第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其影響GPS測(cè)量定位技術(shù)

1、第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 1 GPSGPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)誤差來源及影響衛(wèi)星定位系統(tǒng)誤差來源及影響 第五章第五章 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 了解衛(wèi)星星歷誤差，衛(wèi)星鐘差及相對(duì)論效應(yīng)。了解衛(wèi)星星歷誤差，衛(wèi)星鐘差及相對(duì)論效應(yīng)。 理解接收機(jī)鐘誤差，相位中心位置誤差的產(chǎn)生與消減方法。理解接收機(jī)鐘誤差，相位中心位置誤差的產(chǎn)生與消減方法。 掌握電離層折射誤差、對(duì)流層折射誤差、多路徑誤差的產(chǎn)掌握電離層折射誤差、對(duì)流層折射誤差、多路徑誤差的產(chǎn) 生與消減方法。生與消減方法。 2 第五章 GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)誤差來源及影響 學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) 第5章GPS衛(wèi)星

2、定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 第一節(jié)第一節(jié) GPSGPS定位的誤差概述定位的誤差概述 第第二二節(jié)節(jié) 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 第第三三節(jié)節(jié) 衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差 第第四四節(jié)節(jié) 接收設(shè)備誤差接收設(shè)備誤差 第第五五節(jié)節(jié) 衛(wèi)星幾何圖形強(qiáng)度衛(wèi)星幾何圖形強(qiáng)度 3 第五章 GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)誤差來源及影響 學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)內(nèi)容 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 第一節(jié)第一節(jié) GPSGPS定位的誤差概述定位的誤差概述 誤差來源誤差來源誤差分類誤差分類 對(duì)距離測(cè)量對(duì)距離測(cè)量 的影響的影響 /m/m GPSGPS衛(wèi)星衛(wèi)星 衛(wèi)星星歷誤差；衛(wèi)星鐘誤差；衛(wèi)星星歷誤差

3、；衛(wèi)星鐘誤差； 相對(duì)論效應(yīng)相對(duì)論效應(yīng) 1.51.51515 信號(hào)傳播信號(hào)傳播 電離層折射誤差；對(duì)流層折射誤差；電離層折射誤差；對(duì)流層折射誤差； 多路徑效應(yīng)多路徑效應(yīng) 1.51.51515 接收設(shè)備接收設(shè)備 接收機(jī)鐘誤差；接收機(jī)位置誤差；接收機(jī)鐘誤差；接收機(jī)位置誤差； 天線相位中心變化天線相位中心變化 1.51.51515 其他影響其他影響 地球潮汐地球潮汐; ; 負(fù)荷潮負(fù)荷潮1.01.0 4 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 一、衛(wèi)星星歷誤差一、衛(wèi)星星歷誤差 二、衛(wèi)星鐘差二、衛(wèi)星鐘差 三、相對(duì)論效應(yīng)三、相對(duì)論效應(yīng) GPSGPS衛(wèi)星的發(fā)射衛(wèi)星的發(fā)射 5 第二節(jié)第二節(jié) 與衛(wèi)

4、星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 1 1星歷來源星歷來源 2 2星歷誤差對(duì)定位的影響星歷誤差對(duì)定位的影響 3 3減弱星歷誤差影響的途徑減弱星歷誤差影響的途徑 GPSGPS衛(wèi)星工作星座衛(wèi)星工作星座 6 一、衛(wèi)星星歷誤差一、衛(wèi)星星歷誤差 第二節(jié)第二節(jié) 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 1 1星歷來源星歷來源 某一瞬間的衛(wèi)星位置，是由衛(wèi)星星歷提供的，衛(wèi)星星歷某一瞬間的衛(wèi)星位置，是由衛(wèi)星星歷提供的，衛(wèi)星星歷 誤差就是衛(wèi)星位置的確定誤差。誤差就是衛(wèi)星位置的確定誤差。 其大小主要取決于衛(wèi)星跟蹤站

