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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