衛(wèi)星定位系統(tǒng)誤差課件

1、GNSS測量定位技術(shù)理論知識(shí)第十二講 衛(wèi)星定位系統(tǒng)誤差主講：郭玉珍1誤差分類誤差來源GPS衛(wèi)星信號(hào)傳播接收設(shè)備其它影響誤差分類衛(wèi)星星歷誤差衛(wèi)星誤差相對(duì)論效應(yīng)電離層折射誤差對(duì)流層折射誤差多路徑效應(yīng)接收機(jī)鐘誤差位置誤差天線相位中心變化地球潮汐負(fù)荷潮表1 GPS定位誤差的分類天地2授課提綱與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差與信號(hào)接收有關(guān)的誤差其他誤差本次課小結(jié)31.與衛(wèi)星有關(guān)的誤差1.1衛(wèi)星星歷誤差衛(wèi)星星歷誤差實(shí)際上就是衛(wèi)星位置的確定誤差。對(duì)單點(diǎn)定位的影響影響大小與di的大小有關(guān)，具體配賦與衛(wèi)星幾何圖形有關(guān)對(duì)相對(duì)定位的影響經(jīng)數(shù)小時(shí)觀測后基線的相對(duì)誤差約為星歷相對(duì)誤差的四分之一。基線誤差星歷誤差基線

2、長衛(wèi)星到測站的距離41.與衛(wèi)星有關(guān)的誤差建立自己的衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)獨(dú)立定軌解決星歷誤差的方法a 可不受C/A碼上星歷精度的影響，使提供的精密星歷精度達(dá)到10-7。b 對(duì)提高精密定位的精度起顯著作用，也可為實(shí)時(shí)定位提供預(yù)報(bào)星歷。51.與衛(wèi)星有關(guān)的誤差軌道松馳法解決星歷誤差的方法a 在平差模型中把星歷給出的衛(wèi)星軌道作為初始值，將其改正數(shù)為未知數(shù)。通過平差，同時(shí)求得測站位置及軌道的改正數(shù)。b 有一定的局限性，不宜作為GPS定位中的一種基本方法，只能作為無法獲得精密星歷情況下采取的補(bǔ)救措施。61.與衛(wèi)星有關(guān)的誤差同步觀測值法 解決星歷誤差的方法 兩個(gè)或多個(gè)測站上，對(duì)同一衛(wèi)星的同步觀測值求差，以減弱星歷誤差的

3、影響。殘余誤估算公式71.與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 衛(wèi)星鐘的鐘差包括由鐘差、頻偏、頻漂等產(chǎn)生的誤差 ，也包含鐘的隨機(jī)誤差。在GPS測量中，無論是碼相位觀測或載波相位觀測，均要求衛(wèi)星鐘和接收機(jī)保持嚴(yán)格同步。 1.2衛(wèi)星鐘的鐘誤差81.與衛(wèi)星有關(guān)的誤差減弱衛(wèi)星鐘的鐘誤差方法 經(jīng)改正后，各衛(wèi)星鐘之間的同步差可保持在20ns以內(nèi)，由此引起的等效距離偏差不會(huì)超過6m，衛(wèi)星鐘差和經(jīng)改正后的殘余誤差，則需采用在接收機(jī)間求一次差等方法來消除它。對(duì)于衛(wèi)星j，ti 時(shí)刻站間一次差分：衛(wèi)星k測站衛(wèi)星j91.與衛(wèi)星有關(guān)的誤差1.3相對(duì)論效應(yīng) 相對(duì)論效應(yīng)是由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（運(yùn)動(dòng)速度和重力位）不同而引起衛(wèi)星鐘和

4、接收機(jī)鐘之間產(chǎn)生相對(duì)鐘誤差的現(xiàn)象。101.與衛(wèi)星有關(guān)的誤差.10449.4:,10248.5)11(:,10835.02),21()(1:10210221022222/12ffffffrRfCfffCVfffCVfCVffSSSSSSS-=+=-=-=-=-=-=-DDDDmDD預(yù)先將星鐘頻率降低生產(chǎn)時(shí)加總的影響使星鐘頻率增類鐘走快了說明衛(wèi)星鐘比地球上同按廣義相對(duì)論理論走慢了衛(wèi)星鐘比地球上同類鐘按狹義相對(duì)論理論111.與衛(wèi)星有關(guān)的誤差消除相對(duì)論效應(yīng)影響的方法 制造衛(wèi)星時(shí)鐘時(shí)預(yù)先把頻率降低。 衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)頻率為10.23MHz，所以衛(wèi)星鐘的頻率應(yīng)降為：10.23MHz(1-4.44910-10) =

5、10.22 999 999 545MHz121.與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 說明： GPS衛(wèi)星軌道是一個(gè)橢圓，軌道上各點(diǎn)的運(yùn)行速度各不相同。所以，相對(duì)論效應(yīng)頻率補(bǔ)償就不是一個(gè)常數(shù)。132.與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差地球大氣結(jié)構(gòu)142.與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差 對(duì)于GPS信號(hào)來講，這種距離差在天頂方向最大可達(dá)50m ，在接近地平方向時(shí)(高度角為20o)可達(dá)150m。地球延遲達(dá)50m延遲達(dá)150m2.1電離層折射152.與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差 對(duì)于GPS信號(hào)而言，這種距離改正在天頂方向最大可達(dá)50m，在接近地平方向時(shí)可達(dá)150m。S = Ct + dion衛(wèi)星到接收機(jī)的真實(shí)距離：其中：162.與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差減弱電

