第5章+GPS测量的误差来源

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1、GPS原理与应用第五章GPS测量的误差来源测绘工程系主讲：刘辉第五章GPS测量的误差来源主要内容5.1与卫星有关的误差5.2与信号传播路径有关的误差5.3与接收设备有关的误差5.4其它误差第五章GPS测量的误差来源影响GPS定位的误差，可以分为四大类（见右图）：与卫星有关的误差，如卫星星历误差、卫星钟误差、相对论效应等；与传播路径有关的误差，如大气延迟误差、多路径效应等；与接收设备有关的误差，如接收机钟误差、天线高的量取误差等；其它误差，如地球自转等。这些误差，对解算的基线向量具有不同的影响规律，有的在模型中能得到较好的消除或削弱，有的通过采用合适的改正模型其大部分影响可以消除

2、，有的采用一定的观测措施能限制在较小的范围内，而有的却难以改正。第五章GPS测量的误差来源这些误差的细节及其影响参见右表。为了便于理解，通常均把各种误差的影响投影到观测站至卫星的距离上，以相应的距离误差表示，并称为等效距离偏差。表中所列对观测距离的影响，即为与相应误差等效的距离偏差。第五章GPS测量的误差来源如果根据误差的性质，上述误差尚可分为系统误差与偶然误差两类。◆系统误差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，其中包括：●引入相应的未知参数，在数据处理中联同

3、其它未知参数一并解算；●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，以减弱或消除系统误差的影响；●简单地忽略某些系统误差的影响。◆偶然误差偶然误差主要包括信号的多路径效应引起的误差和观测误差等。第五章GPS测量的误差来源5.1与卫星有关的误差与卫星有关的误差，包括卫星星历误差、卫星钟误差、相对论效应等。卫星的在轨位置由广播星历或精密星历提供，由星历计算的卫星位置与其实际位置之差，称为卫星星历误差。利用精密星历，可以得到优于5m的卫星在轨位置，在取消SA后，广播星历的精度约为10～20m。卫星星历误差对基线的影响一般可采用右式表示5.1.1卫星星

4、历误差式中，b为基线长度，ds为卫星星历误差，ρ为卫星与测站间的距离，db为卫星星历误差引起的基线误差，ds/ρ为星历的相对误差。由式(5.1.1)可知，基线的精度与星历精度成正比，星历精度越高则相对定位精度越好。表5.1.1中列出了不同星历精度对不同长度基线的影响，表中取ρ=20000km。由于同一卫星的星历误差，对不同测站的同步观测量的影响具有系统性性质，因此在两个或多个测站上对同一卫星的同步观测值第五章GPS测量的误差来源求差，可以明显地减弱卫星星历误差的影响。当基线较短时，这种效果更为明显。采用GPS进行定位时，大部分情况下需要采用广播星历，以及时提供解算成果。表5.1

5、.2中列出了2001年11月5日5号GPS卫星的两种星历坐标之差（广播星历坐标-精密星历坐标）。其中广播星历的卫星坐标，是利用4点时的星历按15分钟的间隔向前、向后各推算1小时而得的，精密星历的卫星坐标直接来自精密星历。第五章GPS测量的误差来源在相对定位中随着基线长度的增加，卫星星历误差将成为影响定位精度的主要因素。因此，卫星的星历误差是当前利用GPS定位的重要误差来源之一。在GPS测量中，根据不同的要求，处理卫星星历误差的方法原则上有四种：◆建立独立的跟踪网：建立GPS卫星跟踪网，进行独立定轨。这不仅可以使我国的用户在非常时期内不受美国政府有意降低调制在C/A码上的卫星星历

6、精度的影响，且使提供的精密星历精度可达到10-7。这将对提高精密定位的精度起到显著作用；也可为实时定位提供预报星历。◆采用轨道松弛法处理观测数据。这一方法的基本思想是，在数据处理中引入表征卫星轨道偏差的改正参数，并假设在短时间内这些参数为常量，将其作为待估量与其它未知参数一并求解。削弱星历误差的途径：第五章GPS测量的误差来源由第三章的讨论已加，卫星的轨道偏差主要是由于各种摄动力的综合作用而产生的。由于摄动力对卫星轨道6个参数的影响并不相同（见表5.1.3），而且在对卫星轨道摄动进行修正时，所采用的各摄动力模型精度也不一样，所以在以轨道改进法进行数据处理时，根据引入轨道偏差改正

7、数的不同，又分为短弧法和半短弧法。●短弧法，即引入全部6个轨道偏差改正数作为待估参数，在数据处理中与其它待估参数一并求解。这种方法可能明显地减弱轨道偏差的影响，从而提高定位的精度。但其计算工作量较大。●半短弧法是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估参数。由表5.1.3可见，第五章GPS测量的误差来源摄动力对轨道参数as和Ms+ws的影响较大，也就是说，对轨道的切向和径向影响较大。所以，当采用半短弧法处理观测成果时，一般普遍引入轨道切向、径向和法向(垂