GPS原理第七章GPS誤差來源及其影響

1、GPS原理第七章GPS誤差來源及其影響GPS原理第七章GPS誤差來源及其影響7.1 GPS誤差的分類27.1 GPS誤差的分類41.與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差（1）衛(wèi)星軌道誤差（2）衛(wèi)星鐘差（3）相對論效應(yīng)2.與傳播途徑有關(guān)的誤差（1）電離層延遲（2）對流層延遲（3）多路徑效應(yīng)3.與接收設(shè)備有關(guān)的誤差（1）接收機(jī)天線相位中心的偏移和變化（2）接收機(jī)鐘差（3）接收機(jī)內(nèi)部噪聲7.1.1按GPS測量誤差的來源31.與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差7.1.1按GPS測量誤差的來源57.1.2 按GPS測量誤差的性質(zhì)1.偶然誤差(觀測噪聲 Noise) 特點(diǎn) ：量級小 毫米級2.系統(tǒng)誤差(偏差 Bias)特點(diǎn)：量級大

2、 最大可達(dá)數(shù)百米47.1.2 按GPS測量誤差的性質(zhì)1.偶然誤差(觀測噪聲 7.1.3 GPS測量誤差的大小1.SPS（Standard Positioning Service）（有SA）（Selective Availability）57.1.3 GPS測量誤差的大小1.SPS（Standar7.1.3 GPS測量誤差的大小2.SPS（Standard Positioning Service）（有SA）（Selective Availability）67.1.3 GPS測量誤差的大小2.SPS（Standar7.1.4消除或消弱各種誤差影響的方法（了解）1.模型改正法(1) 原理：利用模型計(jì)

3、算出誤差影響的大小，直接對觀測值進(jìn)行修正(2) 適用情況：對誤差的特性、機(jī)制及產(chǎn)生原因有較深刻了解，能建立理論或經(jīng)驗(yàn)公式(3) 所針對的誤差源相對論效應(yīng)電離層延遲對流層延遲衛(wèi)星鐘差(4) 限制：有些誤差難以模型化77.1.4消除或消弱各種誤差影響的方法（了解）1.模型改正法7.1.4消除或消弱各種誤差影響的方法（了解）2.求差法(1) 原理：通過觀測值間一定方式的相互求差，消去或消弱求差觀測值中所包含的相同或相似的誤差影響(2) 適用情況：誤差具有較強(qiáng)的空間、時(shí)間或其它類型的相關(guān)性。(3) 所針對的誤差源電離層延遲對流層延遲衛(wèi)星軌道誤差(4) 限制：空間相關(guān)性將隨著測站間距離的增加而減弱87.

4、1.4消除或消弱各種誤差影響的方法（了解）2.求差法107.1.4消除或消弱各種誤差影響的方法（了解）3.參數(shù)法(1) 原理：采用參數(shù)估計(jì)的方法，將系統(tǒng)性偏差求定出來(2) 適用情況：幾乎適用于任何的情況(3) 限制：不能同時(shí)將所有影響均作為參數(shù)來估計(jì)97.1.4消除或消弱各種誤差影響的方法（了解）3.參數(shù)法117.1.1消除或消弱各種誤差影響的方法（了解）4.回避法(1) 原理：選擇合適的觀測地點(diǎn)，避開易產(chǎn)生誤差的環(huán)境；采用特殊的觀測方法；采用特殊的硬件設(shè)備，消除或減弱誤差的影響(2) 適用情況：對誤差產(chǎn)生的條件及原因有所了解；具有特殊的設(shè)備。(3) 所針對的誤差源電磁波干擾多路徑效應(yīng)(4)

