1、 7.1 GPS7.1 GPS測(cè)量主要誤差分類測(cè)量主要誤差分類 1. 概述 GPSGPS測(cè)量測(cè)量是通過(guò)地面接收設(shè)備接收衛(wèi)星傳送的信息來(lái)確定地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)。測(cè)量結(jié)果的誤差測(cè)量結(jié)果的誤差主要來(lái)源于GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號(hào)的傳播過(guò)程和地面接收設(shè)備。在高精度的GPS測(cè)量中，還應(yīng)注意到與地球整體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的地球潮汐、負(fù)荷潮及相對(duì)論效應(yīng)的影響。2.GPS2.GPS測(cè)量誤差的分類及對(duì)距離測(cè)量的影響測(cè)量誤差的分類及對(duì)距離測(cè)量的影響3.3.誤差性質(zhì)及影響特點(diǎn)誤差性質(zhì)及影響特點(diǎn) 性質(zhì)分類：性質(zhì)分類：偶然誤差：偶然誤差：信號(hào)的多路徑效應(yīng)信號(hào)的多路徑效應(yīng)系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差：衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以衛(wèi)星星歷誤差

2、、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及大氣折射的誤差等及大氣折射的誤差等。 影響特點(diǎn)：影響特點(diǎn)：系統(tǒng)誤差的大小及其對(duì)定位結(jié)果的危害均遠(yuǎn)大于偶然系統(tǒng)誤差的大小及其對(duì)定位結(jié)果的危害均遠(yuǎn)大于偶然誤差，是誤差，是GPSGPS測(cè)量的主要誤差源。測(cè)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(duì)象。除，因而是本章研究的主要對(duì)象。7.2 7.2 與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差7.2.1、電離層折射誤差7.2.2、對(duì)流層折射誤差7.2.3、多路徑誤差 （偶然誤差）7.2.17.2.1、電離層折射誤差及其消減方法、電離層折射誤差

3、及其消減方法1、電離層及其影響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(hào)的傳播時(shí)間乘上真空中光速而得到的距離就會(huì)不等于衛(wèi)星至接收機(jī)間的幾何距離，這種偏差叫電離層折射誤差電離層折射誤差。 2 2、減弱電離層影響的措施、減弱電離層影響的措施 利用雙頻觀測(cè) 利用電離層改正模型 利用同步觀測(cè)值求差7.2.2 7.2.2 對(duì)流層的折射對(duì)流層的折射1、對(duì)流層對(duì)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(fù)雜。2、對(duì)、對(duì)流層折射的改正模型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 勃蘭克

4、(Black)公式霍普菲爾德霍普菲爾德(Hopfild)(Hopfild)公式公式為水氣壓）（swsdswsswsdssdwdwdehThhheTKhhTPKEKEKsss1100016.27372.14840136)(4810102 .155)(102 .155)25. 2sin()25. 6sin(277212212Ps為測(cè)站的氣壓hs為測(cè)站的高程Ts為測(cè)站的絕對(duì)溫度Hd為對(duì)流層外邊緣的高度薩斯塔莫寧(Saastamoinen)公式有關(guān)，可查表獲得。和與有關(guān)，可查表獲得；與其中：sssssssshERhBhhWRhWEtgBeTPEs00028. 02cos0026. 01),(),()0

5、5. 01255(sin002277. 02283210716. 01015. 016. 1)4810(16)05. 01255(sin002277. 0sssssssshhactgEeTPTEEEEEtgaeTPEs其中：原始模型：擬合后的公式：勃蘭克勃蘭克(Black)(Black)公式公式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 . 002020wsssdwsdEswwsddKTPTKhThEbTlEbhhlEKEbhhlE

6、Ks其中：3 3、減弱對(duì)流層折射改正殘差影響的措施、減弱對(duì)流層折射改正殘差影響的措施采用對(duì)流層模型加以改正。其氣象參數(shù)在測(cè)站直接測(cè)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(cè)量求差。7.2.3 多路徑誤差 在GPS測(cè)量中,如果測(cè)站周圍的反射物所反射的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)天線，這就將和直接來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使觀測(cè)值偏離真值產(chǎn)生所謂的“多路徑誤差”，這種由于多路徑的信號(hào)傳播所引起的干涉時(shí)延效應(yīng)被稱做多路徑效應(yīng)。減弱多路徑誤差的方法：(一)選擇合適的站址v測(cè)站應(yīng)遠(yuǎn)離大面積平靜水面v測(cè)站不宜選在山坡、山谷和盆地中v測(cè)站應(yīng)離開(kāi)高層建筑物(二)對(duì)接收機(jī)天線的要

7、求v在天線中設(shè)置抑徑板v接受天線對(duì)于極化特性不同的反射信號(hào)該有較強(qiáng)的抑制作用7.3 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 與衛(wèi)星本身有關(guān)的誤差 衛(wèi)星星歷差 衛(wèi)星鐘誤差 相對(duì)論效應(yīng)7.3.1 7.3.1 衛(wèi)星星歷誤差衛(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(shí)際位置之差稱為衛(wèi)星星歷誤差。一、星歷數(shù)據(jù)的來(lái)源一、星歷數(shù)據(jù)的來(lái)源1、 廣播星歷（預(yù)報(bào)星歷）：它是通過(guò)衛(wèi)星發(fā)射的含有軌道信息的導(dǎo)航電文傳遞給用戶，用戶接受這些信號(hào)，經(jīng)過(guò)解碼便可獲得需要的衛(wèi)星星歷。12、 實(shí)測(cè)星歷（精密星歷）：根據(jù)實(shí)測(cè)資料進(jìn)行擬合處理而直接得出的星歷。廣播、航和實(shí)時(shí)定位無(wú)任何意義。二、星歷誤差對(duì)定位的影響二、星歷誤差對(duì)定位的影響對(duì)單

