GPS测量的误差来源及其影响解析.ppt

第七章GPS测量的误差来源及其影响 7 1GPS测量主要误差分类1 概述GPS测量是通过地面接收设备接收卫星传送的信息来确定地面点的三维坐标 测量结果的误差主要来源于GPS卫星 卫星信号的传播过程和地面接收设备 在高精度的GPS测量中 还应注意到与地球整体运动有关的地球潮汐 负荷潮及相对论效应的影响 2 GPS测量误差的分类及对距离测量的影响 3 误差性质及影响特点 性质分类 偶然误差 信号的多路径效应系统误差 卫星星历误差 卫星钟差 接收机钟差以及大气折射的误差等 影响特点 系统误差的大小及其对定位结果的危害均远大于偶然误差 是GPS测量的主要误差源 系统误差有一定规律可循 可采取一定的措施加以消除 因而是本章研究的主要对象 7 2与信号传播有关的误差 7 2 1 电离层折射误差7 2 2 对流层折射误差7 2 3 多路径误差 偶然误差 7 2 1 电离层折射误差及其消减方法1 电离层及其影响所谓电离层 地球上空距地面高度在50 1000km之间的大气层 用信号的传播时间乘上真空中光速而得到的距离就会不等于卫星至接收机间的几何距离 这种偏差叫电离层折射误差 2 减弱电离层影响的措施利用双频观测利用电离层改正模型利用同步观测值求差 7 2 2对流层的折射 1 对流层是高度为40km以下的大气底层 其大气密度比电离层更大 大气密度更为复杂 2 对流层折射的改正模型 霍普菲尔德 Hopfild 公式 萨斯塔莫宁 Saastamoinen 公式 勃兰克 Black 公式 霍普菲尔德 Hopfild 公式 Ps为测站的气压hs为测站的高程Ts为测站的绝对温度Hd为对流层外边缘的高度 萨斯塔莫宁 Saastamoinen 公式 原始模型 拟合后的公式 勃兰克 Black 公式 3 减弱对流层折射改正残差影响的措施 采用对流层模型加以改正 其气象参数在测站直接测定 引入描述对流层影响的附加待估参数 在数据处理中一并求得 利用同步观测量求差 7 2 3多路径误差 在GPS测量中 如果测站周围的反射物所反射的卫星信号进入接收机天线 这就将和直接来自卫星的信号 直接波 产生干涉 从而使观测值偏离真值产生所谓的 多路径误差 这种由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应被称做多路径效应 减弱多路径误差的方法 一 选择合适的站址测站应远离大面积平静水面测站不宜选在山坡 山谷和盆地中测站应离开高层建筑物 二 对接收机天线的要求在天线中设置抑径板接受天线对于极化特性不同的反射信号该有较强的抑制作用 7 3与卫星有关的误差 与卫星本身有关的误差卫星星历差卫星钟误差相对论效应 7 3 1卫星星历误差 由卫星星历所给出的卫星在空间的位置与卫星的实际位置之差称为卫星星历误差 一 星历数据的来源1 广播星历 预报星历 它是通过卫星发射的含有轨道信息的导航电文传递给用户 用户接受这些信号 经过解码便可获得需要的卫星星历 12 实测星历 精密星历 根据实测资料进行拟合处理而直接得出的星历 广播 航和实时定位无任何意义 二 星历误差对定位的影响 对单点定位的影响对相对定位的影响三 解决星历误差的方法建立我国的卫星跟踪网独立定轨同步观测值求差轨道松弛法 半短弧法 短弧法 7 3 2卫星钟的钟误差 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 码相位观测和载波相位观测 均要求卫星钟和接收机钟保持严格同步 7 3 3相对论效应狭义相对论原理 时间膨胀 钟的频率与其运动速度有关 对GPS卫星钟的影响 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 狭义相对论 广义相对论 令 相对论效应是由于卫星钟和接收机钟所处的状态 运动速度和重力位 不同而引起卫星钟和接收钟之间产生相对钟误差的现象 严格地说 将其归入与卫星有关的误差不完全准确 但由于相对论效应主要取决于卫星的运动速度和重力位 并且是以卫星钟误差的形式出现的 因此将其归入此类误差 7 4与接收机有关的误差 与接收机有关的误差主要有接收机误差 接收机位置误差 天线相位中心位置误差及几何图形强度误差等 7 4 1接收机钟误差减弱接收机钟差的方法 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 认为各个时刻的接收机钟差间是相关的 将接收机钟差表示为时间多项式 并在观测量的平差计算中求解多项式系数 通过在卫星间求一次差来消除接收机钟差 7 4 2接收机的位置误差 接收机天线相位中心相对于测站标石中心位置的误差 叫接收机位置误差 7 4 3天线相位中心位置偏差观测时相位中心的瞬时位置与理论上的相位中心将有所不同 这种差别叫天线相位中心的位置偏差 7 4 3GPS天线相位中心的偏差 水平偏差垂直偏差 2020 3 24 7 5其他误差 7 5 1地球自转的影响卫星信号自卫星发送到测站接收要产生一个时间差 此时间差内与地球相固联的协议地球坐标系相对于卫星发送信号的瞬间 位置已产生了旋转 绕Z轴 由此造成卫星信号传播到观测站的时间延迟 引起坐标系中的坐标变化 该影响可通过模型加以改正 二 地球潮汐改正1 固体潮地球并非刚体 在太阳和月球的万有引 力作用下 固体地球产生周期性的弹性变形 称为固体潮 2 负荷潮在日月引力的作用下 地球上海水等也将发生周期性的变动 使地球产生周期的形变 称为负荷潮汐 其中主要是海潮