GPS基站與地理因素

1、GPS基站與地理因素杜國(guó)牛西南石油大學(xué)建筑工程學(xué)院07級(jí)測(cè)繪工程專業(yè)摘 要此文主要是對(duì)于GPS測(cè)量中地理因素等通過影響衛(wèi)星信號(hào)和UHF信號(hào)對(duì)GPS精度影響進(jìn)行理論討論，系統(tǒng)的分析討論GPS基站架設(shè)位置與其測(cè)量精度的外力作用，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際總結(jié)出GPS測(cè)量基站選擇合適地理因素位置的方法以及應(yīng)該注意的問題，給沒有實(shí)際GPS測(cè)量操作經(jīng)驗(yàn)的同仁以粗淺的指導(dǎo)。關(guān)鍵字GPS測(cè)量基站、地理因素、方法1、前言GPS（Global Positioning System）是全球定位系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，它是美國(guó)為滿足自己在全球軍事戰(zhàn)略上的需求，于70年代發(fā)展起來的適用于全球的定位技術(shù)。到90年代這一技術(shù)進(jìn)入完全運(yùn)行狀態(tài)，隨

2、著它在定位精度上的提高，開始在測(cè)量領(lǐng)域發(fā)揮顯著作用。從最初用于高精度大地測(cè)量和控制測(cè)量，建立各種類型等級(jí)的測(cè)量控制網(wǎng)，到現(xiàn)在用于各種類型的施工放樣、測(cè)圖、變形觀測(cè)和地理數(shù)據(jù)的采集等。尤其是在各種類型的測(cè)量控制網(wǎng)的建立方面，GPS定位技術(shù)已基本取代常規(guī)測(cè)量手段，成為主要的測(cè)量技術(shù)手段。目前我國(guó)采用GPS技術(shù)布設(shè)了新的國(guó)家大地測(cè)量控制網(wǎng)，很多城市也都采用GPS技術(shù)建立了城市控制網(wǎng)。GPS-RTK技術(shù)與常規(guī)儀器相比，明顯地提高了作業(yè)效率和作業(yè)精度。但在GPS應(yīng)用方面，測(cè)量人員的測(cè)量操作受到許多地理因素的影響，地理因素影響最大的就是測(cè)量基站位置的選擇；如果不能很好的認(rèn)識(shí)和處理這些地理因素，就不能選擇一

3、個(gè)好的基站位置和測(cè)量模式，在實(shí)際測(cè)量過程中就會(huì)浪費(fèi)不必要的時(shí)間和精力。為了更好的完成GPS測(cè)量任務(wù)，有必要對(duì)與基站選擇有關(guān)的地理因素詳細(xì)認(rèn)識(shí)了解清楚！并總結(jié)出選擇方法！2、GPS基站與地理因素GPS基站的正確架設(shè)需要考慮很多的因素，這些因素是影響GPS精度高低的重要來源，GPS衛(wèi)星信號(hào)從高空向地面發(fā)射,若接收機(jī)天線周圍有高大建筑物或水面時(shí),建筑物和水面對(duì)電磁波具有強(qiáng)反射作用,天線接收的信號(hào)不但有直接從衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)(直接波),還有從反射體反射的電磁波信號(hào)(反射波),這兩種信號(hào)產(chǎn)生干涉,從而使觀測(cè)值偏離真實(shí)值,GPS定位產(chǎn)生誤差,該誤差稱為多路徑效應(yīng)。多路徑效應(yīng)誤差會(huì)嚴(yán)重影響GPS測(cè)量的精度,甚

4、至還會(huì)引起信號(hào)的失鎖；測(cè)量人員為了提高GPS測(cè)量精度和減少架設(shè)基站次數(shù)節(jié)省時(shí)間提高效率，就有充分對(duì)這些因素認(rèn)識(shí)和了解，在實(shí)際運(yùn)用時(shí)便能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)高精度高效率的目標(biāo)提供穩(wěn)定可靠的前提條件！下面就各種因素具體詳細(xì)分析各自對(duì)GPS基站信號(hào)接收的影響。2.1、地物因素 各種地形對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的影響作用原理不同，需要對(duì)其影響原理和大小有清楚認(rèn)識(shí)了解。影響比較大的地形因素主要有：高大山體和建筑物、大型水面、人為電輻射干擾物等，影響作用一般表現(xiàn)為阻擋、吸收、反射、干擾等，在GPS測(cè)量操作中首要考慮因素便是地形因素。、高大山體和建筑物首先測(cè)量員在山區(qū)進(jìn)行GPS測(cè)量時(shí)，高大山體是最常見的地物，基站選擇的時(shí)候?qū)τ谏襟w位

