GPS定位誤差及修正算法

1、GPS系統(tǒng)概述,四、 GPS定位誤差及修正算法,在GPS測(cè)量中，影響測(cè)量精度的主要誤差 按照來源分：與衛(wèi)星有關(guān)的誤差、與信號(hào)有關(guān)的誤差、與接收設(shè)備有關(guān)的誤差；,按照誤差的性質(zhì)：系統(tǒng)誤差、和偶然誤差；系統(tǒng)誤差主要包括衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及大氣層折射的誤差等。系統(tǒng)誤差一般也可通過某些措施修正。偶然誤差主要包括信號(hào)的多徑效應(yīng)引起的誤差和觀察誤差；,GPS誤差 來源,主要內(nèi)容,衛(wèi)星誤差 相對(duì)效應(yīng)誤差 地球自轉(zhuǎn)誤差 電離層誤差 對(duì)流層誤差,衛(wèi)星誤差,主要有星歷誤差和星鐘誤差； 星歷誤差是用星歷計(jì)算出的GPS衛(wèi)星在軌位置與其真實(shí)位置之差的精度損失；（主要源于GPS衛(wèi)星軌道攝動(dòng)的復(fù)雜性和不

2、穩(wěn)定性） 星鐘誤差星鐘誤差是由于星上時(shí)鐘和GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)之間的誤差形成的，GPS測(cè)量以精密測(cè)時(shí)為依據(jù)，星鐘誤差時(shí)間上可達(dá)1ms，造成的距離偏差可達(dá)到300Km，必須加以消除。 一般衛(wèi)星星歷誤差通過差分定位的方法來消除.衛(wèi)星星鐘誤差消除由衛(wèi)星發(fā)布的導(dǎo)航電文給出 ；,各顆衛(wèi)星的星鐘誤差修正如下式：,其中， ，都可以從導(dǎo)航電文中得到。 ：相對(duì)于GPS時(shí)系的時(shí)間鐘差； :相對(duì)于實(shí)際頻率的偏差系數(shù)（鐘速） :時(shí)鐘頻率的飄移系數(shù)（鐘速變換率，及鐘漂）； ：第一數(shù)據(jù)塊的參考時(shí)間,相對(duì)效應(yīng)誤差,相對(duì)效應(yīng)是每顆GPS衛(wèi)星的時(shí)鐘相對(duì)于GPS時(shí)系的差值。由于相對(duì)論效應(yīng)衛(wèi)星時(shí)鐘比地面時(shí)鐘走得快，每秒約差488微秒。為了

3、消除它的影響，將衛(wèi)星時(shí)鐘的10.23MHz標(biāo)頻減小到10.22999999545MHz的實(shí)際頻率。,相對(duì)論效應(yīng)修正,雖然經(jīng)過上述改正，但是相對(duì)論效應(yīng)所產(chǎn)生的時(shí)間偏移并非常數(shù)，對(duì)于某一給定偏心率e的GPS衛(wèi)星，一階相對(duì)論效應(yīng)改正如下：,e為偏心率，,= 3.986005E+14m3/sec2；,C=2.99792458E+8 m/sec；,F=-4.44280763310-10,A為衛(wèi)星軌道長(zhǎng)半軸，單位為米；Ek為衛(wèi)星軌道偏近點(diǎn)角。,其中，,地球旋轉(zhuǎn)效應(yīng)誤差,GPS信號(hào)從20200千米的高空傳播到GPS信號(hào)接收機(jī)，需要0.067秒左右的時(shí)間。由于地球不停的自轉(zhuǎn)（地面測(cè)站相對(duì)于地心的運(yùn)行速度約為0

4、.46千米/秒），GPS信號(hào)到達(dá)接收機(jī)時(shí)衛(wèi)星的在軌位置不同于信號(hào)從衛(wèi)星發(fā)送時(shí)的衛(wèi)星在軌位置。,兩者之差為：,是地球自轉(zhuǎn)角速度，且知,=7.29211510-5rad/s,tj是衛(wèi)星j的信號(hào)傳播時(shí)延。,對(duì)流層誤差及修正,對(duì)流層，是離地面高度50km以下的大氣層，且是一種非電離大氣層，它包括對(duì)流層和平流層。對(duì)流層傳播時(shí)延是電磁波信號(hào)通過對(duì)流層時(shí)，其傳播速度不同于光速所引起的延時(shí)，通?？梢詫⑵浞譃閮刹糠?，及干大氣成分和濕大氣成分。在低仰角是它可達(dá)到200米，其中干大氣成分約占80-90%，使用一定的模型可以改正這一成分的95-98%.濕大氣成分是對(duì)流層延遲改正的主要誤差源。,一種對(duì)流層的修正方法,h

5、是接收機(jī)的海拔高度，單位是米； E是衛(wèi)星高角，單位是弧度；,對(duì)流層誤差及修正,另一種修正公式：,其中，P為大氣壓力，e是水氣壓，單位都是毫巴； T是開氏溫度；E為衛(wèi)星高角，單位為弧度。,電離層誤差及修正,電離層，距離地球表面50-1000km，能以各種方式影響電波的傳播，從而產(chǎn)生電離層誤差。自2000年5月美國(guó)取消SA政策以后，成為限制單頻GPS接收機(jī)的測(cè)量精度的決定因素。,Klobuchar電離層延遲模型符合中緯度地區(qū)的大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果。它直觀簡(jiǎn)潔的反應(yīng)了電離層的周日變化特性。如圖所示，采用三角余弦函數(shù)的形式，參數(shù)的設(shè)置考慮了電離層周日變化的振幅和周期的變化,4,8,12,16,20,24,時(shí)延,電離層改正時(shí)延圖,該模型基本反應(yīng)了電離層的變化特性，從大尺度上保證了電離層時(shí)間延遲的周日平均特性，確定每天電離層影響最大的是當(dāng)?shù)貢r(shí)間的14：00，是符合中緯度地區(qū)的大量實(shí)驗(yàn)資料的。,