浅谈gps 测量的误差来源与减弱措施

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1、浅谈GPS测量的误差来源与减弱措施魏天福（兰州资源环境职业技术学院，甘肃兰州730021）【摘　要】GPS测量是通过接收设备对导航卫星进行跟踪观测获取地面点三维坐标的。在观测过程中由于各种误差的客观存在，不可避免的给测量结果带来误差。实际应用中如何消除或减弱误差的影响是我们关注的重点，本文将就此问题做一些简单地探讨。.jyqks以内时，引起的等效距离误差可达300km。卫星钟差一般可采用多项式拟合的方法获得，一般采用二阶多项式的形式：2.1.3　相对论效应相对论效应是由于卫星钟和接收机钟所处的速度和重力位不同而产生的二者之间钟差不同步的

2、影响。从广义与狭义相对论出发，相对论效应在卫星与接收机之间产生的钟频率之差：其中f为卫星标准频率10.23MHz。减弱措施是在制造卫星时，人为将GPS卫星基准频率降低为10.23MHz×（1-4.449×10-10）=10.22999999545MHz。这些卫星进入预定轨道受相对论效应影响后的频率正好变为10.23MHz。2.2　信号传播中的误差信号传播中的误差主要包括电离层折射、对流层折射和多路径效应误差等。２．２．１　电离层折射影响GPS信号通过电离层时由于传播路径发生弯曲和传播速度发生变化，导致所计算的距离不等于站星间的几何距离。

3、影响的大小取决于信号频率和传播路径上的电子总量。这种距离误差在天顶方向可达50m，在高度角为20°时可达150m。减弱的措施：1）利用双频观测：电离层影响是信号频率的函数，利用不同频率电磁波信号进行观测可确定其影响大小，并对观测量加以修正。其有效性不低于95%。2）利用电离层模型加以修正：对于单频接收机，一般采用由导航电文提供的或其它适宜电离层模型对观测量进行改正。目前模型改正的有效性约为75%。3）同步观测值求差：当观测站间的距离较近（小于20km）时卫星信号到达不同观测站的路径相近，通过同步求差残差不超过10-6。２．２．２　对流层

4、折射误差对流层是指从地面向上约40km范围内的大气底层，占整个大气质量的99%。该层中除含有各种气体元素外，还含水滴、冰晶和尘埃等杂质，对电磁波的传播有很大影响。对流层折射对观测量的影响可分为干分量和湿分量两部分。干分量主要与大气温度和压力有关，而湿分量主要与信号传播路径上的大气湿度和高度有关。定位精度要求不高时可忽略不计。对流层影响减弱措施：1）采用对流层模型加以改正。但难以将对流层影响减小到92%至95%。一般采用霍普菲尔德模型：2）引入描述对流层的附加待估参数，在数据处理中求解。3）观测量求差。当两观测站相距不太远时（小于20km

5、时），由于信号通过对流层的路径相似，所以对同一颗卫星间同步观测值求差可以明显减弱对流层折射的影响。这一方法在精密相对定位中被广泛使用。2.２．3　多路径效应误差接收机除直接收到卫星发射的信号外，还可能收到经周围地物一次或多次反射的卫星信号。两种信号迭加将引起测量参考点位置变化，使观测产生误差。在一般反射环境下，对测码伪距的影响达米级，对测相伪距影响达厘米级。在高反射环境中，影响显著增大，且常常导致卫星失锁和产生周跳。（下转第305页）（上接第248页）减弱措施：1）安置接收机天线的环境应避开较强发射面如水面、平坦光滑的地面和建筑表面。2

6、）选择造型适宜且屏蔽良好的天线如扼流圈天线。3）适当延长观测时间削弱周期性影响。4）改善接收机的电路设计。２．３　接收机误差与接收机有关的误差主要包括接收机钟误差、接收机位置误差和天线相位中心偏差误差。２．３．１　接收机钟误差GPS接收机一般采用高精度的石英钟，其稳定度为10-9。若接收机钟与卫星钟间同步差为1μs，则引起的等效距离误差为300m。减弱措施：1）把每个观测时刻的接收机钟差当做一个独立未知数，在数据处理时与测站位置一并求解。2）认为各观测时刻的接收机钟差间是相关的，将接收机钟差表示为时间的多项式，并在观测量的平差计算中求解

7、多项式系数进而求得钟差改正数。3）通过在卫星间求一次差来消除接收机的钟差。２．３．２　接收机位置误差接收机天线相位中心相对于测站标石中心位置的误差称之为位置误差。这里包括天线的置平和对中误差，量取天线高的误差。当天线高度为1.6m，整平误差为0.1°时可能会产生对中误差3mm。在实际观测中可采用具有强制对中装置的观测墩，使对中误差优于1mm。２．３．３　天线相位中心位置误差GPS测量中观测值都是以接收机天线相位中心位置为准的，天线相位中心与其几何中心的位置应保持一致。由于实际的信号输入强度和方向不同导致实际相位中心与理论相位中心产生位置

8、偏差，其偏差可达数毫米至数厘米之间。实际工作中应使用同一类型的天线进行相对定位观测，并利用同步观测值求差来减弱相位中心偏差影响。相对定位观测时，天线位置应根据天线附有的方位标进行定向，定向的偏差不超过3°。