5、的數(shù)量及空間分布、觀測(cè)其大小主要取決于衛(wèi)星跟蹤站的數(shù)量及空間分布、觀測(cè) 值的數(shù)量及精度、軌道計(jì)算時(shí)所用的軌道模型及定軌軟件的值的數(shù)量及精度、軌道計(jì)算時(shí)所用的軌道模型及定軌軟件的 完善程度。完善程度。 第二節(jié)第二節(jié) 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) v廣播星歷廣播星歷 根據(jù)美國根據(jù)美國GPSGPS控制中心跟蹤站的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制中心跟蹤站的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行 外推，通過外推，通過GPSGPS衛(wèi)星發(fā)播的一種預(yù)報(bào)星歷。衛(wèi)星發(fā)播的一種預(yù)報(bào)星歷。 v實(shí)測(cè)星歷實(shí)測(cè)星歷 根據(jù)實(shí)測(cè)資料進(jìn)行擬合處理而直接得出的星歷。根據(jù)實(shí)測(cè)資料進(jìn)行擬合處理而直接得出的星歷。

6、（1 1）廣播星歷）廣播星歷 （2 2）實(shí)測(cè)星歷）實(shí)測(cè)星歷 7 第二節(jié)第二節(jié) 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 1 1星歷來源星歷來源 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 單點(diǎn)定位單點(diǎn)定位 星歷誤差的徑向分量作為等價(jià)測(cè)距誤差進(jìn)入星歷誤差的徑向分量作為等價(jià)測(cè)距誤差進(jìn)入 平差計(jì)算，配賦到星站坐標(biāo)和接收機(jī)鐘差改正數(shù)平差計(jì)算，配賦到星站坐標(biāo)和接收機(jī)鐘差改正數(shù) 中去，具體配賦方式則與衛(wèi)星的幾何圖形有關(guān)。中去，具體配賦方式則與衛(wèi)星的幾何圖形有關(guān)。 8 2 2星歷誤差對(duì)定位的影響星歷誤差對(duì)定位的影響 第二節(jié)第二節(jié) 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響

7、GPS測(cè)量定位技術(shù) 相對(duì)定位相對(duì)定位 利用兩站的同步觀測(cè)資料進(jìn)行相對(duì)定位時(shí)，由利用兩站的同步觀測(cè)資料進(jìn)行相對(duì)定位時(shí)，由 于星歷誤差對(duì)兩站的影響具有很強(qiáng)的相關(guān)性，所以于星歷誤差對(duì)兩站的影響具有很強(qiáng)的相關(guān)性，所以 在求坐標(biāo)差時(shí)，共同的影響可自行消去，從而獲得在求坐標(biāo)差時(shí)，共同的影響可自行消去，從而獲得 高精度的相對(duì)坐標(biāo)。高精度的相對(duì)坐標(biāo)。 2 2星歷誤差對(duì)定位的影響星歷誤差對(duì)定位的影響 第二節(jié)第二節(jié) 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) dbds b b b 基線長(zhǎng)；基線長(zhǎng)； db db 衛(wèi)星星歷誤差所引起的基線誤差；衛(wèi)星星歷誤差所引起的基線誤

8、差； p p 衛(wèi)星至測(cè)站的距離；衛(wèi)星至測(cè)站的距離； ds ds 星歷誤差；星歷誤差； 衛(wèi)星星歷的相對(duì)誤差。衛(wèi)星星歷的相對(duì)誤差。 根據(jù)一次觀測(cè)的結(jié)果，可以導(dǎo)出星根據(jù)一次觀測(cè)的結(jié)果，可以導(dǎo)出星 歷誤差對(duì)定位影響的估算式為：歷誤差對(duì)定位影響的估算式為： ds 第二節(jié)第二節(jié) 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 2 2星歷誤差對(duì)定位的影響星歷誤差對(duì)定位的影響 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) （1 1）建立自己的）建立自己的GPSGPS衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)獨(dú)立定軌衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)獨(dú)立定軌 （2 2）相對(duì)定位）相對(duì)定位 （3 3）軌道松弛法）軌道松弛法 9 3 3減弱星歷誤差影響的途徑減弱星歷誤差影

9、響的途徑 第二節(jié)第二節(jié) 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 衛(wèi)星鐘采用的是衛(wèi)星鐘采用的是GPS GPS 時(shí)，但盡管時(shí)，但盡管GPSGPS衛(wèi)星衛(wèi)星 均設(shè)有高精度的原子鐘（銣鐘和銫鐘）均設(shè)有高精度的原子鐘（銣鐘和銫鐘）, ,它們它們 與理想的與理想的GPSGPS時(shí)之間仍存在著難以避免的頻率時(shí)之間仍存在著難以避免的頻率 偏差或頻率漂移偏差或頻率漂移, ,也包含鐘的隨機(jī)誤差。這些也包含鐘的隨機(jī)誤差。這些 偏差總量在偏差總量在1ms1ms以內(nèi)，由此引起的等效距離可以內(nèi)，由此引起的等效距離可 達(dá)達(dá)300km300km。 主要誤差源 11 二、衛(wèi)星鐘的

