第四章GPS定位中的誤差源

1、第四章第四章 GPS定位中的誤差源定位中的誤差源4.1 概述概述4.2 鐘誤差鐘誤差4.3 相對(duì)論效應(yīng)相對(duì)論效應(yīng)4.1概述概述GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 概述概述 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 衛(wèi)星軌道誤差衛(wèi)星軌道誤差 衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差 相對(duì)論效應(yīng)相對(duì)論效應(yīng) 與傳播途徑有關(guān)的誤差與傳播途徑有關(guān)的誤差 電離層延遲電離層延遲 對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲 多路徑效應(yīng)多路徑效應(yīng) 與接收設(shè)備有關(guān)的誤差與接收設(shè)備有關(guān)的誤差 接收機(jī)天線(xiàn)相位中心的偏移和變化接收機(jī)天線(xiàn)相位中心的偏移和變化 接收機(jī)鐘差接收機(jī)鐘差 接收機(jī)內(nèi)部噪聲接收機(jī)內(nèi)部噪聲GPS測(cè)量誤差的來(lái)源測(cè)量誤差的來(lái)源GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定

2、位的誤差源 概述概述 GPS測(cè)量誤差的來(lái)源測(cè)量誤差的來(lái)源GPS測(cè)量誤差的性質(zhì)測(cè)量誤差的性質(zhì) 偶然誤差偶然誤差 內(nèi)容內(nèi)容 衛(wèi)星信號(hào)發(fā)生部分的隨機(jī)噪聲衛(wèi)星信號(hào)發(fā)生部分的隨機(jī)噪聲 接收機(jī)信號(hào)接收處理部分的隨機(jī)噪聲接收機(jī)信號(hào)接收處理部分的隨機(jī)噪聲 其它外部某些具有隨機(jī)特征的影響其它外部某些具有隨機(jī)特征的影響 特點(diǎn)特點(diǎn) 隨機(jī)隨機(jī) 量級(jí)小量級(jí)小 毫米級(jí)毫米級(jí)GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 概述概述 GPS測(cè)量誤差的性質(zhì)測(cè)量誤差的性質(zhì)GPS測(cè)量誤差的性質(zhì)測(cè)量誤差的性質(zhì) 系統(tǒng)誤差（偏差系統(tǒng)誤差（偏差 - Bias） 內(nèi)容內(nèi)容 其它具有某種系統(tǒng)性特征的誤差其它具有某種系統(tǒng)性特征的誤差 特點(diǎn)特點(diǎn) 具有某種

3、系統(tǒng)性特征具有某種系統(tǒng)性特征 量級(jí)大量級(jí)大 最大可達(dá)數(shù)百米最大可達(dá)數(shù)百米GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 概述概述 GPS測(cè)量誤差的性質(zhì)測(cè)量誤差的性質(zhì)GPS測(cè)量誤差的大小測(cè)量誤差的大小 SPS（無(wú)（無(wú)SA）GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 概述概述 GPS測(cè)量誤差的大小測(cè)量誤差的大小1-sigma 誤差，單位 m 誤差來(lái)源 偏差 隨機(jī)誤差 總誤差 星歷數(shù)據(jù) 2 .1 0.0 2.1 衛(wèi)星鐘 2.0 0.7 2.1 電離層 4.0 0.5 4.0 對(duì)流層 0.5 0.5 0.7 多路徑 1.0 1.0 1.4 接收機(jī)觀測(cè) 0.5 0.2 0.5 用戶(hù)等效距離誤差(UERE), rms

4、 5.1 1.4 5.3 濾波后的 UERE，rms 5.1 0.4 5.1 1-sigma 垂直誤差VDOP = 2.5 12.8 1-sigma 水平誤差HDOP = 2.0 10.2 GPS測(cè)量誤差的大小測(cè)量誤差的大小 SPS（有（有SA）GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 概述概述 GPS測(cè)量誤差的大小測(cè)量誤差的大小1-sigma 誤差，單位 m 誤差來(lái)源 偏差 隨機(jī)誤差 總誤差 星歷數(shù)據(jù) 2 .1 0.0 2.1 衛(wèi)星鐘 20.0 0.7 20.0 電離層 4.0 0.5 4.0 對(duì)流層 0.5 0.5 0.7 多路徑 1.0 1.0 1.4 接收機(jī)觀測(cè) 0.5 0.2 0.5

