1、GPS定位的誤差分析定位的誤差分析vGPS定位的基本觀測(cè)量：定位的基本觀測(cè)量： 碼相位偽距測(cè)量：碼相位偽距測(cè)量：C/A碼偽距、碼偽距、P碼偽距；碼偽距； 載波相位測(cè)量：載波相位測(cè)量：L1載波相位及多普勒頻移、載波相位及多普勒頻移、L2載波相位及多普勒頻移；載波相位及多普勒頻移；v在在GPS測(cè)量中，為了便于理解，通常把各種測(cè)量中，為了便于理解，通常把各種誤差的影響投影到至衛(wèi)星的距離上，用相應(yīng)誤差的影響投影到至衛(wèi)星的距離上，用相應(yīng)的距離誤差表示，并稱為的距離誤差表示，并稱為等效距離偏差。等效距離偏差。GPS定位的基本原理定位的基本原理 測(cè)定衛(wèi)星到接收機(jī)測(cè)定衛(wèi)星到接收機(jī)天線的距離，并根據(jù)天線的距離，

2、并根據(jù)已知的已知的GPS衛(wèi)星瞬時(shí)衛(wèi)星瞬時(shí)坐標(biāo)，進(jìn)行空間后方坐標(biāo)，進(jìn)行空間后方距離交會(huì)，便獲得接距離交會(huì)，便獲得接收機(jī)的位置。收機(jī)的位置。v SR SR)GPS定位的誤差分類定位的誤差分類v 根據(jù)誤差的來源分：根據(jù)誤差的來源分： 與與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差；衛(wèi)星有關(guān)的誤差； 與衛(wèi)星信號(hào)傳播有關(guān)的誤差；與衛(wèi)星信號(hào)傳播有關(guān)的誤差； 與用戶（與用戶（GPS接收機(jī)）有關(guān)的誤差；接收機(jī)）有關(guān)的誤差；v 根據(jù)誤差的性質(zhì)分：根據(jù)誤差的性質(zhì)分： 系統(tǒng)誤差；系統(tǒng)誤差； 偶然誤差；偶然誤差；與與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差衛(wèi)星有關(guān)的誤差v 衛(wèi)星鐘差；衛(wèi)星鐘差；v 衛(wèi)星軌道誤差；衛(wèi)星軌道誤差；與衛(wèi)星信號(hào)傳播有關(guān)的誤差與衛(wèi)星信號(hào)

3、傳播有關(guān)的誤差v 大氣折射誤差：大氣折射誤差： 電離層延遲；電離層延遲； 對(duì)流層延遲；對(duì)流層延遲；v 多路徑效應(yīng)；多路徑效應(yīng)；與用戶有關(guān)的誤差；與用戶有關(guān)的誤差；v 觀測(cè)誤差；觀測(cè)誤差；v 接收機(jī)鐘差；接收機(jī)鐘差；v 相位中心誤差；相位中心誤差；v 載波相位觀測(cè)的整周不定性誤差；載波相位觀測(cè)的整周不定性誤差；其他誤差其他誤差v 引力延遲（相對(duì)論效應(yīng)）；引力延遲（相對(duì)論效應(yīng)）；v 地球自轉(zhuǎn)改正；地球自轉(zhuǎn)改正；v 地球潮汐改正；地球潮汐改正；v 衛(wèi)星鐘和接收鐘振蕩器的隨機(jī)誤差；衛(wèi)星鐘和接收鐘振蕩器的隨機(jī)誤差；v 大氣折射模型和衛(wèi)星軌道攝動(dòng)模型的誤大氣折射模型和衛(wèi)星軌道攝動(dòng)模型的誤差；差；GPS測(cè)量

4、誤差的性質(zhì)測(cè)量誤差的性質(zhì)v系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差： 主要包括衛(wèi)星的軌道誤差主要包括衛(wèi)星的軌道誤差,衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差,接收機(jī)鐘差接收機(jī)鐘差以及大氣折射的誤差；以及大氣折射的誤差； 其它具有某種系統(tǒng)性特征的誤差；其它具有某種系統(tǒng)性特征的誤差；v 偶然誤差：偶然誤差： 主要包括信號(hào)多路徑效應(yīng)引起的誤差和觀測(cè)誤主要包括信號(hào)多路徑效應(yīng)引起的誤差和觀測(cè)誤差等；差等； 衛(wèi)星信號(hào)發(fā)生部分的隨機(jī)噪聲；衛(wèi)星信號(hào)發(fā)生部分的隨機(jī)噪聲； 接收機(jī)信號(hào)接收處理部分的隨機(jī)噪聲；接收機(jī)信號(hào)接收處理部分的隨機(jī)噪聲； 其它外部某些具有隨機(jī)特征的影響；其它外部某些具有隨機(jī)特征的影響；GPS測(cè)量誤差的性質(zhì)測(cè)量誤差的性質(zhì)v 減弱和修正系統(tǒng)誤