10、鐘誤差二、衛(wèi)星鐘的鐘誤差 第二節(jié)第二節(jié) 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 2 01020 ()() s taa tta tt 衛(wèi)星鐘差的改正衛(wèi)星鐘差的改正 衛(wèi)星鐘差可通過下式得到改正：衛(wèi)星鐘差可通過下式得到改正： 11 二、衛(wèi)星鐘的鐘誤差二、衛(wèi)星鐘的鐘誤差 第二節(jié)第二節(jié) 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 經(jīng)上述鐘差改正后，各衛(wèi)星鐘之間的同經(jīng)上述鐘差改正后，各衛(wèi)星鐘之間的同 步差可保持在步差可保持在20ns20ns以內(nèi)，由此引起的等效距以內(nèi)，由此引起的等效距 離偏差不超過離偏差不超

11、過6m6m。衛(wèi)星鐘差或經(jīng)改正后的殘。衛(wèi)星鐘差或經(jīng)改正后的殘 差，在相對(duì)定位中可通過差分法在一次求差差，在相對(duì)定位中可通過差分法在一次求差 中得到消除。中得到消除。 第二節(jié)第二節(jié) 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 相對(duì)論效應(yīng)是由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所相對(duì)論效應(yīng)是由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所 處的狀態(tài)不同而引起的衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘之處的狀態(tài)不同而引起的衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘之 間產(chǎn)生相對(duì)鐘差的現(xiàn)象。間產(chǎn)生相對(duì)鐘差的現(xiàn)象。 狹義相對(duì)論觀點(diǎn)狹義相對(duì)論觀點(diǎn) 一個(gè)頻率為一個(gè)頻率為f f0 0的的 振蕩器安裝飛行速度為振蕩器安裝飛行速度為v v的載體上，由于載體的載

12、體上，由于載體 的運(yùn)動(dòng)，對(duì)地面觀測(cè)者來說將產(chǎn)生頻率變化。的運(yùn)動(dòng)，對(duì)地面觀測(cè)者來說將產(chǎn)生頻率變化。 不可忽視 12 三、相對(duì)論效應(yīng)三、相對(duì)論效應(yīng) 第二節(jié)第二節(jié) 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 廣義相對(duì)論觀點(diǎn)廣義相對(duì)論觀點(diǎn) 處于不同等位面的振處于不同等位面的振 蕩器，其頻率將由于引力位不同而發(fā)生變化。蕩器，其頻率將由于引力位不同而發(fā)生變化。 相對(duì)論效應(yīng)的影響并非常數(shù)，經(jīng)改正后仍有殘相對(duì)論效應(yīng)的影響并非常數(shù)，經(jīng)改正后仍有殘 差，它對(duì)差，它對(duì)GPSGPS時(shí)的影響最大可達(dá)時(shí)的影響最大可達(dá)70ns70ns，對(duì)精密定位仍，對(duì)精密定位仍 不可忽略。不

13、可忽略。 三、相對(duì)論效應(yīng)三、相對(duì)論效應(yīng) 不可忽視 第二節(jié)第二節(jié) 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 一、電離層折射一、電離層折射 二、對(duì)流層折射二、對(duì)流層折射 三、多路徑誤差三、多路徑誤差 13 第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 電離層電離層地球上空大氣圈的上層，地球上空大氣圈的上層， 距離地面高度在距離地面高度在501000km501000km之間的大氣層。之間的大氣層。 當(dāng)當(dāng)GPSGPS信號(hào)通過電離層時(shí)，信號(hào)的傳信號(hào)通過電離層時(shí)，信號(hào)的傳 播路徑會(huì)發(fā)生彎曲，使其傳

