GPS測量的主要誤差概括
來源：本站 發布時間：2021-01-25 02:32:23 點擊量：310
與GPS衛星有關的誤差：
與GPS衛星有關的誤差主要包括衛星的軌道誤差和衛星鐘的誤差，衛星鐘差，由于衛星的位置是時間的函數，因此，GPS的觀測量均發精密測時為依據，而與衛星位置相對應的信息，是通過衛星信號的編碼信息傳送給接收機的。在GPS定位中，無論是碼相位觀測或是載波相位觀測，均要求衛星鐘與接收機時鐘保持嚴格的同步。實際上，以盡管GPS衛星均設有高精度的原子鐘（銣鐘和銫鐘），但是它們與理想的GPS時之間，仍存在著難以避免的偏差和漂移。這種偏差的總量約在1ms以內。對于衛星鐘的這種偏差，一般可由衛星的主控站，通過對衛星鐘運行狀態的連續監測確定，并通過衛星的導航電文提供給接收機。經鐘差改正后，各衛星之間的同步差，即可保持在20ns以內。在相對定位中，衛星鐘差可通過觀測量求差（或差分）的方法消除。衛星軌道偏差，估計與處理衛星的軌道偏差較為困難，其主要原因是，衛星在運行中要受到多種攝動力的復雜影響，而通過地面監測站，以難以充分可靠的測定這作用力，并掌握它們的作用規律，目前，衛星軌道信息是通過導航電文等到的。
與衛星信號傳播有關的誤差：
與衛星信號有關的誤差主要包括大氣折射誤差和多路徑效應， 電離層折射的影響，GPS衛星信號的其它電磁波信號一樣，當其通過電離層時，將受到這一介質彌散特性的影響，便其信號的傳播路徑發生變化。當GPS衛星處于天頂方向時，電離層折射對信號傳播路徑的影響最小，而當衛星接近地平線時，則影響最大。為了減弱電離層的影響，在GPS定位中通常采用下面措施。利用雙頻觀測：由于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。便能多確定其影響，而對觀測量加以修正。因此，具有雙頻的GPS接收機，在精密定位中測量中得到廣泛的應用。不過應當明確指出，在太陽輻射的正午或在太陽黑子活動的異常期，應盡量避免觀測。在尤其是精密定位測量。利用電離層模型加以修正：對于單頻GPS接收機，為了減弱電記屋的影響，一般是采用導航電文提供的電離層模型，或其它適合的電離層模型對觀測量加以修正，但是這種模型至今仍在完善之中，目前模型改正的有效率約為75％。利用同步觀測值求差：這一方法是利用兩臺或多臺接收機，對同一衛星的同步觀測的求差，以減弱電離層折射的影響，尤其當觀測站間的距離較近時（＜20km），由于衛星信號到達各觀測站的路徑相近，所經過的介質狀況相似，因此通過各觀測站對相同衛星信號的同步觀測值求差，便可顯著的減弱電離層折射影響，其殘差將不會超過0.000001。對于單頻GPS接收機而言，這種方法的重要意義尤為明顯。對流層折射的影響：對流層折射對觀測值的影響，可分為干分量與濕分量。干分量主要與大氣的濕度與壓力有關，而濕分量主要與信號傳播路徑上的大氣濕度有關。對于干分量的影響，可通過地面的大氣資料計算；濕分量目前尚無法準確測定。對于輸送短的基線（＜50km），濕分量的影響較小。
關于對流層折射的影響，一般有以下幾種處理方法：
（1）定位精度要求不高時，可不考慮其影響。
（2）采用對流層模型進行改正；
（3）采用觀測量求差的方法。與電離層的影響相類似，當觀測站間相距不遠（＜20km）時，由于信號通過對流層的路徑相近，對流層的物理特性相近，所以對同一衛星的同步觀測值求差，可以明顯的減弱對流層折射的影響。
多路徑效應影響：多路徑效應亦稱多路徑誤差，是指接收機天線除直接收到衛星發射的信號外，還可能收到經天線周圍地物一次或多次反射的衛星信號，信號疊加將會引起測量參考點（相位中心點）位置的變化，從而便觀測量產生誤差，而且這種誤差隨天線周圍反射面的性質而異，難以控制。根據實驗資料表明，在一般反射環境下，多路徑效應對測碼偽距的影響可達到米級，對測相偽距的影響可達到厘米級。而在高反射環境下，不僅其影響將顯著增大，而且常常導致接收的衛星信號失鎖和使載波相位觀測量產生周跳。因此，在精密GPS導航和測量中，多路徑效應的影響是不可忽視的。
目前減弱多路徑效應影響的措施有：
（1）安置接收機天線的環境，應避開較強的反射面，如水面=平坦光滑的地面以及平整的建筑物表面等。
（2）選擇造型適宜且屏蔽良好的天線等。
（3）適當延長觀測時間，削弱多路徑效應的周期性影響。
（4）改善GPS接收機的電路設計，了減弱多路徑效應的影響。