5、差的措施減弱和修正系統(tǒng)誤差的措施: 引入相應(yīng)的未知參數(shù)引入相應(yīng)的未知參數(shù),在數(shù)據(jù)處理上連同其他未在數(shù)據(jù)處理上連同其他未知數(shù)一并解算知數(shù)一并解算; 建立系統(tǒng)誤差模型建立系統(tǒng)誤差模型,對(duì)觀測(cè)量加以修正對(duì)觀測(cè)量加以修正; 將不同觀測(cè)站對(duì)相同衛(wèi)星的同步觀測(cè)值求差將不同觀測(cè)站對(duì)相同衛(wèi)星的同步觀測(cè)值求差,以以減弱或削弱系統(tǒng)誤差的影響減弱或削弱系統(tǒng)誤差的影響; 簡(jiǎn)單地忽略某些系統(tǒng)誤差的影響簡(jiǎn)單地忽略某些系統(tǒng)誤差的影響;減弱和修正系統(tǒng)誤差的措施減弱和修正系統(tǒng)誤差的措施v 參數(shù)法參數(shù)法 原理：采用參數(shù)估計(jì)的方法，將系統(tǒng)性偏原理：采用參數(shù)估計(jì)的方法，將系統(tǒng)性偏差求定出來差求定出來 適用情況：幾乎適用于任何的情況適

6、用情況：幾乎適用于任何的情況 限制：不能同時(shí)將所有影響均作為參數(shù)限制：不能同時(shí)將所有影響均作為參數(shù)來估計(jì)來估計(jì)v 模型改正法模型改正法 原理：利用模型計(jì)算出誤差影響的大小，直原理：利用模型計(jì)算出誤差影響的大小，直接對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行修正接對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行修正 適用情況：對(duì)誤差的特性、機(jī)制及產(chǎn)生原因適用情況：對(duì)誤差的特性、機(jī)制及產(chǎn)生原因有較深刻了解，能建立理論或經(jīng)驗(yàn)公式有較深刻了解，能建立理論或經(jīng)驗(yàn)公式 所針對(duì)的誤差源所針對(duì)的誤差源v 相對(duì)論效應(yīng)相對(duì)論效應(yīng)v 電離層延遲電離層延遲v 對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲v 衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差 限制：有些誤差難以模型化限制：有些誤差難以模型化改正后的觀測(cè)值=原始觀測(cè)值+模型改

7、正減弱和修正系統(tǒng)誤差的措施減弱和修正系統(tǒng)誤差的措施減弱和修正系統(tǒng)誤差的措施減弱和修正系統(tǒng)誤差的措施v差分法差分法 原理：通過觀測(cè)值間一定方式的相互求差，消原理：通過觀測(cè)值間一定方式的相互求差，消去或消弱求差觀測(cè)值中所包含的相同或相似的誤去或消弱求差觀測(cè)值中所包含的相同或相似的誤差影響差影響 適用情況：誤差具有較強(qiáng)的空間、時(shí)間或其它適用情況：誤差具有較強(qiáng)的空間、時(shí)間或其它類型的相關(guān)性。類型的相關(guān)性。 所針對(duì)的誤差源所針對(duì)的誤差源v 大氣折射誤差大氣折射誤差v 衛(wèi)星軌道誤差衛(wèi)星軌道誤差v 衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差v 限制：空間相關(guān)性將隨著測(cè)站間距離的增加而限制：空間相關(guān)性將隨著測(cè)站間距離的增加而減弱減弱差

8、分法形式差分法形式v單差法；單差法；v雙差法；雙差法；v三差法；三差法；單差單差雙差雙差三差三差 單差法單差法v 單差法單差法,即在不同觀測(cè)站即在不同觀測(cè)站(測(cè)站測(cè)站i和和j)同步觀測(cè)相同衛(wèi)同步觀測(cè)相同衛(wèi)星星P所得到的觀測(cè)量之差所得到的觀測(cè)量之差,也就是在兩臺(tái)接收機(jī)之間也就是在兩臺(tái)接收機(jī)之間求一次差求一次差.v 由于基線長(zhǎng)度與衛(wèi)星高度相比，是一個(gè)微小的量，由于基線長(zhǎng)度與衛(wèi)星高度相比，是一個(gè)微小的量，因此兩測(cè)站的因此兩測(cè)站的大氣折光影響和衛(wèi)星星歷誤差的影響大氣折光影響和衛(wèi)星星歷誤差的影響具有良好的相關(guān)性，求單差時(shí)，削弱了這些誤差的具有良好的相關(guān)性，求單差時(shí)，削弱了這些誤差的影響，同時(shí)消除了影響，

9、同時(shí)消除了衛(wèi)星鐘的誤差衛(wèi)星鐘的誤差；v 單差法并不能提高單差法并不能提高GPS絕對(duì)定位的精度，只能有效絕對(duì)定位的精度，只能有效地提高相對(duì)定位的精度地提高相對(duì)定位的精度, 單差模型中仍包含有接收單差模型中仍包含有接收機(jī)時(shí)鐘誤差機(jī)時(shí)鐘誤差,其鐘差改正數(shù)仍是一個(gè)未知量其鐘差改正數(shù)仍是一個(gè)未知量. 雙差法雙差法v雙差是在不同測(cè)站上同步觀測(cè)一組衛(wèi)星所得到的單雙差是在不同測(cè)站上同步觀測(cè)一組衛(wèi)星所得到的單差之差差之差,即在接收機(jī)和衛(wèi)星間求二次差即在接收機(jī)和衛(wèi)星間求二次差.v雙差模型的主要優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)行連續(xù)的相關(guān)觀測(cè)求二次雙差模型的主要優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)行連續(xù)的相關(guān)觀測(cè)求二次差后差后,便可有效地消除便可有效地消除兩測(cè)站接收

