7 gps测量误差.doc

第七章GPS测量的误差来源及其影响 7.1GPS测量的主要误差分类 GPS测量的主要误差分类： 一）按照误差源 1)与卫星有关误差 卫星星历误差即轨道偏差，卫星钟差，相对论效应。 2)信号传播误差 电离层延时，对流层延时，多路径效应。 3)观测及接收设备误差 接收机钟差，接收机噪声，天线相位中心误差，天线安置误差。 4)其它误差 地球固体潮，地球海潮，美国SA政策 为了便于理解，通常均把各种误差的影响投影到站星距离上，以相应的距离误差表示，称为等效距离误差。 测码伪距的等效距离误差/m 误差来源 ? P码 C/A码 卫星 星历与模型误差 钟差与稳定度 卫星摄动 相位不确定性 其它 合计 4.2 3.0 1.0 0.5 0.9 5.4 4.2 3.0 1.0 0.5 0.9 5.4 信号传播 电离层折射 对流层折射 多路径效应 其它 合计 2.3 2.0 1.2 0.5 3.3 5.0-10.0 2.0 1.2 0.5 5.5-10.3 接收机 接收机噪声 其它 合计 1.0 0.5 1.1 7.5 0.5 7.5 总计 ? 6.4 10.8-13.6 二）按照误差的性质 1、系统误差 包含：轨道误差、钟差、大气折射。 减弱方法：1）作为未知参数一并解算；2）建立误差模型，对观测量加于修正。3）同步观测求差法；4）简单忽略。 2、偶然误差 包含：多路径效应、观测误差 减弱方法：从观测技术、手段、方法上，严格操作。 7.2与信号传播有关的误差 与卫星信号有关的误差主要包括大气折射误差和多路径效应。 7.2.1电离层折射的影响 电离层属于弥散性介质，即电磁波的传播速度和频率有关。GPS卫星信号通过电离层时，将受到这一介质弥散特性的影响，便其信号的传播路径发生变化。电离层会反射、折射、散射、吸收无线电信号，导致无线电信号的延迟以及相位、振幅的不规则变化等。 特征：电离层延迟与信号频率的平方成反比关系，即： 为距离延迟；为时间延迟 当GPS卫星处于天顶方向时，电离层折射对信号传播路径的影响最小，而当卫星接近地平线时，则影响最大。 为了减弱电离层的影响，在GPS定位中通常采用下面措施 (1)利用双频观测 由于电离层的影响是信号频率的函数，所以利用不同频率的电磁波信号进行观测。便能多确定其影响，而对观测量加以修正。 (7-1) (2)利用电离层模型加以修正 对于单频GPS接收机，为了减弱电离层的影响，一般是采用导航电文提供的电离层模型，或其它适合的电离层模型对观测量加以修正，但是这种模型至今仍在完善之中，目前模型改正的有效率约为75％。 Klobachar电离层模型： (7-2) (3)利用同步观测值求差 这一方法是利用两台或多台接收机，对同一卫星的同步观测求差，以减弱电离层折射的影响，尤其当观测站间的距离较近时（20km），由于卫星信号到达各观测站的路径相近，所经过的介质状况相似，因此通过各观测站对相同卫星信号的同步观测值求差，便可显著的减弱电离层折射影响，其残差将不会超过1ppm。对于单频GPS接收机而言，这种方法的重要意义尤为明显。 7.2.2对流层折射的影响 对流层是指从地面向上约40km范围内的大气底层，占整个大气质量的99%。对流层属于中性，对电磁波的传播不属于弥散性介质，即电磁波的传播速度与频率无关。 对流层折射包括两部分： 一是由于电磁波的传播速度或光速在大气中变慢造成路径延迟，这占主要部分； 二是由于GPS卫星信号通过对流层时，也使传播的路径发生弯曲，从而使测量距离产生偏差。在垂直方向可达到2.5米，水平方向可达到20米。 　　关于对流层折射的影响，一般有以下几种处理方法： 1)定位精度要求不高时，可不考虑其影响。 2)采用对流层模型进行改正： 如霍普菲尔德（Hopfield）模型： (7-3) 3)采用观测量求差的方法。 与电离层的影响相类似，当观测站间相距不远(20km)时，由于信号通过对流层的路径相近，对流层的物理特性相近，所以对同一卫星的同步观测值求差，可以明显的减弱对流层折射的影响。 7.2.3多路径效应影响 多路径效应亦称多路径误差，是指接收机天线除直接收到卫星发射的信号外，还可能收到经天线周围地物一次或多次反射的卫星信号，信号叠加将会引起测量参考点（相位中心点)位置的变化，从而便观测量产生误差，而且这种误差随天线周围反射面的性质而异，难以控制。根据实验资料表明，在一般反射环境下，多路径效应对测码伪距的影响可达到米级，对测相伪距的影响可达到厘米级。而在高反射环境下，不仅其影响将显著增大，而且常常导致接收的卫星信号失锁和使载波相位观测量产生周跳。因此，在精密GPS导航和测量中，多路径效应的影响是不可忽视的。 目前减弱多路径效应影响的措施有： （1）安置接收机天线的环境，