武汉大学GPS原理及其应用

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1、GPS原理及其应用(五)第三章GPS定位中的误差源§3.1概述§3.2钟误差§3.3相对论效应§3.1概述GPS测量定位的误差源>概述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移和变化接收机钟差接收机内部噪声GPS测量误差的来源GPS测量定位的误差源>概述>GPS测量误差的来源GPS测量误差的性质①偶然误差内容卫星信号发生部分的随机噪声接收机信号接收处理部分的随机噪声其它外部某些具有随机特征的影响特点随机量级小–毫米级GPS测量定位的误差源>概述>GPS测量误差的性质GPS测量误差的性质②

2、系统误差（偏差-Bias）内容其它具有某种系统性特征的误差特点具有某种系统性特征量级大–最大可达数百米GPS测量定位的误差源>概述>GPS测量误差的性质GPS测量误差的大小①SPS（无SA）GPS测量定位的误差源>概述>GPS测量误差的大小GPS测量误差的大小②SPS（有SA）GPS测量定位的误差源>概述>GPS测量误差的大小GPS测量误差的大小③PPS，双频，P/Y-码GPS测量定位的误差源>概述>GPS测量误差的大小消除或消弱各种误差影响的方法①模型改正法原理：利用模型计算出误差影响的大小，直接对观测值进行修正适用情况：对误差的特性、机制及产生原因有较深刻了解，能建立理论或经验公

3、式所针对的误差源相对论效应电离层延迟对流层延迟卫星钟差限制：有些误差难以模型化GPS测量定位的误差源>概述>消除或消弱各种误差影响的方法消除或消弱各种误差影响的方法②求差法原理：通过观测值间一定方式的相互求差，消去或消弱求差观测值中所包含的相同或相似的误差影响适用情况：误差具有较强的空间、时间或其它类型的相关性。所针对的误差源电离层延迟对流层延迟卫星轨道误差…限制：空间相关性将随着测站间距离的增加而减弱GPS测量定位的误差源>概述>消除或消弱各种误差影响的方法消除或消弱各种误差影响的方法③参数法原理：采用参数估计的方法，将系统性偏差求定出来适用情况：几乎适用于任何的情况限制：不能同时

4、将所有影响均作为参数来估计GPS测量定位的误差源>概述>消除或消弱各种误差影响的方法消除或消弱各种误差影响的方法④回避法原理：选择合适的观测地点，避开易产生误差的环境；采用特殊的观测方法；采用特殊的硬件设备，消除或减弱误差的影响适用情况：对误差产生的条件及原因有所了解；具有特殊的设备。所针对的误差源电磁波干扰多路径效应限制：无法完全避免误差的影响，具有一定的盲目性GPS测量定位的误差源>概述>消除或消弱各种误差影响的方法§3.2钟误差卫星钟差定义物理同步误差数学同步误差应对方法模型改正钟差改正多项式其中a0为ts时刻的时钟偏差，a1为钟的漂移，a2为老化率。相对定位或差分定位GPS测

5、量定位的误差源>概述>卫星钟差接收机钟差定义GPS接收机一般采用石英钟，接收机钟与理想的GPS时之间存在的偏差和漂移。应对方法作为未知数处理相对定位或差分定位GPS测量定位的误差源>概述>接收机钟差§3.3相对论效应狭义相对论效应广义相对论效应3.3相对论效应GPS测量定位的误差源>相对论效应狭义相对论和广义相对论狭义相对论1905运动将使时间、空间和物质的质量发生变化广义相对论1915将相对论与引力论进行了统一GPS测量定位的误差源>相对论效应>狭义相对论和广义相对论相对论效应对卫星钟的影响①狭义相对论原理：时间膨胀。钟的频率与其运动速度有关。对GPS卫星钟的影响：结论：在狭义相对

6、论效应作用下，卫星上钟的频率将变慢GPS测量定位的误差源>相对论效应>相对论效应对卫星钟的影响相对论效应对卫星钟的影响②广义相对论原理：钟的频率与其所处的重力位有关对GPS卫星钟的影响：结论：在广义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变快GPS测量定位的误差源>相对论效应>相对论效应对卫星钟的影响相对论效应对卫星钟的影响③相对论效应对卫星钟的影响狭义相对论＋广义相对论令：GPS测量定位的误差源>相对论效应>相对论效应对卫星钟的影响解决相对论效应对卫星钟影响的方法方法（分两步）：首先考虑假定卫星轨道为圆轨道的情况；然后考虑卫星轨道为椭圆轨道的情况。第一步：第二步：课本上为：因为：GPS测

7、量定位的误差源>相对论效应>解决方法