GNSS基本原理、差分原理、误差等

1、GNSSGNSS基本原理、差分原理、基本原理、差分原理、 误差误差 北京天恒昕业第一期技术培训 目录目录 1.GNSS系统 2.GPS发展差分定位原理 3.GPS GNSS增强系统 4.卫星运动及GPS卫星星历 5.GPS现代化 6.GPS测量定位的误差源 一、一、GNSS的定义的定义 全球卫星导航系统全球卫星导航系统(GNSS): (Global Navigation Satellite System)是一种以卫是一种以卫 星为基础的无线电导航系统，系统可提供时间星为基础的无线电导航系统，系统可提供时间/空间基准空间基准 和所有与位置信息相关的实时动态信息，又称天基系统。和所有与位置信息相关

2、的实时动态信息，又称天基系统。 GNSS GPS ? 二、二、GNSS构成构成 Compass GPSGalileo GLONASS 1、美国、美国GPS系统系统 美国的全球卫星定位系统 美国的全球卫星定位系统（Global Positioning System GPS）。 主要参数：主要参数： 24（21+3）颗卫星，现有31颗； 6个近圆轨道，平均高度20200KM； 轨道面与赤道面夹角55； 运行周期为11小时小时58分分； 基准频率铷钟和铯钟铷钟和铯钟，(D码、码、C/A码、码、P码、码、L1与与L2载波载波)。 单点水平定位精度约10米米。 2、俄罗斯、俄罗斯GLONASS系统系统

3、俄罗斯的全球卫星导航系统俄罗斯的全球卫星导航系统（GLObal Navigation Satellite System GLONASS） 主要参数：主要参数： 24（21+3）颗卫星，现有23颗； 3个近圆轨道，平均高度19100KM； 轨道面与赤道面夹角65；运行周期为11小时小时15分分； 频率基准铯钟铯钟，包括S码、码、P码、码、L1与与L2载波载波； 单点水平定位精度约16米米。 3、欧盟、欧盟GALILEO系统系统 欧盟欧盟Galileo的全球卫星导航服务系统的全球卫星导航服务系统（ GALILEO Satellite Navigation System ）。 主要参数：主要参数：

4、30（27+3）颗卫星； 3个圆轨道，平均高度24126KM； 轨道面与赤道面夹角56； 单点水平定位精度约1米；米； 民用控制。民用控制。 4、中国北斗（、中国北斗（CMPASS）系统）系统 中国北斗卫星导航系统 中国北斗卫星导航系统（BeiDou (COMPASS) Navigation Satellite System） 主要参数：主要参数： 颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，静止卫星分布 为：58.75 E、 80E、110.5 E、140 E 二是阻止,即阻扰敌对方使用,施加干扰,施加SA,AS等; 三是保持,即保持在有威胁地区以外的民用用户有更精确更 安全的使用。 GPS定位中

5、的误差源 概述 GPS测量误差的来源 与卫星有关的误差 卫星轨道误差 卫星钟差 相对论效应 与传播途径有关的误差 电离层延迟 对流层延迟 多路径效应 与接收设备有关的误差 接收机天线相位中心的偏移和变化 接收机钟差 接收机内部噪声 GPS定位中的误差源 偶然误差偶然误差 内容 卫星信号发生部分的随机噪声 接收机信号接收处理部分的随机噪声 其它外部某些具有随机特征的影响 特点 随机 量级小 毫米级 系统误差（偏差系统误差（偏差 - Bias- Bias） 内容 其它具有某种系统性特征的误差 特点 具有某种系统性特征 量级大 最大可达数百米 消除或消弱各种误差影响的方法 模型改正法 原理：利用模型

6、计算出误差影响的大小，直接对观测 值进行修正 适用情况：对误差的特性、机制及产生原因有较深刻 了解，能建立理论或经验公式 所针对的误差源 相对论效应 电离层延迟 对流层延迟 卫星钟差 限制：有些误差难以模型化 消除或消弱各种误差影响的方法 求差法 原理：通过观测值间一定方式的相互求差，消去或消 弱求差观测值中所包含的相同或相似的误差影响 适用情况：误差具有较强的空间、时间或其它类型的 相关性。 所针对的误差源 电离层延迟 对流层延迟 卫星轨道误差 限制：空间相关性将随着测站间距离的增加而减弱 消除或消弱各种误差影响的方法 参数法 原理：采用参数估计的方法，将系统性偏差求 定出来 适用情况：几乎

7、适用于任何的情况 限制：不能同时将所有影响均作为参数来估计 消除或消弱各种误差影响的方法 回避法 原理：选择合适的观测地点，避开易产生误差的环境； 采用特殊的观测方法；采用特殊的硬件设备，消除或 减弱误差的影响 适用情况：对误差产生的条件及原因有所了解；具有 特殊的设备。 所针对的误差源 电磁波干扰 多路径效应 限制：无法完全避免误差的影响，具有一定的盲目性 卫星钟差 定义 物理同步误差 数学同步误差 应对方法 模型改正 钟差改正多项式 其中a0为ts时刻的时钟偏差，a1为钟的漂移，a2为老 化率。 相对定位或差分定位 接收机钟差 定义 GPS接收机一般采用石英钟，接收机钟与理 想的GPS时之

8、间存在的偏差和漂移。 应对方法 作为未知数处理 相对定位或差分定位 卫星星历（轨道）误差 定义 由卫星星历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。 广播星历（预报星历）的精度广播星历（预报星历）的精度 (无无SA) 2030米米 (有有SA) 100米米 精密星历（后处理星历）的精度精密星历（后处理星历）的精度 可达可达1厘米厘米 应对方法应对方法 精密定轨精密定轨(后处理后处理) 相对定位或差分定位相对定位或差分定位 电离层延迟 电离层 地球 TEC 柱体底面积为1m 2 大气折射效应 大气折射 信号在穿过大气时，速度将发生变化，传播路径也将 发生弯曲。也称大气延迟。在GPS测量定位中，通常仅 考虑信号传播速度的变化。 色散介质与非色散介质 色散介质：对不同频率的信号，所产生的折射效应也 不同 非色散介质：对不同频率的信号，所产生的折射效应 相同 对GPS信号来说，电离层是色散介质，对流层是非色散 介质 常用电离层延迟改正方法分类 经验模型改正 方法：根据以往观测结果所建立的模型 改正效果：