第七章GPS誤差來源及其影響1第七章GPS誤差來源及其影響17.1GPS誤差的分類27.1GPS誤差的分類21.與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差（1）衛(wèi)星軌道誤差（2）衛(wèi)星鐘差（3）相對(duì)論效應(yīng)2.與傳播途徑有關(guān)的誤差（1）電離層延遲（2）對(duì)流層延遲（3）多路徑效應(yīng)3.與接收設(shè)備有關(guān)的誤差（1）接收機(jī)天線相位中心的偏移和變化（2）接收機(jī)鐘差（3）接收機(jī)內(nèi)部噪聲7.1.1按GPS測(cè)量誤差的來源31.與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差7.1.1按GPS測(cè)量誤差的來源37.1.2按GPS測(cè)量誤差的性質(zhì)1.偶然誤差(觀測(cè)噪聲–Noise)

特點(diǎn)：量級(jí)小–毫米級(jí)2.系統(tǒng)誤差(偏差–Bias)特點(diǎn)：量級(jí)大–最大可達(dá)數(shù)百米47.1.2按GPS測(cè)量誤差的性質(zhì)1.偶然誤差(觀測(cè)噪聲–7.1.3GPS測(cè)量誤差的大?、?.SPS（StandardPositioningService）（有SA）（SelectiveAvailability）57.1.3GPS測(cè)量誤差的大?、?.SPS（Standar7.1.3GPS測(cè)量誤差的大?、?.SPS（StandardPositioningService）（有SA）（SelectiveAvailability）67.1.3GPS測(cè)量誤差的大?、?.SPS（Standar7.1.4消除或消弱各種誤差影響的方法（了解）1.模型改正法(1)原理：利用模型計(jì)算出誤差影響的大小，直接對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行修正(2)適用情況：對(duì)誤差的特性、機(jī)制及產(chǎn)生原因有較深刻了解，能建立理論或經(jīng)驗(yàn)公式(3)所針對(duì)的誤差源相對(duì)論效應(yīng)電離層延遲對(duì)流層延遲衛(wèi)星鐘差(4)限制：有些誤差難以模型化77.1.4消除或消弱各種誤差影響的方法（了解）1.模型改正法7.1.4消除或消弱各種誤差影響的方法（了解）2.求差法(1)原理：通過觀測(cè)值間一定方式的相互求差，消去或消弱求差觀測(cè)值中所包含的相同或相似的誤差影響(2)適用情況：誤差具有較強(qiáng)的空間、時(shí)間或其它類型的相關(guān)性。(3)所針對(duì)的誤差源電離層延遲對(duì)流層延遲衛(wèi)星軌道誤差(4)限制：空間相關(guān)性將隨著測(cè)站間距離的增加而減弱87.1.4消除或消弱各種誤差影響的方法（了解）2.求差法87.1.4消除或消弱各種誤差影響的方法（了解）3.參數(shù)法(1)原理：采用參數(shù)估計(jì)的方法，將系統(tǒng)性偏差求定出來(2)適用情況：幾乎適用于任何的情況(3)限制：不能同時(shí)將所有影響均作為參數(shù)來估計(jì)97.1.4消除或消弱各種誤差影響的方法（了解）3.參數(shù)法97.1.1消除或消弱各種誤差影響的方法（了解）4.回避法(1)原理：選擇合適的觀測(cè)地點(diǎn)，避開易產(chǎn)生誤差的環(huán)境；采用特殊的觀測(cè)方法；采用特殊的硬件設(shè)備，消除或減弱誤差的影響(2)適用情況：對(duì)誤差產(chǎn)生的條件及原因有所了解；具有特殊的設(shè)備。(3)所針對(duì)的誤差源電磁波干擾多路徑效應(yīng)(4)限制：無法完全避免誤差的影響，具有一定的盲目性107.1.1消除或消弱各種誤差影響的方法（了解）4.回避法107.2與衛(wèi)星有關(guān)的誤差1.定義 物理同步誤差 數(shù)學(xué)同步誤差2.應(yīng)對(duì)方法(1)模型改正 鐘差改正多項(xiàng)式