5、 限制：無法完全避免誤差的影響，具有一定的盲目性107.1.1消除或消弱各種誤差影響的方法（了解）4.回避法127.2 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差1.定義物理同步誤差數(shù)學(xué)同步誤差2. 應(yīng)對方法(1)模型改正鐘差改正多項(xiàng)式其中a0為ts時(shí)刻的時(shí)鐘偏差，a1為鐘的漂移，a2為老化率。(2)相對定位或差分定位7.2.1 衛(wèi)星鐘差117.2 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差1.定義7.2.1 衛(wèi)星鐘差17.2.2 相對論效應(yīng)127.2.2 相對論效應(yīng)147.2.2 相對論效應(yīng)1.狹義相對論效應(yīng) 與鐘的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，使星鐘變慢2.廣義相對論效應(yīng) 與鐘所處位置的重力位有關(guān)，使星鐘變快3.應(yīng)對方法 事先調(diào)整鐘速，根據(jù)衛(wèi)星軌道進(jìn)行修正

6、137.2.2 相對論效應(yīng)1.狹義相對論效應(yīng) 與鐘的運(yùn)動(dòng)速度7.2.3衛(wèi)星星歷（軌道）誤差1.起因：衛(wèi)星在運(yùn)動(dòng)的過程中受到多種攝動(dòng)力的復(fù)雜影響，通過地面監(jiān)控，難以掌握它們的作用規(guī)律。147.2.3衛(wèi)星星歷（軌道）誤差1.起因：衛(wèi)星在運(yùn)動(dòng)的過程中受7.2.3衛(wèi)星星歷（軌道）誤差2.定義由衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星在空間的位置與衛(wèi)星的實(shí)際位置之差稱為衛(wèi)星星歷誤差。（1）廣播星歷（預(yù)報(bào)星歷）的精度(無SA) 2030米(有SA) 100米（2）精密星歷（后處理星歷）的精度可達(dá)1厘米157.2.3衛(wèi)星星歷（軌道）誤差2.定義177.2.3衛(wèi)星星歷（軌道）誤差3.星歷誤差對單點(diǎn)定位的影響：星歷誤差對單點(diǎn)定位的影

7、響主要取決于衛(wèi)星到接收機(jī)的距離以及用于定位或?qū)Ш降腉PS衛(wèi)星與接收機(jī)構(gòu)成的幾何圖形4.星歷誤差對相對定位的影響：隨著基線長度的增加167.2.3衛(wèi)星星歷（軌道）誤差3.星歷誤差對單點(diǎn)定位的影響：基線長度與容許軌道誤差基線長度（km）基線相對誤差（10-6）容許軌道誤差（m）1.010250.010.01.025.0100.00.12.51000.00.010.2517基線長度與容許軌道誤差基線長度（km）基線相對誤差（10-67.2.3衛(wèi)星星歷（軌道）誤差5.解決辦法 （1）忽略軌道誤差。（2）采用軌道改進(jìn)法處理觀測數(shù)據(jù)。（其中包括兩種方法：短弧法和半短弧法）（3）同步觀測求值187.2.3衛(wèi)

8、星星歷（軌道）誤差5.解決辦法 207.3 衛(wèi)星信號的傳播誤差 地球大氣結(jié)構(gòu)197.3 衛(wèi)星信號的傳播誤差 地球大氣結(jié)構(gòu)217.3.1大氣折射效應(yīng)1.大氣折射：信號在穿過大氣時(shí)，速度將發(fā)生變化，傳播路徑也將發(fā)生彎曲。也稱大氣延遲。在GPS測量定位中，通常僅考慮信號傳播速度的變化。2.色散介質(zhì)與非色散介質(zhì)（1）色散介質(zhì)：對不同頻率的信號，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)也不同（2）非色散介質(zhì)：對不同頻率的信號，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)相同（3）對GPS信號來說，電離層是色散介質(zhì)，對流層是非色散介質(zhì)207.3.1大氣折射效應(yīng)1.大氣折射：信號在穿過大氣時(shí)，速度將7.3.2電離層折射的影響1.起因：和其他電磁信號一樣，GP