5、用戶(hù)等效距離誤差(UERE), rms 20.5 1.4 20.6 濾波后的 UERE，rms 20.5 0.4 20.5 1-sigma 垂直誤差VDOP = 2.5 51.4 1-sigma 水平誤差HDOP = 2.0 41.1 GPS測(cè)量誤差的大小測(cè)量誤差的大小 PPS，雙頻，雙頻，P/Y-碼碼GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 概述概述 GPS測(cè)量誤差的大小測(cè)量誤差的大小1-sigma 誤差，單位 m 誤差來(lái)源 偏差 隨機(jī)誤差 總誤差 星歷數(shù)據(jù) 2 .1 0.0 2.1 衛(wèi)星鐘 2.0 0.7 2.1 電離層 1.0 0.7 1.2 對(duì)流層 0.5 0.5 0.7 多路徑 1.0

6、 1.0 1.4 接收機(jī)觀測(cè) 0.5 0.2 0.5 用戶(hù)等效距離誤差(UERE), rms 3.3 1.5 3.6 濾波后的 UERE，rms 3.3 0.4 3.3 1-sigma 垂直誤差VDOP = 2.5 8.3 1-sigma 水平誤差HDOP = 2.0 6.6 消除或消弱各種誤差影響的方法消除或消弱各種誤差影響的方法 模型改正法模型改正法 原理：利用模型計(jì)算出誤差影響的大小，直接對(duì)觀測(cè)值原理：利用模型計(jì)算出誤差影響的大小，直接對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行修正進(jìn)行修正 適用情況：對(duì)誤差的特性、機(jī)制及產(chǎn)生原因有較深刻了適用情況：對(duì)誤差的特性、機(jī)制及產(chǎn)生原因有較深刻了解，能建立理論或經(jīng)驗(yàn)公式解，能建

7、立理論或經(jīng)驗(yàn)公式 所針對(duì)的誤差源所針對(duì)的誤差源 相對(duì)論效應(yīng)相對(duì)論效應(yīng) 電離層延遲電離層延遲 對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲 衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差 限制：有些誤差難以模型化限制：有些誤差難以模型化GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 概述概述 消除或消弱各種誤差影響的方法消除或消弱各種誤差影響的方法 改正后的觀測(cè)值=原始觀測(cè)值+模型改正消除或消弱各種誤差影響的方法消除或消弱各種誤差影響的方法 求差法求差法 原理：通過(guò)觀測(cè)值間一定方式的相互求差，消去或消弱原理：通過(guò)觀測(cè)值間一定方式的相互求差，消去或消弱求差觀測(cè)值中所包含的相同或相似的誤差影響求差觀測(cè)值中所包含的相同或相似的誤差影響 適用情況：誤差具有較強(qiáng)的空

8、間、時(shí)間或其它類(lèi)型的相適用情況：誤差具有較強(qiáng)的空間、時(shí)間或其它類(lèi)型的相關(guān)性。關(guān)性。 所針對(duì)的誤差源所針對(duì)的誤差源 電離層延遲電離層延遲 對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲 衛(wèi)星軌道誤差衛(wèi)星軌道誤差 限制：空間相關(guān)性將隨著測(cè)站間距離的增加而減弱限制：空間相關(guān)性將隨著測(cè)站間距離的增加而減弱GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 概述概述 消除或消弱各種誤差影響的方法消除或消弱各種誤差影響的方法 消除或消弱各種誤差影響的方法消除或消弱各種誤差影響的方法 參數(shù)法參數(shù)法 原理：采用參數(shù)估計(jì)的方法，將系統(tǒng)性偏差求原理：采用參數(shù)估計(jì)的方法，將系統(tǒng)性偏差求定出來(lái)定出來(lái) 適用情況：幾乎適用于任何的情況適用情況：幾乎適用于任何

9、的情況 限制：不能同時(shí)將所有影響均作為參數(shù)來(lái)估計(jì)限制：不能同時(shí)將所有影響均作為參數(shù)來(lái)估計(jì)GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 概述概述 消除或消弱各種誤差影響的方法消除或消弱各種誤差影響的方法 消除或消弱各種誤差影響的方法消除或消弱各種誤差影響的方法 回避法回避法 原理：選擇合適的觀測(cè)地點(diǎn)，避開(kāi)易產(chǎn)生誤差的環(huán)境；原理：選擇合適的觀測(cè)地點(diǎn)，避開(kāi)易產(chǎn)生誤差的環(huán)境；采用特殊的觀測(cè)方法；采用特殊的硬件設(shè)備，消除或減采用特殊的觀測(cè)方法；采用特殊的硬件設(shè)備，消除或減弱誤差的影響弱誤差的影響 適用情況：對(duì)誤差產(chǎn)生的條件及原因有所了解；具有特適用情況：對(duì)誤差產(chǎn)生的條件及原因有所了解；具有特殊的設(shè)備。殊的設(shè)備

