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GNSS导航定位误差分析 授课教师：刘志强 单 位：河海大学 主要内容 （一）GNSS定位主要误差源分类 （二）与卫星有关的误差 （三）与传播路径有关的误差 （四）与测站有关的误差 （五）其他误差 一 GNSS定位主要误差源分类 二 与卫星有关的误差 2.1 卫星轨道误差 2.2 卫星钟差 2.1 卫星轨道误差(I) 广播星历 1）由GPS系统的地面控制部分所确定和提供，经GPS卫星向全球用户公开播发的一种预报星历； 2）用参考时刻 的卫星轨道根数及其变化率来描述卫星轨道； 3）通过GPS导航电文以一组参数的形式发送给用户，一般每2小时更新一次，一般按照与观测时刻最近的一组广播星历数据来计算卫星位置； 4）提供的卫星轨道精度较差，目前约为 ~ 1 m。 精密星历 1）主要由IGS （International GNSS Service）提供； 2）以一定的时间间隔给出卫星在空间的三维坐标及其运动速度，由用户进行内插后求得观测时刻 卫星在空间的位置及运动速度； igs15063.sp3 卫星钟误差 1） 信号卫星离开卫星时，卫星钟相对于标准GPS时的钟差 ； 2）卫星上尽管采用的是高精度的原子钟（铯钟、铷钟），但这些钟与GPS标准时之间仍会有偏差和漂移。随着时间的推移，这些偏差和漂移还会发生变化； 3）导航电文: 精度 ~ 5 ns，IGS最终精密钟差 : ~ 75 ps 三 与传播路径有关的误差 3.1 电离层误差 3.2 对流层误差 3.3 多路径效应 3.1 电离层误差(I) 电离层概述 1）电离层定义 高度在60~1000km的大气层； 【在太阳紫外线、X射线、 射线和高能粒子等的作用下，电离层中的中性气体分子被电离，产生大量的电子和正离子，从而形成了一个电离区域。】 2）对电磁波信号传播的影响 传播速度会发生变化 【主要取决于电离层中的电子密度和信号频率】 传播路径会略微弯曲 【对测距结果影响不大，一般情况下可不予考虑】 电离层延迟特点 码延迟和相位提前 1）相速度和群速度 相速度 -- 单一频率的电磁波在空中的传播速度 【L1载波相位、L2载波相位】 群速度 -- 调制信号的在空中的传播速度 【GPS测距码】 2）非色散介质和色散介质 如果电磁波在真空中传播，则相速度与群速度是相等的，且等于真空中的光速。此时，称为非色散介质，否则就称为色散介质。 3）信号延迟量的计算 电离层对相位和码伪距观测值的影响大小（近似）相等，符号相反。 为电子密度(electrons/m3)且为正值，因此对码伪距的延迟量 为正（延迟）、对相位观测值的延迟 为负（提前）。 电离层延迟与总电子含量（TEC） 1）TEC总电子含量（Total Elctron Content） 【表示沿信号传播路径1平方米截面的柱体所包含的自由电子总数。TEC的单位为(el/m2) 。1TECU = 1×1016 el /m2】 【电离层延迟与传播路径上的总电子含量TEC成正比。】 2）VTEC天顶方向总电子含量（Vertical TEC） 【将天顶方向的VTEC转化到信号传播路径上，可以通过所谓的斜因子(Slant Factor)或映射函数（Mapping Function）实现。】 电离层改正模型 1）Klobuchar 模型 GPS导航电文中包含预报电离层模型的参数（Klobuchar）。 输入参数分别为8个模型系数 、 ，GPS天线的大地纬度 和大地经度 ，GPS观测时间 ，以及观测卫星的方位角 和高度角 。 可将电离层延迟影响改正60%，为GPS单频用户所广泛采用。 2）GIM模型（Global Ionosphere Maps） 每天的IONEX文件提供13个电离层图，从0h UT开始到24h UT结束。可以提供空间上（经纬度） 、时间上2h分辨率的电离层TEC，以及GPS卫星和接收机的硬件DCB值。 最终GIM产品的时间延迟约为11天，并且以IONEX格式存储，可从各IGS数据中心下载。 快速GIM产品，其时延小于24小时。该产品具有与最终GIM产品相同的分辨率，其精度与最终GIM相比大约差5~10%，二者之间差值的RMS值仅为0.11 TECU。 可