GPS测量的误差分析.ppt

GPS测量的误差来源 第一页，编辑于星期二：十三点 三十一分。 § 5.5观测量的误差来源及其影响 1.误差的分类 GPS定位中，影响观测量精度的主要误差来源分为三类： ?与卫星有关的误差。 ?与信号传播有关的误差。 ?与接收设备有关的误差。 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。 第二页，编辑于星期二：十三点 三十一分。 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 第三页，编辑于星期二：十三点 三十一分。 根据误差的性质可分为： （1）系统误差：主要包括卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差、以及大气折射的误差等。为了减弱和修正系统误差对观测量的影响，一般根据系统误差产生的原因而采取不同的措施，包括： ?引入相应的未知参数，在数据处理中联同其它未知参数一并求解。 ?建立系统误差模型，对观测量加以修正。 ?将不同观测站，对相同卫星的同步观测值求差，以减弱和消除系统误差的影响。 ?简单地忽略某些系统误差的影响。 （2）偶然误差：包括多路径效应误差和观测误差等。 第四页，编辑于星期二：十三点 三十一分。 2.与卫星有关的误差 （1）卫星钟差 GPS观测量均以精密测时为依据。GPS定位中，无论码相位观测还是载波相位观测，都要求卫星钟与接收机钟保持严格同步。实际上，尽管卫星上设有高精度的原子钟，仍不可避免地存在钟差和漂移，偏差总量约在1 ms内，引起的等效距离误差可达300km。 卫星钟的偏差一般可通过对卫星运行状态的连续监测精确地确定，并用二阶多项式表示：?tj=a0+a1(t-t0e)+a2(t-t0e)2。式中的参数由主控站测定，通过卫星的导航电文提供给用户。 经钟差模型改正后，各卫星钟之间的同步差保持在20ns以内，引起的等效距离偏差不超过6m。卫星钟经过改正的残差，在相对定位中，可通过观测量求差（差分）方法消除。 第五页，编辑于星期二：十三点 三十一分。 （2）卫星轨道偏差（星历误差）： 由于卫星在运动中受多种摄动力的复杂影响，而通过地面监测站又难以可靠地测定这些作用力并掌握其作用规律，因此，卫星轨道误差的估计和处理一般较困难。目前，通过导航电文所得的卫星轨道信息，相应的位置误差约20-40m。随着摄动力模型和定轨技术的不断完善，卫星的位置精度将可提高到5-10m。卫星的轨道误差是当前GPS定位的重要误差来源之一。 第六页，编辑于星期二：十三点 三十一分。 卫星轨道偏差对绝对定位的影响可达几十米到一百米。 而在相对定位中，由于相邻测站星历误差具有很强的相关性，因此对相对定位的影响远远低于对绝对定位的影响，不过，随着基线距离的增加，卫星轨道偏差引起的基线误差将不断加大。GPS卫星到地面观测站的最大距离约为25000km，如果基线测量的允许误差为1cm，则当基线长度不同时，允许的轨道误差大致如下表所示。从表中可见，在相对定位中，随着基线长度的增加，卫星轨道误差将成为影响定位精度的主要因素。 基线长度 基线相对误差 容许轨道误差 1.0km 10?10-6 250.0m 10.km 1?10-6 25.0m 100.0km 0.1?10-6 2.5m 1000.0km 0.01?10-6 0.25m 第七页，编辑于星期二：十三点 三十一分。 在GPS定位中，根据不同要求，处理轨道误差的方法原则上有三种； ?忽略轨道误差：广泛用于实时单点定位。 ?采用轨道改进法处理观测数据：卫星轨道的偏差主要由各种摄动力综合作用而产生，摄动力对卫星6个轨道参数的影响不相同，而且在对卫星轨道摄动进行修正时，所采用的各摄动力模型精度也不一样。因此在用轨道改进法进行数据处理时，根据引入轨道偏差改正数的不同，分为短弧法和半短弧法。 第八页，编辑于星期二：十三点 三十一分。 短弧法：引入全部6个轨道偏差改正，作为待估参数，在数据处理中与其它待估参数一并求解。可明显减弱轨道偏差影响，但计算工作量大。 半短弧法：根据摄动力对轨道参数的不同影响，只对其中影响较大的参数，引入相应的改正数作为待估参数。据分析，目前该法修正的轨道偏差不超过10m，而计算量明显减小。 ? 同步观测值求差：由于同一卫星的位置误差对不同观测站同步观测量的影响具有系统性。利用两个或多个观测站上对同