卫星定位系统误差课件

1、GNSS测量定位技术理论知识第十二讲 卫星定位系统误差主讲：郭玉珍1误差分类误差来源GPS卫星信号传播接收设备其它影响误差分类卫星星历误差卫星误差相对论效应电离层折射误差对流层折射误差多路径效应接收机钟误差位置误差天线相位中心变化地球潮汐负荷潮表1 GPS定位误差的分类天地2授课提纲与卫星有关的误差与信号传播有关的误差与信号接收有关的误差其他误差本次课小结31.与卫星有关的误差1.1卫星星历误差卫星星历误差实际上就是卫星位置的确定误差。对单点定位的影响影响大小与di的大小有关，具体配赋与卫星几何图形有关对相对定位的影响经数小时观测后基线的相对误差约为星历相对误差的四分之一。基线误差星历误差基线

2、长卫星到测站的距离41.与卫星有关的误差建立自己的卫星跟踪网独立定轨解决星历误差的方法a 可不受C/A码上星历精度的影响，使提供的精密星历精度达到10-7。b 对提高精密定位的精度起显著作用，也可为实时定位提供预报星历。51.与卫星有关的误差轨道松驰法解决星历误差的方法a 在平差模型中把星历给出的卫星轨道作为初始值，将其改正数为未知数。通过平差，同时求得测站位置及轨道的改正数。b 有一定的局限性，不宜作为GPS定位中的一种基本方法，只能作为无法获得精密星历情况下采取的补救措施。61.与卫星有关的误差同步观测值法 解决星历误差的方法 两个或多个测站上，对同一卫星的同步观测值求差，以减弱星历误差的

3、影响。残余误估算公式71.与卫星有关的误差 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，无论是码相位观测或载波相位观测，均要求卫星钟和接收机保持严格同步。 1.2卫星钟的钟误差81.与卫星有关的误差减弱卫星钟的钟误差方法 经改正后，各卫星钟之间的同步差可保持在20ns以内，由此引起的等效距离偏差不会超过6m，卫星钟差和经改正后的残余误差，则需采用在接收机间求一次差等方法来消除它。对于卫星j，ti 时刻站间一次差分：卫星k测站卫星j91.与卫星有关的误差1.3相对论效应 相对论效应是由于卫星钟和接收机钟所处的运动状态（运动速度和重力位）不同而引起卫星钟和

4、接收机钟之间产生相对钟误差的现象。101.与卫星有关的误差.10449.4:,10248.5)11(:,10835.02),21()(1:10210221022222/12ffffffrRfCfffCVfffCVfCVffSSSSSSS-=+=-=-=-=-=-=-DDDDmDD预先将星钟频率降低生产时加总的影响使星钟频率增类钟走快了说明卫星钟比地球上同按广义相对论理论走慢了卫星钟比地球上同类钟按狭义相对论理论111.与卫星有关的误差消除相对论效应影响的方法 制造卫星时钟时预先把频率降低。 卫星标准频率为10.23MHz，所以卫星钟的频率应降为：10.23MHz(1-4.44910-10) =

5、10.22 999 999 545MHz121.与卫星有关的误差 说明： GPS卫星轨道是一个椭圆，轨道上各点的运行速度各不相同。所以，相对论效应频率补偿就不是一个常数。132.与信号传播有关的误差地球大气结构142.与信号传播有关的误差 对于GPS信号来讲，这种距离差在天顶方向最大可达50m ，在接近地平方向时(高度角为20o)可达150m。地球延迟达50m延迟达150m2.1电离层折射152.与信号传播有关的误差 对于GPS信号而言，这种距离改正在天顶方向最大可达50m，在接近地平方向时可达150m。S = Ct + dion卫星到接收机的真实距离：其中：162.与信号传播有关的误差减弱电