14、播速度發(fā)生變播路徑會(huì)發(fā)生彎曲，使其傳播速度發(fā)生變 化，由此產(chǎn)生的距離差對(duì)測(cè)量的精度影響化，由此產(chǎn)生的距離差對(duì)測(cè)量的精度影響 較大，必須采取有效措施削弱其影響。較大，必須采取有效措施削弱其影響。 15 一、電離層折射一、電離層折射 1 1電離層及其影響電離層及其影響 第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 應(yīng)該明確，電離層中的相對(duì)折射率應(yīng)該明確，電離層中的相對(duì)折射率 與群折射率是不同的。碼相位測(cè)量和載與群折射率是不同的。碼相位測(cè)量和載 波相位測(cè)量應(yīng)分別采用群折射率和相折波相位測(cè)量應(yīng)分別采用群折射率和相折 射率。所以，載波相位測(cè)量時(shí)

15、的電離層射率。所以，載波相位測(cè)量時(shí)的電離層 折射改正數(shù)和偽距測(cè)量時(shí)的改正數(shù)是不折射改正數(shù)和偽距測(cè)量時(shí)的改正數(shù)是不 同的，兩者大小相等，符號(hào)相反。同的，兩者大小相等，符號(hào)相反。 第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差 1 1電離層及其影響電離層及其影響 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差 （1 1）相對(duì)定位：利用兩臺(tái)或多臺(tái)接收機(jī)）相對(duì)定位：利用兩臺(tái)或多臺(tái)接收機(jī) 對(duì)同一組衛(wèi)星的同步觀測(cè)值求差時(shí)可以有效對(duì)同一組衛(wèi)星的同步觀測(cè)值求差時(shí)可以有效 地減弱電離層折射的影響，即使不對(duì)電離層地減弱電離層折射的影響，即使不對(duì)電離層 折射

16、進(jìn)行改正，對(duì)基線成果的影響一般也不折射進(jìn)行改正，對(duì)基線成果的影響一般也不 會(huì)超過會(huì)超過1 11010-6 -6。 。 16 2 2、減弱電離層影響的有效措施、減弱電離層影響的有效措施 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差 （2 2）雙頻接收：如分別用兩個(gè)已知頻）雙頻接收：如分別用兩個(gè)已知頻 率率f f1 1和和f f2 2發(fā)射衛(wèi)星信號(hào)，則兩個(gè)不同頻率發(fā)射衛(wèi)星信號(hào)，則兩個(gè)不同頻率 的信號(hào)就會(huì)沿同一路徑到達(dá)接收機(jī)。公式的信號(hào)就會(huì)沿同一路徑到達(dá)接收機(jī)。公式 中積分值雖然無法計(jì)算，但對(duì)兩個(gè)頻率的中積分值雖然無法計(jì)算，但對(duì)兩個(gè)頻率的 信

17、號(hào)卻是相同的。信號(hào)卻是相同的。 2 2、減弱電離層影響的有效措施、減弱電離層影響的有效措施 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) v1 1、對(duì)流層及其影響、對(duì)流層及其影響 v2 2、減弱對(duì)流層影響的措施、減弱對(duì)流層影響的措施 v3 3、用霍普非爾德公式進(jìn)行對(duì)流層折射改正、用霍普非爾德公式進(jìn)行對(duì)流層折射改正 17 第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差 二、對(duì)流層折射二、對(duì)流層折射 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差 對(duì)流層是高度為對(duì)流層是高度為50km50km以下的大氣層，由于離地面更以下的大氣層

18、，由于離地面更 近，其大氣密度比電離層更大，大氣狀態(tài)變化更復(fù)雜。近，其大氣密度比電離層更大，大氣狀態(tài)變化更復(fù)雜。 對(duì)流層與地面接觸并從地面得到輻射熱能，其溫度隨高對(duì)流層與地面接觸并從地面得到輻射熱能，其溫度隨高 度的上升而降低。對(duì)流層中雖有少量帶電離子，但對(duì)電度的上升而降低。對(duì)流層中雖有少量帶電離子，但對(duì)電 磁波傳播影響不大。磁波傳播影響不大。 18 1 1、對(duì)流層及其影響、對(duì)流層及其影響 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 用改正模型進(jìn)行對(duì)流層改正用改正模型進(jìn)行對(duì)流層改正 利用同步觀測(cè)值求差利用同步觀測(cè)值求差 2 2、減弱對(duì)流層影響的措施、減弱對(duì)流層影響的措施 20 第