10、機(jī)的相對(duì)鐘差改正兩測(cè)站接收機(jī)的相對(duì)鐘差改正數(shù)數(shù),同時(shí)也大大減小了其他誤差的影響同時(shí)也大大減小了其他誤差的影響.因此在因此在GPS相對(duì)定位中相對(duì)定位中,廣泛采用雙差法進(jìn)行平差計(jì)算和數(shù)據(jù)處廣泛采用雙差法進(jìn)行平差計(jì)算和數(shù)據(jù)處理理. 三差法三差法v 三差法就是于不同歷元三差法就是于不同歷元(tk和和tk+1)同步觀測(cè)同一組衛(wèi)同步觀測(cè)同一組衛(wèi)星所得觀測(cè)量的雙差之差星所得觀測(cè)量的雙差之差,即在接收機(jī)即在接收機(jī),衛(wèi)星和歷元衛(wèi)星和歷元間求三次差間求三次差.v 三差法的主要優(yōu)點(diǎn)在于解決前兩種方法中存在的三差法的主要優(yōu)點(diǎn)在于解決前兩種方法中存在的整整周未知數(shù)周未知數(shù)N0和整周跳變待定和整周跳變待定的問題的問題.v

11、 三差模型中未知參數(shù)的數(shù)目較少三差模型中未知參數(shù)的數(shù)目較少,獨(dú)立的觀測(cè)量方獨(dú)立的觀測(cè)量方程的數(shù)目也明顯減少程的數(shù)目也明顯減少,這對(duì)未知數(shù)的解算將產(chǎn)生不良這對(duì)未知數(shù)的解算將產(chǎn)生不良影響影響,使其精度降低使其精度降低.v 因此，三差法結(jié)果僅用作前兩種方法的初次解因此，三差法結(jié)果僅用作前兩種方法的初次解,實(shí)實(shí)際工作中采用雙差法結(jié)果更為適宜。際工作中采用雙差法結(jié)果更為適宜。求差法的缺陷求差法的缺陷v 數(shù)據(jù)利用率低數(shù)據(jù)利用率低 只有同步數(shù)據(jù)才能進(jìn)行差分只有同步數(shù)據(jù)才能進(jìn)行差分v 引入基線矢量替代了位置矢量引入基線矢量替代了位置矢量v 差分觀測(cè)值間具有了相關(guān)性，使處理問題復(fù)差分觀測(cè)值間具有了相關(guān)性，使處理

12、問題復(fù)雜化雜化 參數(shù)估計(jì)時(shí)，觀測(cè)值的權(quán)陣參數(shù)估計(jì)時(shí)，觀測(cè)值的權(quán)陣v 某些參數(shù)無法求出某些參數(shù)無法求出 某些信息在差分觀測(cè)值中被消除某些信息在差分觀測(cè)值中被消除減弱和修正系統(tǒng)誤差的措施減弱和修正系統(tǒng)誤差的措施v回避法回避法 原理：選擇合適的觀測(cè)地點(diǎn)，避開易產(chǎn)生誤差原理：選擇合適的觀測(cè)地點(diǎn)，避開易產(chǎn)生誤差的環(huán)境；采用特殊的觀測(cè)方法；采用特殊的硬件的環(huán)境；采用特殊的觀測(cè)方法；采用特殊的硬件設(shè)備，消除或減弱誤差的影響。設(shè)備，消除或減弱誤差的影響。 適用情況：對(duì)誤差產(chǎn)生的條件及原因有所了解；適用情況：對(duì)誤差產(chǎn)生的條件及原因有所了解；具有特殊的設(shè)備。具有特殊的設(shè)備。 所針對(duì)的誤差源所針對(duì)的誤差源v 電磁波

13、干擾電磁波干擾v 多路徑效應(yīng)多路徑效應(yīng) 限制：無法完全避免誤差的影響，具有一定的限制：無法完全避免誤差的影響，具有一定的盲目性盲目性GPS測(cè)量誤差的大小測(cè)量誤差的大小vSPS（無（無SA）1-sigma 誤差，單位 m 誤差來源 偏差 隨機(jī)誤差 總誤差 星歷數(shù)據(jù) 2 .1 0.0 2.1 衛(wèi)星鐘 2.0 0.7 2.1 電離層 4.0 0.5 4.0 對(duì)流層 0.5 0.5 0.7 多路徑 1.0 1.0 1.4 接收機(jī)觀測(cè) 0.5 0.2 0.5 用戶等效距離誤差(UERE), rms 5.1 1.4 5.3 濾波后的 UERE，rms 5.1 0.4 5.1 1-sigma 垂直誤差VDO

