GPS測(cè)量的誤差來(lái)源課件

第七章GPS測(cè)量的誤差來(lái)源及其影響第七章GPS測(cè)量的誤差來(lái)源及其影響17.1GPS測(cè)量主要誤差分類7.1GPS測(cè)量主要誤差分類2第七章GPS測(cè)量的誤差來(lái)源-課件3第七章GPS測(cè)量的誤差來(lái)源-課件4誤差來(lái)源對(duì)距離測(cè)量的影響(m）衛(wèi)星部分星歷誤差、鐘誤差、相對(duì)論效應(yīng)1.5-15信號(hào)傳播電離層、對(duì)流層、多路徑效應(yīng)1.5-15信號(hào)接收鐘誤差、位置誤差、天線誤差1.5-5.0其它影響地球潮汐、負(fù)荷潮1.0誤差來(lái)源對(duì)距離測(cè)量衛(wèi)星部分星歷誤差、鐘誤差、相對(duì)論效應(yīng)1.55上述誤差按照誤差的性質(zhì)來(lái)分可分為系統(tǒng)誤差與偶然誤差。系統(tǒng)誤差：星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差、大氣折射等。偶然誤差：多路徑效應(yīng)系統(tǒng)誤差是研究的主要對(duì)象。上述誤差按照誤差的性質(zhì)來(lái)分可分為系統(tǒng)誤差與偶然誤差。67.2與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差一.電離層折射1.電離層折射誤差電離層，即地球上空距地面高度在50-1000km之間的大氣層。其中的氣體分子由于天體各種射線的輻射而產(chǎn)生電離，形成大量的自由電子和正離子。7.2與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差一.電離層折射7因此，GPS信號(hào)通過(guò)電離層時(shí)，傳播路徑會(huì)發(fā)生彎曲，傳播速度也會(huì)產(chǎn)生變化，此時(shí)用信號(hào)的傳播時(shí)間乘以光速得到的距離不等于衛(wèi)星至接收機(jī)間的幾何距離，這種偏差即為電離層折射誤差。因此，GPS信號(hào)通過(guò)電離層時(shí)，傳播路徑會(huì)發(fā)生彎曲，傳播速度也8電離層是彌散性介質(zhì)。群波的傳播速度與單一波不同。偽距測(cè)量時(shí)，測(cè)距碼是以群速傳播的；而載波相位測(cè)量時(shí)可按單一波計(jì)算。因此，偽距測(cè)量與載波相位測(cè)量的電離層折射改正數(shù)大小相等，方向相反。天頂方向延遲可達(dá)50m，高度角為20°可達(dá)150m。電離層是彌散性介質(zhì)。92.減弱電離層影響的措施（1）利用雙頻觀測(cè)（2）利用電離層改正模型（3）利用同步觀測(cè)值求差2.減弱電離層影響的措施10二對(duì)流層折射1對(duì)流層及其影響對(duì)流層是地面以上40km以下的大氣層，其大氣密度更大，大氣狀態(tài)比電離層更為復(fù)雜。電磁波信號(hào)通過(guò)對(duì)流層時(shí)信號(hào)傳播路徑也會(huì)發(fā)生彎曲，從而產(chǎn)生的誤差稱為對(duì)流層折射誤差。二對(duì)流層折射11對(duì)流層折射的影響與信號(hào)的高度角有關(guān)，當(dāng)在天頂方向影響達(dá)2.3m；高度角為10度時(shí)影響達(dá)20m。對(duì)流層折射對(duì)偽距和載波相位測(cè)量的影響相同。對(duì)流層折射的影響與信號(hào)的高度角有關(guān)，當(dāng)在天頂方向影響達(dá)2.3122.對(duì)流層折射改正模型（1）霍普菲爾德（Hopfield）模型（2）薩斯塔莫寧公式（3）勃蘭克模型2.對(duì)流層折射改正模型133.減弱對(duì)流層折射改正殘差影響的主要措施氣象參數(shù)在測(cè)站直接測(cè)定引入附加代估參數(shù)利用同步觀測(cè)量求差利用水汽輻射計(jì)直接測(cè)定信號(hào)傳播的影響。3.減弱對(duì)流層折射改正殘差影響的主要措施14三、多路徑誤差>定義三、多路徑誤差>定義15多路徑誤差>定義>多路徑效應(yīng)在GPS測(cè)量中被測(cè)站附近的反射物所反射的衛(wèi)星信號(hào)（反射波）如果直接進(jìn)入接收機(jī)天線的話，將和直接來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)（直射波）產(chǎn)生干涉，從而使觀測(cè)值偏離真值產(chǎn)生所謂的“多路徑誤差”。

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)”。多路徑誤差>定義>多路徑效應(yīng)在GPS測(cè)量中被測(cè)站16多路徑誤差>反射波>幾何特性反射波的幾何特性P多路徑誤差>反射波>幾何特性反射波的幾何特性P17多路徑誤差>反射波>物理特性反射波的物理特性反射波除了存在相位延遲之外，信號(hào)強(qiáng)度一般也會(huì)減小。（1）一部分能量被反射物面所吸收。多路徑誤差>反射波>物理特性反射波的物理特性18反射系數(shù)表水面稻田野地森林田地α損耗（分貝）α損耗（分貝）α損耗（分貝）α損耗（分貝）1.000.820.640.310反射系數(shù)表水面稻田野地森林田地α損耗α損耗α損耗α損耗1.019多路徑誤差>反射波>物理特性反射波的物理特性（2）GPS信號(hào)是右旋圓極化波，反射后會(huì)改變波的極化特性。接收天線是右旋圓極化結(jié)構(gòu)，對(duì)反射波存在抑制作用。注：右旋圓極化電磁波由電場(chǎng)和磁場(chǎng)構(gòu)成。人們規(guī)定：電場(chǎng)的方向就是天線極化方向。右旋極化波是符合右手定則的電磁波，左旋圓極化波是符合左手定則的電磁波。多路徑誤差>反射波>物理特性反射波的物理特性20多路徑誤差>載波相位測(cè)量中的多路徑誤差受多路徑效應(yīng)影響的情況下的接收信號(hào)多路徑誤差>載波相位測(cè)量中的多路徑誤差受多路徑效應(yīng)影響的情況21多路徑誤差>載波相位測(cè)量中的多路徑誤差(1)(2)多路徑誤差>載波相位測(cè)量中的多路徑誤差(1)22多路徑誤差>載波相位測(cè)量中的多路徑誤差多路徑效應(yīng)的數(shù)值特性受多個(gè)反射信號(hào)影響的情況多路徑誤差>載波相位測(cè)量中的多路徑誤差多路徑效應(yīng)的數(shù)值特性23多路徑誤差>減弱和消除方法站址的選擇多路徑誤差取決于反射物離測(cè)站的距離和反射系數(shù)（取決于反射物的材料、形狀及粗糙程度等）及衛(wèi)星信號(hào)的方向等各種性質(zhì)，無(wú)法建立起準(zhǔn)確的誤差改正模型。較為有效的方法是恰當(dāng)選擇站址，注意避免信號(hào)反射物。多路徑誤差>減弱和消除方法站址的選擇24多路徑誤差>減弱和消除方法>站址選擇1、選站時(shí)應(yīng)避免臨近有大面積的平靜的水面。多路徑誤差>減弱和消除方法>站址選擇1、選站時(shí)應(yīng)避免臨近有大25多路徑誤差>減弱和消除方法>站址選擇2、測(cè)站不宜選擇在山坡上。多路徑誤差>減弱和消除方法>站址選擇2、測(cè)站不宜選擇在山坡上26多路徑誤差>減弱和消除方法>站址選擇3、測(cè)站周圍不宜有高層建筑物。