5、置、大小、高低都要進(jìn)行詳細(xì)的研究和考慮，做出正確的基站位置選擇。山區(qū)多高大的群山，群山間的平坦開闊地是大部分人聚居場(chǎng)所，也是有許多測(cè)量工作的區(qū)域，測(cè)量工作得在兩山之間進(jìn)行；山的高度就決定了GPS信號(hào)的強(qiáng)弱，GPS接收機(jī)接收信號(hào)的時(shí)候只能夠接受到一定高度角的衛(wèi)星信號(hào)，對(duì)于地球上的某個(gè)地點(diǎn)，衛(wèi)星高度角是指衛(wèi)星與地面點(diǎn)連線方向和地平面之間的夾角,專業(yè)上講衛(wèi)星高度角是指某地衛(wèi)星地面點(diǎn)連線與該地作垂直于地球半徑的地表切線的夾角，山峰越高，能夠收到信號(hào)的衛(wèi)星的高度角越大，于是能夠進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間鎖定的衛(wèi)星也就越少，因?yàn)樾l(wèi)星在不斷地運(yùn)動(dòng)過程中，GPS衛(wèi)星在距地表20 200km處，周期12恒星時(shí)（恒星時(shí)是天文學(xué)和

6、大地測(cè)量學(xué)標(biāo)示的天球子午圈值，是一種時(shí)間系統(tǒng)，以地球真正自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)：即從某一恒星升起開始到這一恒星再次升起為23時(shí)56分4秒?？紤]地球自轉(zhuǎn)不均勻的影響的為真恒星時(shí)，否則為平恒星時(shí)），其運(yùn)行速度很快，在峽谷地形，很快會(huì)離開接收機(jī)能夠接受信號(hào)天空區(qū)域，地面高山峽谷里的接收機(jī)也許只能在很短的時(shí)間里收到其信號(hào)；對(duì)于很高的山體峽谷中的接受機(jī)來說能夠鎖定4顆及4顆以上衛(wèi)星的時(shí)間很短，進(jìn)而進(jìn)行定位解算的時(shí)間也就不夠，不能解算出高精度的坐標(biāo)信息；有的時(shí)候只能搜索并鎖定4顆以及更少的衛(wèi)星，這個(gè)時(shí)候進(jìn)行坐標(biāo)精確解算的觀測(cè)量不夠，定位精度將會(huì)更低，考慮到衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘之間的誤差，實(shí)際上有4個(gè)未知數(shù)，X、Y、

7、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4個(gè)方程式進(jìn)行求解，從而得到觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程! U" p9 e) J5 j: H% R0 y，所以在實(shí)際的大型工程中這時(shí)的數(shù)據(jù)便沒有了運(yùn)用價(jià)值。山區(qū)的地形多曲折，能夠收到衛(wèi)星信號(hào)的情況下還要考慮山體對(duì)UHF（超高頻UHF -Ultra High Frequency）電臺(tái)信號(hào)的阻擋作用，移動(dòng)站與基站之間通過UHF電臺(tái)接受和發(fā)送差分信號(hào)，進(jìn)行實(shí)時(shí)差分。山體峽谷地形曲折，高山之間相互阻擋，會(huì)降低差分信號(hào)的強(qiáng)度，甚至移動(dòng)站根本接受不到UHF電臺(tái)的信號(hào)，這個(gè)時(shí)候就不得不進(jìn)行基站的搬動(dòng)并聯(lián)測(cè)上一基站的兩個(gè)及兩個(gè)以上的點(diǎn)位！在山區(qū)地形搬站是個(gè)很麻煩的事情，