9、S信號通過電離層時(shí)，將受到一個(gè)介質(zhì)彌散特性的影響，使信號的傳播路徑發(fā)生變化。這種影響主要取決于電子總量和信號的頻率。2.解決辦法：利用雙頻觀測 利用電離層模型加以修正 利用同步觀測求值217.3.2電離層折射的影響1.起因：和其他電磁信號一樣，GP7.3.2對流層（Troposphere）折射的影響227.3.2對流層（Troposphere）折射的影響247.3.2對流層（Troposphere）折射的影響1.起因：對流層的折射引起的，在天頂方向可使電磁波路徑差達(dá)到2.3m，當(dāng)高度角為10度的時(shí)候，影響為20m.2.解決辦法： 定位精度要求不高時(shí)，可以簡單忽略。 采用對流層模型加以改正。 引

10、入描述對流層影響的附加待估參數(shù)。 觀測量求差。237.3.2對流層（Troposphere）折射的影響1.起因7.3.3 多路徑誤差247.3.3 多路徑誤差267.3.3 多路徑誤差1.多路徑（Multipath）誤差 在GPS測量中，被測站附近的物體所反射的衛(wèi)星信號（反射波）被接收機(jī)天線所接收，與直接來自衛(wèi)星的信號（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使觀測值偏離真值產(chǎn)生所謂的“多路徑誤差”。2.多路徑效應(yīng) 由于多路徑的信號傳播所引起的干涉時(shí)延效應(yīng)稱為多路徑效應(yīng)。257.3.3 多路徑誤差1.多路徑（Multipath）誤差23.多路徑誤差的特點(diǎn)（1）與測站環(huán)境有關(guān)（2）與反射體性質(zhì)有關(guān)（3）與接收機(jī)結(jié)

11、構(gòu)、性能有關(guān)263.多路徑誤差的特點(diǎn)284.應(yīng)對多路徑誤差的方法（1）觀測上選擇合適的測站，避開易產(chǎn)生多路徑的環(huán)境易發(fā)生多路徑的環(huán)境274.應(yīng)對多路徑誤差的方法（1）觀測上易發(fā)生多路徑的環(huán)境294.應(yīng)對多路徑誤差的方法（2）硬件上采用抗多路徑誤差的儀器設(shè)備抗多路徑的天線：帶抑徑板或抑徑圈的天線，極化天線抗多路徑的接收機(jī)：窄相關(guān)技術(shù)MEDLL(Multipath Estimating Delay Lock Loop)等抗多路徑效應(yīng)的天線284.應(yīng)對多路徑誤差的方法（2）硬件上抗多路徑效應(yīng)的天線304.應(yīng)對多路徑誤差的方法（3）數(shù)據(jù)處理上加權(quán)參數(shù)法濾波法信號分析法294.應(yīng)對多路徑誤差的方法（3）

12、數(shù)據(jù)處理上317.4與接收設(shè)備有關(guān)的誤差7.4.1 觀測誤差 信號波長觀測誤差P 碼29.3m0.3mC/A碼293m2.9m載波L119.05m2.0mm載波L224.45m2.5mm碼相位與載波相位的分辨誤差307.4與接收設(shè)備有關(guān)的誤差7.4.1 觀測誤差 信號波長觀7.4.2 接收機(jī)鐘差1.定義GPS接收機(jī)一般采用石英鐘，接收機(jī)鐘與理想的GPS時(shí)之間存在的偏差和漂移。2. 應(yīng)對方法(1)作為未知數(shù)處理(2)相對定位或差分定位317.4.2 接收機(jī)鐘差1.定義337.4.3接收機(jī)的位置誤差1.定義：接收機(jī)天線的相位中心相對測站標(biāo)石中心位置的偏差。2.應(yīng)對方法正確的對中整平采用強(qiáng)制對中裝置（變形監(jiān)測時(shí)）327.4.3接收機(jī)的位置誤差1.定義：接收機(jī)天線的相位中心相對7.4.4天線相位中心偏差改正1.衛(wèi)星天線相位中心偏差改正2.接收機(jī)天線相位中心變化的改正GPS測量和定位時(shí)是以接收機(jī)天線的相位中心位置為準(zhǔn)的，天線