6、離層影響的方法 利用雙頻觀測172.與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差減弱電離層影響的方法 利用電離層改正模型加以改正一般用于單頻接收機(jī)將電離層延遲影響減少75%經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、?shí)測模型182.與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差減弱電離層影響的方法 利用同步觀測值求差 這種方法對(duì)短基線 （20km）的效果明顯。但其精度隨著基線長度的增加而明顯降低。192.與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差2.2對(duì)流層折射 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，GPS信號(hào)通過對(duì)流層時(shí)，也使傳播的路徑發(fā)生彎曲，從而使測量距離產(chǎn)生偏差，這種現(xiàn)象叫做對(duì)流層折射。202.與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差對(duì)流層折射的改正模型 1）霍普菲爾德（Hopfie

7、ld）公式 2）薩斯塔莫寧（Saastamoinen）公式 3）勃蘭克（Black）公式 理論分析與實(shí)踐表明，目前采用的各種對(duì)流層模型,難以將對(duì)流層的影響減少至9295。212.與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差減弱對(duì)流層折射改正殘差影響的方法: 采用上述對(duì)流層模型加以改正。其氣象參數(shù)在測站直接測定。 引入描述對(duì)流層影響的附加待估參數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中一并求得。 利用同步觀測量求差。 利用水汽輻射計(jì)直接測定信號(hào)傳播的影響。此法求得的對(duì)流層折射濕分量的精度可優(yōu)于1cm.222.與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差2.3多路徑誤差 在GPS測量中，如果測站周圍的反射物所反射的衛(wèi)星信號(hào)（反射波）進(jìn)入接收機(jī)天線，這就將和直接來自衛(wèi)星的

8、信號(hào)（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使觀測值偏離真值產(chǎn)生所謂的“多路徑效應(yīng)”。 232.與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差消弱多路徑誤差的方法 選擇合適的站址 a、測站應(yīng)遠(yuǎn)離大面積的平靜水面;242.與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差消弱多路徑誤差的方法選擇合適的站址 b、測站不宜選擇在山坡、山谷和盆地中;252.與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差消弱多路徑誤差的方法 選擇合適的站址 c、測站應(yīng)離開高層建筑物 .262.與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差消弱多路徑誤差的方法 對(duì)接收機(jī)天線的要求振子天線抑徑圈微帶天線抑徑板272.與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差消弱多路徑誤差的方法 適當(dāng)延長觀測時(shí)間，削弱多路徑效應(yīng)的周期性影響。消弱多路徑誤差的方法 改善GPS接收機(jī)的電

9、路設(shè)計(jì)。283.與信號(hào)接收有關(guān)的誤差3.1接收機(jī)鐘誤差 GPS接收機(jī)一般采用高精度的石英鐘，其穩(wěn)定度約為109。若接收機(jī)鐘與衛(wèi)星種間的同步差為1us，則由此引起的等效距離誤差約為300m。293.與信號(hào)接收有關(guān)的誤差減弱接收機(jī)鐘差的方法：把每個(gè)觀測時(shí)刻的接收機(jī)鐘差當(dāng)作獨(dú)立未知數(shù)將接收機(jī)鐘差表示為時(shí)間多項(xiàng)式，并在觀測量的平差計(jì)算中求解多項(xiàng)式的系數(shù)。通過在衛(wèi)星間求一次差來消除接收機(jī)的鐘差。303.與信號(hào)接收有關(guān)的誤差3.2接收機(jī)的位置誤差 接收機(jī)天線相位中心相對(duì)觀測標(biāo)石中心位置的誤差，叫接收機(jī)位置誤差。 313.與信號(hào)接收有關(guān)的誤差消除接收機(jī)的位置誤差的方法 精密定位時(shí)仔細(xì)操作、減少影響變形監(jiān)測時(shí)

10、采用有強(qiáng)制對(duì)中的觀測墩 323.與信號(hào)接收有關(guān)的誤差3.3天線相位中心位置的偏差 觀測時(shí)天線相位中心的瞬時(shí)位置與理論上的相位中心的差別。 實(shí)際的天線相位中心隨著信號(hào)輸入的強(qiáng)度和方向不同而有所變化幾何中心實(shí)際相位中心333.與信號(hào)接收有關(guān)的誤差 減弱天線相位中心位置偏差的方法 如果使用同一類天線，在相距不遠(yuǎn)的兩個(gè)或多個(gè)觀測站上同步觀測同一組衛(wèi)星，可通過觀測值間求差來削弱相位中心偏移的影響 此時(shí)，各天線應(yīng)按所附的方位標(biāo)進(jìn)行定向，使之根據(jù)羅盤指向磁北極。通常定向偏差應(yīng)在3以內(nèi)。344.其他誤差4.1地球自轉(zhuǎn)的誤差 當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)傳播到觀測站時(shí)，而與地球相固聯(lián)的協(xié)議地球坐標(biāo)系相對(duì)的衛(wèi)星的上述瞬時(shí)位置已產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)（繞Z軸）。354.其他誤差4.2地球潮汐改正 固體潮和負(fù)荷潮引起的測站位移可達(dá)80cm,使不同時(shí)間的測量結(jié)果互不一致，在高精度相對(duì)定位中應(yīng)考慮其影響。365.本次課小結(jié) 面對(duì)紛繁復(fù)雜的知識(shí)，我們?cè)摬捎檬裁捶椒ㄈW(xué)習(xí)？1、列表法2、畫圖法375.本次課小結(jié)誤差特性減弱措施星歷誤差在一定觀測時(shí)間內(nèi)呈系統(tǒng)性精密定軌；觀測值求差星鐘誤差有系統(tǒng)性，也有隨機(jī)性電文改正；觀測值在接收機(jī)間求差相對(duì)論效應(yīng)系統(tǒng)性生產(chǎn)時(shí)將鐘頻改變電離層與頻率、電離層密度有關(guān)雙頻觀測；模型改