GPS定位中的誤差源及削弱方法測量技術(shù)

經(jīng)常使用接收機進(jìn)行測量，總會聽到過誤差、差分、改正之類的字眼，那你有沒有仔細(xì)了解過呢？小編就為就為大家整理了關(guān)于GPS定位中的誤差源及削弱方法的一些信息，純干貨，學(xué)習(xí)一些知識總是沒錯的，耐心觀看。GPS定位出現(xiàn)的各種誤差從誤差源來講大體可以分為三類，與衛(wèi)星有關(guān)的誤差、與信號傳播有關(guān)的誤差和與接收機有關(guān)的誤差。而這三類誤差還可以往下細(xì)分，小編一一為大家來講解。RTK測量時出現(xiàn)的各種誤差，按性質(zhì)可分為系統(tǒng)誤差（偏差）和隨機誤差兩大類。其中，系統(tǒng)誤差無論從誤差大小，還是定位結(jié)果的危害性來講，都比隨機誤差大得多，而且它們又是有規(guī)律可循的，可以采取一定的方法和措施加以消除。與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差包括星歷誤差、衛(wèi)星鐘誤差、相對論效應(yīng)、信號在衛(wèi)星內(nèi)的時延和衛(wèi)星天線相位中心偏差。衛(wèi)星星歷誤差誤差解釋：由于衛(wèi)星星歷所給出的衛(wèi)星位置和速度與衛(wèi)星的實際位置和速度之差成為衛(wèi)星星歷誤差。星歷誤差的大小主要取決于衛(wèi)星定軌系統(tǒng)的質(zhì)量，如定軌站的數(shù)量及其地理分布、觀察值得數(shù)量及精度、定軌是所用的教學(xué)力學(xué)模型和定軌軟件的完善程度等。此外，與星歷的外推時間間隔（實測星歷的外推時間間隔顆視為零）也有直接關(guān)系。衛(wèi)星鐘的鐘誤差誤差解釋：衛(wèi)星鐘差是指GPS衛(wèi)星上原子鐘的鐘面時與GPS標(biāo)準(zhǔn)時間的差別。為了保證時鐘的精度，GPS衛(wèi)星均采用高精度的原子鐘，但它們與GPS標(biāo)準(zhǔn)時之間的偏差和漂移和漂移總量仍在1ms～0.1ms以內(nèi)，由此引起的等效的定位誤差將達(dá)到300km～30km。因此即使在精度較低的衛(wèi)星導(dǎo)航中，也不能直接使用由衛(wèi)星鐘所給出的時間。衛(wèi)星鐘的鐘差包括由鐘差、頻偏、頻漂等產(chǎn)生的誤差，也包含鐘的隨機誤差。這些偏差的總量均在1ms以內(nèi),由此引起的等效距離誤差約可達(dá)300km。相對論效應(yīng)誤差解釋：由于衛(wèi)星鐘和接收機鐘所處的狀態(tài)（運動速度和重力位）不同而引起兩臺鐘之間產(chǎn)生相對鐘誤差的現(xiàn)象。相對論效應(yīng)誤差對測碼偽距觀測值和載波相位觀測值的影響是相同的信號在衛(wèi)星內(nèi)的時延誤差解釋：我們通常把在衛(wèi)星鐘驅(qū)動下開始生成測距信號至信號生成并離開發(fā)射天線相位中心間的時間稱為信號在衛(wèi)星內(nèi)的時延。衛(wèi)星天線相位中心偏差誤差解釋：衛(wèi)星天線相位中心與衛(wèi)星質(zhì)心之間的差異SA誤差誤差解釋：SA（SelectiveAvailability）政策即可用性選擇政策，是美國軍方為了限制非特許用戶利用GPS進(jìn)行高精度點定位而采用的降低系統(tǒng)精度的政策。它包括降低廣播星歷精度的ε技術(shù)和在衛(wèi)星基本頻率上附加一隨機抖動的δ技術(shù)。實施SA技術(shù)后，SA誤差已經(jīng)成為影響GPS定位誤差的最主要因素。雖然美國在2000年5月1日取消了SA，但是戰(zhàn)時或必要時，美國仍可能恢復(fù)或采用類似的干擾技術(shù)。與信號傳播有關(guān)的誤差電離層延遲原理：折射誤差解釋：60km-1000km大氣層在紫外線、X涉嫌、γ射線和高能粒子作用下，該區(qū)域內(nèi)的氣體分子和原子產(chǎn)生電離，形成自由電子和正離子，影響無線電信號的傳播，使傳播速度發(fā)生變化，傳播路徑產(chǎn)生彎曲，使信號傳播時間與真空中光速的乘積不等于衛(wèi)星至接收機間的幾何距離。產(chǎn)生所謂的電離層延遲。