10、。 所針對(duì)的誤差源所針對(duì)的誤差源 電磁波干擾電磁波干擾 多路徑效應(yīng)多路徑效應(yīng) 限制：無(wú)法完全避免誤差的影響，具有一定的盲目性限制：無(wú)法完全避免誤差的影響，具有一定的盲目性GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 概述概述 消除或消弱各種誤差影響的方法消除或消弱各種誤差影響的方法 4.2 鐘誤差鐘誤差衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差 定義定義應(yīng)對(duì)方法應(yīng)對(duì)方法 模型改正模型改正鐘差改正多項(xiàng)式鐘差改正多項(xiàng)式其中其中a0為為ts時(shí)刻的時(shí)鐘偏差，時(shí)刻的時(shí)鐘偏差，a1為鐘的漂移，為鐘的漂移，a2為老化率。為老化率。 相對(duì)定位或差分定位相對(duì)定位或差分定位2210ocsocstttattaasGPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤

11、差源 概述概述 衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差接收機(jī)鐘差接收機(jī)鐘差 定義定義GPS接收機(jī)一般采用石英鐘，接收機(jī)鐘與理接收機(jī)一般采用石英鐘，接收機(jī)鐘與理想的想的GPS時(shí)之間存在的偏差和漂移。時(shí)之間存在的偏差和漂移。 應(yīng)對(duì)方法應(yīng)對(duì)方法 作為未知數(shù)處理作為未知數(shù)處理 相對(duì)定位或差分定位相對(duì)定位或差分定位GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 概述概述 接收機(jī)鐘差接收機(jī)鐘差4.3 相對(duì)論效應(yīng)相對(duì)論效應(yīng) 狹義相對(duì)論效應(yīng)狹義相對(duì)論效應(yīng) 廣義相對(duì)論效應(yīng)廣義相對(duì)論效應(yīng)3. 3相對(duì)論效應(yīng)相對(duì)論效應(yīng)GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 相對(duì)論效應(yīng)相對(duì)論效應(yīng)狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論 狹義相對(duì)論狹義相對(duì)論 1

12、905 運(yùn)動(dòng)將使時(shí)間、空間和物質(zhì)的質(zhì)量發(fā)生變化運(yùn)動(dòng)將使時(shí)間、空間和物質(zhì)的質(zhì)量發(fā)生變化 廣義相對(duì)論廣義相對(duì)論 1915 將相對(duì)論與引力論進(jìn)行了統(tǒng)一將相對(duì)論與引力論進(jìn)行了統(tǒng)一GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 相對(duì)論效應(yīng)相對(duì)論效應(yīng) 狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響 狹義相對(duì)論狹義相對(duì)論 原理：時(shí)間膨脹。鐘的頻率與其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。原理：時(shí)間膨脹。鐘的頻率與其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。 對(duì)對(duì)GPS衛(wèi)星鐘的影響：衛(wèi)星鐘的影響： 結(jié)論：在狹義相對(duì)論效應(yīng)作用下，衛(wèi)星上鐘的頻率將變結(jié)論：在狹義相對(duì)論效應(yīng)作用下，衛(wèi)星上鐘的頻率將變慢慢22 1 2222101

13、() (1)2238742997924580.835 10sssssssssssVffVVfffccfVffffcGPSVm scm sff 若衛(wèi)星在地心慣性坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)速度為 ，則在地面頻率為 的鐘若安置到衛(wèi)星上，其頻率 將變?yōu)椋杭磧烧叩念l率差為考慮到衛(wèi)星的平均運(yùn)動(dòng)速度和真空中的光速，則GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 相對(duì)論效應(yīng)相對(duì)論效應(yīng) 相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響 廣義相對(duì)論廣義相對(duì)論 原理：鐘的頻率與其所處的重力位有關(guān)原理：鐘的頻率與其所處的重力位有關(guān) 對(duì)對(duì)GPS衛(wèi)星鐘的影響：衛(wèi)星鐘的影響： 結(jié)論：在廣義相對(duì)

14、論效應(yīng)作用下，衛(wèi)星上鐘的頻率將變結(jié)論：在廣義相對(duì)論效應(yīng)作用下，衛(wèi)星上鐘的頻率將變快快ffkmkmRsmrRfcfcWWffWWTsTs1022314222210284. 526560637810986005. 3)11(，則衛(wèi)星的地心距近似取，近似取，若地面處的地心距其中為：將的差異與放在地面上時(shí)鐘頻率則同一臺(tái)鐘放在衛(wèi)星上，為，地面測(cè)站處的重力位為若衛(wèi)星所在處的重力位GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 相對(duì)論效應(yīng)相對(duì)論效應(yīng) 相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響 相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響 狹義相對(duì)論廣義相對(duì)論

