什么是钟差.doc

1、 什么是钟差？钟差有什么特性？卫星钟差与接收机有什么处理方式？钟差,在GPS定位系统中是一个非常重要的概念，它直接影响到GPS定位系统的精度。我们知道在地球上每一个实体都有三维坐标，从理论上讲三维坐标（x，y，z）三个未知数求解需要三个方程,这三个方程是立体几何里面学的，三个方向上的坐标差的平方和再开方就是直线距离了。当然想到的就是三个卫星确定三个方程了。但是事实并非如此，这个距离（d）是通过计算光在空间传输的时间来计算的，这就需要非常准确的时间了，在我们的接收设备中不可能投资很大（估计至少几万吧！）太浪费了，由此想到钟差的概念，就是我们的设备与标准的卫星的时钟差了。这个时钟差是未知的，所以为了确定时钟差，我们定位是实际上是需要4颗卫星。方程的改进就是将根据时间差求的的距离（d）减去因钟差带来的误差C*（VtiVt0）。这样就可以实现GPS精确定位了。如图所示：假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式： 上述四个方程式中x、y、z为待测点坐标，Vto为接收机的钟差为未知参数，其中di=cti，(i=1、2、3、4)，di分别为卫星到接收机之间的距离，ti 分别为卫星的信号到达接收机所经历的时间，xi 、yi 、zi为卫星在t时刻的空间直角坐标，Vti为卫星钟的钟差，c为光速。由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z 和接收机的钟差Vto。这时候就有人说了，干嘛要四颗卫星呢，三颗不就够了吗？想想还蛮有道理的，三个球面，交汇于一点，不就可以定出接收机所在的位置了吗？但是实际上，GPS接收器在仅接收到三颗卫星的有效信号的情况下只能确定二维坐标即经度和纬度，只有收到四颗或四颗以上的有效GPS卫星信号时，才能完成包含高度的3D定位。这是为什么呢？原来，大家忽略了一件事情，那就是时间。先来看一颗卫星，它在一个规定的时间发送一组信号到地面，比如说每天8：00整开始发送一组信号，如果地面接收机就在8点零2秒收到了这一组信号，那么就是说信号从卫星到接收机的距离是电波花2秒能够跑到的距离，由于这颗卫星的位置和电波的速度已知，那么就可以肯定接收机就在以卫星为球心的一个球面上，那么再多测2个卫星的距离，就可以得到3个空间球，3个空间球的焦点只有2个，那么逻辑排出一个不在地球表面的，剩下的就是接收机的位置。这就是我们所想象的三颗卫星可以定位的情形。但是，这只是假象的情况，卫星和接收机的距离如此之近，以至于卫星和接收机的时钟必须完全同步和准确，否则距离偏差会很大。实际上，如果接收机这端不配备一个銫原子钟的话，定出来的位置肯定差了个十万八千里。銫原子钟的价格我也不太清楚，反正肯定是比你坐的汽车要贵了。所以，由于时间需要校准，这就需要四颗卫星。可以从方程里看到，时间都不是绝对时间，都是以卫星之间的钟差来计量的卫星钟，是用卫星上的信号作为统一的时间标准来定义的一种时间计时装置。对一个卫星来说，由于在不同的接收地点，卫星信号的传输距离是不一样的，所以我们就容易理解了，电磁波跑得再快，也是有限的。对于同一个速度，距离和时间是成正比的，距离远自然用时长，信号在传输过程中，时间在一点儿点儿过去，而电磁波所携带的时间信号却不能随之改变，到达接收点，自然就跟实际的时间有一个差值，而这个差值，又随着接收点的地理位置不同和不同的接收设备而存在不同的信号处理差别，自然就存在不同的时间差了。卫星钟的钟差包括由钟差、频偏、频漂等产生的误差，也包含钟的随机误差。在GPS测量中，无论是码相位观测，还是载波相位观测，均要求卫星钟和接收机钟保持严格同步。尽管GPS卫星采用的是原子钟（铠钟和铷钟），但由于上述因素的影响，卫星钟的钟面时与理想的GPS时之间存在着偏差或漂移。这些偏差的总量可达1MS，产生的等效距离误差可达30KM。GPS是通过地面监控站对卫星监测，测试卫星钟的偏差，并使用二项式模拟卫星的误差，保证卫星钟与标准GPS时间同步，进一步消弱剩余卫星钟残差后，使用差分技术来实现定位的一种方法。定住时在伪距单点定位、载波相位测量和整周跳变等方面都存在一定的误差。因此，对于分析其误差来源进而采用正确的数据采集与处理方法确保定位的精度具有十分重要有意义。接收机钟误差的计算在此,首先把每个观测时刻的接收机钟差当作一个独立的未知数, 在数据处理中与观测站的位置参数一并求解。所以, 在利用伪距单点定位的方法求出各个时刻的接收机钟误差后,再根据这些误差值与时间的关系来建立改正模型 5。利用单点定位计算点位误差改正数 VX、 VY、 VZ及观测时刻接收机钟的钟差改正数V tR所用的误差方程式为Vi = - l iVX - miVY - niVZ - cV tR + L i . ( 1)2、 什么是电离层延迟？有什么特性？在定位中怎么样消除或减弱其影响？电离层延迟是影响GPS绝对定位的最主要因素，由于电离层本身的不稳定，加上目前对其物理特性的了解还有一定的模糊性，还只能采用精度有限的经验模型对其进行描述。分析了两种常用经验电离层模型的使用特点和改正精度，并利用4个IGS站多天GPS实测数据，研究了两种常用经验电离层模型应用于GPS用户定位时的改正效果，为GPS用户修正电离层延迟，选择合适的电离层模型提供了参考性建议。GPS采用L1和L2两种载波，其中L1载波的频率f1=1575.42MHZ，L2载波的频率f2=1227.6MHZ。GPS卫星在发射信号时，两种频率的信号将沿着同一路径传播到达接收机，利用电离层色散效应，根据双频观测可以得到信号在传播过程中电离层延迟大小。GPS系统的硬件延迟是利用双频GPS观测值估计电离层延迟的一个关键问题，通常认为GPS卫星所发射的双频信号到达接收机是严格同步的，但实际上双频信号在发射时间上