波長的1%~10%。信號波長觀測誤差P碼29.3m0.3mC/A碼293m2.9m載波L119.05cm2.0mm載波L224.45cm2.5mm402、位置誤差觀測：天線位置定位：地面位置歸算需要對中，整平，量高413、接收機鐘差接收機鐘差：GPS接收機一般設(shè)有高精度的石英鐘，日頻率穩(wěn)定度約為10-11。應(yīng)對方法參數(shù)法差分法–星間差分424、天線相位中心偏差和變化GPS定位中，觀測值都是以接收機天線的相位中心位置為準，在理論上，天線相位中心與儀器的幾何中心應(yīng)保持一致。隨著信號輸入的強度和方向不同而有所變化，同時與天線的質(zhì)量有關(guān)，可達數(shù)毫米至數(shù)厘米。43（四）其它誤差（因素）地球自轉(zhuǎn)地球潮汐固體潮負荷潮海洋負荷潮大氣負荷潮軟件