15、狹義相對(duì)論廣義相對(duì)論fffff102110449. 4:為上時(shí)總的變化量鐘頻率相對(duì)于其在地面用下，衛(wèi)星上義相對(duì)論效應(yīng)的共同作在狹義相對(duì)論效應(yīng)和廣sff1令：令：GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 相對(duì)論效應(yīng)相對(duì)論效應(yīng) 相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響解決相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘影響的方法解決相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘影響的方法 方法（分兩步）：首先考慮假定衛(wèi)星軌道為方法（分兩步）：首先考慮假定衛(wèi)星軌道為圓軌道的情況；然后考慮衛(wèi)星軌道為橢圓軌圓軌道的情況；然后考慮衛(wèi)星軌道為橢圓軌道的情況。道的情況。 第一步：第一步： 第二步：第二步：MHzMHz52299999954.10)10449.

16、41 (23.1010，調(diào)低后的頻率為到衛(wèi)星上去的鐘的頻率在地面上調(diào)低將要搭載GDrococLrrTtttattaattttmscFtEAeFtttt221012110221)()()()(10442807633. 42)(sin)(,應(yīng)為正因而，實(shí)際衛(wèi)星鐘的改上改正數(shù)時(shí)，在衛(wèi)星鐘讀數(shù)上加在時(shí)刻)(sin2290)(tEettr課本上為：課本上為：因?yàn)椋阂驗(yàn)椋簁m265602290AAFGPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 相對(duì)論效應(yīng)相對(duì)論效應(yīng) 解決方法解決方法4.4 衛(wèi)星星歷誤差衛(wèi)星星歷誤差4. 4衛(wèi)星星歷（軌道）誤差衛(wèi)星星歷（軌道）誤差 定義定義由衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星在空間的位置由衛(wèi)星星歷

17、給出的衛(wèi)星在空間的位置(速度速度)與衛(wèi)星的實(shí)際位置與衛(wèi)星的實(shí)際位置(速度速度)之差稱(chēng)為衛(wèi)星星歷之差稱(chēng)為衛(wèi)星星歷誤差。誤差。廣播星歷（預(yù)報(bào)星歷）的精度廣播星歷（預(yù)報(bào)星歷）的精度(無(wú)無(wú)SA) 2030米米(有有SA) 100米米精密星歷（后處理星歷）的精度精密星歷（后處理星歷）的精度可達(dá)可達(dá)1厘米厘米應(yīng)對(duì)方法應(yīng)對(duì)方法精密定軌精密定軌(后處理后處理)相對(duì)定位或差分定位相對(duì)定位或差分定位GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 衛(wèi)星星歷（軌道）誤差衛(wèi)星星歷（軌道）誤差dbdsb 星歷誤差對(duì)單點(diǎn)定位的影響星歷誤差對(duì)單點(diǎn)定位的影響 星歷誤差對(duì)單點(diǎn)定位的影響主要取決于衛(wèi)星到星歷誤差對(duì)單點(diǎn)定位的影響主要取決于衛(wèi)

18、星到接收機(jī)的距離以及用于定位或?qū)Ш降慕邮諜C(jī)的距離以及用于定位或?qū)Ш降腉PS衛(wèi)星衛(wèi)星與接收機(jī)構(gòu)成的幾何圖形與接收機(jī)構(gòu)成的幾何圖形 星歷誤差對(duì)相對(duì)定位的影響星歷誤差對(duì)相對(duì)定位的影響GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 衛(wèi)星星歷（軌道）誤差衛(wèi)星星歷（軌道）誤差4.5 電離層延遲電離層延遲4.5 電離層延遲電離層延遲GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 電離層延遲電離層延遲電離層地球TEC柱體底面積為1m2地球大氣結(jié)構(gòu)地球大氣結(jié)構(gòu)地球大氣層的結(jié)構(gòu)地球大氣層的結(jié)構(gòu)GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 電離層延遲電離層延遲 地球大氣結(jié)構(gòu)地球大氣結(jié)構(gòu)大氣折射效應(yīng)大氣折射效應(yīng) 大氣折射大氣折射 信號(hào)在穿

