GPS技术与应用6GPS定位误差

1、GPS定位误差,第六章 GPS定位误差,GPS定位误差,第六章 GPS定位误差,主要内容: 定位误差概述 与卫星有关的误差 与信号传播有关的误差 与接收设备有关的误差 其它误差来源,GPS定位误差定位误差概述,6.1 定位误差概述,与卫星有关的误差 卫星星历（轨道）误差 卫星钟差 相对论效应 与信号传播有关的误差 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 接收机钟差 接收机位置误差 天线相位中心偏差,GPS测量误差的性质,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,6.1 定位误差概述

2、,GPS定位误差定位误差概述,GPS测量误差的性质,系统误差（偏差 - 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,6.1 定位误差概述,GPS定位误差定位误差概述,消除或消弱各种误差影响的方法,6.1 定位误差概述,GPS定位误差定位误差概述,模型改正法 原理：利用模型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,6.1 定位误差概述,GPS定位误差定

3、位误差概述,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；卫星星历误差； 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,6.1 定位误差概述,GPS定位误差定位误差概述,参数法 原理：采用参数估计的方法，求出系统性偏差 适用情况：几乎适用于任何的情况 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,6.1 定位误差概述,GPS定位误差定位误差概述,回避法 原理：选择合适的观测地点，避开易产生误差

4、的环境；采用特殊的观测方法；采用特殊的硬件设备 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：无法完全避免误差影响，具有一定的盲目性,卫星星历（轨道）误差,6.2 与卫星有关的误差,GPS定位误差与卫星有关的误差,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 应对方法 建立自己的卫星跟踪网独立定轨 模型改正精密定轨(后处理) 相对定位或差分定位,卫星钟差,6.2 与卫星有关的误差,GPS定位误差与卫星有关的误差,定义 卫星原子钟时与理想的GPS时的差值,1ms （300km）,20ns(6m),改正数t,差分,应对方法

5、模型改正 钟差改正多项式 相对定位或差分定位,相对论效应,6.2 与卫星有关的误差,GPS定位误差与卫星有关的误差,狭义相对论1905 运动将使时间、空间和物质的质量发生变化 广义相对论1915 将相对论与引力论进行了统一,相对论效应,6.2 与卫星有关的误差,GPS定位误差与卫星有关的误差,定义 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机钟之间产生相对钟误差的现象。 总的相对论效应影响：卫星上钟的频率将变快 应对方法 厂家生产时，将卫星钟的标准频率（10.23MHZ）减小约4.449e-10MHZ。,地球大气层的结构,6.3 与信号传播有关的误差,GPS定位误

6、差与信号传播有关的误差,电离层折射,6.3 与信号传播有关的误差,GPS定位误差与信号传播有关的误差,定义 当GPS信号穿过电离层时，其速度发生变化，路径发生弯曲，这种偏差称为电离层折射。 应对方法 利用双频观测 利用电离层模型进行改正 利用同步观测值求差,对流层折射,6.3 与信号传播有关的误差,GPS定位误差与信号传播有关的误差,定义 当GPS信号穿过对流层时产生折射，其速度发生变化，这种变化称为对流层折射。从而使测得的距离产生系统性偏差。 应对方法 模型改正定位精度要求不高时，可以简单忽略 利用对流层模型加以改正 引入描述对流层影响的附加待估参数并求解 利用同步观测值求差,多路径误差,6

7、.3 与信号传播有关的误差,GPS定位误差与信号传播有关的误差,多路径误差,6.3 与信号传播有关的误差,GPS定位误差与信号传播有关的误差,定义：卫星在GPS测量中，测站附近的物体所反射的卫星信号（反射波）被接收机天线所接收，与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”。 多路径效应 由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应称为多路径效应。,多路径误差,6.3 与信号传播有关的误差,GPS定位误差与信号传播有关的误差,应对方法 观测上：选择合适的测站，避开易产生多路径的环境,多路径误差,6.3 与信号传播有关的误差,GPS定位误差与信号传播有关的误差,

8、应对方法 观测上：选择合适的测站，避开易产生多路径的环境 a.测站应远离大面积平静的水面； b.测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中； c.测站应离开高层建筑物，观测时汽车也不要停放得离测站过近。,多路径误差,6.3 与信号传播有关的误差,GPS定位误差与信号传播有关的误差,应对方法 硬件上：采用抗多路径误差的仪器设备,抗多路径效应的天线,多路径误差,6.3 与信号传播有关的误差,GPS定位误差与信号传播有关的误差,应对方法 适当延长观测时间，削弱多路径效应的周期性影响 数据处理上，采用加权、参数法、滤波法和信号分析法等减弱其影响,接收机钟差,6.4 与接收设备有关的误差,GPS定位误差与接收设备

9、有关的误差,定义 接收机钟与理想的GPS时之间存在的偏差 （300m） 应对方法 在每个观测站上，引入一个钟差参数，作为未知数，在数据处理中一并求解； 同步观测值求差,接收机位置误差,6.4 与接收设备有关的误差,GPS定位误差与接收设备有关的误差,定义：接收机天线的相位中心相对测站标石中心位置的偏差 。 应对方法 正确的对中整平；采用强制对中装置（变形监测）,天线相位中心偏差,6.4 与接收设备有关的误差,GPS定位误差与接收设备有关的误差,定义 观测时接收机天线相位中心随着信号输入的强度与方位不同而有变化，往往偏离天线的几何中心。 应对方法 应按天线附有的方向标进行定向，使之根据罗盘指向磁北极； 同步观测值求差。,地球自转的影响 当卫星信号传播到观测站时，与地球相固连的协议地球系相对卫星的瞬时位置已产生了旋转。 地球潮汐改正 在日月引力的作用下，固体地球会产生周期性的弹性形变，引起测站位移。,6.5 其它误差源,GPS定位误差其它误差源,GPS定位误差重点回顾,本节课重点内容回顾,重点内容: 定