GPS测量的误差源及其影响

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1、GPS原理及其应用——05地信王宇明6.1GPS测量主要误差分类误差分类按性质分系统误差（偏差-Bias）卫星轨道误差卫星钟差接收机钟差大气折射误差偶然误差多路径效应误差观测误差六、GPS测量的误差源及其影响误差分类（续）按来源分与卫星有关的误差卫星轨道误差卫星钟差相对论效应与传播途径有关的误差电离层延迟对流层延迟多路径效应与接收设备有关的误差接收机天线相位中心的偏差和变化接收机钟差接收机噪声7.2与信号传播有关的误差——电离层折射地球的大气由太阳幅射造成气体电离形成电离层。电磁波信号经过电离层速度发生变化。相速

2、与群速相速群速相速与群速的关系相折射率与群折射率的关系电离层属弥散介质，电磁波在其中传播，其速度与频率有关电离层折射码相位在电离层被延迟（群速）载波相位在电离层超前（相速）电离层折射（续）C/A码是方波电离层改正的大小主要取决于电子总量和信号频率其速度与频率有关电离层对C/A码影响在电离层中以群速Vg传播电离层对载波影响载波是正弦波在电离层中以相速度传播电离层影响与太阳黑子活动有关与卫星到接收机方向有关，天顶方向最大50m延迟高度角20°时150m延迟影响电子密度和总电子含量的因素电子密度与总电子含量电子密度：单

3、位体积中所包含的电子数。总电子含量（TEC–TotalElectronContent）：底面积为一个单位面积时沿信号传播路径贯穿整个电离层的一个柱体内所含的电子总数高度与电子密度的关系地方时与电子含量的关系太阳活动情况与电子含量的关系与太阳活动密切相关太阳活动剧烈时，电子含量增加太阳的活动周期约为11年2002.5.151:00–23:002小时间隔全球TEC分布地理位置与电子含量的关系电离层延迟的改正方法概述经验模型改正双频改正实测模型改正电离层改正的经验模型Bent模型由美国的R.B.Bent提出描述电子密度

4、是经纬度、时间、季节和太阳辐射流量的函数国际参考电离层模型（IRI–InternationalReferenceIonosphere）由国际无线电科学联盟（URSI–InternationalUnionofRadioScience）和空间研究委员会（COSPAR-CommitteeonSpaceResearch）提出描述高度为50km-2000km的区间内电子密度、电子温度、电离层温度、电离层的成分等以地点、时间、日期等为参数Klobuchar模型特点由美国的J.A.Klobuchar提出描述电离层的时延广泛地用

5、于GPS导航定位中GPS卫星的导航电文中播发其模型参数供用户使用Klobuchar模型（续）中心电离层中心电离层示意Klobuchar模型（续）模型算法Klobuchar模型（续）模型算法（续）改正效果：可改正60％左右电离层延迟的双频改正电离层延迟的实测模型改正基本思想利用基准站的双频观测数据计算电离层延迟利用所得到的电离层延迟量建立局部或全球的的TEC实测模型局部（区域性）的实测模型改正方法适用范围：用于局部地区的电离层延迟改正电离层延迟的实测模型改正全球（大范围）的实测模型改正方法适用范围：用于大范围和全球

6、的电离层延迟改正格网化的电离层延迟改正模型6.2与信号传播有关的误差——对流层折射地球的大气对流层延迟和对流层延迟改正定义对流层延迟和对流层延迟改正（续）大气折射率N与气象元素（温度、气压和湿度）的关系Smith和Weintranb，1954对流层延迟与大气折射率N霍普菲尔德（Hopfield）改正模型出发点霍普菲尔德（Hopfield）改正模型（续）对流层折射模型投影函数的修正萨斯塔莫宁（Saastamoinen）改正模型原始模型拟合后的公式勃兰克（Black）改正模型对流层改正模型综述不同模型所算出的高度角3

7、0以上方向的延迟差异不大Black模型可以看作是Hopfield模型的修正形式Saastamoinen模型与Hopfield模型的差异要大于Black模型与Hopfield模型的差异气象元素的测定气象元素干温、湿温、气压干温、相对湿度、气压水气压es的计算方法由相对湿度RH计算由干温、湿温和气压计算误差分析模型误差气象元素误差量测误差仪器误差读数误差测站气象元素的代表性误差实际大气状态与大气模型间的差异6.2与信号传播有关的误差——多路径误差多路径（Multipath）误差在GPS测量中，被测站附近的物体所反射

8、的卫星信号（反射波）被接收机天线所接收，与直接来自卫星的信号（直接波）产生干涉，从而使观测值偏离真值产生所谓的“多路径误差”。多路径效应由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应称为多路径效应。应对多路径误差的方法观测上选择合适的测站硬件上采用抗多路径误差的仪器设备抗多路径的天线：带抑径板或抑径圈的天线，极化天线抗多路径的接收机：窄相关技术MEDLL(MultipathEs