19、過(guò)大氣時(shí)，速度將發(fā)生變化，傳播路徑也將發(fā)信號(hào)在穿過(guò)大氣時(shí)，速度將發(fā)生變化，傳播路徑也將發(fā)生彎曲。也稱(chēng)生彎曲。也稱(chēng)大氣延遲大氣延遲。在。在GPS測(cè)量定位中，通常僅考測(cè)量定位中，通常僅考慮信號(hào)傳播速度的變化。慮信號(hào)傳播速度的變化。 色散介質(zhì)與非色散介質(zhì)色散介質(zhì)與非色散介質(zhì) 色散介質(zhì)：對(duì)不同頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)也不色散介質(zhì)：對(duì)不同頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)也不同同 非色散介質(zhì)：對(duì)不同頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)相非色散介質(zhì)：對(duì)不同頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)相同同 對(duì)對(duì)GPS信號(hào)來(lái)說(shuō)，電離層是色散介質(zhì)，對(duì)流層是非色散信號(hào)來(lái)說(shuō)，電離層是色散介質(zhì)，對(duì)流層是非色散介質(zhì)介質(zhì)GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)

20、量定位的誤差源 電離層延遲電離層延遲 大氣折射效應(yīng)大氣折射效應(yīng)電離層折射電離層折射200222200222240.3(1)40.3(1)40.3ionophionophpheionogrionogrgreeiphionophphccn dsdsdsdsdsN dsfffccn dsdsdsdsdsN dsfffTECN dsTECTf 電離層折射對(duì)相位所造成的距離延遲為電離層折射對(duì)碼偽距所造成的距離延遲為令，則，22240.3;40.340.3;onoionogrionogrgrTECcfcTECTTECfcfcTEC ，稱(chēng)為總電子含量GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 電離層延遲電離層延

21、遲 電離層折射電離層折射電子密度與總電子含量電子密度與總電子含量 電子密度與總電子含量電子密度與總電子含量 電子密度：?jiǎn)挝惑w積中所電子密度：?jiǎn)挝惑w積中所包含的電子數(shù)。包含的電子數(shù)。 總電子含量（總電子含量（TEC Total Electron Content）：底）：底面積為一個(gè)單位面積時(shí)沿面積為一個(gè)單位面積時(shí)沿信號(hào)傳播路徑貫穿整個(gè)電信號(hào)傳播路徑貫穿整個(gè)電離層的一個(gè)柱體內(nèi)所含的離層的一個(gè)柱體內(nèi)所含的電子總數(shù)。電子總數(shù)。電離層地球TEC柱體底面積為1m2GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 電離層延遲電離層延遲 電子密度與總電子含量電子密度與總電子含量電子密度與大氣高度的關(guān)系電子密度與大氣高度

22、的關(guān)系GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 電離層延遲電離層延遲 電子密度與大氣高度的關(guān)系電子密度與大氣高度的關(guān)系電子含量與地方時(shí)的關(guān)系電子含量與地方時(shí)的關(guān)系GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 電離層延遲電離層延遲 電子含量與地方時(shí)的關(guān)系電子含量與地方時(shí)的關(guān)系電子含量與太陽(yáng)活動(dòng)情況的關(guān)系電子含量與太陽(yáng)活動(dòng)情況的關(guān)系 與太陽(yáng)活動(dòng)密切相關(guān)，太與太陽(yáng)活動(dòng)密切相關(guān)，太陽(yáng)活動(dòng)劇烈時(shí)，電子含量陽(yáng)活動(dòng)劇烈時(shí)，電子含量增加增加 太陽(yáng)活動(dòng)周期約為太陽(yáng)活動(dòng)周期約為11年年1700年年 1995年太陽(yáng)黑子數(shù)年太陽(yáng)黑子數(shù)GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 電離層延遲電離層延遲 電子含量與太陽(yáng)活動(dòng)情況的關(guān)系電

23、子含量與太陽(yáng)活動(dòng)情況的關(guān)系電子含量與地理位置的關(guān)系電子含量與地理位置的關(guān)系2002.5.15 1:00 23:00 2小時(shí)間隔全球小時(shí)間隔全球TEC分布分布GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 電離層延遲電離層延遲 電子含量與地理位置的關(guān)系電子含量與地理位置的關(guān)系常用電離層延遲改正方法分類(lèi)常用電離層延遲改正方法分類(lèi) 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透恼?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透恼?方法：根據(jù)以往觀測(cè)結(jié)果所建立的模型方法：根據(jù)以往觀測(cè)結(jié)果所建立的模型 改正效果：差改正效果：差 雙頻改正雙頻改正 方法：利用雙頻觀測(cè)值直接計(jì)算出延遲改正或組成無(wú)電方法：利用雙頻觀測(cè)值直接計(jì)算出延遲改正或組成無(wú)電離層延遲的組合觀測(cè)量離層延遲的組合觀測(cè)量 效

