GNSS與信號傳播路徑有關(guān)的誤差

第三章GNSS測量誤差分析3.3GNSS與傳播路徑有關(guān)的誤差岳軍紅電離層折射誤差01對流層折射誤差02多路徑效應(yīng)誤差03目錄01電離層折射誤差

GNSS的電磁波信號傳播實際是在大氣介質(zhì)中，在到達(dá)地面接收機(jī)前要穿過性質(zhì)、狀態(tài)各異且不穩(wěn)定的若干大氣層，這些因素可能改變電磁波傳播的方向、速度和強(qiáng)度。大氣折射對GNSS觀測結(jié)果的影響，超過了GNSS精密定位所容許的精度范圍。大氣的結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)

對流層0～40km各種氣體元素、水蒸氣和塵埃等非彌散介質(zhì)（電磁波的傳播速度與頻率無關(guān)）電離層約70km以上帶電粒子彌散介質(zhì)（電磁波的傳播速度與頻率有關(guān)）電離層折射誤差1、概念——距地面50km-1000km范圍的大氣層為電離層。由于受到太陽等天體的各種射線幅射，電離層中的氣體分子發(fā)生電離，形成大量的自由電子和正離子。當(dāng)衛(wèi)星信號通過電離層時，信號的路徑會發(fā)生彎曲，傳播速度也會發(fā)生變化。使得信號的傳播時間與真空中光速的乘積并不等于衛(wèi)星至接收機(jī)的幾何距離，該偏差稱為電離層折射誤差。

2、產(chǎn)生因素——電離層折射與信號頻率、觀測時間及地點（反映了信號傳播路徑上的電子含量）等因素密切相關(guān)。其中衛(wèi)星頻率對測距的影響一般在50-100m內(nèi)變化。因此必須認(rèn)真加以改正，否則會嚴(yán)重影響觀測成果的精度。

即電離層折射率與單位面積的電子密度正比，與頻率的平方成反比。3、解決對策（1）雙頻觀測即利用兩個頻率的相位觀測值求出免受電離層折射影響的相位觀測值。適合于雙頻接收機(jī)。（2）模型改正對單頻接收機(jī)，一般采用導(dǎo)航電文中提供的電離層折射改正模型加以改正?，F(xiàn)有的改正模型還僅僅是一個經(jīng)驗估算公式，與實際情況之間存在差異。實驗表明，能消除電離層折射的75%左右。（3）相對定位對距離較短（小于20km）的兩測站，當(dāng)兩接收機(jī)同時跟蹤同一顆衛(wèi)星時，可采用接收機(jī)間求一次差的辦法來很好地削弱電離層的影響。對流層折射誤差1、影響特點——靠近地面40km范圍內(nèi)的大氣底層為對流層，其大氣密度比電離層大，大氣狀態(tài)也更為復(fù)雜。由此對GPS信號產(chǎn)生的對流層折射影響比電離層折射影響更為嚴(yán)重，即使雙頻觀測也不能解決它的影響。2、解決對策（1）模型改正目前較好的辦法就是建立近地的大氣模型，通過測量信號傳播路徑上的氣溫、氣壓及水汽分壓等氣象數(shù)據(jù)，用計算的辦法加以改正。應(yīng)當(dāng)指出：模型精度及氣象元素的測量誤差限制了對流層折射改正的精度。

模型改正，最常用的對流層折射改正模型有Hopfield模型和Saatamoinen模型。理論與實踐表明，模型改正可以減少90%以上的折射影響。（2）直接測定目前較有效的辦法是應(yīng)用水汽輻射計來實測衛(wèi)星信號傳播路徑上水汽對信號的直接影響，并用公式計算濕分量數(shù)值。不過該儀器十分昂貴，也笨重，外業(yè)不便應(yīng)用。（3）參數(shù)求解引入描述對流層影響的附加待估參數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中一并求解。（4）相對定位當(dāng)兩測站距離較近﹙＜10km﹚時，對流層殘余影響可通過接收機(jī)間一次差分的辦法大部分予以消除。當(dāng)距離較遠(yuǎn)時，地方大氣狀態(tài)不再相關(guān)，一次差分效果不大。因此對流層折射效應(yīng)是限制GPS高精度定位的最大障礙。多路徑效應(yīng)誤差1、概念——多路徑效應(yīng)是指除衛(wèi)星的直接信號外，還有測站周圍的反射信號到達(dá)接收機(jī)。多路徑信號和直接信號混合后產(chǎn)生干涉，從而使觀測值偏離真值產(chǎn)生相位誤差，這種誤差稱為多路徑效應(yīng)誤差。2、特點——多路徑效應(yīng)是GPS測量的重要誤差源，嚴(yán)重?fù)p害GPS測量的精度，研究表明多路徑效應(yīng)對載波相位測量的影響可達(dá)cm級，嚴(yán)重時還將影響衛(wèi)星信號的失鎖。3、對策（1）選擇合適的站址?！獪y站應(yīng)遠(yuǎn)離大面積的水面、高大建筑物等容易產(chǎn)生多路徑效應(yīng)的物體；——測站不宜選擇在山坡、山谷和盆地中，以避免反射信號從天線抑徑板上方進(jìn)入天線，產(chǎn)生多路徑效應(yīng)