1、 武漢大學(xué)武漢大學(xué) 測繪學(xué)院測繪學(xué)院 GPSGPS原理及其應(yīng)用課程組原理及其應(yīng)用課程組GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用 ( (七七) )GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用第三章第三章 GPS定位中的誤差源定位中的誤差源3.6 對流層延遲對流層延遲3.7 多路徑誤差多路徑誤差3.8 其他誤差改正其他誤差改正GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用3.6對流層延遲對流層延遲GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用3.6 對流層延遲對流層延遲GPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 對流層延遲對流層延遲GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用對流層（對流層（Troposphere）GPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 對流層延遲對流層

2、延遲 對流層對流層GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用對流層延遲對流層延遲00( 1) (1)1 (1)1 (1)(1)(1)1(1( 1)1Kkttttktttskkkcvnnrefractiveindex of atmosphereccvdtdtdtcn dtnncndtcdtc ndtctndsxxx 稱為大氣折射系數(shù)（）設(shè)為信號傳播的真實距離，則當(dāng)時，有故：稱6(1)(1)(1) 10ssndsndsNnatmospheric refractivity：為對流層延遲，對流層改正。通常令：，稱其為大氣折射率（）GPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 對流層延遲對流層延遲 對流層延遲對流層延遲G

3、PS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用對流層的色散效應(yīng)對流層的色散效應(yīng) 對流層的色散效應(yīng)對流層的色散效應(yīng) 折射率與信號波長的關(guān)系折射率與信號波長的關(guān)系 對流層對不同波長的波的折射效應(yīng)對流層對不同波長的波的折射效應(yīng) 結(jié)論結(jié)論 對于對于GPS衛(wèi)星所發(fā)送的電磁波信號，對流層不具有色散效應(yīng)衛(wèi)星所發(fā)送的電磁波信號，對流層不具有色散效應(yīng)4260136. 06288. 1604.28710N波長N*10e6紅光0.72290.7966紫光0.40298.3153L11902936.728287.6040L22442102.134287.6040GPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 對流層延遲對流層延遲 對流層的色散

4、效應(yīng)對流層的色散效應(yīng)GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用大氣折射率大氣折射率N與氣象元素的關(guān)系與氣象元素的關(guān)系 大氣折射率大氣折射率N與溫度、氣壓和濕度的關(guān)系與溫度、氣壓和濕度的關(guān)系 Smith和和Weintranb，1954 對流層延遲與大氣折射率對流層延遲與大氣折射率N。為水氣壓，單位；單位為氣溫，為絕對溫度，；為大氣壓，單位稱為濕氣分量；稱為干氣分量；其中：mbareKTmbarPNNTeTPNNNwdwd248106 .776 .77swsdsdsNdsNNdss161616101010GPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 對流層延遲對流層延遲 大氣折射率大氣折射率N與氣象元素的關(guān)系與氣象

5、元素的關(guān)系GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用霍普菲爾德（霍普菲爾德（Hopfield）改正模型）改正模型 出發(fā)點出發(fā)點 導(dǎo)出折射率與高度的關(guān)系導(dǎo)出折射率與高度的關(guān)系 沿高度進(jìn)行積分，導(dǎo)出垂直方向上的延遲沿高度進(jìn)行積分，導(dǎo)出垂直方向上的延遲 通過投影（映射）函數(shù)，得出信號方向上的延遲通過投影（映射）函數(shù)，得出信號方向上的延遲1100016.27372.14840136)()()()(44wsdswwswsddsdwddhThshhhhNhhhhNNNNMRCRTPVgdhdPdhdT）（；的量表示為測站上的值含下標(biāo)其中：；GPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 對流層延遲對流層延遲 霍普菲爾德（霍普

6、菲爾德（Hopfield）改正模型）改正模型GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用霍普菲爾德（霍普菲爾德（Hopfield）改正模型）改正模型 對流層折射模型對流層折射模型為水氣壓）（swsdswsswsdssdwdwdehThhheTKhhTPKEKEKsss1100016.27372.14840136)(4810102 .155)(102 .155)25. 2sin()25. 6sin(277212212GPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 對流層延遲對流層延遲 霍普菲爾德（霍普菲爾德（Hopfield）改正模型）改正模型GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用霍普菲爾德（霍普菲爾德（Hopfield）改

7、正模型）改正模型 投影函數(shù)的修正投影函數(shù)的修正高度等有關(guān)的量。是與測站氣壓、溫度、其中321321,sinsin1aaaaEatgEaEmGPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 對流層延遲對流層延遲 霍普菲爾德（霍普菲爾德（Hopfield）改正模型）改正模型GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用薩斯塔莫寧（薩斯塔莫寧（Saastamoinen）改正模型）改正模型 原始模型原始模型有關(guān)，可查表獲得。和與有關(guān)，可查表獲得；與其中：sssssssshERhBhhWRhWEtgBeTPEs00028. 02cos0026. 01),(),()05. 01255(sin002277. 02GPS測量定位的誤差