多路徑誤差>減弱和消除方法>站址選擇3、測(cè)站周圍不宜有高層建27多路徑誤差>減弱和消除方法>硬件要求對(duì)接收機(jī)的要求（1）在天線下設(shè)抑徑板或抑徑圈多路徑誤差>減弱和消除方法>硬件要求對(duì)接收機(jī)的要求28多路徑誤差>減弱和消除方法>硬件要求抑徑板的半徑多路徑誤差>減弱和消除方法>硬件要求抑徑板的半徑29多路徑誤差>減弱和消除方法>硬件要求（2）接收天線對(duì)極化特性不同的反射信號(hào)應(yīng)該有較強(qiáng)的抑制作用。適當(dāng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間由于多路徑誤差是時(shí)間的函數(shù)，其大小和符號(hào)會(huì)隨著衛(wèi)星的高度角變化而變化，所以在靜態(tài)定位中經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)后，多路徑誤差的影響可大為削弱。多路徑誤差>減弱和消除方法>硬件要求（2）接收天線對(duì)極化特性307.3與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差主要包括衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘誤差以及相對(duì)論效應(yīng)。與衛(wèi)星有關(guān)的誤差對(duì)載波相位測(cè)量和偽距測(cè)量的影響相同。7.3與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差主要包括衛(wèi)星星歷誤差、31一.衛(wèi)星星歷誤差由衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星在空間的位置與衛(wèi)星的實(shí)際位置之差稱為衛(wèi)星星歷誤差。在一個(gè)觀測(cè)時(shí)段內(nèi)星歷誤差主要呈系統(tǒng)誤差特性。衛(wèi)星星歷誤差是一種起算數(shù)據(jù)誤差，將嚴(yán)重影響單點(diǎn)定位的精度，在精密相對(duì)定位中也是一個(gè)重要的誤差源。一.衛(wèi)星星歷誤差321概況GPS衛(wèi)星星歷按其性質(zhì)可分為兩類：1）預(yù)報(bào)星歷（廣播星歷）2）實(shí)測(cè)星歷（精密星歷）1概況332星歷誤差對(duì)定位的影響1）對(duì)單點(diǎn)定位的影響2）對(duì)相對(duì)定位的影響2星歷誤差對(duì)定位的影響343.解決辦法1）建立自己的衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)獨(dú)立定軌2）軌道松弛法在平差模型中把衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星位置當(dāng)成未知數(shù)來(lái)處理，通過(guò)平差同時(shí)求得測(cè)站位置及軌道的改正數(shù)。半短弧法：徑向誤差、切向誤差、法向誤差短弧法：6個(gè)軌道參數(shù)的改正值作為未知數(shù)3.解決辦法35軌道松弛法具有一定的局限性：1采用這種方法時(shí)，測(cè)區(qū)必須具有一定的規(guī)模2數(shù)據(jù)處理復(fù)雜3采用這種方法時(shí)，其他誤差可能被吸收到星歷誤差中，得到的精度有虛假的成分。軌道松弛法具有一定的局限性：363）相對(duì)定位星歷誤差對(duì)兩個(gè)相距不太遠(yuǎn)的測(cè)站的影響基本相同。3）相對(duì)定位37二衛(wèi)星鐘誤差GPS測(cè)量的精度和時(shí)鐘誤差有密切的關(guān)系。GPS衛(wèi)星上配有原子鐘，太空的外部環(huán)境對(duì)鐘的工作也十分有利。衛(wèi)星鐘和GPS時(shí)之間的誤差在1ms以內(nèi)，而1ms的鐘差會(huì)引起300km的測(cè)距誤差。這種直接用衛(wèi)星鐘的讀數(shù)與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)相比而得出的誤差稱為物理同步誤差。二衛(wèi)星鐘誤差38顯然，直接由主控站來(lái)對(duì)衛(wèi)星鐘進(jìn)行遙控調(diào)整遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了導(dǎo)航和定位的要求。衛(wèi)星鐘在時(shí)刻t的改正數(shù)一般可表示為：其中，最后一項(xiàng)是隨機(jī)項(xiàng)，只能通過(guò)鐘的穩(wěn)定度來(lái)描述其統(tǒng)計(jì)特性，但無(wú)法知道其具體數(shù)值。顯然，直接由主控站來(lái)對(duì)衛(wèi)星鐘進(jìn)行遙控調(diào)整遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了導(dǎo)航和定39鐘差、鐘速、鐘速的變率三個(gè)系數(shù)可由GPS的地面控制系統(tǒng)根據(jù)前一段時(shí)間的跟蹤資料和GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)推算出來(lái)，并在衛(wèi)星的導(dǎo)航電文中給出。加上改正數(shù)后的衛(wèi)星鐘讀數(shù)和GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間之差稱為數(shù)學(xué)同步誤差。鐘差、鐘速、鐘速的變率三個(gè)系數(shù)可由GPS的地面控制系統(tǒng)根據(jù)前40數(shù)學(xué)同步誤差估計(jì)約為20ns左右（相當(dāng)于6m）的誤差，在導(dǎo)航中一般不再顧及數(shù)學(xué)同步誤差，在大地定位中則需采用在接收機(jī)間求一次差來(lái)進(jìn)一步消除它。數(shù)學(xué)同步誤差估計(jì)約為20ns左右（相當(dāng)于6m）的誤差，在導(dǎo)航41三相對(duì)論效應(yīng)相對(duì)論效應(yīng)是由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所處的狀態(tài)（速度和重力位）不同而引起衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘產(chǎn)生相對(duì)鐘誤差的現(xiàn)象。三相對(duì)論效應(yīng)42衛(wèi)星鐘被安置在高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星中，按照狹義相對(duì)論的觀點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生時(shí)間膨脹的現(xiàn)象，若衛(wèi)星在地心慣性坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)速度為Vs，根據(jù)狹義相對(duì)論，安置在該衛(wèi)星的衛(wèi)星鐘的頻率fs將變?yōu)椋盒l(wèi)星鐘被安置在高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星中，按照狹義相對(duì)論的觀點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生時(shí)43將GPS衛(wèi)星的平均速度Vs=3874m/s，c=299792458m/s代入上式可得由于地球自轉(zhuǎn)接收機(jī)鐘也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)論效應(yīng)，其數(shù)值取決于接收機(jī)的地理位置，但是由于其數(shù)值很小，而且在一個(gè)點(diǎn)上為常數(shù)，數(shù)據(jù)處理時(shí)會(huì)自動(dòng)被吸收到接收機(jī)的鐘差中去，不必另行考慮。