14、P = 2.5 12.8 1-sigma 水平誤差HDOP = 2.0 10.2 GPS測(cè)量誤差的大小測(cè)量誤差的大小vSPS（有（有SA）1-sigma 誤差，單位 m 誤差來源 偏差 隨機(jī)誤差 總誤差 星歷數(shù)據(jù) 2 .1 0.0 2.1 衛(wèi)星鐘 20.0 0.7 20.0 電離層 4.0 0.5 4.0 對(duì)流層 0.5 0.5 0.7 多路徑 1.0 1.0 1.4 接收機(jī)觀測(cè) 0.5 0.2 0.5 用戶等效距離誤差(UERE), rms 20.5 1.4 20.6 濾波后的 UERE，rms 20.5 0.4 20.5 1-sigma 垂直誤差VDOP = 2.5 51.4 1-sigm

15、a 水平誤差HDOP = 2.0 41.1 GPS測(cè)量誤差的大小測(cè)量誤差的大小vPPS，雙頻，雙頻，P/Y-碼碼1-sigma 誤差，單位 m 誤差來源 偏差 隨機(jī)誤差 總誤差 星歷數(shù)據(jù) 2 .1 0.0 2.1 衛(wèi)星鐘 2.0 0.7 2.1 電離層 1.0 0.7 1.2 對(duì)流層 0.5 0.5 0.7 多路徑 1.0 1.0 1.4 接收機(jī)觀測(cè) 0.5 0.2 0.5 用戶等效距離誤差(UERE), rms 3.3 1.5 3.6 濾波后的 UERE，rms 3.3 0.4 3.3 1-sigma 垂直誤差VDOP = 2.5 8.3 1-sigma 水平誤差HDOP = 2.0 6.6

16、 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差v衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差由由GPS衛(wèi)星上的衛(wèi)星鐘所直接給出的時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)的衛(wèi)星上的衛(wèi)星鐘所直接給出的時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)的GPS時(shí)之差稱為衛(wèi)星鐘的時(shí)之差稱為衛(wèi)星鐘的物理同步誤差物理同步誤差.地面控制系統(tǒng)將每顆地面控制系統(tǒng)將每顆GPS衛(wèi)星的物理同步誤差均限制在衛(wèi)星的物理同步誤差均限制在1ms以內(nèi)以內(nèi),但其對(duì)測(cè)距但其對(duì)測(cè)距的等效距離誤差可達(dá)的等效距離誤差可達(dá)300km;顧及改正數(shù)顧及改正數(shù):t=a0+a1(t-t0e)+a2(t-t0e)2 后的衛(wèi)星鐘讀數(shù)與后的衛(wèi)星鐘讀數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的GPS時(shí)間之差稱為衛(wèi)星鐘的時(shí)間之差稱為衛(wèi)星鐘的數(shù)學(xué)同步誤差數(shù)學(xué)同步誤差.上式中上式中t0e為參考?xì)v

17、元為參考?xì)v元, a0為衛(wèi)星鐘初始時(shí)刻的鐘差為衛(wèi)星鐘初始時(shí)刻的鐘差, a1為衛(wèi)星鐘為衛(wèi)星鐘的鐘速的鐘速, a2為衛(wèi)星鐘的速度變率為衛(wèi)星鐘的速度變率.取消取消SA政策后政策后,衛(wèi)星鐘的衛(wèi)星鐘的數(shù)學(xué)同步誤差為數(shù)學(xué)同步誤差為510ns,對(duì)測(cè)距的影響為對(duì)測(cè)距的影響為1.53.0m;由由IGS所給出的精密鐘差的精度達(dá)所給出的精密鐘差的精度達(dá)0.1ns,可視為真值可視為真值.據(jù)此據(jù)此求得衛(wèi)星鐘數(shù)學(xué)同步誤差的中誤差為求得衛(wèi)星鐘數(shù)學(xué)同步誤差的中誤差為0.2ns.與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差在在GPS測(cè)量中一般通過下列方法解決鐘誤差測(cè)量中一般通過下列方法解決鐘誤差:忽略衛(wèi)星鐘的數(shù)學(xué)同步誤差忽略衛(wèi)星鐘的數(shù)學(xué)同步

18、誤差;在這種情況下觀測(cè)方程只含在這種情況下觀測(cè)方程只含4個(gè)未知數(shù)個(gè)未知數(shù):觀測(cè)瞬間用戶的三觀測(cè)瞬間用戶的三維坐標(biāo)及接收機(jī)的鐘差維坐標(biāo)及接收機(jī)的鐘差;利用測(cè)距碼偽距單點(diǎn)定位方利用測(cè)距碼偽距單點(diǎn)定位方法來確定接收機(jī)鐘的鐘差法來確定接收機(jī)鐘的鐘差; v通過其他渠道獲取精確的通過其他渠道獲取精確的衛(wèi)星鐘差值衛(wèi)星鐘差值.如通過國(guó)際如通過國(guó)際GPS服務(wù)服務(wù)IGS來獲取精確來獲取精確的衛(wèi)星鐘差的衛(wèi)星鐘差;v通過觀測(cè)值相減來消除公通過觀測(cè)值相減來消除公共的鐘差項(xiàng)共的鐘差項(xiàng).由于進(jìn)行同步由于進(jìn)行同步觀測(cè)時(shí)不同的觀測(cè)值中會(huì)觀測(cè)時(shí)不同的觀測(cè)值中會(huì)含有相同的鐘差影響含有相同的鐘差影響,故可故可以通過觀測(cè)方程相減來消以