19、三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差 該方法設(shè)備簡(jiǎn)單，方法易行，但由于水該方法設(shè)備簡(jiǎn)單，方法易行，但由于水 氣在空間的分布不均勻，不同時(shí)間、不同地氣在空間的分布不均勻，不同時(shí)間、不同地 點(diǎn)水氣含量相差甚遠(yuǎn)，用通一模型很難準(zhǔn)確點(diǎn)水氣含量相差甚遠(yuǎn)，用通一模型很難準(zhǔn)確 描述，所以，對(duì)流層改正的濕氣部分精度較描述，所以，對(duì)流層改正的濕氣部分精度較 低，只能將濕分量消去低，只能將濕分量消去80%90%80%90%。 21 用改正模型進(jìn)行對(duì)流層改正用改正模型進(jìn)行對(duì)流層改正 2 2、減弱對(duì)流層影

20、響的措施、減弱對(duì)流層影響的措施 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差 與電離層的影響類型相似，當(dāng)兩觀測(cè)站相距與電離層的影響類型相似，當(dāng)兩觀測(cè)站相距 不太遠(yuǎn)時(shí)（例如不太遠(yuǎn)時(shí)（例如20km50100km50100km時(shí)，對(duì)流時(shí)，對(duì)流 層折射的影響就成為制約層折射的影響就成為制約GPSGPS定位精度提高的重要定位精度提高的重要 因素。因素。 2 2、減弱對(duì)流層影響的措施、減弱對(duì)流層影響的措施 利用同步觀測(cè)值求差利用同步觀測(cè)值求差 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差

21、 多路徑是指衛(wèi)星信號(hào)通過多個(gè)不同路徑傳到接收多路徑是指衛(wèi)星信號(hào)通過多個(gè)不同路徑傳到接收 到衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，還可能收到經(jīng)天線周圍地物反射到衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，還可能收到經(jīng)天線周圍地物反射 的衛(wèi)星信號(hào)，多種信號(hào)疊加就會(huì)引起測(cè)量參考點(diǎn)（相的衛(wèi)星信號(hào)，多種信號(hào)疊加就會(huì)引起測(cè)量參考點(diǎn)（相 對(duì)中心）的位置變化，這種由于多路徑的信號(hào)傳播所對(duì)中心）的位置變化，這種由于多路徑的信號(hào)傳播所 引起的干涉時(shí)延效應(yīng)稱為多路徑效應(yīng)。引起的干涉時(shí)延效應(yīng)稱為多路徑效應(yīng)。 直接信號(hào)直接信號(hào) 多路徑信號(hào)多路徑信號(hào) 反射物反射物 23 三、多路徑誤差三、多路徑誤差 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 第三節(jié)第三節(jié)

22、 衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差 多路徑誤差不僅與反射系數(shù)有關(guān)，也和反多路徑誤差不僅與反射系數(shù)有關(guān)，也和反 射物離測(cè)站的距離及衛(wèi)星信號(hào)方向有關(guān)，無法射物離測(cè)站的距離及衛(wèi)星信號(hào)方向有關(guān)，無法 建立準(zhǔn)確的誤差改正模型，只能恰當(dāng)?shù)剡x擇站建立準(zhǔn)確的誤差改正模型，只能恰當(dāng)?shù)剡x擇站 址，避開信號(hào)反射物。址，避開信號(hào)反射物。 24 三、多路徑誤差三、多路徑誤差 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差 例如：例如： 選設(shè)點(diǎn)位時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離大面積平靜的水面，較好的站選設(shè)點(diǎn)位時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離大面積平靜的水面，較好的站 址可選在地面有草叢、農(nóng)作物等植被能較好吸收

23、微波信址可選在地面有草叢、農(nóng)作物等植被能較好吸收微波信 號(hào)的能量的地方；號(hào)的能量的地方； 測(cè)站附近不應(yīng)有高層建筑物，觀測(cè)時(shí)測(cè)站附近也測(cè)站附近不應(yīng)有高層建筑物，觀測(cè)時(shí)測(cè)站附近也 不要停放汽車；不要停放汽車； 測(cè)站不宜選在山坡、山谷和盆地中。測(cè)站不宜選在山坡、山谷和盆地中。 三、多路徑誤差三、多路徑誤差 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 第四節(jié)：第四節(jié)： 接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度 q 一、接收機(jī)鐘誤差接收機(jī)鐘誤差 q 二、天線相位中心位置誤差二、天線相位中心位置誤差 q 三、等效距離誤差三、等效距離誤差 q 四、幾何圖形強(qiáng)度四、幾何圖形強(qiáng)度 25 第5章