將GPS衛(wèi)星的平均速度Vs=3874m/s，c=29979244廣義相對(duì)論則告訴我們，若衛(wèi)星所在處的重力位為Ws，地面測(cè)站處的重力位為WT，那么同一臺(tái)鐘放在衛(wèi)星和放在地面上時(shí)頻率將相差：廣義相對(duì)論則告訴我們，若衛(wèi)星所在處的重力位為Ws，地面測(cè)站處45因廣義相對(duì)論數(shù)量很小，在計(jì)算時(shí)可以把地球的重力位看作是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)位，同時(shí)略去日、月引力位，這樣可得到實(shí)用公式：因廣義相對(duì)論數(shù)量很小，在計(jì)算時(shí)可以把地球的重力位看作是一個(gè)質(zhì)46因此，解決相對(duì)論效應(yīng)最簡(jiǎn)單的方法就是在制造衛(wèi)星鐘的頻率時(shí)預(yù)先將其頻率降低相應(yīng)的數(shù)量。因此，解決相對(duì)論效應(yīng)最簡(jiǎn)單的方法就是在制造衛(wèi)星鐘的頻率時(shí)預(yù)先477.4與接收機(jī)有關(guān)的誤差與接收機(jī)有關(guān)的誤差主要有：觀測(cè)誤差、接收機(jī)鐘誤差、接收機(jī)位置誤差、天線相位中心位置誤差和載波相位觀測(cè)的整周不確定性。7.4與接收機(jī)有關(guān)的誤差與接收機(jī)有關(guān)的誤差主要有：觀測(cè)誤差、481觀測(cè)誤差這類誤差除了觀測(cè)的分辨誤差之外，尚包括接收機(jī)天線相對(duì)測(cè)站點(diǎn)的安置誤差。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般認(rèn)為觀測(cè)的誤差約為信號(hào)波長(zhǎng)的1%。由此，對(duì)GPS碼信號(hào)和載波信號(hào)的觀測(cè)精度，如下表所示：1觀測(cè)誤差49碼相位與載波相位的分辨誤差信號(hào)波長(zhǎng)觀測(cè)誤差P碼29.3m0.3mC/A碼293m2.9m載波L119.05cm2.0mm載波L224.45cm2.5mm碼相位與載波相位的分辨誤差信號(hào)波長(zhǎng)觀測(cè)誤差P碼29.3m0.50觀測(cè)誤差屬于偶然誤差，適當(dāng)?shù)卦黾佑^測(cè)量，將會(huì)明顯地減弱其影響。接收機(jī)天線相對(duì)觀測(cè)站中心的安置誤差，主要有天線的整平、對(duì)中誤差和量取天線相位中心高度（天線高）的誤差。觀測(cè)誤差屬于偶然誤差，適當(dāng)?shù)卦黾佑^測(cè)量，將會(huì)明顯地減弱其影響51當(dāng)天線高度為1.6m時(shí)，如果天線置平誤差為0.1°，則由此引起光學(xué)對(duì)中器的對(duì)中誤差，約為3mm。因此，在精密定位工作中，必須仔細(xì)操作，以盡量減少這種誤差的影響。該項(xiàng)誤差對(duì)偽距測(cè)量和載波相位測(cè)量的影響相同。當(dāng)天線高度為1.6m時(shí)，如果天線置平誤差為0.1°，則由此引522接收機(jī)的鐘差GPS接收機(jī)一般設(shè)有高精度的石英鐘，其日頻率穩(wěn)定度約為10-11。如果接收機(jī)鐘與衛(wèi)星鐘之間的同步差為1μs，則由此引起的等效距離誤差約為300m。2接收機(jī)的鐘差53處理接收機(jī)鐘差比較有效的辦法：1作為未知數(shù)納入方程進(jìn)行數(shù)據(jù)處理求解。此方法廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位。此時(shí)，假設(shè)每個(gè)觀測(cè)瞬間，鐘差都是獨(dú)立的。處理接收機(jī)鐘差比較有效的辦法：542象衛(wèi)星鐘那樣，將其表示為多項(xiàng)式的形式，在觀測(cè)量的平差計(jì)算中，求解多項(xiàng)式的系數(shù)。鐘差模型影響鐘差的正確性。多用于靜態(tài)絕對(duì)定位。2象衛(wèi)星鐘那樣，將其表示為多項(xiàng)式的形式，在觀測(cè)量的平差計(jì)算中553在定位精度要求較高時(shí)，可以采用高精度的外接頻標(biāo)（時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)），如銣原子鐘或銫原子鐘，以提高接收機(jī)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的精度。4在精密相對(duì)定位中，還可以利用觀測(cè)值求差的方法，有效地減弱接收機(jī)鐘差的影響。接收機(jī)鐘差對(duì)偽距測(cè)量和載波相位測(cè)量的影響相同。3在定位精度要求較高時(shí)，可以采用高精度的外接頻標(biāo)（時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)）563天線的相位中心位置偏差在GPS定位中，觀測(cè)值都是以接收機(jī)天線的相位中心位置為準(zhǔn)的，而天線的相位中心與其幾何中心，在理論上應(yīng)保持一致?？墒?，實(shí)際上天線的相位中心位置，隨著信號(hào)輸入的強(qiáng)度和方向不同而有所變化，即觀測(cè)時(shí)相位中心的瞬時(shí)位置與理論上的相位中心位置有所不同。3天線的相位中心位置偏差57天線相位中心的偏差對(duì)相對(duì)定位結(jié)果的影響，根據(jù)天線性能的好壞，可達(dá)數(shù)毫米至數(shù)厘米。如何減少相位中心的偏移，對(duì)于提高定位精度來(lái)說(shuō)非常重要。天線相位中心的偏差對(duì)相對(duì)定位結(jié)果的影響，根據(jù)天線性能的好壞，58解決辦法：如果采用同一類型的天線，在相距不遠(yuǎn)的兩個(gè)或多個(gè)觀測(cè)站上同步觀測(cè)同一組衛(wèi)星，那么就可以通過(guò)觀測(cè)值的求差來(lái)削弱相位中心偏移的影響。此時(shí)，測(cè)站的天線應(yīng)按天線附有的方位標(biāo)進(jìn)行定向，使之根據(jù)羅盤(pán)指向磁北極。通常定向偏差應(yīng)保持在3°~5°以內(nèi)。解決辦法：如果采用同一類型的天線，在相距不遠(yuǎn)的兩個(gè)或多個(gè)觀測(cè)597.5其它誤差一地球自轉(zhuǎn)的影響在協(xié)議地球坐標(biāo)系中，如果衛(wèi)星的瞬時(shí)位置，是根據(jù)信號(hào)發(fā)播的瞬時(shí)計(jì)算的，那么應(yīng)考慮修改地球自轉(zhuǎn)的改正。因?yàn)?，?dāng)衛(wèi)星信號(hào)傳播到觀測(cè)站時(shí)，與地球相固聯(lián)的協(xié)議地球坐標(biāo)系相對(duì)衛(wèi)星的上述瞬時(shí)位置已經(jīng)產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)。