19、通過觀測(cè)方程相減來消除這些鐘差參數(shù)除這些鐘差參數(shù);與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差v衛(wèi)星星歷（軌道）誤差衛(wèi)星星歷（軌道）誤差 由衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星在空間的位置與衛(wèi)星的由衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星在空間的位置與衛(wèi)星的實(shí)際位置之差稱為衛(wèi)星星歷誤差實(shí)際位置之差稱為衛(wèi)星星歷誤差。 目前目前,用戶通過導(dǎo)航電文所得到的衛(wèi)星軌道信息用戶通過導(dǎo)航電文所得到的衛(wèi)星軌道信息,其相應(yīng)的位置誤差均為其相應(yīng)的位置誤差均為2050m.隨著攝動(dòng)力模型隨著攝動(dòng)力模型和定軌技術(shù)的不斷完善和定軌技術(shù)的不斷完善,預(yù)計(jì)上述衛(wèi)星的位置精度預(yù)計(jì)上述衛(wèi)星的位置精度將可提高到將可提高到510m; 衛(wèi)星的軌道誤差是當(dāng)前利用衛(wèi)星的軌道誤差是當(dāng)前利用GP

20、S定位的重要誤定位的重要誤差來源之一差來源之一.在相對(duì)定位中隨著基線長(zhǎng)度的增加在相對(duì)定位中隨著基線長(zhǎng)度的增加,衛(wèi)星軌道誤差將成為影響定位精度的主要因素衛(wèi)星軌道誤差將成為影響定位精度的主要因素;與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差v處理衛(wèi)星軌道誤差的方法處理衛(wèi)星軌道誤差的方法: 忽略軌道誤差忽略軌道誤差.這一方法廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)定位工這一方法廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)定位工作作; 采用軌道改進(jìn)法處理觀測(cè)數(shù)據(jù)采用軌道改進(jìn)法處理觀測(cè)數(shù)據(jù).軌道改進(jìn)法一般軌道改進(jìn)法一般用于精度要求較高的定位工作用于精度要求較高的定位工作,需要進(jìn)行測(cè)后處理需要進(jìn)行測(cè)后處理,根據(jù)引入軌道偏差改正數(shù)的不同根據(jù)引入軌道偏差改正數(shù)的不同,又分為短

21、弧法和又分為短弧法和半短弧法半短弧法; 同步觀測(cè)值求差同步觀測(cè)值求差.這一方法是利用在兩個(gè)或多個(gè)這一方法是利用在兩個(gè)或多個(gè)測(cè)站上測(cè)站上,對(duì)同一衛(wèi)星的同步觀測(cè)值求差對(duì)同一衛(wèi)星的同步觀測(cè)值求差,以減弱衛(wèi)以減弱衛(wèi)星軌道誤差的影響星軌道誤差的影響.尤其當(dāng)基線較短時(shí)尤其當(dāng)基線較短時(shí),效果更明效果更明顯顯.這種方法對(duì)精密相對(duì)定位有極其重要的意義這種方法對(duì)精密相對(duì)定位有極其重要的意義.衛(wèi)星信號(hào)的傳播誤差衛(wèi)星信號(hào)的傳播誤差v大氣折射效應(yīng)大氣折射效應(yīng)衛(wèi)星信號(hào)的傳播誤差衛(wèi)星信號(hào)的傳播誤差v色散介質(zhì)與非色散介質(zhì)色散介質(zhì)與非色散介質(zhì) 色散色散(彌散性彌散性)介質(zhì)：對(duì)不同頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生介質(zhì)：對(duì)不同頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生

22、的折射效應(yīng)也不同的折射效應(yīng)也不同 非色散非色散(非彌散性非彌散性)介質(zhì)：對(duì)不同頻率的信號(hào)，所介質(zhì)：對(duì)不同頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)相同產(chǎn)生的折射效應(yīng)相同 對(duì)對(duì)GPS信號(hào)來說，電離層是色散介質(zhì)，對(duì)流層信號(hào)來說，電離層是色散介質(zhì)，對(duì)流層是非色散介質(zhì)是非色散介質(zhì)衛(wèi)星信號(hào)的傳播誤差衛(wèi)星信號(hào)的傳播誤差 v電子密度與總電子含量電子密度與總電子含量 電子密度：電子密度：?jiǎn)挝惑w積中單位體積中所包含的電子數(shù)。所包含的電子數(shù)。 總電子含量總電子含量（TEC Total Electron Content）：底面積為一）：底面積為一個(gè)單位面積時(shí)沿信號(hào)傳播個(gè)單位面積時(shí)沿信號(hào)傳播路徑貫穿整個(gè)電離層的一路徑貫穿整個(gè)電離層