與GPS衛星有關的誤差主要包括衛星的軌道誤差和衛星鐘的誤差，衛星鐘差，由于衛星的位置是時間的函數，因此，GPS的觀測量均發精密測時為依據，而與衛星位置相對應的信息，是通過衛星信號的編碼信息傳送給接收機的。在GPS定位中，無論是碼相位觀測或是載波相位觀測，均要求衛星鐘與接收機時鐘保持嚴格的同步。實際上，以盡管GPS衛星均設有高精度的原子鐘（銣鐘和銫鐘），但是它們與理想的GPS時之間，仍存在著難以避免的偏差和漂移。這種偏差的總量約在1ms以內。對于衛星鐘的這種偏差，一般可由衛星的主控站，通過對衛星鐘運行狀態的連續監測確定，并通過衛星的導航電文提供給接收機。經鐘差改正后，各衛星之間的同步差，即可保持在20ns以內。在相對定位中，衛星鐘差可通過觀測量求差（或差分）的方法消除。衛星軌道偏差，估計與處理衛星的軌道偏差較為困難，其主要原因是，衛星在運行中要受到多種攝動力的復雜影響，而通過地面監測站，以難以充分可靠的測定這作用力，并掌握它們的作用規律，目前，衛星軌道信息是通過導航電文等到的。
與衛星信號傳播有關的誤差：
與衛星信號有關的誤差主要包括大氣折射誤差和多路徑效應， 電離層折射的影響，GPS衛星信號的其它電磁波信號一樣，當其通過電離層時，將受到這一介質彌散特性的影響，便其信號的傳播路徑發生變化。當GPS衛星處于天頂方向時，電離層折射對信號傳播路徑的影響最小，而當衛星接近地平線時，則影響最大。為了減弱電離層的影響，在GPS定位中通常采用下面措施。利用雙頻觀測：由于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。便能多確定其影響，而對觀測量加以修正。因此，具有雙頻的GPS接收機，在精密定位中測量中得到廣泛的應用。不過應當明確指出，在太陽輻射的正午或在太陽黑子活動的異常期，應盡量避免觀測。在尤其是精密定位測量。利用電離層模型加以修正：對于單頻GPS接收機，為了減弱電記屋的影響，一般是采用導航電文提供的電離層模型，或其它適合的電離層模型對觀測量加以修正，但是這種模型至今仍在完善之中，目前模型改正的有效率約為75％。利用同步觀測值求差：這一方法是利用兩臺或多臺接收機，對同一衛星的同步觀測的求差，以減弱電離層折射的影響，尤其當觀測站間的距離較近時（＜20km），由于衛星信號到達各觀測站的路徑相近，所經過的介質狀況相似，因此通過各觀測站對相同衛星信號的同步觀測值求差，便可顯著的減弱電離層折射影響，其殘差將不會超過0.000001。對于單頻GPS接收機而言，這種方法的重要意義尤為明顯。對流層折射的影響：對流層折射對觀測值的影響，可分為干分量與濕分量。干分量主要與大氣的濕度與壓力有關，而濕分量主要與信號傳播路徑上的大氣濕度有關。對于干分量的影響，可通過地面的大氣資料計算；濕分量目前尚無法準確測定。對于輸送短的基線（＜50km），濕分量的影響較小。
關于對流層折射的影響，一般有以下幾種處理方法：
（1）定位精度要求不高時，可不考慮其影響。
（2）采用對流層模型進行改正；
（3）采用觀測量求差的方法。與電離層的影響相類似，當觀測站間相距不遠（＜20km）時，由于信號通過對流層的路徑相近，對流層的物理特性相近，所以對同一衛星的同步觀測值求差，可以明顯的減弱對流層折射的影響。
多路徑效應影響：多路徑效應亦稱多路徑誤差，是指接收機天線除直接收到衛星發射的信號外，還可能收到經天線周圍地物一次或多次反射的衛星信號，信號疊加將會引起測量參考點（相位中心點）位置的變化，從而便觀測量產生誤差，而且這種誤差隨天線周圍反射面的性質而異，難以控制。根據實驗資料表明，在一般反射環境下，多路徑效應對測碼偽距的影響可達到米級，對測相偽距的影響可達到厘米級。而在高反射環境下，不僅其影響將顯著增大，而且常常導致接收的衛星信號失鎖和使載波相位觀測量產生周跳。因此，在精密GPS導航和測量中，多路徑效應的影響是不可忽視的。
目前減弱多路徑效應影響的措施有：
（1）安置接收機天線的環境，應避開較強的反射面，如水面=平坦光滑的地面以及平整的建筑物表面等。
（2）選擇造型適宜且屏蔽良好的天線等。
（3）適當延長觀測時間，削弱多路徑效應的周期性影響。
（4）改善GPS接收機的電路設計，了減弱多路徑效應的影響。
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