對流層延遲原理：折射誤差解釋：對流層是高度在50km以下的大氣層，50km以下的大氣層，大氣折射率取決于氣溫、氣壓和相對濕度等因子，信號的傳播路徑也會產(chǎn)生彎曲。由于上述原因使距離測量值產(chǎn)生的系統(tǒng)性偏差成為對流層延遲。對流層延遲對測碼偽距和載波相位觀測值得影響是相同的。多路徑效應(yīng)誤差解釋：經(jīng)某些物體表面反射后到達(dá)接收機的信號與直接來自衛(wèi)星的信號疊加干擾后進(jìn)入接收機，將使測量值產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，這就是所謂的多路徑誤差多路徑誤差對測碼偽距觀測值的影響比對載波相位觀測值的影響大得多。多路徑誤差取決于測站周圍的環(huán)境、接收機的性能以及觀測時間的長短，所以要消除多路徑誤差，就需要買一個性能好的RTK，在周圍環(huán)境開闊、無水面的地方測量。與接收機有關(guān)的誤差接收機的鐘誤差誤差解釋：與衛(wèi)星鐘一樣，接收機鐘也有誤差。而且由于接收機中大多采用石英鐘，因而其鐘誤差較衛(wèi)星鐘更為顯著。該誤差主要取決于鐘的質(zhì)量，與使用時的環(huán)境也有一定關(guān)系。對測碼偽距和載波相位觀測值得影響是相同的。接收機的位置誤差誤差解釋：在進(jìn)行授時和定軌時，接收機的位置通常被認(rèn)為是已知的，其誤差將使授時和定軌的結(jié)果產(chǎn)生誤差，即接收機的位置誤差。接收機的位置誤差對測碼偽距和載波相位觀測值得影響是相同的。接收機的測量噪聲誤差解釋：接收機進(jìn)行GPS測量時，由于儀器設(shè)備及外界環(huán)境影響而引起的隨機測量誤差。誤差值取決于儀器性能及作業(yè)環(huán)境的優(yōu)劣。一般來說，測量噪聲的值遠(yuǎn)小于上述各種偏差值。觀測足夠長的時間后，測量噪聲的影響通?？梢院雎圆挥?。接收機相位天線中心偏差誤差解釋：接收機天線相位中心與天線參考點（AntennaReferencePoint，ARP）之間的差異稱為接收機天線相位中心偏差。信號在接收機內(nèi)的時延誤差解釋：衛(wèi)星測距信號在到達(dá)接收機天線相位中心后好需要花費Δt1來進(jìn)行信號的放大、濾波及各種處理后才能進(jìn)入碼相關(guān)器與來自接收機的復(fù)制碼進(jìn)行相關(guān)處理以獲得測碼偽距觀測值（或進(jìn)入載波跟蹤回路以獲取載波相位觀測值）。同樣從在接收機鐘信號的驅(qū)動下開始生成復(fù)制碼至復(fù)制碼生成并最終進(jìn)入相關(guān)器進(jìn)行相關(guān)處理（或生成載波進(jìn)入載波跟蹤回路進(jìn)行載波相位測量）也需要花費一段時間Δt2。Δt1與Δt2一般并不相等，兩者之間的差稱為信號在接收機內(nèi)的時延。消除或削弱誤差影響的方法模型改正法原理：利用模型計算出誤差影響的大小，直接對觀測值進(jìn)行修正。這些誤差改正模型既可以通過對誤差特性、機制以及產(chǎn)生的原因進(jìn)行研究分析、推導(dǎo)而建立起來的理論公式，也可以是通過對大量觀測數(shù)據(jù)的分析、擬合而建立起來的經(jīng)驗公式，有時則是同時采用兩種方法建立的綜合模型。所針對的誤差源：相對論效應(yīng)、電離層延遲、對流層延遲、衛(wèi)星鐘差限制：有些誤差難以模型化求差法原理：通過觀測值間一定方式的相互求差，消去或削弱求差觀測值所包含的相同或相似的誤差影響。例如，當(dāng)兩站對同一衛(wèi)星進(jìn)行同步觀測時，觀測值中都包含了共同的衛(wèi)星鐘誤差，將觀測值在接收機間求差后即可消除此項誤差。同樣，一臺接收機對多顆衛(wèi)星進(jìn)行同步觀測時。將觀測值在衛(wèi)星間求差即可消除接收機鐘誤差的影響。所針對的誤差源：接收機的鐘誤差、電離層延遲、對流層延遲、衛(wèi)星星歷誤差、…限制：空間相關(guān)性將隨著測站間距離的增加而減弱參數(shù)法原理：采用參數(shù)估計的方法，將系統(tǒng)性偏差求定出來。所針對的誤差源：都可適用限制：不能同時將所有影響均作為參數(shù)來估計?；乇芊ㄔ恚河械恼`差，如多路徑誤差，既不能采用求差的方法來抵消，也難以建立改正模型。此時最好的消弱該誤差方法就是選擇合適的觀