24、GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 在在GPSGPS測(cè)量時(shí)，為了保證隨時(shí)導(dǎo)航定位的需要，衛(wèi)星測(cè)量時(shí)，為了保證隨時(shí)導(dǎo)航定位的需要，衛(wèi)星 鐘必須具有極好的長(zhǎng)期穩(wěn)定度。而接收機(jī)鐘則只需要在鐘必須具有極好的長(zhǎng)期穩(wěn)定度。而接收機(jī)鐘則只需要在 一次定位的期間內(nèi)保持穩(wěn)定，所以，一般使用短期穩(wěn)定一次定位的期間內(nèi)保持穩(wěn)定，所以，一般使用短期穩(wěn)定 交好、便宜輕便的石英鐘，其穩(wěn)定度約為交好、便宜輕便的石英鐘，其穩(wěn)定度約為1010-10 -10。如果接 如果接 收機(jī)鐘與衛(wèi)星鐘間的同步差為收機(jī)鐘與衛(wèi)星鐘間的同步差為1s1s，則由此引起的等效，則由此引起的等效 距離差約為距離差約為300m300m。 26

25、 第四節(jié)：第四節(jié)： 接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度 一、接收機(jī)鐘誤差一、接收機(jī)鐘誤差 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 第四節(jié)：第四節(jié)： 接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度 減弱接收機(jī)鐘差比較有效的方法是：把每個(gè)觀減弱接收機(jī)鐘差比較有效的方法是：把每個(gè)觀 測(cè)時(shí)刻的接收機(jī)鐘差當(dāng)作一個(gè)獨(dú)立的未知數(shù)，在數(shù)測(cè)時(shí)刻的接收機(jī)鐘差當(dāng)作一個(gè)獨(dú)立的未知數(shù)，在數(shù) 據(jù)處理中與觀測(cè)站的位置參數(shù)一并求解。偽距測(cè)量據(jù)處理中與觀測(cè)站的位置參數(shù)一并求解。偽距測(cè)量 的數(shù)據(jù)處理就是根據(jù)這一原理進(jìn)行的。的數(shù)據(jù)處理就是根據(jù)這一原理進(jìn)行的。 一、接收機(jī)鐘誤差一、接收機(jī)鐘誤差 第5章GPS

26、衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 在靜態(tài)絕對(duì)定位中，可以認(rèn)為各觀測(cè)時(shí)刻的接收在靜態(tài)絕對(duì)定位中，可以認(rèn)為各觀測(cè)時(shí)刻的接收 機(jī)鐘差是相關(guān)的，設(shè)法建立一個(gè)鐘誤差模型，在平差機(jī)鐘差是相關(guān)的，設(shè)法建立一個(gè)鐘誤差模型，在平差 計(jì)算中求解多項(xiàng)式系數(shù)。不過接收機(jī)鐘的穩(wěn)定性較差，計(jì)算中求解多項(xiàng)式系數(shù)。不過接收機(jī)鐘的穩(wěn)定性較差， 鐘差模型不易反映真實(shí)情況，難以充分消除其誤差影鐘差模型不易反映真實(shí)情況，難以充分消除其誤差影 響。響。 此外，還可以通過在衛(wèi)星間求一次差來削弱接收此外，還可以通過在衛(wèi)星間求一次差來削弱接收 機(jī)鐘差的影響。機(jī)鐘差的影響。 27 第四節(jié)：第四節(jié)： 接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度接收設(shè)備誤

27、差與圖形強(qiáng)度 一、接收機(jī)鐘誤差一、接收機(jī)鐘誤差 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 第四節(jié)：第四節(jié)： 接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度 在在GPSGPS測(cè)量中，觀測(cè)值都是以接收測(cè)量中，觀測(cè)值都是以接收 機(jī)天線的相位中心位置為準(zhǔn)的，所以天機(jī)天線的相位中心位置為準(zhǔn)的，所以天 線的相位中心該與其幾何中心保持一致。線的相位中心該與其幾何中心保持一致。 但實(shí)際天線的相位中心位置隨信號(hào)輸入但實(shí)際天線的相位中心位置隨信號(hào)輸入 的強(qiáng)度和方向不同會(huì)發(fā)生變化，使其偏的強(qiáng)度和方向不同會(huì)發(fā)生變化，使其偏 離幾何中心。這種偏差視天線性能的好離幾何中心。這種偏差視天線性能的好 壞可達(dá)數(shù)毫