8、如果開始的時(shí)候基站沒有選擇好，搬站的次數(shù)多了，就會(huì)浪費(fèi)很多的時(shí)間，降低工作效率。于是山區(qū)地形GPS測(cè)量?jī)H考慮地形因素的時(shí)候，需要綜合分析山體的高度、位置、大小、曲折情況和測(cè)區(qū)的相對(duì)位置關(guān)系，選擇合適的地點(diǎn)架設(shè)基站，以減小定位位差并提高效率。綜合上述的分析，在山區(qū)測(cè)量時(shí)，應(yīng)將基站架設(shè)在山區(qū)中地勢(shì)開闊的區(qū)域、山頂上空曠處（如果能夠很短時(shí)間到達(dá)山頂）、半山腰地勢(shì)開闊處（一面背靠大山，山腰所面對(duì)的其他三個(gè)方向沒有大山阻擋），盡量避開高大山體的阻擋，事實(shí)上測(cè)站不宜選擇在山坡上。由于無論測(cè)站選在山坡的任何地方,都會(huì)產(chǎn)生多路徑效應(yīng)的影響，同樣測(cè)站也不宜設(shè)在山谷或盆地中。另外,當(dāng)山坡的坡度過大時(shí),在截止高度角

9、以上就會(huì)出現(xiàn)障礙物,影響衛(wèi)星信號(hào)的接收，架設(shè)基站的同時(shí)考慮測(cè)區(qū)內(nèi)移動(dòng)站的最遠(yuǎn)位置是否能夠收到UHF電臺(tái)的信號(hào)，避免不必要的遷站浪費(fèi)時(shí)間。其次在城市區(qū)域，基站架設(shè)面臨許多人為高大建筑物的干擾問題，其對(duì)衛(wèi)星信號(hào)影響原理基本同上述山區(qū)高大山體部分內(nèi)容。但是城市區(qū)域的建筑物畢竟沒有山區(qū)的高山高，所以架設(shè)基站的時(shí)候盡量選擇高大建筑物的頂層空曠平臺(tái)上是個(gè)最佳的選擇，也不存在儀器難以運(yùn)輸?shù)膯栴}，城市便利的運(yùn)輸條件為基站的搬站和架設(shè)提供的快捷的渠道。2.1.2、大型水面GPS在水利工程方面的運(yùn)用也很廣泛，特別是大型河流的橋梁架設(shè)、電站修建、庫區(qū)維護(hù)以及其變形監(jiān)測(cè)等等，常用在水利設(shè)施控制網(wǎng)的建立和碎部點(diǎn)位的測(cè)量

10、記錄。水利設(shè)施附近有著大片的匯水區(qū)域，測(cè)區(qū)范圍也在匯水區(qū)域的周圍，GPS測(cè)量工作時(shí)基站與匯水區(qū)域的距離直接影響到測(cè)量精度的高低。水面對(duì)電磁波有強(qiáng)烈的反射作用，可以充分利用反射波能量的衰減原理,有效地減少反射波的干涉。由于電磁波在大氣中傳播會(huì)衰減,衰減公式為:I=I0e-D式中:I0入射能量;I反射到天線的能量;D光程;衰減系數(shù)。 圖-1 鏡面反射當(dāng)取=0.23時(shí),相距10 m時(shí),信號(hào)衰減到1/10;相距100 m時(shí),信號(hào)衰減到1×10-10。所以,為減少多路徑效應(yīng)影響,在安置天線時(shí),應(yīng)盡量避開或遠(yuǎn)離強(qiáng)反射物,如水面、平坦光滑地面和平整的建筑物。水面幾乎100的反射微波信號(hào)，對(duì)于平靜的

11、水面屬于鏡面反射（如圖-1），經(jīng)過反射到達(dá)接收機(jī)的衛(wèi)星信號(hào)與直接到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)重疊干涉，改變信號(hào)的強(qiáng)弱（電磁波振幅大?。┏潭?，接收機(jī)在進(jìn)行坐標(biāo)解算時(shí)使得觀測(cè)值偏離真實(shí)值；另外在大型水面周圍架設(shè)基站時(shí)，高頻電磁波波長(zhǎng)小，在現(xiàn)實(shí)中障礙物的尺寸一般都比較大，不容易發(fā)生衍射而穿過，于是UHF電臺(tái)發(fā)射的高頻差分信號(hào)也會(huì)在水面有很強(qiáng)的反射，在大型水面周圍進(jìn)行測(cè)量和放樣作業(yè)時(shí)，移動(dòng)接收機(jī)接收到得信號(hào)也會(huì)出現(xiàn)干涉的多路徑效應(yīng)誤差影響。這就要求在選點(diǎn)時(shí)應(yīng)盡可能地遠(yuǎn)離大面積水域，當(dāng)無法遠(yuǎn)離時(shí)，由于灌木叢、草地和其他地面植被應(yīng)能較好地吸收微波信號(hào)的能量，反射很弱，因此在相同情況，可根據(jù)地表植被來判斷選點(diǎn)位置，來減

