第五章GPS信号的误差技术分析.ppt

第五章 GPS信号的误差 地理系张玉红 一、常见术语 GPS卫星导航定位的精度、误差与偏差 精度（accuracy）：表示一个量的观测值与其真值接近或一致的程度，常以其相应值——误差（error）予以表述。 偏差（bias） 如卫星时钟偏差和卫星时钟误差。 星钟偏差是每一颗GPS卫星的时钟相对于GPS时间系统的差值，它和钟差(a0)、钟速(a1)、钟速变化率(a2)、参考时元、观测时元等有关。它依据GPS卫星导航电文第一数据块所提供的时钟多项式的A系数计算出来。 而星钟误差是此时钟多项式系数代表性误差的综合影响。 再如电离层和对流层对GPS卫星测量的影响: 偏差是电离层/对流层效应导致的附加时延改正。 误差是附加时延改正的非真实性和非实径性而引起的。 GPS导航定位精度 名称 SPS精度 PPS精度 二维位置测量精度 ±100m（95%） 不低于±22.0m（95%） 高程测量精度 ±156m（95%） 不低于±27.7m（95%） 时间测量精度 ±0.34μs（95%） 不低于±0.20μs（95%） 注：SPS，standard positioning service； PPS，precise positioning service。 mp = PDOP * mρ 式中：PDOP---三维位置几何精度因子，对于24颗GPS卫星组成的GPS星座，PDOP的最大值为18，而其最小值为1.8。 mρ---站星距离的测量误差。 二、GPS卫星导航定位的主要误差 卫星误差：GPS信号的自身误差及人为的SA误差。主要包括星历误差、星钟误差、相对论效应误差和地球自转效应误差。 传播误差：GPS信号从卫星传播到用户接收天线的传播误差。主要包括电离层时延改正误差、对流层时延改正误差、多路径误差。 接收误差：GPS信号接收机所产生的测量误差。主要包括观测噪声误差、内时延误差和天线相位中心误差。 GPS卫星导航定位误差的量级 误差源 P码伪距 C/A码伪距 无SA 有SA 无SA 有SA 卫星 误差 星历误差 5m 10~40m 5m 10~40m 星钟误差 1m 10~50m 1m 10~50m 传播 误差 电离层时延改正误差 cm~dm cm~dm cm~dm cm~dm 电离层时延改正模型误差 --- --- 2~100m 2~100m 对流层时延改正模型误差 dm dm dm dm 多路径误差 1m 1m 5m 5m 接收误差 观测噪声误差 0.1~1m 0.1~1m 1~10m 1~10m 内时延误差 dm~m dm~m m m 天线相位中心误差 mm~cm mm~cm mm~cm mm~cm （一）与卫星有关的误差 星历误差（卫星轨道误差） GPS卫星星历误差是指卫星星历所提供的卫星空间位置与实际位置的偏差。 （1）卫星星历误差的来源。 （2）卫星星历误差的大小取决于地面跟踪系统的 质量（星历推算模型的完善程度以及跟踪站对卫星 进行跟踪观测的精度）。 （3）在一观测时间段内其属系统误差(起始数据误 差)。 （4）在GPS测量定位中是一重要的误差源。 1、卫星星历误差对测量定位的影响 （1）对单点定位的影响 绝对定位中产生几十米到一百米的误差. （2）对相对定位的影响 小于100米,但随着距离增加,卫星星历误差不断增大. 2、削弱卫星星历误差影响的方法和措施（P118） （1）建立自己的跟踪网提供精密星历 广播星历亦称预报星历,由其计算卫星的位置精 度约为20m～40m,有时可达80m。而精密星历的精 度一般可达10-7,甚至更高。因此在进行精密GPS测 量定位时如有可能应使用精密星历。另外建立自己 的跟踪网对卫星进行独立定轨，提供精密星历也可 以免受美国有关政策的影响。 （2）轨道松弛法：在平差模型中将星历中给出的卫星轨道参数作为未知数纳入平差模型，通过平差同时求得测站位置及轨道偏差改正数。 （3）利用同步观测值求差分 当两站距离较近时效果非常好,但基线的 相对精度随距离的增加而降低。 卫星时钟误差 物理同步误差: 一般在1ms左右； ※1ms的钟误差 300Km的距离误差！ 可利用下面公式进行改正: 其中 t0 和 a0 、 a1 、 a2由卫星导航电文提供。 数学同步误差： 一般在20ns以内 6m的距离误差！ ※这样的误差对于一般导航,即可忽略不计。 ※但对于测量定位则必须利用求站间一次差 分的方法来进一步消除。 相对论效应误差