28、米至數(shù)厘米，對(duì)精密相對(duì)定壞可達(dá)數(shù)毫米至數(shù)厘米，對(duì)精密相對(duì)定 位也是不容忽視的。位也是不容忽視的。 天寶天寶4800GPS結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖 28 二、天線相位中心位置誤差二、天線相位中心位置誤差 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 第四節(jié)：第四節(jié)： 接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度 29 實(shí)際工作中如果使用同一類型天線，實(shí)際工作中如果使用同一類型天線， 在相距不遠(yuǎn)的兩個(gè)或多個(gè)測(cè)站同步觀測(cè)同在相距不遠(yuǎn)的兩個(gè)或多個(gè)測(cè)站同步觀測(cè)同 一組衛(wèi)星，可以通過觀測(cè)值求差來減弱相一組衛(wèi)星，可以通過觀測(cè)值求差來減弱相 位中心偏移的影響。不過這時(shí)各測(cè)站的天位中心偏移的影響。不過這時(shí)各測(cè)站

29、的天 線均應(yīng)按天線附有的方位標(biāo)志進(jìn)行定向，線均應(yīng)按天線附有的方位標(biāo)志進(jìn)行定向， 根據(jù)儀器說明書的要求，羅盤指向磁北極，根據(jù)儀器說明書的要求，羅盤指向磁北極， 其定向偏差應(yīng)在其定向偏差應(yīng)在3 3o o以內(nèi)。以內(nèi)。 二、天線相位中心位置誤差二、天線相位中心位置誤差 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 第四節(jié)：第四節(jié)： 接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度 等效距離誤差等效距離誤差各項(xiàng)誤差投影到測(cè)站至各項(xiàng)誤差投影到測(cè)站至 衛(wèi)星方向的具體數(shù)值。如果認(rèn)為各項(xiàng)誤差之間衛(wèi)星方向的具體數(shù)值。如果認(rèn)為各項(xiàng)誤差之間 相互獨(dú)立，就可以求出總的等效距離誤差，并相互獨(dú)立，就可以求出總的等效

30、距離誤差，并 用用0 0表示。從而表示。從而0 0就可以作就可以作GPSGPS定位時(shí)衡量觀定位時(shí)衡量觀 測(cè)精度的客觀標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)精度的客觀標(biāo)準(zhǔn)。 30 三、等效距離誤差三、等效距離誤差 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 第四節(jié)：第四節(jié)： 接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度 GPSGPS定位的精度除了取決于等效距離誤定位的精度除了取決于等效距離誤 差差0 0以外，還取決于空間后方交會(huì)的幾何以外，還取決于空間后方交會(huì)的幾何 圖形強(qiáng)度。圖形強(qiáng)度。 31 四、幾何圖形強(qiáng)度四、幾何圖形強(qiáng)度 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 第四節(jié)：第四節(jié)： 接收設(shè)備

31、誤差與圖形強(qiáng)度接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度 GPS GPS星座與測(cè)站所構(gòu)成的幾何圖形不同，星座與測(cè)站所構(gòu)成的幾何圖形不同， 權(quán)系數(shù)的數(shù)值亦不同，此時(shí)，即使相同精度權(quán)系數(shù)的數(shù)值亦不同，此時(shí)，即使相同精度 的觀測(cè)值所求得的電位精度也會(huì)相同。為此的觀測(cè)值所求得的電位精度也會(huì)相同。為此 需要研究衛(wèi)星星座幾何圖形與定位精度的關(guān)需要研究衛(wèi)星星座幾何圖形與定位精度的關(guān) 系。通常用圖形強(qiáng)度因子系。通常用圖形強(qiáng)度因子DOPDOP來表示幾何圖來表示幾何圖 形強(qiáng)度，其定義是形強(qiáng)度，其定義是 四、幾何圖形強(qiáng)度四、幾何圖形強(qiáng)度 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 式中式中 0 0 等效距離的標(biāo)準(zhǔn)差 等效