12、弱多路徑效應(yīng)影響。在這個(gè)時(shí)候還要考慮一個(gè)因素，植被在不同的時(shí)間段對(duì)電磁波的吸收作用也是不同的，下一小節(jié)講會(huì)說明。、人為電輻射干擾物GPS測(cè)量工程區(qū)域能夠遇到的常見人為電輻射干擾物主要有：雷達(dá)、電視電話信號(hào)發(fā)射塔、高壓輸電線線、大功率電器等等，這些地物本身在不斷地發(fā)射很強(qiáng)的電磁波信號(hào)，雷達(dá)、高壓電線、微波中繼站等,這些強(qiáng)輻射源不僅自身會(huì)導(dǎo)致反射波產(chǎn)生多路徑效應(yīng),而且它們所輻射的強(qiáng)電磁波,會(huì)很容易燒壞靈敏度極高的GPS天線單元。人為電輻射干擾物常常對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行電磁波干擾，電磁干擾(EMI) 是干擾電磁信號(hào)并降低信號(hào)完好性的電子噪音，電磁干擾（Electromagnetic Interfer

13、ence 簡(jiǎn)稱EMI），是指電磁波與電子組件作用后而產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象，有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。對(duì)于GPS衛(wèi)星的電磁干擾主要是輻射干擾，輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號(hào)耦合(干擾)到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)，在高速PCB(印刷電路板)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，高頻信號(hào)線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其它系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其它子系統(tǒng)的正常工作，輻射干擾傳輸是通過介質(zhì)以電磁波的形式傳播，干擾能量按電磁場(chǎng)的規(guī)律向周圍空間發(fā)射。常見的輻射耦合由三種：1. 甲天線發(fā)射的電磁波被乙天線意外接受，稱為天線對(duì)天線耦合；2. 空間電磁場(chǎng)經(jīng)導(dǎo)線感應(yīng)而耦合，稱為場(chǎng)對(duì)線的耦合；3.兩根平行導(dǎo)

14、線之間的高頻信號(hào)感應(yīng)，稱為線對(duì)線的感應(yīng)耦合。在實(shí)際工程中，兩個(gè)設(shè)備之間發(fā)生干擾通常包含著許多種途徑的耦合。正因?yàn)槎喾N途徑的耦合同時(shí)存在，反復(fù)交叉耦合，共同產(chǎn)生干擾，才使電磁干擾變得難以控制影響GPS接收機(jī)的精度?！案蓴_”指設(shè)備受到干擾后性能降低以及對(duì)設(shè)備產(chǎn)生干擾的干擾源這二層意思。第一層意思如雷電使收音機(jī)產(chǎn)生雜音,摩托車在附近行駛后電視畫面出現(xiàn)雪花,拿起電話后聽到無線電聲音等。任何一個(gè)電磁干擾的發(fā)生必須具備三個(gè)基本條件：首先應(yīng)該具有干擾源；其次有傳播干擾能量的途徑和通道；第三還必須有被干擾對(duì)象的響應(yīng)。為了減少電磁干擾帶來的誤差，在測(cè)量區(qū)域基站的架設(shè)位置需要遠(yuǎn)離能夠發(fā)射強(qiáng)電磁波的設(shè)備。、植被植被

15、是含有大量的水分的生物，在實(shí)際測(cè)量區(qū)域，基站周圍或者移動(dòng)站周圍有大量高大的植物存在，將會(huì)嚴(yán)重降低測(cè)量定位的精度，影響差分信號(hào)的發(fā)射和接受，造成信號(hào)的不穩(wěn)定和不連續(xù)性；且在一天時(shí)間里，隨著時(shí)間的不同太陽光照的入射角度變化，植被對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)和UHF電臺(tái)信號(hào)的影響作用也不同。測(cè)量人員有必要清楚認(rèn)識(shí)其中的規(guī)律，在實(shí)際的測(cè)量作業(yè)時(shí)才能很好的處理基站架設(shè)問題。GPS衛(wèi)星信號(hào)在植物區(qū)域主要受到植物周圍大氣濕度的影響以及植物本身對(duì)電磁波信號(hào)的吸收作用，電磁波的空氣折射率與空氣密度和水汽密度（即水汽濕度）成正比，植物周圍的大氣濕度相對(duì)高于其他干土壤地區(qū)，于是高濕度區(qū)域?qū)﹄姶挪ㄓ泻軓?qiáng)的干擾作用。當(dāng)相對(duì)濕度相同