8、點(diǎn)定位的影響對(duì)相對(duì)定位的影響三、解決星歷誤差的方法三、解決星歷誤差的方法建立我國(guó)的衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)獨(dú)立定軌同步觀測(cè)值求差軌道松弛法：半短弧法、短弧法7.3.2 7.3.2 衛(wèi)星鐘的鐘誤差衛(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(chǎn)生的衛(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。在誤差，也包含鐘的隨機(jī)誤差。在GPSGPS測(cè)量中，碼相測(cè)量中，碼相位觀測(cè)和載波相位觀測(cè)，均要求衛(wèi)星鐘和接收機(jī)位觀測(cè)和載波相位觀測(cè)，均要求衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘保持嚴(yán)格同步。鐘保持嚴(yán)格同步。7.3.3 相對(duì)論效應(yīng) 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)速度有原理：時(shí)間膨脹。鐘的頻率與其

9、運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。關(guān)。對(duì)對(duì)GPSGPS衛(wèi)星鐘的影響衛(wèi)星鐘的影響：ffsmcsmVGPSfcVffffcVfcVffffVsssssssssss10222221210835. 029979245838742)21 ()(1 ，則光速和真空中的衛(wèi)星的平均運(yùn)動(dòng)速度考慮到為即兩者的頻率差將變?yōu)椋郝嗜舭仓玫叫l(wèi)星上，其頻的鐘，則在地面頻率為系中的運(yùn)動(dòng)速度為若衛(wèi)星在地心慣性坐標(biāo)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)GPSGPS衛(wèi)星鐘的影響：衛(wèi)星鐘的影響：ffkmkmRsmrRfcfcWWffWWTsTs1022314222210284. 5265606378

10、10986005. 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狹義相對(duì)論廣義相對(duì)論狹義相對(duì)論廣義相對(duì)論sff1令：令：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 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)（運(yùn)動(dòng)速相對(duì)論效應(yīng)是由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所處的狀態(tài)（運(yùn)動(dòng)速度和重力位）不同而引起衛(wèi)星鐘和接收鐘之

11、間產(chǎn)生相對(duì)鐘度和重力位）不同而引起衛(wèi)星鐘和接收鐘之間產(chǎn)生相對(duì)鐘誤差的現(xiàn)象。嚴(yán)格地說(shuō)，將其歸入與衛(wèi)星有關(guān)的誤差不完誤差的現(xiàn)象。嚴(yán)格地說(shuō)，將其歸入與衛(wèi)星有關(guān)的誤差不完全準(zhǔn)確。但由于相對(duì)論效應(yīng)主要取決于衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)速度和全準(zhǔn)確。但由于相對(duì)論效應(yīng)主要取決于衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)速度和重力位，并且是以衛(wèi)星鐘誤差的形式出現(xiàn)的，因此將其歸重力位，并且是以衛(wèi)星鐘誤差的形式出現(xiàn)的，因此將其歸入此類誤差。入此類誤差。 7.4 7.4 與接收機(jī)有關(guān)的誤差與接收機(jī)有關(guān)的誤差與接收機(jī)有關(guān)的誤差主要有接收機(jī)誤差、接收機(jī)位置誤差、天線相位中心位置誤差及幾何圖形強(qiáng)度誤差等。7.4.17.4.1 接收機(jī)鐘誤差接收機(jī)鐘誤差 減弱接收機(jī)鐘差的方

12、法： 把每個(gè)觀測(cè)時(shí)刻的接收機(jī)鐘差當(dāng)作一個(gè)獨(dú)立的未知數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中與觀測(cè)站的位置參數(shù)一并求解。 認(rèn)為各個(gè)時(shí)刻的接收機(jī)鐘差間是相關(guān)的，將接收機(jī)鐘差表示為時(shí)間多項(xiàng)式，并在觀測(cè)量的平差計(jì)算中求解多項(xiàng)式系數(shù)。 通過(guò)在衛(wèi)星間求一次差來(lái)消除接收機(jī)鐘差。7.4.2 接收機(jī)的位置誤差 接收機(jī)天線相位中心相對(duì)于測(cè)站標(biāo)石中心位置的誤差，叫接收機(jī)位置誤差。7 7.4.3.4.3天線相位中心位置偏差天線相位中心位置偏差 觀測(cè)時(shí)相位中心的瞬時(shí)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 7.4.3 GPS.4.3 GPS天線相位中心的偏差：天線相位中心的偏差： 水平偏差 垂直偏差 7.5 其他誤差 7.5.1 地球自轉(zhuǎn)的影響地球自轉(zhuǎn)的影響 衛(wèi)星信號(hào)自衛(wèi)星發(fā)送 到測(cè)站接收要產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間差，此時(shí)間差內(nèi)與地球相固聯(lián)的協(xié)議地球坐標(biāo)系相對(duì)于衛(wèi)星發(fā)送信號(hào)的瞬間，位置已產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)(繞Z軸)， 由此造成衛(wèi)星信號(hào)傳播到觀測(cè)站的時(shí)間延遲，引起坐標(biāo)系中的坐標(biāo)變化，該影響可通過(guò)模型加以改正。 jjjZYXZYX00000sin0sin0二、地球潮汐改正二、地球潮汐改正 1、固體潮 地球并非剛體，在太陽(yáng)和月球的萬(wàn)有引 力作用下，固體地球產(chǎn)生周期性的彈性變形， 稱為固體潮。 2、負(fù)荷潮 在日月引力的作用