8、源測量定位的誤差源 對流層延遲對流層延遲 薩斯塔莫寧（薩斯塔莫寧（Saastamoinen）改正模型）改正模型GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用薩斯塔莫寧（薩斯塔莫寧（Saastamoinen）改正模型）改正模型 擬合后的公式擬合后的公式283210716. 01015. 016. 1)4810(16)05. 01255(sin002277. 0sssssssshhactgEeTPTEEEEEtgaeTPEs其中：GPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 對流層延遲對流層延遲 薩斯塔莫寧（薩斯塔莫寧（Saastamoinen）改正模型）改正模型GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用勃蘭克（勃蘭克（Black

9、）改正模型）改正模型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 . 002020wsssdwsdEswwsddKTPTKhThEbTlEbhhlEKEbhhlEKs其中：GPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 對流層延遲對流層延遲 勃蘭克（勃蘭克（Black）改正模型）改正模型GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用對流層改正模型綜述對流層改正模型綜述 不同模型所算出的高度角不同模型所算出的高度角30 以上方向的延以上方向的延遲差異不大遲差異

10、不大 Black模型可以看作是模型可以看作是Hopfield模型的修正形模型的修正形式式 Saastamoinen模型與模型與Hopfield模型的差異要模型的差異要大于大于Black模型與模型與Hopfield模型的差異模型的差異GPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 對流層延遲對流層延遲 對流層改正模型綜述對流層改正模型綜述GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用氣象元素的測定氣象元素的測定 氣象元素氣象元素 干溫、濕溫、氣壓干溫、濕溫、氣壓 干溫、相對濕度、氣壓干溫、相對濕度、氣壓 測定方法測定方法 普通儀器：通風(fēng)干濕溫度表、空盒氣壓計普通儀器：通風(fēng)干濕溫度表、空盒氣壓計 自動化的電子儀器自動化的

11、電子儀器GPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 對流層延遲對流層延遲 氣象元素的測定氣象元素的測定GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用氣象元素的測定氣象元素的測定 水氣壓水氣壓es的計算方法的計算方法 由相對濕度由相對濕度RH計算計算 由干溫、濕溫和氣壓計算由干溫、濕溫和氣壓計算)000256908. 0213166. 02465.37(2sTsTeRHessPwTsTwTweseWTgWTgWTgwTgwTgeTeww)()31068. 11 (4105 . 4)(3)(2)(1)()(02808. 5)16.373(246.1013GPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 對流層延遲對流層延遲 氣

12、象元素的測定氣象元素的測定1)16.3731 (1205.26) 116.373(03945. 87321101813. 3)()1 (0187265. 0)() 116.373(19728.18)(wTwTeTgeTgTTgwwwwGPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用對流層模型改正的誤差分析對流層模型改正的誤差分析 模型誤差模型誤差 模型本身的誤差模型本身的誤差 氣象元素誤差氣象元素誤差 量測誤差量測誤差 儀器誤差儀器誤差 讀數(shù)誤差讀數(shù)誤差 測站氣象元素的代表性誤差測站氣象元素的代表性誤差 實際大氣狀態(tài)與大氣模型間的差異實際大氣狀態(tài)與大氣模型間的差異GPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 對流層延

13、遲對流層延遲 對流層模型改正的誤差分析對流層模型改正的誤差分析GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用3.7多路徑誤差多路徑誤差GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用3.7 多路徑誤差多路徑誤差GPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 多路徑誤差多路徑誤差GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用多路徑誤差與多路徑效應(yīng)多路徑誤差與多路徑效應(yīng) 多路徑（多路徑（Multipath）誤差）誤差 在在GPS測量中，被測站附近的測量中，被測站附近的物體所反射的衛(wèi)星信號（反射物體所反射的衛(wèi)星信號（反射波）被接收機(jī)天線所接收，與波）被接收機(jī)天線所接收，與直接來自衛(wèi)星的信號（直接波）直接來自衛(wèi)星的信號（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使觀測值偏離產(chǎn)生

14、干涉，從而使觀測值偏離真值產(chǎn)生所謂的真值產(chǎn)生所謂的“多路徑誤多路徑誤差差”。 多路徑效應(yīng)多路徑效應(yīng) 由于多路徑的信號傳播所引起由于多路徑的信號傳播所引起的干涉時延效應(yīng)稱為多路徑效的干涉時延效應(yīng)稱為多路徑效應(yīng)。應(yīng)。GPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 多路徑誤差多路徑誤差 多路徑誤差與多路徑效應(yīng)多路徑誤差與多路徑效應(yīng)GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用反射波反射波 反射波的幾何特性反射波的幾何特性 反射波的物理特性反射波的物理特性 反射系數(shù)反射系數(shù)a 極化特性極化特性 GPS信號為右旋極化信號為右旋極化 反射信號為左旋極化反射信號為左旋極化zHzHzzHzzHzGAzGAGAOAGAsin42sin

