GPS测量误差来源及其影响.ppt

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1、第七章GPS测量误差源及其影响中国矿业大学环境与测绘学院王坚第七章GPS测量的误差来源及其影响§7。1GPS测量的误差分类§7。2与信号传播有关的误差§7。3与卫星有关的误差§7。4与接收机有关的误差§7。5其他误差7.1GPS测量的误差分类一。误差来源：与GPS卫星、与信号传播、与GPS接收机有关。此外与地球潮汐、负荷潮、相对论效应有关。二。误差分类及影响误差来源对距离影响(m)卫星部分：星历误差；钟误差；相对论效应1.5~15信号传播：电离层；对流层；多路径效应1.5~15接收机：钟误差；位置误差；天线相位中心1.5~5其他误差：地球潮汐；负荷潮1.0为了便于理解，通常

2、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。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2.32.01.20.53.35.0-10.02.01.20.55.5-10.3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

3、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。GPS定位的基本观测量是观测站（用户接收天线）至GPS卫星（信号发射天线）的距离（或称信号传播路径），它是通过测定卫星信号在该路径上的传播时间（时间延迟）或测定卫星载波信号相位在该路径上的变化周数（相位延迟）来导出的。7.2卫星信号传播有关的误差电磁

4、波传播特性1.电磁波的传播速度与大气折射假设电磁波在真空中的传播速度为cvac，则有cvac=vacf=vac/T=/kvac。在卫星大地测量中，国际上当前采用的真空光速为c=2.99782458108(m/s)。对GPS而言，卫星发射信号传播到接收机天线的时间约0.1秒，当光速值的最后一位含有一个单位的误差，将会引起0.1m的距离误差。表明准确确定电磁波传播速度的重要意义。实际的电磁波传播是在大气介质中，在到达地面接收机前要穿过性质、状态各异且不稳定的若干大气层，这些因素可能改变电磁波传播的方向、速度和强度，这种现象称为大气折射。大气折射对GPS观测结果的影响，往

5、往超过了GPS精密定位所容许的精度范围。如何在数据处理过程中通过模型加以改正，或在观测中通过适当的方法来减弱，以提高定位精度，已经成为广大用户普遍关注的重要问题。电磁波在大气中的传播速度可以用折射率n来表示，n=c/v。折射率与大气的组成和结构密切相关，其实际值接近于1，故常用折射数N0来表示，N0=(n-1)106。根据大气物理学，如果电磁波在某种介质中的传播速度与频率有关，则该介质成为弥散介质。介质的弥散现象是由于传播介质的内电场和入射波的外电场之间的电磁转换效应而产生的。当介质的原子频率与入射波的频率接近一致时，将发生共振，由此而影响电磁波的传播速度。通常称dv/d

6、f为速度弥散。如果把具有不同频率的多种波叠加，所形成的复合波称为群波，则在具有速度弥散现象的介质中，单一频率正弦波的传播与群波的传播是不同的。假设单一正弦波的相位传播速度为相速vp，群波的传播速度为群速vg，则有式中为通过大气层的电磁波波长。若取通过大气层的电磁波频率为f，则相应的折射率为在GPS定位中，群速vg与码相位测量有关，而相速vp与载波相位测量有关。大气层对电磁波传播的影响1.大气层的结构与性质地球表面被一层很厚的大气所包围，大气的总质量约为3.91018（kg），约为地球总质量的百万分之一。由于地球引力的作用，大气质量在垂直方向上分布极不均匀，主要集中在大气

7、底部，其中75%的质量分布在10km以下，90%的以上质量分布在30km以下。同时大气在垂直方向上的物理性质差异也很大，根据温度、成分和荷电等物理性质的不同，大气可分为性质各异的若干大气层。按不同标准有不同的分层方法，根据对电磁波传播的不同影响，一般分为对流层和电离层。折射数随高度的变化。某一瞬间全球电子密度与测站间的关系电离层分布于地球大气层的顶部，约在地面向上70km以上范围。由于原子氧吸收了太阳紫外线的能量，该大气层的温度随高度上升而迅速升高，同时由于太阳和其它天体的各种射线作用，使大部分大气分子发生电离，具