与卫星信号有关的误差.DOC

與衛星信號有關的誤差 ? HYPERLINK .tw/gpsec2004/ind_home.htm 首頁? ? HYPERLINK .tw/gpsec2004/gps/gps_main.htm GPS Principles ? 最後更新：JAN/28/2004 與衛星信號傳播有關的誤差主要包括大氣折射誤差和多路徑效應誤差，大氣折射誤差又可以分為電離層延遲誤差的影響及對流層延遲誤差的影響。 電離層延遲誤差的影響電離層約在高度100公里到1000公里之大氣範圍，在此範圍內充滿了離子化的微粒(ionized particals)與電子(plasma)。由於電子的性質極不穩定，對無線電信號會造成很大的折射影響。GPS衛星信號和其他電磁波信號一樣，當其通過電離層時將受到這一介質擴散的影響，使其信號的傳播路徑的變化為△I：其中，n為電離層的折射率，s為信號的傳播路徑。若以信號傳播路徑上的電子總量(Total Electron Content，TEC) 和信號的頻率f來表示，其關係式(略)。電離層對信號傳播路徑的影響大小，主要取決於電子總量 和信號的頻率f。 電離層改正之大小與衛星高度及測站緯度有關，但電離層改正大小尚受到電子中的電子密度影響。而電子密度則又會隨日期、季節及太陽黑子週期不同而有所變化。對於GPS衛星信號來說，在夜間當衛星處於天頂方向時，電離層折射對距離的影響將小於5m；而在日間正午前後，當衛星接近於地平線時，其影響可能大於150m。圖5-7顯示電離層於四小時期間之變化情形(GPS時 7:50~11:50，取樣間隔30秒，衛星PRN2，Tidbilla觀測站)。 為了減弱電離層延遲誤差的影響，在GPS測量中通常採取以下措施： 利用雙頻觀測由於電離層的影響是信號頻率的函數，所以利用不同頻率的電磁波信號進行觀測，便可以確定其影響的大小，以便對觀測量加以修正。實際在處理資料時可以採用雙頻L1及L2的線性組合無電離層效應之觀測量L3(Iono Free)以消除其一階影響量。以相位觀測量所組成之L3觀測量以下式表示：式中f1、f2為L1、L2載波的頻率L1、L2為載波相位觀測量(m)利用上述公式進行修正，其消除之電離層影響的有效性將高於95%。因此具影雙頻之GPS接收儀在精密定位中廣泛地被應用但是在短基線時(例如10km)大氣環境幾乎相同其誤差主要為多路徑效應和接收儀雜訊且L3觀測量之雜訊又三倍於L1或L2觀測量之雜訊。在短基線中求解分別使用L1及L2觀測量之成果優於使用L3觀測量之成果故在短基線解算時建議採用L1及L2觀測量。利用電離層模式加以改正對於僅有單頻接收儀的用戶為了減少電離層的影響一般是採用導航訊息中所提供的電離層改正模式或其他適當的電離層模式加以改正目前模式改正的有效性可能低於75%也就是説弱當電離層對距離觀測值的影響為50m時修正後的殘差仍達12.5m 利用同步觀測值差分此方式是利用兩部或多部接收儀對同一組衛星同步觀測值差分以減弱電離層延遲誤差的影響，尤其當觀測站的距離較近時(例如10km)由於衛星信號到達不同觀測站的路徑相近所經過的大氣介質狀況相似所以利用不同的觀測站對相同衛星的同步觀測值差分便可顯著地減弱電離層延遲影響其殘差將不會超過1ppm因此對具有單頻接收儀的用戶可採用此方法 電離層延遲誤差誤差量： 天頂最大誤差量=50m。 水平最大誤差量=3倍的天頂最大誤差量。 白天最大誤差量=5倍的晚上最大誤差量。 隨日期、季節及太陽黑子週期不同而有所變化。 選擇對策： 雙頻接收儀利用雙頻L1及L2的線性組合無電離層效應之觀測量L3。 採用高精度之後處理星曆例如IGS軌道。 單頻接收儀利用廣播星曆之電離層改正模式加以修正提供單點定位之用戶。 於夜間進行觀測。 對流層延遲誤差的影響對流層乃是由地表起算到約40公里處之大氣範圍,至於40公里~80公里之大氣部分其影響量都可以忽略。對流層為一中性(neutral)大氣範圍,它對電磁波的影響與訊號之頻率無關，因此GPS信號經過對流層時是非色散性的(Non-dispersive)，所以無法藉由雙頻的特性來消除折射量，只只能以數學模式來推算其影響量而加以改正。 對流層之影響會隨衛星高度、測點緯度及測點位置高度(altitude)而異。圖5-8表示衛星高度與測站高度對對流層改正量的影響。對流層折射對觀測量的影響可分為乾分量和濕分量兩部份，乾分量主要是與大氣的溫度有關，而濕分量主要與信號傳播路徑上的大氣濕度與高度有關。當衛星於天頂方向時，對流層之乾分量對距離觀測值的影響約佔對流層影響的90%，且這種影響可以應用地面的大氣資料計算。若地面平均大氣壓約為1013mbar，則在天頂方向乾分量對所測距離的影響約為2.3m，而當高度角約為10