16、時(shí)，溫度越高，蒸汽壓越大；當(dāng)溫度相同時(shí)，相對(duì)濕度越大，蒸汽壓就越大。當(dāng)大氣溫度增高時(shí)，氣孔下腔蒸汽壓的增加大于空氣蒸汽壓的增加，使葉內(nèi)外的蒸汽壓差加大，有利于水分從葉內(nèi)逸出（如圖-2），蒸騰加強(qiáng)，特別是中午的時(shí)候氣溫升高，在中午的時(shí)候氣溫相對(duì)于一天中式氣溫最高，對(duì)電磁波的干擾作用最高；植物葉片水分的含量在一天中的變化隨著溫度的變化而變化，表現(xiàn)出來現(xiàn)狀的就是蒸騰作用的強(qiáng)弱，影響蒸騰作用的因素主要有： （1）外界條件，光照、空氣相對(duì)濕度、溫度、風(fēng)；（2）內(nèi)部條件，氣孔頻度（數(shù)量、大?。?、 圖-2葉片的吐水作用細(xì)胞間隙面積（葉片內(nèi)部面積大?。?。其中光照是影響蒸騰作用的最主要外界條件，它不僅可以提高大

17、氣的溫度，同時(shí)也提高葉溫，一般葉溫比氣溫高210。大氣溫度的升高增強(qiáng)水分蒸發(fā)速率，葉片溫度高于大氣溫度，使葉內(nèi)外的蒸汽壓差增大，蒸騰速率更快。此外，光照促使氣孔開放，減少內(nèi)部阻力，從而增強(qiáng)蒸騰作用，于是增加植物周圍的大氣濕度增加了對(duì)電磁波的干擾作用。并且植物密集區(qū)域?qū)τ赨HF高頻電臺(tái)信號(hào)有很強(qiáng)的阻擋作用，使得接受機(jī)不能很好的收到差分信號(hào)。實(shí)際作業(yè)時(shí)，對(duì)于測(cè)區(qū)有大量的植物，架設(shè)儀器時(shí)需要盡量避開這些區(qū)域；如果測(cè)區(qū)內(nèi)有大量密集的植物，測(cè)量時(shí)間盡量選擇在早上或者下午，避開中午溫度高的時(shí)段。2.2、時(shí)間因素 在GPS運(yùn)用中的時(shí)間因素主要表現(xiàn)在對(duì)星歷預(yù)報(bào)的使用以及一天之中在其他因素相同情況下合適觀測(cè)時(shí)間

18、的選擇，星歷預(yù)報(bào)可以為測(cè)區(qū)內(nèi)所能接受衛(wèi)星進(jìn)行提前預(yù)報(bào)輔助，為最佳觀測(cè)時(shí)間段的選擇提供參考依據(jù)。GPS衛(wèi)星播發(fā)的導(dǎo)航電文中包含廣播星歷,可用于GPS實(shí)時(shí)定位計(jì)算,而預(yù)報(bào)星歷(歷書)則用于較長(zhǎng)周期內(nèi)對(duì)衛(wèi)星位置進(jìn)行預(yù)報(bào)。在 GPS定位測(cè)量中,我們最常見的是應(yīng)用預(yù)報(bào)星歷預(yù)報(bào)未來一段時(shí)間內(nèi)可見星的分布情況，以輔助測(cè)量工作的實(shí)施；應(yīng)用預(yù)報(bào)星歷可以預(yù)報(bào)衛(wèi)星未來一段時(shí)間內(nèi)的衛(wèi)星位置,預(yù)報(bào)衛(wèi)星幾何分布精度因子。因此,在GPS衛(wèi)星定位測(cè)量中,可以根據(jù)前期觀測(cè)獲得的衛(wèi)星預(yù)報(bào)星歷,完成以下工作:(1) 未來一段時(shí)間內(nèi)可見星個(gè)數(shù)及其分布情況的預(yù)報(bào)。這方面的工作,相關(guān)文獻(xiàn)都有研究。GPS解算軟件都有可見星的預(yù)報(bào)功能。在此

