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GPS系统误差来源的分析

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论文导读：全球覆盖连续导航定位:由于GPS有24颗卫星,且分布合理,轨道高达20~200km,所以在地球上和近地空间任何一点,均可连续同步地观测4颗以上卫星,实现全球、全天候连续导航定位。对于GPS卫星、卫星信号传播过程和地面接收设备都会对GPS测量产生误差。计划在未来10年内对GPS做一系列的调整和改进。

关键词：GPS，误差，应用，改进

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一、概述GPS及其应用

GPS即全球定位系统(GlobalPositioningSystem)是美国从本世纪

70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成的卫星导航定位系统。作为新一代的卫星导航定位系统经过多年的发展，已成为在航空、航天、军事、交通运输、资源勘探、通信气象等所有的领域中一种被广泛采用的系统。我国测绘部门最初主要将GPS系统用于高精度大地测量和控制测量，建立各种类型和等级的测量控制网，现在它除了继续在这些领域发挥着重要作用外还在测量领域的其它方面得到充分的应用，如用于各种类型的工程测量、变形观测、航空摄影测量、海洋测量和地理信息系统中地理数据的采集等。GPS以测量精度高;操作简便，仪器体积小，便于携带;全天候操作;观测点之间无须通视;测量结果统一在WGS84坐标下，信息自动接收、存储，减少繁琐的中间处理环节、高效益等显著特点,赢得广大测绘工作者的信赖。GPS的主要特点有：

（1）全球覆盖连续导航定位:由于GPS有24颗卫星,且分布合理,轨道高达20~200km,所以在地球上和近地空间任何一点,均可连续同步地观测4颗以上卫星,实现全球、全天候连续导航定位。

（2）高精度三维定位:GPS能连续地为各类用户提供三维位置、三维速度和精确时间信息。GPS提供的测量信息多,既可通过伪码测定伪距,又可测定载波多普勒频移、载波相位。

（3）抗干扰性能好、必威体育官网网址性强;GPS采用数字通讯的特殊编码技术,即伪噪声码技术,因而具有良好的抗干扰性和必威体育官网网址性。

二、GPS定位的误差来源分析

GPS测量是通过地面接收设备接收卫星传送来的信息，计算同一时刻地面接收设备到多颗卫星之间的伪距离，采用空间距离后方交会方法，来确定地面点的三维坐标。因此，对于GPS卫星、卫星信号传播过程和地面接收设备都会对GPS测量产生误差。主要误差来源可分为:与GPS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。

1．与卫星有关的误差

（1）卫星星历误差

卫星星历误差是指卫星星历给出的卫星空间位置与卫星实际位置间的偏差,由于卫星空间位置是由地面监控系统根据卫星测轨结果计算求得的,所以又称为卫星轨道误差。它是一种起始数据误差,其大小取决于卫星跟踪站的数量及空间分布、观测值的数量及精度、轨道计算时所用的轨道模型及定轨软件的完善程度等。星历误差是GPS测量的重要误差来源.

（2）卫星钟差

卫星钟差是指GPS卫星时钟与GPS标准时间的差别。为了保证时钟的精度，GPS卫星均采用高精度的原子钟，但它们与GPS标准时之间的偏差和漂移和漂移总量仍在1ms～0.1ms以内，由此引起的等效误差将达到300km～30km。这是一个系统误差必须加于修正。

（3）SA干扰误差

SA误差是美国军方为了限制非特许用户利用GPS进行高精度点定位而采用的降低系统精度的政策，简称SA政策，它包括降低广播星历精度的ε技术和在卫星基本频率上附加一随机抖动的δ技术。实施SA技术后，SA误差已经成为影响GPS定位误差的最主要因素。虽然美国在2000年5月1日取消了SA，但是战时或必要时，美国可能恢复或采用类似的干扰技术。

（4）相对论效应的影响

这是由于卫星钟和接收机所处的状态(运动速度和重力位)不同引起的卫星钟和接收机钟之间的相对误差。

2．与传播途径有关的误差

（1）电离层折射

在地球上空距地面50～100km之间的电离层中,气体分子受到太阳等天体各种射线辐射产生强烈电离,形成大量的自由电子和正离子。免费论文。当GPS信号通过电离层时,与其他电磁波一样,信号的路径要发生弯曲,传播速度也会发生变化,从而使测量的距离发生偏差,这种影响称为电离层折射。对于电离层折射可用3种方法来减弱它的影响:①利用双频观测值,利用不同频率的观测值组合来对电离层的延尺进行改正。②利用电离层模型加以改正。③利用同步观测值求差,这种基线的效果尤为明显。

（2）对流层折射

对流层的高度为40km以下的大气底层,其大气密度比电离层更大,大气状态也更复杂。对流层与地面接触并从地面得到辐射热能,其温度随高度的增加而降低。GPS信号通过对流层时,也使传播的路径发生弯曲,从而使测量距离产生偏差,这种现象称为对流层折射。减弱对流层折射的影响主要有3种措施:①采用对流层模型加以改正,