GNSS与信号传播路径有关的误差

第三章GNSS测量误差分析3.3GNSS与传播路径有关的误差岳军红电离层折射误差01对流层折射误差02多路径效应误差03目录01电离层折射误差

GNSS的电磁波信号传播实际是在大气介质中，在到达地面接收机前要穿过性质、状态各异且不稳定的若干大气层，这些因素可能改变电磁波传播的方向、速度和强度。大气折射对GNSS观测结果的影响，超过了GNSS精密定位所容许的精度范围。大气的结构及其性质

对流层0～40km各种气体元素、水蒸气和尘埃等非弥散介质（电磁波的传播速度与频率无关）电离层约70km以上带电粒子弥散介质（电磁波的传播速度与频率有关）电离层折射误差1、概念——距地面50km-1000km范围的大气层为电离层。由于受到太阳等天体的各种射线幅射，电离层中的气体分子发生电离，形成大量的自由电子和正离子。当卫星信号通过电离层时，信号的路径会发生弯曲，传播速度也会发生变化。使得信号的传播时间与真空中光速的乘积并不等于卫星至接收机的几何距离，该偏差称为电离层折射误差。

2、产生因素——电离层折射与信号频率、观测时间及地点（反映了信号传播路径上的电子含量）等因素密切相关。其中卫星频率对测距的影响一般在50-100m内变化。因此必须认真加以改正，否则会严重影响观测成果的精度。

即电离层折射率与单位面积的电子密度正比，与频率的平方成反比。3、解决对策（1）双频观测即利用两个频率的相位观测值求出免受电离层折射影响的相位观测值。适合于双频接收机。（2）模型改正对单频接收机，一般采用导航电文中提供的电离层折射改正模型加以改正。现有的改正模型还仅仅是一个经验估算公式，与实际情况之间存在差异。实验表明，能消除电离层折射的75%左右。（3）相对定位对距离较短（小于20km）的两测站，当两接收机同时跟踪同一颗卫星时，可采用接收机间求一次差的办法来很好地削弱电离层的影响。对流层折射误差1、影响特点——靠近地面40km范围内的大气底层为对流层，其大气密度比电离层大，大气状态也更为复杂。由此对GPS信号产生的对流层折射影响比电离层折射影响更为严重，即使双频观测也不能解决它的影响。2、解决对策（1）模型改正目前较好的办法就是建立近地的大气模型，通过测量信号传播路径上的气温、气压及水汽分压等气象数据，用计算的办法加以改正。应当指出：模型精度及气象元素的测量误差限制了对流层折射改正的精度。

模型改正，最常用的对流层折射改正模型有Hopfield模型和Saatamoinen模型。理论与实践表明，模型改正可以减少90%以上的折射影响。（2）直接测定目前较有效的办法是应用水汽辐射计来实测卫星信号传播路径上水汽对信号的直接影响，并用公式计算湿分量数值。不过该仪器十分昂贵，也笨重，外业不便应用。（3）参数求解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解。（4）相对定位当两测站距离较近﹙＜10km﹚时，对流层残余影响可通过接收机间一次差分的办法大部分予以消除。当距离较远时，地方大气状态不再相关，一次差分效果不大。因此对流层折射效应是限制GPS高精度定位的最大障碍。多路径效应误差1、概念——多路径效应是指除卫星的直接信号外，还有测站周围的反射信号到达接收机。多路径信号和直接信号混合后产生干涉，从而使观测值偏离真值产生相位误差，这种误差称为多路径效应误差。2、特点——多路径效应是GPS测量的重要误差源，严重损害GPS测量的精度，研究表明多路径效应对载波相位测量的影响可达cm级，严重时还将影响卫星信号的失锁。3、对策（1）选择合适的站址。——测站应远离大面积的水面、高大建筑物等容易产生多路径效应的物体；——测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中，以避免反射信号从天线抑径板上方进入天线，产生多路径效应