7.5其它誤差一地球自轉(zhuǎn)的影響60第七章GPS測(cè)量的誤差來(lái)源-課件61由此，衛(wèi)星在協(xié)議地固坐標(biāo)系中的坐標(biāo)變化為：其中，xj、yj、zj是衛(wèi)星的瞬時(shí)坐標(biāo)由此，衛(wèi)星在協(xié)議地固坐標(biāo)系中的坐標(biāo)變化為：其中，xj、yj、62由于旋轉(zhuǎn)角△a<1.5″，所以當(dāng)取至一次微小項(xiàng)時(shí)，上式可以化簡(jiǎn)為：由于旋轉(zhuǎn)角△a<1.5″，所以當(dāng)取至一次微小項(xiàng)時(shí)，上式可以化63二地球潮汐改正固體潮：地球在太陽(yáng)和月球的萬(wàn)有引力作用下，固體地球要產(chǎn)生周期性的彈性形變，這種現(xiàn)象稱為固體潮。負(fù)荷潮汐：在日月引力的作用下，作用于地球上的負(fù)荷也將發(fā)生周期性的變動(dòng)（海潮），從而使地球產(chǎn)生周期性的形變，這種現(xiàn)象稱為負(fù)荷潮。二地球潮汐改正64固體潮和負(fù)荷潮引起的測(cè)站位移可達(dá)80cm，從而使不同時(shí)間的測(cè)量結(jié)果之間互不一致，因而在高精度相對(duì)定位中必須考慮其影響。通常用三個(gè)量代表固體潮和海潮引起的測(cè)站點(diǎn)的位移值。δr、δФ、δλ，分別為測(cè)站坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)分量固體潮和負(fù)荷潮引起的測(cè)站位移可達(dá)80cm，從而使不同時(shí)間的測(cè)65武漢地區(qū)δr的周日變化tδr（cm）tδr（cm）tδr（cm）tδr（cm）0：00-18.46：00-1.612：00-12.318：00+39.10：30-17.86：30-3.512：30-7.718：30+36.91：00-16.27：00-6.013：00-2.219：00+33.41：30-14.17：30-8.813：30+3.919：30+28.62：00-11.58：00-11.714：00+10.320：00+23.02：30-8.78：30-14.514：30+16.820：30+16.73：00-6.09：00-16.915：00+23.021：00+10.13：30-3.69：30-18.715：30+28.621：30+3.64：00-1.710：00-19.616：00+33.322：00-2.64：30-0.510：30-19.516：30+36.922：30-8.25：00-0.111：00-18.317：00+39.123：00-12.95：30-0.411：30-15.917：30+39.923：30-16.5武漢地區(qū)δr的周日變化tδr（cm）tδr（cm）tδr（c66已知了測(cè)站的形變量后，即可將其投影到應(yīng)加的由于地球潮汐所引起的改正數(shù)。已知了測(cè)站的形變量后，即可將其投影到應(yīng)加的由于地球潮汐所引起67消除各種誤差的方法總結(jié)：1.建立誤差改正模型通過(guò)對(duì)誤差的特性、機(jī)制以及產(chǎn)生的原因進(jìn)行研究分析、推導(dǎo)而建立起來(lái)的理論公式。也可以是通過(guò)對(duì)大量觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析、擬合而建立起來(lái)的經(jīng)驗(yàn)公式。在多數(shù)情況下則是同時(shí)采用兩種方法而建立的綜合模型。消除各種誤差的方法總結(jié)：68理論公式：電離層雙頻改正模型。綜合模型：對(duì)流層折射模型。如果每個(gè)誤差改正模型都是十分完善嚴(yán)密的，模型中所需的數(shù)據(jù)都是準(zhǔn)確無(wú)誤的，早這種理想情況下，經(jīng)各誤差模型改正后包含的觀測(cè)值中的系統(tǒng)誤差將被消除干凈，而只留下偶然誤差。理論公式：電離層雙頻改正模型。69然而，由于改正模型本身的誤差以及所獲取的改正模型中所需的各參數(shù)的誤差，仍會(huì)有一部分偏差殘留在觀測(cè)值中（殘差）這些殘差通常仍比偶然誤差要大得多，從而嚴(yán)重影響GPS定位的精度。然而，由于改正模型本身的誤差以及所獲取的改正模型中所需的各參70誤差模型的精度好壞不等。效果較好：電離層雙頻改正模型殘差約為總量的1%左右或更小。效果一般：對(duì)流層折射改正公式殘差為總量的5-10%左右效果較差：廣播星歷所提供的單頻電離層折射改正模型。殘差高達(dá)30-40%。誤差模型的精度好壞不等。712求差法仔細(xì)分析誤差對(duì)觀測(cè)值或平差結(jié)果的影響，安排適當(dāng)?shù)挠^測(cè)綱要和數(shù)據(jù)處理方法（如同步觀測(cè)、相對(duì)定位等），利用誤差在觀測(cè)值之間的相關(guān)性或在定位結(jié)果之間的相關(guān)性，通過(guò)求差法來(lái)消除或大幅度削弱其影響的方法。2求差法72例如：當(dāng)兩臺(tái)接收機(jī)對(duì)同一衛(wèi)星進(jìn)行同步觀測(cè)時(shí)，觀測(cè)值中包含了共同的衛(wèi)星鐘誤差，將觀測(cè)值在接收機(jī)間求差即可消除此項(xiàng)誤差。同樣，一臺(tái)接收機(jī)對(duì)多顆衛(wèi)星進(jìn)行同步觀測(cè)時(shí)，將觀測(cè)值在衛(wèi)星間求差即可消除接收機(jī)鐘誤差的影響。例如：當(dāng)兩臺(tái)接收機(jī)對(duì)同一衛(wèi)星進(jìn)行同步觀測(cè)時(shí)，觀測(cè)值中包含了共73又如，目前廣播星歷的誤差可達(dá)數(shù)十米，這種誤差屬于起算數(shù)據(jù)誤差，并不影響觀測(cè)值，當(dāng)然不能通過(guò)觀測(cè)值相減來(lái)消除。利用相距不太遠(yuǎn)的兩個(gè)測(cè)站上的同步觀測(cè)值進(jìn)行相對(duì)定位時(shí)，由于兩站至衛(wèi)星的幾何圖形十分相似，因而星歷誤差對(duì)兩站坐標(biāo)的影響也很相似。利用這種相關(guān)性在求坐標(biāo)差時(shí)就能把共同的坐標(biāo)誤差消除掉。又如，目前廣播星歷的誤差可達(dá)數(shù)十米，這種誤差屬于起算數(shù)據(jù)誤差74其殘余誤差一般可用下列經(jīng)驗(yàn)公式估算：△b=b*△s/ρ。當(dāng)基線長(zhǎng)度b=5km，測(cè)站至衛(wèi)星的距離ρ=25000km時(shí)，即使衛(wèi)星星歷誤差的絕對(duì)值較大，例如△s=50m，但它對(duì)基線△b的影響也很小，只有1cm。其殘余誤差一般可用下列經(jīng)驗(yàn)公式估算：753選擇較好的硬件和較好的觀測(cè)條件有的誤差，如多路徑誤差，既不能采用求差的方法來(lái)解決也無(wú)法建立改正模型，削弱它的唯一辦法是選用較好的天線，仔細(xì)選擇測(cè)站，遠(yuǎn)離反射物和干擾源。3選擇較好的硬件和較好的觀測(cè)條件76上述三種方法也可結(jié)合使用，例如采用大氣傳播延遲改正模型進(jìn)行改正，再用求差法來(lái)消除無(wú)法用模型改正卻具有相關(guān)性的那些殘余誤差。上述三種方法也可結(jié)合使用，例如采用大氣傳播延遲改正模型進(jìn)行改77四等效距離誤差及幾何誤差放大因子。GPS定位的精度取決于兩個(gè)因素：測(cè)量誤差和幾何圖形強(qiáng)度。