GPS測量的誤差來源及其影響解析課件

1、GPS測量的誤差來源及其影響解析PPT課件GPS測量的誤差來源及其影響解析PPT課件3.誤差性質及影響特點 性質分類：偶然誤差：信號的多路徑效應系統(tǒng)誤差：衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機鐘差以及大氣折射的誤差等。 影響特點：系統(tǒng)誤差的大小及其對定位結果的危害均遠大于偶然誤差，是GPS測量的主要誤差源。系統(tǒng)誤差有一定規(guī)律可循，可采取一定的措施加以消除，因而是本章研究的主要對象。第2頁/共23頁3.誤差性質及影響特點第2頁/共23頁7.2 與信號傳播有關的誤差7.2.1、電離層折射誤差7.2.2、對流層折射誤差7.2.3、多路徑誤差 （偶然誤差）第3頁/共23頁7.2 與信號傳播有關的誤差7.2.1

2、、電離層折射誤差7.2.1、電離層折射誤差及其消減方法1、電離層及其影響所謂電離層，地球上空距地面高度在501000km之間的大氣層。用信號的傳播時間乘上真空中光速而得到的距離就會不等于衛(wèi)星至接收機間的幾何距離，這種偏差叫電離層折射誤差。 2、減弱電離層影響的措施 利用雙頻觀測 利用電離層改正模型 利用同步觀測值求差第4頁/共23頁7.2.1、電離層折射誤差及其消減方法用信號的傳播時間乘上真7.2.2 對流層的折射1、對流層是高度為40km以下的大氣底層,其大氣密度比電離層更大，大氣密度更為復雜。2、對流層折射的改正模型霍普菲爾德(Hopfild)公式薩斯塔莫寧(Saastamoinen)公式

3、勃蘭克(Black)公式第5頁/共23頁7.2.2 對流層的折射1、對流層是高度為40km以下霍普菲爾德(Hopfild)公式Ps為測站的氣壓hs為測站的高程Ts為測站的絕對溫度Hd為對流層外邊緣的高度第6頁/共23頁霍普菲爾德(Hopfild)公式Ps為測站的氣壓第6頁/共2薩斯塔莫寧(Saastamoinen)公式原始模型：擬合后的公式：第7頁/共23頁薩斯塔莫寧(Saastamoinen)公式原始模型：擬合后的勃蘭克(Black)公式第8頁/共23頁勃蘭克(Black)公式第8頁/共23頁3、減弱對流層折射改正殘差影響的措施采用對流層模型加以改正。其氣象參數在測站直接測定。引入描述對流層

4、影響的附加待估參數，在數據處理中一并求得。利用同步觀測量求差。第9頁/共23頁3、減弱對流層折射改正殘差影響的措施采用對流層模型加以改正。7.2.3 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)星信號進入接收機天線，這就將和直接來自衛(wèi)星的信號（直接波）產生干涉，從而使觀測值偏離真值產生所謂的“多路徑誤差”，這種由于多路徑的信號傳播所引起的干涉時延效應被稱做多路徑效應。減弱多路徑誤差的方法：(一)選擇合適的站址測站應遠離大面積平靜水面測站不宜選在山坡、山谷和盆地中測站應離開高層建筑物(二)對接收機天線的要求在天線中設置抑徑板接受天線對于極化特性不同的反射信號該有較強的抑制作用第10

5、頁/共23頁7.2.3 多路徑誤差 在GPS測量中,如果測站周圍的反射7.3 與衛(wèi)星有關的誤差 與衛(wèi)星本身有關的誤差 衛(wèi)星星歷差 衛(wèi)星鐘誤差 相對論效應第11頁/共23頁7.3 與衛(wèi)星有關的誤差 與衛(wèi)星本身有關的誤差第11頁/7.3.1 衛(wèi)星星歷誤差 由衛(wèi)星星歷所給出的衛(wèi)星在空間的位置與衛(wèi)星的實際位置之差稱為衛(wèi)星星歷誤差。一、星歷數據的來源1、 廣播星歷（預報星歷）：它是通過衛(wèi)星發(fā)射的含有軌道信息的導航電文傳遞給用戶，用戶接受這些信號，經過解碼便可獲得需要的衛(wèi)星星歷。12、 實測星歷（精密星歷）：根據實測資料進行擬合處理而直接得出的星歷。廣播、航和實時定位無任何意義。第12頁/共23頁7.3.