24、果：改正效果最好效果：改正效果最好 實(shí)測(cè)模型改正實(shí)測(cè)模型改正 方法：利用實(shí)際觀測(cè)所得到的離散的電離層延遲（或電方法：利用實(shí)際觀測(cè)所得到的離散的電離層延遲（或電子含量），建立模型（如內(nèi)插子含量），建立模型（如內(nèi)插） 效果：改正效果較好效果：改正效果較好GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 電離層延遲電離層延遲 常用電離層延遲改正方法分類(lèi)常用電離層延遲改正方法分類(lèi)電離層改正的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃?jiǎn)介電離層改正的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃?jiǎn)介 Bent模型模型 由美國(guó)的由美國(guó)的R.B.Bent提出提出 描述電子密度描述電子密度 是經(jīng)緯度、時(shí)間、季節(jié)和太陽(yáng)輻射流量的函數(shù)是經(jīng)緯度、時(shí)間、季節(jié)和太陽(yáng)輻射流量的函數(shù) 國(guó)際參考電離層模型

25、（國(guó)際參考電離層模型（IRI International Reference Ionosphere） 由國(guó)際無(wú)線(xiàn)電科學(xué)聯(lián)盟（由國(guó)際無(wú)線(xiàn)電科學(xué)聯(lián)盟（URSI International Union of Radio Science）和空間研究委員會(huì)（）和空間研究委員會(huì)（COSPAR - Committee on Space Research）提出）提出 描述高度為描述高度為50km-2000km的區(qū)間內(nèi)電子密度、電子溫度、的區(qū)間內(nèi)電子密度、電子溫度、電離層溫度、電離層的成分等電離層溫度、電離層的成分等 以地點(diǎn)、時(shí)間、日期等為參數(shù)以地點(diǎn)、時(shí)間、日期等為參數(shù)GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 電

26、離層延遲電離層延遲 電離層改正的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃?jiǎn)介電離層改正的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃?jiǎn)介電離層改正的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃?jiǎn)介電離層改正的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃?jiǎn)介 Klobuchar模型模型 由美國(guó)的由美國(guó)的J.A.Klobuchar提出提出 描述電離層的時(shí)延描述電離層的時(shí)延 廣泛地用于廣泛地用于GPS導(dǎo)航定位中導(dǎo)航定位中 GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文中播發(fā)其模型參數(shù)供用戶(hù)衛(wèi)星的導(dǎo)航電文中播發(fā)其模型參數(shù)供用戶(hù)使用使用GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 電離層延遲電離層延遲 電離層改正的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃?jiǎn)介電離層改正的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃?jiǎn)介電離層延遲的雙頻改正電離層延遲的雙頻改正54573. 254573. 13928. 06469. 0154120154120

27、120154213 .40212122222221212221222222112122212222222121222122212122212222112122ionogrionogrionogrionogrionogrionogrionogrionogrionogrionogrionogrVVVVVVfffVfffVffffAffffAffffAfAfAfAfASSLLfAVfATECA故：即：得：則：實(shí)際的站星距為星距為上的測(cè)距碼所測(cè)定的站采用，星距為上的測(cè)距碼所測(cè)定的站采用設(shè)：，或電離層延遲改正，即有電離層延遲令GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 電離層延遲電離層延遲 電離層延遲的雙頻

28、改正電離層延遲的雙頻改正電離層延遲的實(shí)測(cè)模型改正電離層延遲的實(shí)測(cè)模型改正 基本思想基本思想 利用基準(zhǔn)站的雙頻觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算電離層延遲利用基準(zhǔn)站的雙頻觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算電離層延遲 利用所得到的電離層延遲量建立局部或全球的利用所得到的電離層延遲量建立局部或全球的的的TEC實(shí)測(cè)模型實(shí)測(cè)模型 類(lèi)型類(lèi)型 局部模型局部模型 適用于局部區(qū)域適用于局部區(qū)域 全球模型全球模型 適用于全球區(qū)域適用于全球區(qū)域GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 電離層延遲電離層延遲 電離層延遲的實(shí)測(cè)模型改正電離層延遲的實(shí)測(cè)模型改正4.6對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲4.6 對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 對(duì)流層延遲對(duì)流

29、層延遲對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲00( 1) (1)1 (1)1 (1)(1)(1)1(1( 1)1Kkttttktttskkkcvnnrefractiveindex of atmosphereccvdtdtdtcn dtnncndtcdtc ndtctndsxxx 稱(chēng)為大氣折射系數(shù)（）設(shè)為信號(hào)傳播的真實(shí)距離，則當(dāng)時(shí)，有故：稱(chēng)6(1)(1)(1) 10ssndsndsNnatmospheric refractivity：為對(duì)流層延遲，對(duì)流層改正。通常令：，稱(chēng)其為大氣折射率（指數(shù)）GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲 對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲對(duì)流層的色散效應(yīng)對(duì)流層的色散效應(yīng) 對(duì)流層