19、基礎(chǔ)上根據(jù)當(dāng)?shù)匦l(wèi)星星歷預(yù)報(bào)就可以選擇最佳的時(shí)間區(qū)域架設(shè)基站，而能夠提高作業(yè)效率以減少不必要的弱信號(hào)區(qū)間等待。(2) 根據(jù)預(yù)報(bào)星歷對(duì)GPS測(cè)量網(wǎng)形和觀測(cè)方案進(jìn)行優(yōu)化。GPS測(cè)量有關(guān)規(guī)范規(guī)定 , 無論是絕對(duì)定位或相對(duì)定位,衛(wèi)星絕對(duì)定位幾何精度因子( PDOP)和相對(duì)定位幾何精度因子(RDOP)的值均不能超過一定限值。因此在布設(shè) GPS網(wǎng)時(shí),可以根據(jù)接收到的預(yù)報(bào)星歷計(jì)算PDOP和RDOP值,對(duì)網(wǎng)形和觀測(cè)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)?？梢娫跍y(cè)量任務(wù)中使用星歷預(yù)報(bào)也是一個(gè)很好的輔助，我校測(cè)繪教研室經(jīng)常使用的中海達(dá)GPS；在測(cè)量時(shí)，可以使用HDS2003數(shù)據(jù)處理軟件上的星歷預(yù)報(bào)功能輔助測(cè)量任務(wù)的完成。2.3、大氣因素

20、GPS衛(wèi)星位于大氣層之外的高層太空中，其發(fā)射的定位電磁波信號(hào)需要經(jīng)過電離層和對(duì)流層到達(dá)地面的接收機(jī)，在穿過電離層和對(duì)流層時(shí)，電磁波定位信號(hào)會(huì)出現(xiàn)電離層折射誤差和對(duì)流層折射誤差。對(duì)于一般的工程GPS用戶需要了解這些誤差的大小及其原理，在實(shí)際的測(cè)量中運(yùn)用各種方法提高測(cè)量精度消弱這些誤差的影響。、電離層電離層通常是指地球上空距地面在60-1000KM之間的大氣層，電離層中的部分氣體分子由于受到太陽和其他天體強(qiáng)烈輻射的影響，產(chǎn)生強(qiáng)烈的電離并形成大量的自由電子和正離子。當(dāng)GPS衛(wèi)星信號(hào)通過電離層時(shí)，與其他電磁波信號(hào)一樣，信號(hào)的路徑會(huì)發(fā)生彎曲，傳播速度也會(huì)發(fā)生變化。所以用信號(hào)的傳播時(shí)間乘以真空光速而得到的

21、距離就不會(huì)是等于衛(wèi)星與接收機(jī)之間的幾何距離，這種偏差叫做電離層折射誤差。衛(wèi)星信號(hào)在電離層產(chǎn)生的各種誤差量都與電磁波信號(hào)傳播路徑上電子的總量和電磁波信號(hào)頻率有關(guān)，對(duì)于GPS信號(hào)，它的頻率是固定的，所以傳播路徑山的電子總量就成為影響信號(hào)誤差的重要變量。電離層的電子密度是變化的，并且與多種因素有關(guān)，其數(shù)值隨太陽及其他天體的輻射程度、季節(jié)、時(shí)間和地球上地理位置等位置的變化而不同，主要的變化原因就是輻射強(qiáng)度，輻射強(qiáng)度的高低直接影響著電子密度的高低。根據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)資料顯示：電離層中的電子密度白天使夜晚的五倍，在一年中冬季和夏季可以相差四倍，太陽黑子活動(dòng)高峰期的電子密度約為低峰期的四倍。電離層折射的影響而使其