GPS測(cè)量是距離測(cè)量，為了方便起見(jiàn)，我們總是將各項(xiàng)誤差投影到測(cè)站至衛(wèi)星的連線上，它們對(duì)距離的影響稱為等效距離誤差。通常，我們認(rèn)為各項(xiàng)誤差之間是相互獨(dú)立的（雖然這種假設(shè)并不完全準(zhǔn)確），這樣就可以求出總的等效距離誤差，并用它來(lái)代表GPS觀測(cè)時(shí)的實(shí)際精度。四等效距離誤差及幾何誤差放大因子。78在GPS定位中常用幾何誤差放大因子（PDOP、GDOP）來(lái)表示幾何圖形強(qiáng)度。GPS定位時(shí)的誤差可以用總的等效距離誤差б0和幾何誤差放大因子GDOP的乘積來(lái)表示。在GPS定位中常用幾何誤差放大因子（PDOP、GDOP）來(lái)表79這就表明，提高定位精度的途徑有兩條：一是采用前面介紹的方法，千方百計(jì)地減少б0，二是設(shè)法增強(qiáng)幾何強(qiáng)度，減小PDOP、GDOP。這就表明，提高定位精度的途徑有兩條：一是采用前面介紹的方法，80采用的方法是：選擇合適的觀測(cè)時(shí)間段和合適的衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)以獲得較好的幾何圖形，如果條件允許的話則可觀測(cè)視場(chǎng)中的所有可見(jiàn)衛(wèi)星。采用的方法是：選擇合適的觀測(cè)時(shí)間段和合適的衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)以獲得81各種誤差對(duì)偽距測(cè)量和載波相位測(cè)量的影響程度：影響相同的誤差有：1與衛(wèi)星有關(guān)的誤差：衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘誤差、相對(duì)論效應(yīng)。2對(duì)流層折射3接收機(jī)的鐘誤差、位置誤差、各種誤差對(duì)偽距測(cè)量和載波相位測(cè)量的影響程度：82影響不同的有：1電離層折射影響：大小相同、方向相反。2多路徑效應(yīng)：對(duì)偽距的影響較為嚴(yán)重。影響不同的有：83思考題1.GPS定位的誤差有哪幾種類型?2.簡(jiǎn)述電離層雙頻改正模型。3.通常采用那些方法減弱對(duì)流層折射改正殘差？4.什么是多路徑效應(yīng)？消除多路徑效應(yīng)有哪些方法？5.衛(wèi)星星歷誤差對(duì)相對(duì)定位有什么樣的影響？思考題1.GPS定位的誤差有哪幾種類型?846.衛(wèi)星星歷誤差有哪些解決方法？7.什么是物理同步誤差？什么是數(shù)學(xué)同步誤差？如何解決衛(wèi)星鐘誤差？8.什么是相對(duì)論效應(yīng)？解決相對(duì)論效應(yīng)對(duì)GPS定位的影響有哪些方法？9.什么是接收機(jī)天線相位中心偏差？10.綜述解決各種誤差的措施和方法。11.什么是等效距離誤差？12.簡(jiǎn)述各種誤差對(duì)偽距測(cè)量和載波相位測(cè)量的影響.6.衛(wèi)星星歷誤差有哪些解決方法？85第七章GPS測(cè)量的誤差來(lái)源及其影響第七章GPS測(cè)量的誤差來(lái)源及其影響867.1GPS測(cè)量主要誤差分類7.1GPS測(cè)量主要誤差分類87第七章GPS測(cè)量的誤差來(lái)源-課件88第七章GPS測(cè)量的誤差來(lái)源-課件89誤差來(lái)源對(duì)距離測(cè)量的影響(m）衛(wèi)星部分星歷誤差、鐘誤差、相對(duì)論效應(yīng)1.5-15信號(hào)傳播電離層、對(duì)流層、多路徑效應(yīng)1.5-15信號(hào)接收鐘誤差、位置誤差、天線誤差1.5-5.0其它影響地球潮汐、負(fù)荷潮1.0誤差來(lái)源對(duì)距離測(cè)量衛(wèi)星部分星歷誤差、鐘誤差、相對(duì)論效應(yīng)1.590上述誤差按照誤差的性質(zhì)來(lái)分可分為系統(tǒng)誤差與偶然誤差。系統(tǒng)誤差：星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差、大氣折射等。偶然誤差：多路徑效應(yīng)系統(tǒng)誤差是研究的主要對(duì)象。上述誤差按照誤差的性質(zhì)來(lái)分可分為系統(tǒng)誤差與偶然誤差。917.2與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差一.電離層折射1.電離層折射誤差電離層，即地球上空距地面高度在50-1000km之間的大氣層。其中的氣體分子由于天體各種射線的輻射而產(chǎn)生電離，形成大量的自由電子和正離子。7.2與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差一.電離層折射92因此，GPS信號(hào)通過(guò)電離層時(shí)，傳播路徑會(huì)發(fā)生彎曲，傳播速度也會(huì)產(chǎn)生變化，此時(shí)用信號(hào)的傳播時(shí)間乘以光速得到的距離不等于衛(wèi)星至接收機(jī)間的幾何距離，這種偏差即為電離層折射誤差。因此，GPS信號(hào)通過(guò)電離層時(shí)，傳播路徑會(huì)發(fā)生彎曲，傳播速度也93電離層是彌散性介質(zhì)。群波的傳播速度與單一波不同。偽距測(cè)量時(shí)，測(cè)距碼是以群速傳播的；而載波相位測(cè)量時(shí)可按單一波計(jì)算。因此，偽距測(cè)量與載波相位測(cè)量的電離層折射改正數(shù)大小相等，方向相反。天頂方向延遲可達(dá)50m，高度角為20°可達(dá)150m。電離層是彌散性介質(zhì)。942.減弱電離層影響的措施（1）利用雙頻觀測(cè)（2）利用電離層改正模型（3）利用同步觀測(cè)值求差2.減弱電離層影響的措施95二對(duì)流層折射1對(duì)流層及其影響對(duì)流層是地面以上40km以下的大氣層，其大氣密度更大，大氣狀態(tài)比電離層更為復(fù)雜。電磁波信號(hào)通過(guò)對(duì)流層時(shí)信號(hào)傳播路徑也會(huì)發(fā)生彎曲，從而產(chǎn)生的誤差稱為對(duì)流層折射誤差。二對(duì)流層折射96對(duì)流層折射的影響與信號(hào)的高度角有關(guān)，當(dāng)在天頂方向影響達(dá)2.3m；高度角為10度時(shí)影響達(dá)20m。對(duì)流層折射對(duì)偽距和載波相位測(cè)量的影響相同。對(duì)流層折射的影響與信號(hào)的高度角有關(guān)，當(dāng)在天頂方向影響達(dá)2.3972.對(duì)流層折射改正模型（1）霍普菲爾德（Hopfield）模型（2）薩斯塔莫寧公式（3）勃蘭克模型2.對(duì)流層折射改正模型983.減弱對(duì)流層折射改正殘差影響的主要措施氣象參數(shù)在測(cè)站直接測(cè)定引入附加代估參數(shù)利用同步觀測(cè)量求差利用水汽輻射計(jì)直接測(cè)定信號(hào)傳播的影響。3.減弱對(duì)流層折射改正殘差影響的主要措施99三、多路徑誤差>定義三、多路徑誤差>定義100多路徑誤差>定義>多路徑效應(yīng)在GPS測(cè)量中被測(cè)站附近的反射物所反射的衛(wèi)星信號(hào)（反射波）如果直接進(jìn)入接收機(jī)天線的話，將和直接來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)（直射波）產(chǎn)生干涉，從而使觀測(cè)值偏離真值產(chǎn)生所謂的“多路徑誤差”。