30、的色散效應(yīng)對(duì)流層的色散效應(yīng) 折射率與信號(hào)波長(zhǎng)的關(guān)系折射率與信號(hào)波長(zhǎng)的關(guān)系 對(duì)流層對(duì)不同波長(zhǎng)的波的折射效應(yīng)對(duì)流層對(duì)不同波長(zhǎng)的波的折射效應(yīng) 結(jié)論結(jié)論 對(duì)于對(duì)于GPS衛(wèi)星所發(fā)送的電磁波信號(hào)，對(duì)流層不具有色散效應(yīng)衛(wèi)星所發(fā)送的電磁波信號(hào)，對(duì)流層不具有色散效應(yīng)4260136. 06288. 1604.28710N波長(zhǎng)N*10e6紅光0.72290.7966紫光0.40298.3153L11902936.728287.6040L22442102.134287.6040GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲 對(duì)流層的色散效應(yīng)對(duì)流層的色散效應(yīng)大氣折射率大氣折射率N與氣象元素的關(guān)系與氣象元素

31、的關(guān)系 大氣折射率大氣折射率N與溫度、氣壓和濕度的關(guān)系與溫度、氣壓和濕度的關(guān)系 Smith和和Weintranb，1954 對(duì)流層延遲與大氣折射率對(duì)流層延遲與大氣折射率N。為水氣壓，單位；單位為氣溫，為絕對(duì)溫度，；為大氣壓，單位稱(chēng)為濕氣分量；稱(chēng)為干氣分量；其中：mbareKTmbarPNNTeTPNNNwdwd248106 .776 .77swsdsdsNdsNNdss161616101010GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲 大氣折射率大氣折射率N與氣象元素的關(guān)系與氣象元素的關(guān)系霍普菲爾德（霍普菲爾德（Hopfield）改正模型）改正模型 出發(fā)點(diǎn)出發(fā)點(diǎn) 導(dǎo)出折射率與

32、高度的關(guān)系導(dǎo)出折射率與高度的關(guān)系 沿高度進(jìn)行積分，導(dǎo)出垂直方向上的延遲沿高度進(jìn)行積分，導(dǎo)出垂直方向上的延遲 通過(guò)投影（映射）函數(shù)，得出信號(hào)方向上的延遲通過(guò)投影（映射）函數(shù)，得出信號(hào)方向上的延遲1100016.27372.14840136)()()()(44wsdswwswsddsdwddhThshhhhNhhhhNNNNMRCRTPVgdhdPdhdT）（；的量表示為測(cè)站上的值含下標(biāo)其中：；GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲 霍普菲爾德（霍普菲爾德（Hopfield）改正模型）改正模型霍普菲爾德（霍普菲爾德（Hopfield）改正模型）改正模型 對(duì)流層折射模型對(duì)流層折

33、射模型為水氣壓）（swsdswsswsdssdwdwdehThhheTKhhTPKEKEKsss1100016.27372.14840136)(4810102 .155)(102 .155)25. 2sin()25. 6sin(277212212GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲 霍普菲爾德（霍普菲爾德（Hopfield）改正模型）改正模型薩斯塔莫寧（薩斯塔莫寧（Saastamoinen）改正模型）改正模型 原始模型原始模型有關(guān)，可查表獲得。和與有關(guān)，可查表獲得；與其中：sssssssshERhBhhWRhWEtgBeTPEs00028. 02cos0026. 01)

34、,(),()05. 01255(sin002277. 02GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲 薩斯塔莫寧（薩斯塔莫寧（Saastamoinen）改正模型）改正模型薩斯塔莫寧（薩斯塔莫寧（Saastamoinen）改正模型）改正模型 擬合后的公式擬合后的公式283210716. 01015. 016. 1)4810(16)05. 01255(sin002277. 0sssssssshhactgEeTPTEEEEEtgaeTPEs其中：GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲 薩斯塔莫寧（薩斯塔莫寧（Saastamoinen）改正模型）改正模型勃蘭克（