22、信號(hào)在傳播路徑上產(chǎn)生距離偏差，當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)從天頂方向進(jìn)入天線時(shí)距離偏差最大可以達(dá)到50M左右，在衛(wèi)星信號(hào)沿接近水平方向進(jìn)入天線時(shí)距離偏差值最大可達(dá)150M左右。電離層能夠引起如此大的偏差，有必要采取合適的方法以減小其的影響。對(duì)于電離層誤差的減小，首先基站接收機(jī)的選擇上，應(yīng)選擇雙頻接收機(jī)，雙頻接收機(jī)能夠同時(shí)接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的兩個(gè)頻率f1和f2信號(hào)并分別進(jìn)行測(cè)量，獲取兩個(gè)觀測(cè)值。由于這兩個(gè)頻率的信號(hào)是沿著一條路徑傳播到達(dá)接收機(jī)天線的，雖然在傳播路徑上的電子總量是無法準(zhǔn)確計(jì)算的，但是其相對(duì)這兩個(gè)頻率信號(hào)來說應(yīng)該是相同的。運(yùn)用雙頻觀測(cè)法進(jìn)行定位信息改正后，距離殘差值能夠達(dá)到厘米級(jí)，能夠有效地消弱電離層

23、折射誤差的影響。其次在觀測(cè)方法上可以利用同步觀測(cè)求差分法，在相距不太遠(yuǎn)的兩個(gè)或者多個(gè)觀測(cè)站上對(duì)相同的GPS衛(wèi)星進(jìn)行同步觀測(cè)，由于GPS衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)兩個(gè)或多個(gè)觀測(cè)站所經(jīng)過的傳播路徑的氣象狀況甚為相似，因而電離層折射誤差對(duì)這些觀測(cè)值的影響具有很大的相關(guān)性，通過將相應(yīng)的觀測(cè)值求差分可以有效地消弱電離層誤差的影響，此方法在實(shí)際的操作時(shí)即為運(yùn)用RTK(Real - time kinematic實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法)差分技術(shù)。再次在觀測(cè)方案的時(shí)間選擇上，由于電離層折射誤差影響的大小與電磁波信號(hào)傳播路徑上的電子總量有密切的關(guān)系，所以選擇最佳的觀測(cè)時(shí)段，比方說夜晚，此時(shí)太陽等其他天體的輻射很弱，大氣電離的程度小，電

24、子總量小，從而達(dá)到減弱電離層折射誤差影響的目的。當(dāng)然了，對(duì)于初學(xué)者和熟練這來說，上述的方法已經(jīng)能夠消弱大部分電離層折射影響達(dá)到使用要求，在實(shí)際的GPS測(cè)量工作中還有一些其他的辦法來消弱電離層折射誤差影響，這里就不進(jìn)行討論了。、對(duì)流層對(duì)流層是高度在為40 KM以下的大氣底層，集中了大約75%的大氣質(zhì)量和95%以上的水汽質(zhì)量，其大氣密度比電離層更大，大氣狀態(tài)也更復(fù)雜。對(duì)流層與地面接觸并從地面得到輻射熱能，溫度隨高度的上升而降低，平均每升一千米溫度降約6.5°C.雖然對(duì)流層中有少量的帶電離子，但是其對(duì)電磁波的傳播幾乎沒有影響，實(shí)際上對(duì)流層的大氣是呈中性的，對(duì)于電磁波的傳播不屬于彌散型的介質(zhì)，因此電磁波在對(duì)流層大氣中的傳播速度與信號(hào)的頻率無關(guān)。當(dāng)GPS信號(hào)通過對(duì)流層時(shí)，會(huì)使信號(hào)的傳播速度發(fā)生變化，這與大氣的折射率有關(guān)，同時(shí)也會(huì)使信號(hào)的傳播路徑發(fā)生彎曲，從而使測(cè)量距離發(fā)生偏差，這種現(xiàn)象叫做對(duì)流層折射。對(duì)流層折射與地面大氣壓、溫度和濕度的變化時(shí)密切相關(guān)的，使得對(duì)流層折射比電離層折射更加的復(fù)雜；另外對(duì)流層折射的影響還與衛(wèi)星信號(hào)的高度角有關(guān)，如當(dāng)GPS衛(wèi)星在觀測(cè)站的天頂方向（信號(hào)的高度角約為90.C）時(shí)，對(duì)流層折射影響可達(dá)2-3M；而當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)在接近水平方向（高度角約為10.C）傳播時(shí)，其影響可達(dá)30M左右。雖然對(duì)流層折射相對(duì)于