6、离层影响的方法 利用双频观测172.与信号传播有关的误差减弱电离层影响的方法 利用电离层改正模型加以改正一般用于单频接收机将电离层延迟影响减少75%经验模型、实测模型182.与信号传播有关的误差减弱电离层影响的方法 利用同步观测值求差 这种方法对短基线 （20km）的效果明显。但其精度随着基线长度的增加而明显降低。192.与信号传播有关的误差2.2对流层折射 对流层与地面接触并从地面得到辐射热能,其温度随高度的上升而降低，GPS信号通过对流层时，也使传播的路径发生弯曲，从而使测量距离产生偏差，这种现象叫做对流层折射。202.与信号传播有关的误差对流层折射的改正模型 1）霍普菲尔德（Hopfie

7、ld）公式 2）萨斯塔莫宁（Saastamoinen）公式 3）勃兰克（Black）公式 理论分析与实践表明，目前采用的各种对流层模型,难以将对流层的影响减少至9295。212.与信号传播有关的误差减弱对流层折射改正残差影响的方法: 采用上述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。 利用水汽辐射计直接测定信号传播的影响。此法求得的对流层折射湿分量的精度可优于1cm.222.与信号传播有关的误差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（反射波）进入接收机天线，这就将和直接来自卫星的

8、信号（直接波）产生干涉，从而使观测值偏离真值产生所谓的“多路径效应”。 232.与信号传播有关的误差消弱多路径误差的方法 选择合适的站址 a、测站应远离大面积的平静水面;242.与信号传播有关的误差消弱多路径误差的方法选择合适的站址 b、测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中;252.与信号传播有关的误差消弱多路径误差的方法 选择合适的站址 c、测站应离开高层建筑物 .262.与信号传播有关的误差消弱多路径误差的方法 对接收机天线的要求振子天线抑径圈微带天线抑径板272.与信号传播有关的误差消弱多路径误差的方法 适当延长观测时间，削弱多路径效应的周期性影响。消弱多路径误差的方法 改善GPS接收机的电

9、路设计。283.与信号接收有关的误差3.1接收机钟误差 GPS接收机一般采用高精度的石英钟，其稳定度约为109。若接收机钟与卫星种间的同步差为1us，则由此引起的等效距离误差约为300m。293.与信号接收有关的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独立未知数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的系数。通过在卫星间求一次差来消除接收机的钟差。303.与信号接收有关的误差3.2接收机的位置误差 接收机天线相位中心相对观测标石中心位置的误差，叫接收机位置误差。 313.与信号接收有关的误差消除接收机的位置误差的方法 精密定位时仔细操作、减少影响变形监测时

10、采用有强制对中的观测墩 323.与信号接收有关的误差3.3天线相位中心位置的偏差 观测时天线相位中心的瞬时位置与理论上的相位中心的差别。 实际的天线相位中心随着信号输入的强度和方向不同而有所变化几何中心实际相位中心333.与信号接收有关的误差 减弱天线相位中心位置偏差的方法 如果使用同一类天线，在相距不远的两个或多个观测站上同步观测同一组卫星，可通过观测值间求差来削弱相位中心偏移的影响 此时，各天线应按所附的方位标进行定向，使之根据罗盘指向磁北极。通常定向偏差应在3以内。344.其他误差4.1地球自转的误差 当卫星信号传播到观测站时，而与地球相固联的协议地球坐标系相对的卫星的上述瞬时位置已产生了旋转（绕Z轴）。354.其他误差4.2地球潮汐改正 固体潮和负荷潮引起的测站位移可达80cm,使不同时间的测量结果互不一致，在高精度相对定位中应考虑其影响。365.本次课小结 面对纷繁复杂的知识，我们该采用什么方法去学习？1、列表法2、画图法375.本次课小结误差特性减弱措施星历误差在一定观测时间内呈系统性精密定轨；观测值求差星钟误差有系统性，也有随机性电文改正；观测值在接收机间求差相对论效应系统性生产时将钟频改变电离层与频率、电离层密度有关双频观测；模型改