第6章卫星导航系统误差分析.ppt

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第6章卫星导航系统误差分析

本章内容安排 卫星定位误差分类 误差分类及影响 与信号传播有关的误差 电离层与对流层 电离层折射误差 由于电离层中气体分子受到太阳等天体的射线的辐射,产生强烈的电离,形成大量的自由电子和正离子。对卫星信号产生影响,使信号路径发生弯曲,传播速度也受影响。 卫星至接收机的真正距离s为: 其中 而 因此可以看出,电离层改正的多少取决于电子的总量和信号 的频率。 电离层折射误差 电离层误差特点 (1)对于同一个测站,不同观测方向上的电离层延迟误差不同。天顶方向的电离层误差最小。仰角越低的方向,电离层误差越大。 (2)不同测站的电离层延迟误差不同。这是由于不同地点的地方时,季节不同。当两点相距不远时,观测同一颗GPS卫星时,电离层误差的相关性很强。可以近似认为电离层延迟误差基本相等。 对流层折射误差 对流层的大气密度比电离层更大,大气状态也更复杂。对流层从地面得到辐射能量,气温随高度上升而降低。因此,卫星信号通过对流层时,路径也发生弯曲。 对流层的折射,与地面气候,大气压力温度湿度关系密切。因此折射更加复杂。对流层折射影响与信号高度有关。 多路径效应 多路径是指卫星信号通过多个不同路径传到接收到卫星信 号的同时,还可能收到经天线周围地物反射的卫星信号,多种 信号叠加就会引起测量参考点(相对中心)的位置变化,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 多路径误差的解决方法 多路径误差不仅与反射系数有关,也和反射物离测站的距离 及卫星信号方向有关,无法建立准确的误差改正模型,只能恰当 地选择站址,避开信号反射物。 解决方法: ①选设点位时应远离大面积平静的水面,较好的站址可选在地面有草丛、农作物等植被能较好吸收微波信号的能量的地方; ②测站附近不应有高层建筑物,观测时测站附近也不要停放汽车; ③测站不宜选在山坡、山谷和盆地中。 与卫星有关的误差 与卫星有关的误差 星历误差 卫星星历误差 星历的数据来源 广播星历 它是卫星电文中所携带的主要信息。根据地面控制中心跟踪 站的观测数据进行外推,通过导航卫星发播的一种预报星历。 因为,我们对卫星上各种摄动因素的变化规律并不了解,所以, 预报数据中存在较大差异。 实测星历 根据实测资料进行拟合处理而得出的星历。 卫星星历误差的影响 对单点定位的影响 星历误差在接收机至卫星方向上影响测站坐标和接收机钟 改正数。与卫星的几何图形有关。 对相对定位的影响 星历误差对相对定位的影响一般采用下列公式估算: 轨道误差对不同长度的基线影响 与卫星有关的误差 卫星时钟误差 相对论效应 相对论效应是由于卫星钟的接收机钟所处的状态不同,而引 起的卫星钟和接收机钟之间产生的相对钟误差的现象。 狭义相对论观点 一个频率为f0的振荡器安装飞行速度为v的载体上,由于载体 的运动,对地面观测者来说将产生频率变化 广义相对论 处于不同等位面的振荡器,其频率将由于引力位不同而发生 变化。相对论效应的影响并非常数,经改正后仍有残差,它对 GPS时的影响最大可达70ns,对精密定位仍不可忽略。 狭义相对论 若卫星在地心惯性坐标系中的运动速度为Vs则在地面频率为fs 的钟安置到卫星上,其频率 将变为: 两者的频率差为 : 考虑到GPS卫星的平均运动速度Vs=3874m/s和真空中的光速 c=299792458m/s,则 因此,卫星上钟的频率将变慢。 广义相对论 原理:由广义相对论可知,若卫星所处的重力位为Ws ,地面测 站处的重力位为WT,那么同一台钟放在卫星上和放在地面上时 钟频率将相差: 其中, 若地面的地心距R近似取6378km,卫星的地心距近似取26560km,则 对GPS 卫星而言,广义相对论效应的影响比狭义相对论效应的 影响要大得多,且符号相反。总的相对论效应影响: 减弱相对论效应的方法 总的相对论效应会使一台钟放到卫星上去后比在地面时增加 4.449×10-10 f0 那么解决相对论效应的最简单的办法就是在制造 卫星钟时预先把频率降低4.449×10-10 f0 。卫星钟的标准频率为 10.23×106HZ,所以厂家在生产时应把频率降为 10.23×106HZ × (4.449×10-10 f0 ) = 10.22999999545×106HZ 当这些卫星进入轨道受

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