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GPS測量誤差

2023年08月25日 14:19:42      來源:四川拓圖偉業(yè)測繪科技有限公司 >> 進入該公司展臺      閱讀量:33

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GPS測量中,影響觀測精度的主要誤差可分為以下三類:

一、與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差

與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差主要包括衛(wèi)星的軌道誤差和衛(wèi)星鐘的誤差

1、衛(wèi)星鐘差

由于衛(wèi)星的位置是時間的函數(shù),因此,GPS的觀測量均發(fā)精密測時為依據(jù),而與衛(wèi)星位置相對應的信息,是通過衛(wèi)星信號的編碼信息傳送給接收機的。在 GPS定位中,無論是碼相位觀測或是載波相位觀測,均要求衛(wèi)星鐘與接收機時鐘保持嚴格的同步。實際上,以盡管GPS衛(wèi)星均設有高精度的原子鐘(銣鐘和銫 鐘),但是它們與理想的GPS時之間,仍存在著難以避免的偏差和漂移。這種偏差的總量約在1ms以內(nèi)。

對于衛(wèi)星鐘的這種偏差,一般可由衛(wèi)星的主控站,通過對衛(wèi)星鐘運行狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)測確定,并通過衛(wèi)星的導航電文提供給接收機。經(jīng)鐘差改正后,各衛(wèi)星之間的同步差,即可保持在20ns以內(nèi)。

在相對定位中,衛(wèi)星鐘差可通過觀測量求差(或差分)的方法消除。

2、衛(wèi)星軌道偏差

估計與處理衛(wèi)星的軌道偏差較為困難,其主要原因是,衛(wèi)星在運行中要受到多種攝動力的復雜影響,而通過地面監(jiān)測站,以難以充分可靠的測定這作用力,并掌握它們的作用規(guī)律,目前,衛(wèi)星軌道信息是通過導航電文等到的。

應該說,衛(wèi)星軌道誤差是當前GPS測量的主要誤差來源之一。測量的基線長度越長,此項誤差的影響就越大。

在GPS定位測量中,處理衛(wèi)星軌道誤差有以下直種方法:

1) 忽略軌道誤差

這種方法以從導航電文中所獲得的衛(wèi)星軌道信息為準,不再考慮衛(wèi)星軌道實際存在的誤差,所以廣泛的用于精度較低的實時單點定位工作中。

2) 采用軌道改進法處理觀測數(shù)據(jù)

這種方法是在數(shù)據(jù)處理中,引入表征衛(wèi)星軌道偏差的改正參數(shù),并假設在短時間內(nèi)這些參數(shù)為常量,將其與其它求知數(shù)一并求解。

3) 同步觀測值求差

這一方法是利用在兩個或多個觀測站一同,對同一衛(wèi)星的同步觀測值求差。以減弱衛(wèi)星軌道誤差的影響。由于同一衛(wèi)星的位置誤差對不同觀測站同步觀測量的影 響,具有系統(tǒng)誤差性質(zhì),所以通過上述求差的方法,可以明顯的減弱衛(wèi)星軌道誤差的影響,尤其當基線較短時,其效用更不明顯。

這種方法對于精度相對定位,具有極其重要的意義。

二、與衛(wèi)星信號傳播有關(guān)的誤差

與衛(wèi)星信號有關(guān)的誤差主要包括大氣折射誤差和多路徑效應

1、電離層折射的影響

GPS衛(wèi)星信號的其它電磁波信號一樣,當其通過電離層時,將受到這一介質(zhì)彌散特性的影響,便其信號的傳播路徑發(fā)生變化。當GPS衛(wèi)星處于天頂方向時,電離層折射對信號傳播路徑的影響最小,而當衛(wèi)星接近地平線時,則影響。

為了減弱電離層的影響,在GPS定位中通常采用下面措施

(1)利用雙頻觀測

由于電離層的影響是信號頻率的函數(shù),所以利用不同頻率的電磁波信號進行觀測。便能多確定其影響,而對觀測量加以修正。因此,具有雙頻的GPS接收機, 在精密定位中測量中得到廣泛的應用。不過應當明確指出,在太陽輻射的正午或在太陽黑子活動的異常期,應盡量避免觀測。在尤其是精密定位測量。

(2)利用電離層模型加以修正

對于單頻GPS接收機,為了減弱電記屋的影響,一般是采用導航電文提供的電離層模型,或其它適合的電離層模型對觀測量加以修正,但是這種模型至今仍在完善之中,目前模型改正的有效率約為75%。

(3)利用同步觀測值求差

這一方法是利用兩臺或多臺接收機,對同一衛(wèi)星的同步觀測的求差,以減弱電離層折射的影響,尤其當觀測站間的距離較近時(<20km),由于衛(wèi)星 信號到達各觀測站的路徑相近,所經(jīng)過的介質(zhì)狀況相似,因此通過各觀測站對相同衛(wèi)星信號的同步觀測值求差,便可顯著的減弱電離層折射影響,其殘差將不會超過 0.000001。對于單頻GPS接收機而言,這種方法的重要意義尤為明顯。

2、對流層折射的影響

對流層折射對觀測值的影響,可分為干分量與濕分量。干分量主要與大氣的濕度與壓力有關(guān),而濕分量主要與信號傳播路徑上的大氣濕度有關(guān)。對于干分量的影響,可通過地面的大氣資料計算;濕分量目前尚無法準確測定。對于輸送短的基線(<50km),濕分量的影響較小。

關(guān)于對流層折射的影響,一般有以下幾種處理方法:

(1)定位精度要求不高時,可不考慮其影響。

(2)采用對流層模型進行改正;

(3)采用觀測量求差的方法。與電離層的影響相類似,當觀測站間相距不遠(<20km)時,由于信號通過對流層的路徑相近,對流層的物理特性相近,所以對同一衛(wèi)星的同步觀測值求差,可以明顯的減弱對流層折射的影響。

3、多路徑效應影響

多路徑效應亦稱多路徑誤差,是指接收機天線除直接收到衛(wèi)星發(fā)射的信號外,還可能收到經(jīng)天線周圍地物一次或多次反射的衛(wèi)星信號,信號疊加將會引起測量參 考點(相位中心點)位置的變化,從而便觀測量產(chǎn)生誤差,而且這種誤差隨天線周圍反射面的性質(zhì)而異,難以控制。根據(jù)實驗資料表明,在一般反射環(huán)境下,多路徑 效應對測碼偽距的影響可達到米級,對測相偽距的影響可達到厘米級。而在高反射環(huán)境下,不僅其影響將顯著增大,而且常常導致接收的衛(wèi)星信號失鎖和使載波相位 觀測量產(chǎn)生周跳。

信息標題:GPS測量誤差

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