32、距離的標(biāo)準(zhǔn)差 m mx x 某定位元素的標(biāo)準(zhǔn)差 某定位元素的標(biāo)準(zhǔn)差 DOPDOP實(shí)際是權(quán)系數(shù)陣中主對(duì)角實(shí)際是權(quán)系數(shù)陣中主對(duì)角 線元素的函數(shù)線元素的函數(shù) 0 x mDOP 32 第四節(jié)：第四節(jié)： 接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度 四、幾何圖形強(qiáng)度四、幾何圖形強(qiáng)度 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 第四節(jié)：第四節(jié)： 接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度 圖形強(qiáng)度因子是一個(gè)直接影響定位精度、圖形強(qiáng)度因子是一個(gè)直接影響定位精度、 但又獨(dú)立于觀測(cè)值和其他誤差之外的一個(gè)量。但又獨(dú)立于觀測(cè)值和其他誤差之外的一個(gè)量。 其值恒大于其值恒大于1 1，最大值，最大值1 1

33、，其大小隨時(shí)間和測(cè)，其大小隨時(shí)間和測(cè) 站位置而變化。在站位置而變化。在GPSGPS測(cè)量中，希望測(cè)量中，希望DOPDOP值越值越 小越好。小越好。 四、幾何圖形強(qiáng)度四、幾何圖形強(qiáng)度 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 在實(shí)際工作中，常根據(jù)不同的要求采用不同的在實(shí)際工作中，常根據(jù)不同的要求采用不同的 評(píng)價(jià)模型和相應(yīng)的圖形強(qiáng)度因子。評(píng)價(jià)模型和相應(yīng)的圖形強(qiáng)度因子。 平面位置圖形強(qiáng)度因子平面位置圖形強(qiáng)度因子HDOPHDOP及其相應(yīng)的平面及其相應(yīng)的平面 位置精度位置精度 1122 HDOPqq 33 第四節(jié)：第四節(jié)： 接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度 四、幾何圖形強(qiáng)度四、

34、幾何圖形強(qiáng)度 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 高程圖形強(qiáng)度因子高程圖形強(qiáng)度因子VDOPVDOP及相應(yīng)的高程精度及相應(yīng)的高程精度 33 VDOPq 0V mVDOP 34 第四節(jié)：第四節(jié)： 接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度 四、幾何圖形強(qiáng)度四、幾何圖形強(qiáng)度 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 空間位置的圖形強(qiáng)度因子空間位置的圖形強(qiáng)度因子PDOPPDOP及其相應(yīng)的三維及其相應(yīng)的三維 定位精度定位精度 112233 PDOPqqq 0P mPDOP 35 第四節(jié)：第四節(jié)： 接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度 四、幾何圖形強(qiáng)度四、幾

35、何圖形強(qiáng)度 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 接收機(jī)鐘差圖形強(qiáng)度因子接收機(jī)鐘差圖形強(qiáng)度因子TDOPTDOP及其鐘差精度及其鐘差精度 44 TDOPq 0T mTDOP 36 第四節(jié)：第四節(jié)： 接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度 四、幾何圖形強(qiáng)度四、幾何圖形強(qiáng)度 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 第四節(jié)：第四節(jié)： 接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度 幾何圖形強(qiáng)度因子幾何圖形強(qiáng)度因子GDOPGDOP及其三維坐標(biāo)和時(shí)間及其三維坐標(biāo)和時(shí)間 誤差的綜合影響誤差的綜合影響 11223344 GDOPqqqq 0G mGDOP 四、幾何圖形強(qiáng)度四、幾何圖形強(qiáng)度 第5章GPS衛(wèi)星定位誤差來源及其 影響GPS測(cè)量定位技術(shù) 第四節(jié)：第四節(jié)： 接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度接收設(shè)備誤差與圖形強(qiáng)度 如果測(cè)站與如果測(cè)站與4 4顆衛(wèi)星構(gòu)成一個(gè)六面體時(shí)，顆衛(wèi)星構(gòu)成一個(gè)六面體時(shí)， 圖形強(qiáng)度因子圖形強(qiáng)度因子GDOPGDOP與該六面體體積成反比。與該六面體體積成反比。 意味著所測(cè)衛(wèi)星在空間分布越大，六面體的意味著所測(cè)衛(wèi)星在空間分布越大，六面體的 體積越大，體積越大，GDOPGDOP值越小，圖形越堅(jiān)強(qiáng)，定位值越小，圖形越堅(jiān)強(qiáng)，定位 精度越高。精度越高。 四、幾何圖形強(qiáng)度四、幾何圖形強(qiáng)度 第5章GPS衛(wèi)星定位