第5章GPS测量的误差来源汇编.ppt

第五章 GPS测量的误差来源 主要内容 5.1 与卫星有关的误差 5.2 与信号传播路径有关的误差 5.3 与接收设备有关的误差 5.4 其它误差 第五章 GPS测量的误差来源 由于用调制在两个载波上的P码测距时，除电离层折射的影响不同外，其余误差（如卫星钟误差、接收机钟误差、对流层折射等）的影响都相同，所以?P实际上就是用P1和P2码测得的伪距之差。因此，如果用户用双频接收机进行伪距测量，就能利用电离层折射的色散效应从两个伪距观测量中求得电离层折射改正量，从而得到改正后的伪距，即 双频载波相位观测量的电离层折射改正，也可采用类似于式（5.2.15）的形式进行改正，但和伪距观测量的改正有两点不同：一是电离层折射改正的符号相反；二是要引入模糊度。另一种方法 第五章 GPS测量的误差来源 5.2.3 多路径效应误差 是采用无电离层折射的双频组合观测值，但这种方法放大了观测噪声，同时破坏了模糊度的整数特性，因此对定位会带来不利的影响。 在GPS测量中，如果测站周围的反射物所反射的卫星信号（反射波）进入接收机天线，这就将和直接来自卫星的信号（直接波）产生干涉，从而使观测值偏离真值产生所谓的多路径误差。这种由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应称为多路径效应。多路径效应是GPS 测量的一种重要误差来源，严重时将引起载波相位观测值的频繁周跳甚至接收机失锁，损害GPS定位的精度。 第五章 GPS测量的误差来源 多路径干扰引起的载波相位误差，可表示为 式中，θ为反射信号对直接信号的相移，a为反射物的反射系数。由于卫星、反射体和天线的几何关系的变化，θ随时间缓慢变化，导致载波相位多路径误差φ的周期变化。对于一定的反射物，当θ=±arccos(-a)时，φ达到最大值±arcsina。当a=1时，得这一最大误差为90°，或者四分之一周。对L1载波而言相当于4.8cm的距离误差，对L2载波而言则为6.1cm的距离误差。多路径效应对伪距测量比对载波相位测量的影响要大得多，实践证明，多路径误差对P码最大可达10m以上。 虽然可以用一些方法来检测多路径效应，但目前在数据处理中还难以模型化以削弱其影响。解决多路径效应的最好方法在于采取预防措施，如选择合适的站址、采用性能良好的天线、改善接收机的设计等。 第五章 GPS测量的误差来源 为了削弱多路径效应的影响，一般采用性能良好的微带天线，并在天线底部安置抑径板，这种方法可使多路径效应减少约27%。但抑径板一般较大、较重，主要用于高精度静态定位或基准台站。抑制多路径效应最为有效的方法是改进接收机的设计。1994年，加拿大NovAtel公司研究出MET（Multipath Elimination Technology）技术，在硬件电路设计中采取若干改进措施，将多路径效应减小60%左右。在MET技术的基础上，该公司又开发出MEDLL(Multipath Estimating Delay Lock Loop)技术，将几块GPS机芯构成组合体，从而使多路径效应减少90%。 与接收机有关的误差，包括观测误差、接收机钟误差、天线相位中心位置误差、接收机位置误差、天线高量取误差等。这里主要讨论接收机钟误差的单历元计算方法和接收机天线相位中心偏差的改正方法。 5.3 与接收设备有关的误差 第五章 GPS测量的误差来源 观测误差除观测的分辨误差之外，尚包括接收机天线相对测站点的安置误差。根据经验，一般认为观测值的分辨误差约为信号波长的1%。对C/A码来说，由于其码元宽度约为293m，所以其观测精度约为2.9m；而P码的码元宽度为29.3m，所以其观测精度约为0.2m，比C/A码的观测精度约高10倍。对于L1和L2载波，其波长分别为0.19m和0.24m，则相应的观测精度为1.9mm和2.4mm 观测误差属偶然性质的误差，适当增加观测量会明显地减弱其影响。 接收机天线相对观测站中心的安置误差，主要有天线的置平与对中误差和量取天线相位中心高度(天线高)的误差。例如，当天线高度为1.6m时，如果天线置平误差为0.1°，则由此引起光学对中器的对中误差约为3mm。因此，在精密定位工作中必须仔细操作，以尽量减小这种误差的影响。 5.3.1 观测误差 第五章 GPS测量的误差来源 GPS接收机一般设有高精度的石英钟，其稳定度约为10-1l。如果接收机钟与卫星钟之间的同步差为1us，则由此引起的等效距离误差约为300m。处理接收机钟差比较有效的方法，是在每个观测站上引入一个钟差参数作为未知数，在数据处理中与观测站的位置参数一并求解。这时如假设在每一观测瞬间钟差都是独立的，则处理较为简单。所以，这一方法泛应用于实时