35、勃蘭克（Black）改正模型）改正模型20. 0)69. 3(002312. 013000)96. 3(98.148)6 . 0(92. 1)273(00015. 0076. 0833. 0)()1 (1cos(1)()1 (1cos(1123 . 002020wsssdwsdEswwsddKTPTKhThEbTlEbhhlEKEbhhlEKs其中：GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲 勃蘭克（勃蘭克（Black）改正模型）改正模型對(duì)流層改正模型綜述對(duì)流層改正模型綜述 不同模型所算出的高度角不同模型所算出的高度角30 以上方向的延以上方向的延遲差異不大遲差異不大 Bla

36、ck模型可以看作是模型可以看作是Hopfield模型的修正形模型的修正形式式 Saastamoinen模型與模型與Hopfield模型的差異要模型的差異要大于大于Black模型與模型與Hopfield模型的差異模型的差異GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲 對(duì)流層改正模型綜述對(duì)流層改正模型綜述氣象元素的測(cè)定氣象元素的測(cè)定 氣象元素氣象元素 干溫、濕溫、氣壓干溫、濕溫、氣壓 干溫、相對(duì)濕度、氣壓干溫、相對(duì)濕度、氣壓 測(cè)定方法測(cè)定方法 普通儀器：通風(fēng)干濕溫度表、空盒氣壓計(jì)普通儀器：通風(fēng)干濕溫度表、空盒氣壓計(jì) 自動(dòng)化的電子儀器自動(dòng)化的電子儀器GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤

37、差源 對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲 氣象元素的測(cè)定氣象元素的測(cè)定氣象元素的測(cè)定氣象元素的測(cè)定 水氣壓水氣壓es的計(jì)算方法的計(jì)算方法 由相對(duì)濕度由相對(duì)濕度RH計(jì)算計(jì)算 由干溫、濕溫和氣壓計(jì)算由干溫、濕溫和氣壓計(jì)算)000256908. 0213166. 02465.37(2sTsTeRHessPwTsTwTweseWTgWTgWTgwTgwTgeTeww)()31068. 11 (4105 . 4)(3)(2)(1)()(02808. 5)16.373(246.1013GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲 氣象元素的測(cè)定氣象元素的測(cè)定對(duì)流層模型改正的誤差分析對(duì)流層模型改正的誤差分

38、析 模型誤差模型誤差 模型本身的誤差模型本身的誤差 氣象元素誤差氣象元素誤差 量測(cè)誤差量測(cè)誤差 儀器誤差儀器誤差 讀數(shù)誤差讀數(shù)誤差 測(cè)站氣象元素的代表性誤差測(cè)站氣象元素的代表性誤差 實(shí)際大氣狀態(tài)與大氣模型間的差異實(shí)際大氣狀態(tài)與大氣模型間的差異GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲 對(duì)流層模型改正的誤差分析對(duì)流層模型改正的誤差分析4.7多路徑誤差多路徑誤差4.7 多路徑誤差多路徑誤差GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 多路徑誤差多路徑誤差多路徑誤差與多路徑效應(yīng)多路徑誤差與多路徑效應(yīng) 多路徑（多路徑（Multipath）誤差）誤差 在在GPS測(cè)量中，被測(cè)站附近的測(cè)量中，被

39、測(cè)站附近的物體所反射的衛(wèi)星信號(hào)（反射物體所反射的衛(wèi)星信號(hào)（反射波）被接收機(jī)天線(xiàn)所接收，與波）被接收機(jī)天線(xiàn)所接收，與直接來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)（直接波）直接來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使觀測(cè)值偏離產(chǎn)生干涉，從而使觀測(cè)值偏離真值產(chǎn)生所謂的真值產(chǎn)生所謂的“多路徑誤多路徑誤差差”。GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 多路徑誤差多路徑誤差 多路徑誤差與多路徑效應(yīng)多路徑誤差與多路徑效應(yīng)反射波反射波 反射波的幾何特性反射波的幾何特性zHzHzzHzzHzGAzGAGAOAGAsin42sin2)sin21 (1 (sin)2cos1 (sin)2cos1 (2cos2為：號(hào)的相位差反射信號(hào)相對(duì)于直接信為：號(hào)多經(jīng)過(guò)的路徑長(zhǎng)度反射信號(hào)相對(duì)于直接信HAOGSSSzz2zGPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 多路徑誤差多路徑誤差 反射波反射波多路徑誤差的多路徑誤差的特點(diǎn)特點(diǎn) 與測(cè)站環(huán)境有關(guān)與測(cè)站環(huán)境有關(guān) 與反射體性質(zhì)有關(guān)與反射體性質(zhì)有關(guān) 與接收機(jī)結(jié)構(gòu)、性能有關(guān)與接收機(jī)結(jié)構(gòu)、性能有關(guān)GPS測(cè)量定位的誤差源測(cè)量定位的誤差源 多路徑誤差