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)”。多路徑誤差>定義>多路徑效應(yīng)在GPS測(cè)量中被測(cè)站101多路徑誤差>反射波>幾何特性反射波的幾何特性P多路徑誤差>反射波>幾何特性反射波的幾何特性P102多路徑誤差>反射波>物理特性反射波的物理特性反射波除了存在相位延遲之外，信號(hào)強(qiáng)度一般也會(huì)減小。（1）一部分能量被反射物面所吸收。多路徑誤差>反射波>物理特性反射波的物理特性103反射系數(shù)表水面稻田野地森林田地α損耗（分貝）α損耗（分貝）α損耗（分貝）α損耗（分貝）1.000.820.640.310反射系數(shù)表水面稻田野地森林田地α損耗α損耗α損耗α損耗1.0104多路徑誤差>反射波>物理特性反射波的物理特性（2）GPS信號(hào)是右旋圓極化波，反射后會(huì)改變波的極化特性。接收天線是右旋圓極化結(jié)構(gòu)，對(duì)反射波存在抑制作用。注：右旋圓極化電磁波由電場(chǎng)和磁場(chǎng)構(gòu)成。人們規(guī)定：電場(chǎng)的方向就是天線極化方向。右旋極化波是符合右手定則的電磁波，左旋圓極化波是符合左手定則的電磁波。多路徑誤差>反射波>物理特性反射波的物理特性105多路徑誤差>載波相位測(cè)量中的多路徑誤差受多路徑效應(yīng)影響的情況下的接收信號(hào)多路徑誤差>載波相位測(cè)量中的多路徑誤差受多路徑效應(yīng)影響的情況106多路徑誤差>載波相位測(cè)量中的多路徑誤差(1)(2)多路徑誤差>載波相位測(cè)量中的多路徑誤差(1)107多路徑誤差>載波相位測(cè)量中的多路徑誤差多路徑效應(yīng)的數(shù)值特性受多個(gè)反射信號(hào)影響的情況多路徑誤差>載波相位測(cè)量中的多路徑誤差多路徑效應(yīng)的數(shù)值特性108多路徑誤差>減弱和消除方法站址的選擇多路徑誤差取決于反射物離測(cè)站的距離和反射系數(shù)（取決于反射物的材料、形狀及粗糙程度等）及衛(wèi)星信號(hào)的方向等各種性質(zhì)，無(wú)法建立起準(zhǔn)確的誤差改正模型。較為有效的方法是恰當(dāng)選擇站址，注意避免信號(hào)反射物。多路徑誤差>減弱和消除方法站址的選擇109多路徑誤差>減弱和消除方法>站址選擇1、選站時(shí)應(yīng)避免臨近有大面積的平靜的水面。多路徑誤差>減弱和消除方法>站址選擇1、選站時(shí)應(yīng)避免臨近有大110多路徑誤差>減弱和消除方法>站址選擇2、測(cè)站不宜選擇在山坡上。多路徑誤差>減弱和消除方法>站址選擇2、測(cè)站不宜選擇在山坡上111多路徑誤差>減弱和消除方法>站址選擇3、測(cè)站周圍不宜有高層建筑物。多路徑誤差>減弱和消除方法>站址選擇3、測(cè)站周圍不宜有高層建112多路徑誤差>減弱和消除方法>硬件要求對(duì)接收機(jī)的要求（1）在天線下設(shè)抑徑板或抑徑圈多路徑誤差>減弱和消除方法>硬件要求對(duì)接收機(jī)的要求113多路徑誤差>減弱和消除方法>硬件要求抑徑板的半徑多路徑誤差>減弱和消除方法>硬件要求抑徑板的半徑114多路徑誤差>減弱和消除方法>硬件要求（2）接收天線對(duì)極化特性不同的反射信號(hào)應(yīng)該有較強(qiáng)的抑制作用。適當(dāng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間由于多路徑誤差是時(shí)間的函數(shù)，其大小和符號(hào)會(huì)隨著衛(wèi)星的高度角變化而變化，所以在靜態(tài)定位中經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)后，多路徑誤差的影響可大為削弱。多路徑誤差>減弱和消除方法>硬件要求（2）接收天線對(duì)極化特性1157.3與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差主要包括衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘誤差以及相對(duì)論效應(yīng)。與衛(wèi)星有關(guān)的誤差對(duì)載波相位測(cè)量和偽距測(cè)量的影響相同。7.3與衛(wèi)星有關(guān)的誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差主要包括衛(wèi)星星歷誤差、116一.衛(wèi)星星歷誤差由衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星在空間的位置與衛(wèi)星的實(shí)際位置之差稱為衛(wèi)星星歷誤差。在一個(gè)觀測(cè)時(shí)段內(nèi)星歷誤差主要呈系統(tǒng)誤差特性。衛(wèi)星星歷誤差是一種起算數(shù)據(jù)誤差，將嚴(yán)重影響單點(diǎn)定位的精度，在精密相對(duì)定位中也是一個(gè)重要的誤差源。一.衛(wèi)星星歷誤差1171概況GPS衛(wèi)星星歷按其性質(zhì)可分為兩類：1）預(yù)報(bào)星歷（廣播星歷）2）實(shí)測(cè)星歷（精密星歷）1概況1182星歷誤差對(duì)定位的影響1）對(duì)單點(diǎn)定位的影響2）對(duì)相對(duì)定位的影響2星歷誤差對(duì)定位的影響1193.解決辦法1）建立自己的衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)獨(dú)立定軌2）軌道松弛法在平差模型中把衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星位置當(dāng)成未知數(shù)來(lái)處理，通過(guò)平差同時(shí)求得測(cè)站位置及軌道的改正數(shù)。半短弧法：徑向誤差、切向誤差、法向誤差短弧法：6個(gè)軌道參數(shù)的改正值作為未知數(shù)3.解決辦法120軌道松弛法具有一定的局限性：1采用這種方法時(shí)，測(cè)區(qū)必須具有一定的規(guī)模2數(shù)據(jù)處理復(fù)雜3采用這種方法時(shí)，其他誤差可能被吸收到星歷誤差中，得到的精度有虛假的成分。軌道松弛法具有一定的局限性：1213）相對(duì)定位星歷誤差對(duì)兩個(gè)相距不太遠(yuǎn)的測(cè)站的影響基本相同。3）相對(duì)定位122二衛(wèi)星鐘誤差GPS測(cè)量的精度和時(shí)鐘誤差有密切的關(guān)系。GPS衛(wèi)星上配有原子鐘，太空的外部環(huán)境對(duì)鐘的工作也十分有利。衛(wèi)星鐘和GPS時(shí)之間的誤差在1ms以內(nèi)，而1ms的鐘差會(huì)引起300km的測(cè)距誤差。這種直接用衛(wèi)星鐘的讀數(shù)與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)相比而得出的誤差稱為物理同步誤差。二衛(wèi)星鐘誤差123顯然，直接由主控站來(lái)對(duì)衛(wèi)星鐘進(jìn)行遙控調(diào)整遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了導(dǎo)航和定位的要求。