23、的一個(gè)柱體內(nèi)所含的電子總數(shù)。個(gè)柱體內(nèi)所含的電子總數(shù)。電離層地球TEC柱體底面積為1m2衛(wèi)星信號(hào)的傳播誤差衛(wèi)星信號(hào)的傳播誤差v電離層對(duì)電離層對(duì)GPS的碼相位觀測(cè)和載波相位觀測(cè)的碼相位觀測(cè)和載波相位觀測(cè)的影響的影響 I 40.28(TEC/f2),由此可見由此可見,電離層電離層對(duì)信號(hào)傳播路徑影響的大小對(duì)信號(hào)傳播路徑影響的大小,主要取決于電子主要取決于電子總量總量TEC和頻率和頻率f.v對(duì)于對(duì)于GPS測(cè)量測(cè)量,因電離層折射引起的電磁波傳因電離層折射引起的電磁波傳播路徑的距離差播路徑的距離差,沿天頂方向最大可達(dá)沿天頂方向最大可達(dá)50m ,而沿水平方向最大可達(dá)而沿水平方向最大可達(dá)150m.常用電離層延遲

24、改正方法分類常用電離層延遲改正方法分類v經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透恼?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透恼椒ǎ焊鶕?jù)以往觀測(cè)結(jié)果所建立的模型方法：根據(jù)以往觀測(cè)結(jié)果所建立的模型改正效果：差改正效果：差v雙頻改正雙頻改正方法：利用雙頻觀測(cè)值直接計(jì)算出延遲改正或組成無電方法：利用雙頻觀測(cè)值直接計(jì)算出延遲改正或組成無電離層延遲的組合觀測(cè)量離層延遲的組合觀測(cè)量效果：改正效果最好效果：改正效果最好v實(shí)測(cè)模型改正實(shí)測(cè)模型改正方法：利用實(shí)際觀測(cè)所得到的離散的電離層延遲（或電方法：利用實(shí)際觀測(cè)所得到的離散的電離層延遲（或電子含量），建立模型（如內(nèi)插）子含量），建立模型（如內(nèi)插）效果：改正效果較好效果：改正效果較好電離層延遲改正方法電離層延遲改正方法v利

25、用雙頻觀測(cè)利用雙頻觀測(cè)利用雙頻修正利用雙頻修正,其消除電離層影響的有效性將其消除電離層影響的有效性將不低于不低于95%,因此具有雙頻的因此具有雙頻的GPS接收機(jī)接收機(jī),在精密定位工作中得到了廣在精密定位工作中得到了廣泛的應(yīng)用泛的應(yīng)用.v利用電離層模型加以修正利用電離層模型加以修正目前目前,模型改正的有效性可能低于模型改正的有效性可能低于75%.v利用同步觀測(cè)值求差利用同步觀測(cè)值求差這一方法是利用兩臺(tái)或多臺(tái)接收機(jī)對(duì)同一組衛(wèi)星的同步這一方法是利用兩臺(tái)或多臺(tái)接收機(jī)對(duì)同一組衛(wèi)星的同步觀測(cè)值求差觀測(cè)值求差,以減弱電離層的影響以減弱電離層的影響.尤其與觀測(cè)站的距離較尤其與觀測(cè)站的距離較近時(shí)近時(shí)(如小于如小

26、于10km),由于衛(wèi)星信號(hào)達(dá)到不同觀測(cè)站的路徑由于衛(wèi)星信號(hào)達(dá)到不同觀測(cè)站的路徑相似相似,經(jīng)過的介質(zhì)情況相似經(jīng)過的介質(zhì)情況相似,所以通過對(duì)同步觀測(cè)值求差所以通過對(duì)同步觀測(cè)值求差,其其殘差將不會(huì)超過殘差將不會(huì)超過1 10-6.對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲v衛(wèi)星導(dǎo)航定位中的對(duì)流層延遲通常是泛指電磁波信號(hào)在通過衛(wèi)星導(dǎo)航定位中的對(duì)流層延遲通常是泛指電磁波信號(hào)在通過高度在高度在50km以下的未被電離的中性大氣層時(shí)所產(chǎn)生的信號(hào)以下的未被電離的中性大氣層時(shí)所產(chǎn)生的信號(hào)延遲延遲.v由于對(duì)流層折射的影響由于對(duì)流層折射的影響,在天頂方向在天頂方向(高度角為高度角為90 )可使電可使電磁波的傳播路徑差達(dá)磁波的傳播路徑差達(dá)2.

27、3m;當(dāng)高度角為當(dāng)高度角為10時(shí)高達(dá)時(shí)高達(dá)20m.v通常將對(duì)流層折射對(duì)觀測(cè)值的影響分為干分量和濕分量通常將對(duì)流層折射對(duì)觀測(cè)值的影響分為干分量和濕分量.其其中干分量主要與大氣的溫度與壓力有關(guān)中干分量主要與大氣的溫度與壓力有關(guān),它對(duì)距離觀測(cè)值的它對(duì)距離觀測(cè)值的影響約占對(duì)流層影響的影響約占對(duì)流層影響的90%,且這種影響可以應(yīng)用地面的大且這種影響可以應(yīng)用地面的大氣資料計(jì)算氣資料計(jì)算;而濕分量主要與信號(hào)傳播路徑上的大氣濕度和而濕分量主要與信號(hào)傳播路徑上的大氣濕度和高度有關(guān)高度有關(guān).濕分量的影響數(shù)值雖不大濕分量的影響數(shù)值雖不大,但無法準(zhǔn)確測(cè)定但無法準(zhǔn)確測(cè)定.因此當(dāng)因此當(dāng)要求定位精度較高或基線較長(zhǎng)時(shí)要求定位