15、2)sin21 (1 (sin)2cos1 (sin)2cos1 (2cos2為：號的相位差反射信號相對于直接信為：號多經(jīng)過的路徑長度反射信號相對于直接信HAOGSSSzz2zGPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 多路徑誤差多路徑誤差 反射波反射波GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用多路徑誤差多路徑誤差 受多路徑效應(yīng)影響的情況下的接收信號受多路徑效應(yīng)影響的情況下的接收信號tUtUtUtUtUStUatUatUatUatUtUatUSSStUaStUSrdrdsin)sin(cos)cos(sinsincoscos)cos(sin)sin(cos)cos1 (sinsincoscoscos)cos(

16、cos)cos(cos為：因為接收信號也可表示實際接收信號：反射信號：直接信號：GPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 多路徑誤差多路徑誤差 多路徑誤差多路徑誤差GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用)cos1sin(cos1sincos21)sin()cos()cos21 (sin)cos(cos21 (sincos1sinsincoscos1222222222aaarctgaatgaaaaaaaaaaa得：除以第二式，有將上面兩式中的第一式得：）（）（）（有對上面兩式求平方和，則有：多路徑誤差多路徑誤差GPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 多路徑誤差多路徑誤差 多路徑誤差多路徑誤差GPS原理及其

17、應(yīng)用原理及其應(yīng)用多路徑誤差多路徑誤差 多路徑的數(shù)值特性多路徑的數(shù)值特性 受多個反射信號影響的情況受多個反射信號影響的情況aaaaaaaaaaaaaddarcsin;)arccos(0)sincos1)(cos1 (cos)cos1 (sincos)cos1 ()cos1sin(11max2222取得極值時，則，當(dāng))cos1sin(11niiiniiiaaarctgGPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 多路徑誤差多路徑誤差 多路徑誤差多路徑誤差GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用多路徑誤差的多路徑誤差的特點特點 與測站環(huán)境有關(guān)與測站環(huán)境有關(guān) 與反射體性質(zhì)有關(guān)與反射體性質(zhì)有關(guān) 與接收機(jī)結(jié)構(gòu)、性能有關(guān)與

18、接收機(jī)結(jié)構(gòu)、性能有關(guān)GPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 多路徑誤差多路徑誤差 多路徑誤差的特點多路徑誤差的特點GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用應(yīng)對多路徑誤差的方法應(yīng)對多路徑誤差的方法 觀測上觀測上 選擇合適的測站，避開易產(chǎn)生多路徑的環(huán)境選擇合適的測站，避開易產(chǎn)生多路徑的環(huán)境GPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 多路徑誤差多路徑誤差 應(yīng)對多路徑誤差的方法應(yīng)對多路徑誤差的方法易發(fā)生多路徑的環(huán)境易發(fā)生多路徑的環(huán)境GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用應(yīng)對多路徑誤差的方法應(yīng)對多路徑誤差的方法 硬件上硬件上 采用抗多路徑誤差的儀器設(shè)備采用抗多路徑誤差的儀器設(shè)備 抗多路徑的天線：帶抑徑板或抑徑圈的天線，極化天

19、抗多路徑的天線：帶抑徑板或抑徑圈的天線，極化天線線 抗多路徑的接收機(jī)：窄相關(guān)技術(shù)抗多路徑的接收機(jī)：窄相關(guān)技術(shù)MEDLL(Multipath Estimating Delay Lock Loop)等等GPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 多路徑誤差多路徑誤差 應(yīng)對多路徑誤差的方法應(yīng)對多路徑誤差的方法抗多路徑效應(yīng)的天線抗多路徑效應(yīng)的天線GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用應(yīng)對多路徑誤差的方法應(yīng)對多路徑誤差的方法 數(shù)據(jù)處理上數(shù)據(jù)處理上 加權(quán)加權(quán) 參數(shù)法參數(shù)法 濾波法濾波法 信號分析法信號分析法GPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 多路徑誤差多路徑誤差 應(yīng)對多路徑誤差的方法應(yīng)對多路徑誤差的方法GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用3.8 其他誤差改正其他誤差改正 引力延遲引力延遲 地球自轉(zhuǎn)改正地球自轉(zhuǎn)改正 地球潮汐改正地球潮汐改正 接收機(jī)的位置誤差接收機(jī)的位置誤差 天線相位中心偏差天線相位中心偏差GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用地球自轉(zhuǎn)改正地球自轉(zhuǎn)改正GPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 其他誤差改正其他誤差改正 地球自轉(zhuǎn)改正地球自轉(zhuǎn)改正GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用GPS測量定位的誤差源測量定位的誤差源 其他誤差改正其他誤差改正 地球自轉(zhuǎn)改正地球自轉(zhuǎn)改正GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用接收機(jī)的位置誤差接收機(jī)的位置誤差 定義定