6、1 衛(wèi)星星歷誤差 第12頁/共23頁二、星歷誤差對定位的影響對單點定位的影響對相對定位的影響三、解決星歷誤差的方法建立我國的衛(wèi)星跟蹤網獨立定軌同步觀測值求差軌道松弛法：半短弧法、短弧法第13頁/共23頁二、星歷誤差對定位的影響對單點定位的影響第13頁/共23頁7.3.2 衛(wèi)星鐘的鐘誤差衛(wèi)星鐘的鐘差包括由鐘差、頻偏、頻漂等產生的誤差，也包含鐘的隨機誤差。在GPS測量中，碼相位觀測和載波相位觀測，均要求衛(wèi)星鐘和接收機鐘保持嚴格同步。7.3.3 相對論效應 狹義相對論 原理：時間膨脹。鐘的頻率與其運動速度有關。第14頁/共23頁7.3.2 衛(wèi)星鐘的鐘誤差衛(wèi)星鐘的鐘差包括由鐘差、頻偏、頻漂對GPS衛(wèi)星

7、鐘的影響：第15頁/共23頁對GPS衛(wèi)星鐘的影響：第15頁/共23頁廣義相對論原理：鐘的頻率與其所處的重力位有關對GPS衛(wèi)星鐘的影響：結論：在廣義相對論效應作用下，衛(wèi)星上鐘的頻率將變快第16頁/共23頁廣義相對論原理：鐘的頻率與其所處的重力位有關對GPS衛(wèi)星狹義相對論廣義相對論令： 相對論效應是由于衛(wèi)星鐘和接收機鐘所處的狀態(tài)（運動速度和重力位）不同而引起衛(wèi)星鐘和接收鐘之間產生相對鐘誤差的現象。嚴格地說，將其歸入與衛(wèi)星有關的誤差不完全準確。但由于相對論效應主要取決于衛(wèi)星的運動速度和重力位，并且是以衛(wèi)星鐘誤差的形式出現的，因此將其歸入此類誤差。 第17頁/共23頁狹義相對論廣義相對論令： 相對論效

8、應是由于衛(wèi)星鐘和接收7.4 與接收機有關的誤差與接收機有關的誤差主要有接收機誤差、接收機位置誤差、天線相位中心位置誤差及幾何圖形強度誤差等。7.4.1 接收機鐘誤差 減弱接收機鐘差的方法： 把每個觀測時刻的接收機鐘差當作一個獨立的未知數，在數據處理中與觀測站的位置參數一并求解。 認為各個時刻的接收機鐘差間是相關的，將接收機鐘差表示為時間多項式，并在觀測量的平差計算中求解多項式系數。 通過在衛(wèi)星間求一次差來消除接收機鐘差。第18頁/共23頁7.4 與接收機有關的誤差與接收機有關的誤差主要有接收機7.4.2 接收機的位置誤差 接收機天線相位中心相對于測站標石中心位置的誤差，叫接收機位置誤差。7.4

9、.3天線相位中心位置偏差 觀測時相位中心的瞬時位置與理論上的相位中心將有所不同，這種差別叫天線相位中心的位置偏差。7.4.3 GPS天線相位中心的偏差： 水平偏差 垂直偏差 第19頁/共23頁7.4.2 接收機的位置誤差 接收機天線相位中心相2022/9/217.5 其他誤差 7.5.1 地球自轉的影響 衛(wèi)星信號自衛(wèi)星發(fā)送 到測站接收要產生一個時間差，此時間差內與地球相固聯的協議地球坐標系相對于衛(wèi)星發(fā)送信號的瞬間，位置已產生了旋轉(繞Z軸)， 由此造成衛(wèi)星信號傳播到觀測站的時間延遲，引起坐標系中的坐標變化，該影響可通過模型加以改正。 第20頁/共23頁2022/9/217.5 其他誤差 7.5.1 地球二、地球潮汐改正 1、固體潮 地球并非剛體，在太陽和月球的萬有引 力作用下，固體地球產生周期性的彈性變形， 稱為固體潮。 2、負荷潮 在日月引力的作用下，地球上海水等也將發(fā)生 周期性的變動，使地球產生周期的形變，稱為負荷潮汐，其中主要是海潮。第21頁/共23頁二、地球潮汐改正 力作用下，固體地球三、衛(wèi)星鐘、接收機鐘的隨機誤差、對流層折射改正模型誤差、衛(wèi)星軌道攝動模型誤差此類誤差為偶然