28、精度較高或基線較長(zhǎng)時(shí),它將成為誤差的主要來源它將成為誤差的主要來源.對(duì)流層折射影響的處理辦法對(duì)流層折射影響的處理辦法v定位精度要求不高時(shí)定位精度要求不高時(shí),可以簡(jiǎn)單地忽略可以簡(jiǎn)單地忽略;v盡可能充分地掌握測(cè)站周圍地區(qū)的實(shí)時(shí)氣象資料盡可能充分地掌握測(cè)站周圍地區(qū)的實(shí)時(shí)氣象資料,采采用對(duì)流層模型加以改正用對(duì)流層模型加以改正;v引入描述對(duì)流層影響的附加待估參數(shù)引入描述對(duì)流層影響的附加待估參數(shù),在數(shù)據(jù)處理中在數(shù)據(jù)處理中一并求解一并求解;v選擇合適的衛(wèi)星高度截止角選擇合適的衛(wèi)星高度截止角,一般規(guī)定不得小于一般規(guī)定不得小于15.高度角越小高度角越小,折射角越大折射角越大,計(jì)算折射的誤差也越大計(jì)算折射的誤差也

29、越大;v利用相對(duì)定位的差分模型利用相對(duì)定位的差分模型;當(dāng)距離大于當(dāng)距離大于50100km時(shí)時(shí),對(duì)流層折射對(duì)對(duì)流層折射對(duì)GPS定位精度的影響將成為決定性的定位精度的影響將成為決定性的因素之一因素之一;對(duì)流層模型改正的誤差分析對(duì)流層模型改正的誤差分析v模型誤差模型誤差模型本身的誤差模型本身的誤差v氣象元素誤差氣象元素誤差量測(cè)誤差量測(cè)誤差v儀器誤差儀器誤差v讀數(shù)誤差讀數(shù)誤差測(cè)站氣象元素的代表性誤差測(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實(shí)際大氣狀態(tài)與大氣模型間的差異多路徑誤差多路徑誤差多路徑誤差與多路徑效應(yīng)多路徑誤差與多路徑效應(yīng)v多路徑（多路徑（Multipath）誤差）誤差在在GPS

30、測(cè)量中，被測(cè)站附近的物體所反射的衛(wèi)星測(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)天線所接收，與直接來信號(hào)（反射波）被接收機(jī)天線所接收，與直接來自衛(wèi)星的信號(hào)（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使觀測(cè)自衛(wèi)星的信號(hào)（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使觀測(cè)值偏離真值產(chǎn)生所謂的值偏離真值產(chǎn)生所謂的“多路徑誤差多路徑誤差”。v多路徑效應(yīng)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)稱由于多路徑的信號(hào)傳播所引起的干涉時(shí)延效應(yīng)稱為多路徑效應(yīng)。為多路徑效應(yīng)。 應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法v觀測(cè)上觀測(cè)上選擇合適的測(cè)站，避開易產(chǎn)生多路徑的環(huán)境選擇合適的測(cè)站，避開易產(chǎn)生多路徑的環(huán)境易發(fā)生多路徑的環(huán)境易發(fā)生多路

31、徑的環(huán)境 應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法v硬件上硬件上采用抗多路徑誤差的儀器設(shè)備采用抗多路徑誤差的儀器設(shè)備v抗多路徑的天線：帶抑徑板或抑徑圈的天線，極化天抗多路徑的天線：帶抑徑板或抑徑圈的天線，極化天線線v抗多路徑的接收機(jī)：窄相關(guān)技術(shù)抗多路徑的接收機(jī)：窄相關(guān)技術(shù)MEDLL(Multipath Estimating Delay Lock Loop)等等抗多路徑效應(yīng)的天線抗多路徑效應(yīng)的天線 應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法v數(shù)據(jù)處理上數(shù)據(jù)處理上,用較長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間的數(shù)據(jù)取平均用較長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間的數(shù)據(jù)取平均值值 加權(quán)加權(quán) 參數(shù)法參數(shù)法 濾波法濾波法 信號(hào)分析法信號(hào)分析法與接收機(jī)有關(guān)的誤差與

32、接收機(jī)有關(guān)的誤差v與用戶接收機(jī)有關(guān)的誤差主要包括與用戶接收機(jī)有關(guān)的誤差主要包括:觀測(cè)誤差觀測(cè)誤差,接收接收機(jī)鐘差機(jī)鐘差,相位中心誤差和載波相位觀測(cè)的整周不定性相位中心誤差和載波相位觀測(cè)的整周不定性誤差誤差.v觀測(cè)誤差觀測(cè)誤差這類誤差除觀測(cè)的分辨誤差之外這類誤差除觀測(cè)的分辨誤差之外,還包括接收機(jī)天線相對(duì)還包括接收機(jī)天線相對(duì)測(cè)站點(diǎn)的安置誤差測(cè)站點(diǎn)的安置誤差.觀測(cè)誤差屬偶然性質(zhì)的誤差觀測(cè)誤差屬偶然性質(zhì)的誤差;接收機(jī)天線相對(duì)測(cè)站中心的安置誤差接收機(jī)天線相對(duì)測(cè)站中心的安置誤差,主要有天線的置平主要有天線的置平與對(duì)中誤差和量取天線相位中心高度與對(duì)中誤差和量取天線相位中心高度(天線高天線高)的誤差的誤差;v