衛(wèi)星鐘在時(shí)刻t的改正數(shù)一般可表示為：其中，最后一項(xiàng)是隨機(jī)項(xiàng)，只能通過(guò)鐘的穩(wěn)定度來(lái)描述其統(tǒng)計(jì)特性，但無(wú)法知道其具體數(shù)值。顯然，直接由主控站來(lái)對(duì)衛(wèi)星鐘進(jìn)行遙控調(diào)整遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了導(dǎo)航和定124鐘差、鐘速、鐘速的變率三個(gè)系數(shù)可由GPS的地面控制系統(tǒng)根據(jù)前一段時(shí)間的跟蹤資料和GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)推算出來(lái)，并在衛(wèi)星的導(dǎo)航電文中給出。加上改正數(shù)后的衛(wèi)星鐘讀數(shù)和GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間之差稱為數(shù)學(xué)同步誤差。鐘差、鐘速、鐘速的變率三個(gè)系數(shù)可由GPS的地面控制系統(tǒng)根據(jù)前125數(shù)學(xué)同步誤差估計(jì)約為20ns左右（相當(dāng)于6m）的誤差，在導(dǎo)航中一般不再顧及數(shù)學(xué)同步誤差，在大地定位中則需采用在接收機(jī)間求一次差來(lái)進(jìn)一步消除它。數(shù)學(xué)同步誤差估計(jì)約為20ns左右（相當(dāng)于6m）的誤差，在導(dǎo)航126三相對(duì)論效應(yīng)相對(duì)論效應(yīng)是由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所處的狀態(tài)（速度和重力位）不同而引起衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘產(chǎn)生相對(duì)鐘誤差的現(xiàn)象。三相對(duì)論效應(yīng)127衛(wèi)星鐘被安置在高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星中，按照狹義相對(duì)論的觀點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生時(shí)間膨脹的現(xiàn)象，若衛(wèi)星在地心慣性坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)速度為Vs，根據(jù)狹義相對(duì)論，安置在該衛(wèi)星的衛(wèi)星鐘的頻率fs將變?yōu)椋盒l(wèi)星鐘被安置在高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星中，按照狹義相對(duì)論的觀點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生時(shí)128將GPS衛(wèi)星的平均速度Vs=3874m/s，c=299792458m/s代入上式可得由于地球自轉(zhuǎn)接收機(jī)鐘也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)論效應(yīng)，其數(shù)值取決于接收機(jī)的地理位置，但是由于其數(shù)值很小，而且在一個(gè)點(diǎn)上為常數(shù)，數(shù)據(jù)處理時(shí)會(huì)自動(dòng)被吸收到接收機(jī)的鐘差中去，不必另行考慮。將GPS衛(wèi)星的平均速度Vs=3874m/s，c=299792129廣義相對(duì)論則告訴我們，若衛(wèi)星所在處的重力位為Ws，地面測(cè)站處的重力位為WT，那么同一臺(tái)鐘放在衛(wèi)星和放在地面上時(shí)頻率將相差：廣義相對(duì)論則告訴我們，若衛(wèi)星所在處的重力位為Ws，地面測(cè)站處130因廣義相對(duì)論數(shù)量很小，在計(jì)算時(shí)可以把地球的重力位看作是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)位，同時(shí)略去日、月引力位，這樣可得到實(shí)用公式：因廣義相對(duì)論數(shù)量很小，在計(jì)算時(shí)可以把地球的重力位看作是一個(gè)質(zhì)131因此，解決相對(duì)論效應(yīng)最簡(jiǎn)單的方法就是在制造衛(wèi)星鐘的頻率時(shí)預(yù)先將其頻率降低相應(yīng)的數(shù)量。因此，解決相對(duì)論效應(yīng)最簡(jiǎn)單的方法就是在制造衛(wèi)星鐘的頻率時(shí)預(yù)先1327.4與接收機(jī)有關(guān)的誤差與接收機(jī)有關(guān)的誤差主要有：觀測(cè)誤差、接收機(jī)鐘誤差、接收機(jī)位置誤差、天線相位中心位置誤差和載波相位觀測(cè)的整周不確定性。7.4與接收機(jī)有關(guān)的誤差與接收機(jī)有關(guān)的誤差主要有：觀測(cè)誤差、1331觀測(cè)誤差這類誤差除了觀測(cè)的分辨誤差之外，尚包括接收機(jī)天線相對(duì)測(cè)站點(diǎn)的安置誤差。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般認(rèn)為觀測(cè)的誤差約為信號(hào)波長(zhǎng)的1%。由此，對(duì)GPS碼信號(hào)和載波信號(hào)的觀測(cè)精度，如下表所示：1觀測(cè)誤差134碼相位與載波相位的分辨誤差信號(hào)波長(zhǎng)觀測(cè)誤差P碼29.3m0.3mC/A碼293m2.9m載波L119.05cm2.0mm載波L224.45cm2.5mm碼相位與載波相位的分辨誤差信號(hào)波長(zhǎng)觀測(cè)誤差P碼29.3m0.135觀測(cè)誤差屬于偶然誤差，適當(dāng)?shù)卦黾佑^測(cè)量，將會(huì)明顯地減弱其影響。接收機(jī)天線相對(duì)觀測(cè)站中心的安置誤差，主要有天線的整平、對(duì)中誤差和量取天線相位中心高度（天線高）的誤差。觀測(cè)誤差屬于偶然誤差，適當(dāng)?shù)卦黾佑^測(cè)量，將會(huì)明顯地減弱其影響136當(dāng)天線高度為1.6m時(shí)，如果天線置平誤差為0.1°，則由此引起光學(xué)對(duì)中器的對(duì)中誤差，約為3mm。因此，在精密定位工作中，必須仔細(xì)操作，以盡量減少這種誤差的影響。該項(xiàng)誤差對(duì)偽距測(cè)量和載波相位測(cè)量的影響相同。當(dāng)天線高度為1.6m時(shí)，如果天線置平誤差為0.1°，則由此引1372接收機(jī)的鐘差GPS接收機(jī)一般設(shè)有高精度的石英鐘，其日頻率穩(wěn)定度約為10-11。如果接收機(jī)鐘與衛(wèi)星鐘之間的同步差為1μs，則由此引起的等效距離誤差約為300m。2接收機(jī)的鐘差138處理接收機(jī)鐘差比較有效的辦法：1作為未知數(shù)納入方程進(jìn)行數(shù)據(jù)處理求解。此方法廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位。此時(shí)，假設(shè)每個(gè)觀測(cè)瞬間，鐘差都是獨(dú)立的。