GPS测量原理与数据处理1

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1、GPS测量的误差来源一、误差的分类GPS定位中，影响观测量精度的主要误差来源分为三类：•与卫星有关的误差。•与信号传播有关的误差。•与接收设备有关的误差。为了便于理解，通常均把各种误差的影响投影到站星距离上，以相应的距离误差表示，称为等效距离误差。第六章GPS测量的误差来源及其影响测码伪距的等效距离误差/m误差来源P码C/A码卫星星历与模型误差钟差与稳定度卫星摄动相位不确定性其它合计4.23.01.00.50.95.44.23.01.00.50.95.4信号传播电离层折射对流层折射多路径效应其它合计2.32.01.2

2、0.53.35.0-10.02.01.20.55.5-10.3接收机接收机噪声其它合计1.00.51.17.50.57.5总计6.410.8-13.6根据误差的性质可分为：（1）系统误差：主要包括卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差、以及大气折射的误差等。为了减弱和修正系统误差对观测量的影响，一般根据系统误差产生的原因而采取不同的措施，包括：•引入相应的未知参数，在数据处理中联同其它未知参数一并求解。•建立系统误差模型，对观测量加以修正。•将不同观测站，对相同卫星的同步观测值求差，以减弱和消除系统误差的影响。•简单地

3、忽略某些系统误差的影响。（2）偶然误差：包括多路径效应误差和观测误差等。（1）电离层折射影响：主要取决于信号频率和传播路径上的电子总量。通常采取的措施：•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%.二、卫星信号传播误差•利用电离层模型加以修正：对单频接收机，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%，至今仍在完善中。•利用同步观测值求差：当观测站间的距离较近（小于20km）时，卫

4、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）对流层的影响如第四章所述，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。目前湿分量的影响尚无法准确确定。对流层影响的处理方法：•定位精度要求不高时，忽略不计。•采用对流层模型加以改正。•引入描述对流层的附加待估参数，在数据处理中求解。•观测量求差。（3）多路径效应：也称多路径误差，即接收机天线除直接收到卫星发射的信号外，还可能收到经天线周围地物一次或多次反射的

5、卫星信号。两种信号迭加，将引起测量参考点位置变化，使观测量产生误差。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。措施：•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。•选择造型适宜且屏蔽良好的天线如扼流圈天线。•适当延长观测时间，削弱周期性影响。（1）卫星钟差GPS观测量均以精密测时为依据。GPS定位中，无论码相位观测还是载波相位观测，都要求卫星钟与接收机钟保持严格同步。实际上，尽管卫星上设有高精度的原子钟，仍

6、不可避免地存在钟差和漂移，偏差总量约在1ms内，引起的等效距离误差可达300km。三、与卫星有关的误差卫星钟的偏差一般可通过对卫星运行状态的连续监测精确地确定，并用二阶多项式表示：tj=a0+a1(t-t0e)+a2(t-t0e)2。式中的参数由主控站测定，通过卫星的导航电文提供给用户。经钟差模型改正后，各卫星钟之间的同步差保持在20ns以内，引起的等效距离偏差不超过6m。卫星钟经过改正的残差，在相对定位中，可通过观测量求差（差分）方法消除。（2）卫星轨道偏差（星历误差）：由于卫星在运动中受多种摄动力的复杂影响，而

7、通过地面监测站又难以可靠地测定这些作用力并掌握其作用规律，因此，卫星轨道误差的估计和处理一般较困难。目前，通过导航电文所得的卫星轨道信息，相应的位置误差约20-40m。随着摄动力模型和定轨技术的不断完善，卫星的位置精度将可提高到5-10m。卫星的轨道误差是当前GPS定位的重要误差来源之一。在GPS定位中，根据不同要求，处理轨道误差的方法原则上有三种；•忽略轨道误差：广泛用于实时单点定位。•采用轨道改进法处理观测数据：卫星轨道的偏差主要由各种摄动力综合作用而产生，摄动力对卫星6个轨道参数的影响不相同，而且在对卫星轨道摄

8、动进行修正时，所采用的各摄动力模型精度也不一样。因此在用轨道改进法进行数据处理时，根据引入轨道偏差改正数的不同，分为短弧法和半短弧法。短弧法：引入全部6个轨道偏差改正，作为待估参数，在数据处理中与其它待估参数一并求解。可明显减弱轨道偏差影响，但计算工作量大。半短弧法：根据摄动力对轨道参数的不同影响，只对其中影响较大的参数，引入相应的改正数作为待