33、應(yīng)對(duì)方法應(yīng)對(duì)方法正確的對(duì)中整平正確的對(duì)中整平采用強(qiáng)制對(duì)中裝置（變形監(jiān)測(cè)時(shí)）采用強(qiáng)制對(duì)中裝置（變形監(jiān)測(cè)時(shí)）與接收機(jī)有關(guān)的誤差與接收機(jī)有關(guān)的誤差v接收機(jī)的鐘差接收機(jī)的鐘差GPS接收機(jī)一般設(shè)有高精度的石英鐘接收機(jī)一般設(shè)有高精度的石英鐘,其穩(wěn)定度約為其穩(wěn)定度約為10-11.如果接收機(jī)鐘與衛(wèi)星之間的同步差為如果接收機(jī)鐘與衛(wèi)星之間的同步差為1s,則由此引起的則由此引起的等效距離誤差約為等效距離誤差約為300m ;處理接收機(jī)鐘差比較有效的方法是在每個(gè)測(cè)站上引入一處理接收機(jī)鐘差比較有效的方法是在每個(gè)測(cè)站上引入一個(gè)鐘差參數(shù)作為未知數(shù)個(gè)鐘差參數(shù)作為未知數(shù),在數(shù)據(jù)處理中與測(cè)站的位置參數(shù)在數(shù)據(jù)處理中與測(cè)站的位置參數(shù)一

34、并求解一并求解.這一方法廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)定位這一方法廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)定位;在靜態(tài)絕對(duì)定位時(shí)在靜態(tài)絕對(duì)定位時(shí),將接收機(jī)鐘差表示為多項(xiàng)式的形式將接收機(jī)鐘差表示為多項(xiàng)式的形式,并并在觀測(cè)量的平差計(jì)算中求解多項(xiàng)式的系數(shù)在觀測(cè)量的平差計(jì)算中求解多項(xiàng)式的系數(shù);在精密相對(duì)定位中在精密相對(duì)定位中,主要利用觀測(cè)值求差的辦法有效地消主要利用觀測(cè)值求差的辦法有效地消除接收機(jī)鐘差的影響除接收機(jī)鐘差的影響;與接收機(jī)有關(guān)的誤差與接收機(jī)有關(guān)的誤差v天線平均相位中心的偏差天線平均相位中心的偏差 天線對(duì)中時(shí)是以其幾何中心天線對(duì)中時(shí)是以其幾何中心(位于天線縱軸的位于天線縱軸的中心線中心線)為準(zhǔn)的為準(zhǔn)的,而測(cè)量的卻是平均相位中心的而測(cè)

35、量的卻是平均相位中心的位置位置.由于天線結(jié)構(gòu)方面的原因由于天線結(jié)構(gòu)方面的原因,平均相位中心平均相位中心與幾何中心往往不重合與幾何中心往往不重合,兩者之差稱為平均相兩者之差稱為平均相位中心偏差位中心偏差,其值由生產(chǎn)廠商給出其值由生產(chǎn)廠商給出. L2的平均相位中心12L1的平均相位中心sincosrYYrXX平均相位中心幾何中心平均相位中心幾何中心r1r2與接收機(jī)有關(guān)的誤差與接收機(jī)有關(guān)的誤差v 如何消除天線平均相位中心偏差的影響如何消除天線平均相位中心偏差的影響: 1.歸心改正法歸心改正法 進(jìn)行進(jìn)行GPS測(cè)量時(shí)若將天線指標(biāo)線指北測(cè)量時(shí)若將天線指標(biāo)線指北,則有則有: 當(dāng)基線兩端使用不同類型當(dāng)基線兩端

36、使用不同類型GPS接收機(jī)天線時(shí)接收機(jī)天線時(shí),可可用上述方法分別進(jìn)行改正用上述方法分別進(jìn)行改正,將成果歸算至標(biāo)石中心將成果歸算至標(biāo)石中心.sincosrYYrXX平均相位中心幾何中心平均相位中心幾何中心 v 2.消去法消去法 進(jìn)行進(jìn)行GPS測(cè)量時(shí)測(cè)量時(shí),若各站均已將指標(biāo)線指北若各站均已將指標(biāo)線指北,且各站且各站使用的均是同一類型的使用的均是同一類型的GPS接收天線接收天線,由于目前的制由于目前的制作工藝已能保證同類天線的平均相位中心偏差均相作工藝已能保證同類天線的平均相位中心偏差均相同同,因而在進(jìn)行相對(duì)定位時(shí)這些偏差的影響可自行消因而在進(jìn)行相對(duì)定位時(shí)這些偏差的影響可自行消去去,而不會(huì)影響基線向量而不會(huì)影響基線向量,故無需另加改正故無需另加改正.載波相位觀測(cè)的整周待定值載波相位觀測(cè)的整周待定值v 載波相位觀測(cè)法是當(dāng)前普遍采用的最精密的載波相位觀測(cè)法是當(dāng)前普遍采用的最精密的觀測(cè)法。但是，由于接收機(jī)只能測(cè)定載波相觀測(cè)法。但是，由于接收機(jī)只能測(cè)定載波相位非整周的小數(shù)部分和