處理接收機(jī)鐘差比較有效的辦法：1392象衛(wèi)星鐘那樣，將其表示為多項(xiàng)式的形式，在觀測(cè)量的平差計(jì)算中，求解多項(xiàng)式的系數(shù)。鐘差模型影響鐘差的正確性。多用于靜態(tài)絕對(duì)定位。2象衛(wèi)星鐘那樣，將其表示為多項(xiàng)式的形式，在觀測(cè)量的平差計(jì)算中1403在定位精度要求較高時(shí)，可以采用高精度的外接頻標(biāo)（時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)），如銣原子鐘或銫原子鐘，以提高接收機(jī)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的精度。4在精密相對(duì)定位中，還可以利用觀測(cè)值求差的方法，有效地減弱接收機(jī)鐘差的影響。接收機(jī)鐘差對(duì)偽距測(cè)量和載波相位測(cè)量的影響相同。3在定位精度要求較高時(shí)，可以采用高精度的外接頻標(biāo)（時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)）1413天線的相位中心位置偏差在GPS定位中，觀測(cè)值都是以接收機(jī)天線的相位中心位置為準(zhǔn)的，而天線的相位中心與其幾何中心，在理論上應(yīng)保持一致。可是，實(shí)際上天線的相位中心位置，隨著信號(hào)輸入的強(qiáng)度和方向不同而有所變化，即觀測(cè)時(shí)相位中心的瞬時(shí)位置與理論上的相位中心位置有所不同。3天線的相位中心位置偏差142天線相位中心的偏差對(duì)相對(duì)定位結(jié)果的影響，根據(jù)天線性能的好壞，可達(dá)數(shù)毫米至數(shù)厘米。如何減少相位中心的偏移，對(duì)于提高定位精度來(lái)說(shuō)非常重要。天線相位中心的偏差對(duì)相對(duì)定位結(jié)果的影響，根據(jù)天線性能的好壞，143解決辦法：如果采用同一類型的天線，在相距不遠(yuǎn)的兩個(gè)或多個(gè)觀測(cè)站上同步觀測(cè)同一組衛(wèi)星，那么就可以通過(guò)觀測(cè)值的求差來(lái)削弱相位中心偏移的影響。此時(shí)，測(cè)站的天線應(yīng)按天線附有的方位標(biāo)進(jìn)行定向，使之根據(jù)羅盤(pán)指向磁北極。通常定向偏差應(yīng)保持在3°~5°以內(nèi)。解決辦法：如果采用同一類型的天線，在相距不遠(yuǎn)的兩個(gè)或多個(gè)觀測(cè)1447.5其它誤差一地球自轉(zhuǎn)的影響在協(xié)議地球坐標(biāo)系中，如果衛(wèi)星的瞬時(shí)位置，是根據(jù)信號(hào)發(fā)播的瞬時(shí)計(jì)算的，那么應(yīng)考慮修改地球自轉(zhuǎn)的改正。因?yàn)?，?dāng)衛(wèi)星信號(hào)傳播到觀測(cè)站時(shí)，與地球相固聯(lián)的協(xié)議地球坐標(biāo)系相對(duì)衛(wèi)星的上述瞬時(shí)位置已經(jīng)產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)。7.5其它誤差一地球自轉(zhuǎn)的影響145第七章GPS測(cè)量的誤差來(lái)源-課件146由此，衛(wèi)星在協(xié)議地固坐標(biāo)系中的坐標(biāo)變化為：其中，xj、yj、zj是衛(wèi)星的瞬時(shí)坐標(biāo)由此，衛(wèi)星在協(xié)議地固坐標(biāo)系中的坐標(biāo)變化為：其中，xj、yj、147由于旋轉(zhuǎn)角△a<1.5″，所以當(dāng)取至一次微小項(xiàng)時(shí)，上式可以化簡(jiǎn)為：由于旋轉(zhuǎn)角△a<1.5″，所以當(dāng)取至一次微小項(xiàng)時(shí)，上式可以化148二地球潮汐改正固體潮：地球在太陽(yáng)和月球的萬(wàn)有引力作用下，固體地球要產(chǎn)生周期性的彈性形變，這種現(xiàn)象稱為固體潮。負(fù)荷潮汐：在日月引力的作用下，作用于地球上的負(fù)荷也將發(fā)生周期性的變動(dòng)（海潮），從而使地球產(chǎn)生周期性的形變，這種現(xiàn)象稱為負(fù)荷潮。二地球潮汐改正149固體潮和負(fù)荷潮引起的測(cè)站位移可達(dá)80cm，從而使不同時(shí)間的測(cè)量結(jié)果之間互不一致，因而在高精度相對(duì)定位中必須考慮其影響。通常用三個(gè)量代表固體潮和海潮引起的測(cè)站點(diǎn)的位移值。δr、δФ、δλ，分別為測(cè)站坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)分量固體潮和負(fù)荷潮引起的測(cè)站位移可達(dá)80cm，從而使不同時(shí)間的測(cè)150武漢地區(qū)δr的周日變化tδr（cm）tδr（cm）tδr（cm）tδr（cm）0：00-18.46：00-1.612：00-12.318：00+39.10：30-17.86：30-3.512：30-7.718：30+36.91：00-16.27：00-6.013：00-2.219：00+33.41：30-14.17：30-8.813：30+3.919：30+28.62：00-11.58：00-11.714：00+10.320：00+23.02：30-8.78：30-14.514：30+16.820：30+16.73：00-6.09：00-16.915：00+23.021：00+10.13：30-3.69：30-18.715：30+28.621：30+3.64：00-1.710：00-19.616：00+33.322：00-2.64：30-0.510：30-19.516：30+36.922：30-8.25：00-0.111：00-18.317：00+39.123：00-12.95：30-0.411：30-15.917：30+39.923：30-16.5武漢地區(qū)δr的周日變化tδr（cm）tδr（cm）tδr（c151已知了測(cè)站的形變量后，即可將其投影到應(yīng)加的由于地球潮汐所引起的改正數(shù)。已知了測(cè)站的形變量后，即可將其投影到應(yīng)加的由于地球潮汐所引起152消除各種誤差的方法總結(jié)：1.建立誤差改正模型通過(guò)對(duì)誤差的特性、機(jī)制以及產(chǎn)生的原因進(jìn)行研究分析、推導(dǎo)而建立起來(lái)的理論公式。也可以是通過(guò)對(duì)大量觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析、擬合而建立起來(lái)的經(jīng)驗(yàn)公式。在多數(shù)情況下則是同時(shí)采用兩種方法而建立的綜合模型。消除各種誤差的方法總結(jié)：153理論公式：電離層雙頻改正模型。綜合模型：對(duì)流層折射模型。如果每個(gè)誤差改正模型都是十分完善嚴(yán)密的，模型中所需的數(shù)據(jù)都是準(zhǔn)確無(wú)誤的，早這種理想情況下，經(jīng)各誤差模型改正后包含的觀測(cè)值中的系統(tǒng)誤差將被消除干凈，而只留下偶然誤差。理論公式：電離層雙頻改正模型。154然而，由于改正模型本身的誤差以及所獲取的改正模型中所需的各參數(shù)的誤差，仍會(huì)有一部分偏差殘留在觀測(cè)值中（殘差）這些殘差通常仍比偶然誤差要大得多，從而嚴(yán)重影響GPS定位的精度。然而，由于改正模型本身的誤差以及所獲取的