其中a0為ts時(shí)刻的時(shí)鐘偏差，a1為鐘的漂移，a2為老化率。(2)相對(duì)定位或差分定位7.2.1衛(wèi)星鐘差117.2與衛(wèi)星有關(guān)的誤差1.定義7.2.1衛(wèi)星鐘差17.2.2相對(duì)論效應(yīng)127.2.2相對(duì)論效應(yīng)127.2.2相對(duì)論效應(yīng)1.狹義相對(duì)論效應(yīng)–與鐘的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，使星鐘變慢2.廣義相對(duì)論效應(yīng)–與鐘所處位置的重力位有關(guān)，使星鐘變快3.應(yīng)對(duì)方法–事先調(diào)整鐘速，根據(jù)衛(wèi)星軌道進(jìn)行修正137.2.2相對(duì)論效應(yīng)1.狹義相對(duì)論效應(yīng)–與鐘的運(yùn)動(dòng)速度7.2.3衛(wèi)星星歷（軌道）誤差1.起因：衛(wèi)星在運(yùn)動(dòng)的過程中受到多種攝動(dòng)力的復(fù)雜影響，通過地面監(jiān)控，難以掌握它們的作用規(guī)律。147.2.3衛(wèi)星星歷（軌道）誤差1.起因：衛(wèi)星在運(yùn)動(dòng)的過程中受7.2.3衛(wèi)星星歷（軌道）誤差2.定義由衛(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。（1）廣播星歷（預(yù)報(bào)星歷）的精度 (無SA)20～30米 (有SA)100米（2）精密星歷（后處理星歷）的精度 可達(dá)1厘米157.2.3衛(wèi)星星歷（軌道）誤差2.定義157.2.3衛(wèi)星星歷（軌道）誤差3.星歷誤差對(duì)單點(diǎn)定位的影響：星歷誤差對(duì)單點(diǎn)定位的影響主要取決于衛(wèi)星到接收機(jī)的距離以及用于定位或?qū)Ш降腉PS衛(wèi)星與接收機(jī)構(gòu)成的幾何圖形4.星歷誤差對(duì)相對(duì)定位的影響：隨著基線長(zhǎng)度的增加167.2.3衛(wèi)星星歷（軌道）誤差3.星歷誤差對(duì)單點(diǎn)定位的影響：基線長(zhǎng)度與容許軌道誤差基線長(zhǎng)度（km）基線相對(duì)誤差（10-6）容許軌道誤差（m）1.010250.010.01.025.0100.00.12.51000.00.010.2517基線長(zhǎng)度與容許軌道誤差基線長(zhǎng)度（km）基線相對(duì)誤差（10-67.2.3衛(wèi)星星歷（軌道）誤差5.解決辦法

（1）忽略軌道誤差。（2）采用軌道改進(jìn)法處理觀測(cè)數(shù)據(jù)。（其中包括兩種方法：短弧法和半短弧法）（3）同步觀測(cè)求值187.2.3衛(wèi)星星歷（軌道）誤差5.解決辦法187.3衛(wèi)星信號(hào)的傳播誤差地球大氣結(jié)構(gòu)197.3衛(wèi)星信號(hào)的傳播誤差地球大氣結(jié)構(gòu)197.3.1大氣折射效應(yīng)1.大氣折射：信號(hào)在穿過大氣時(shí)，速度將發(fā)生變化，傳播路徑也將發(fā)生彎曲。也稱大氣延遲。在GPS測(cè)量定位中，通常僅考慮信號(hào)傳播速度的變化。2.色散介質(zhì)與非色散介質(zhì)（1）色散介質(zhì)：對(duì)不同頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)也不同（2）非色散介質(zhì)：對(duì)不同頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)相同（3）對(duì)GPS信號(hào)來說，電離層是色散介質(zhì)，對(duì)流層是非色散介質(zhì)207.3.1大氣折射效應(yīng)1.大氣折射：信號(hào)在穿過大氣時(shí)，速度將7.3.2電離層折射的影響1.起因：和其他電磁信號(hào)一樣，GPS信號(hào)通過電離層時(shí)，將受到一個(gè)介質(zhì)彌散特性的影響，使信號(hào)的傳播路徑發(fā)生變化。這種影響主要取決于電子總量和信號(hào)的頻率。2.解決辦法： 利用雙頻觀測(cè)利用電離層模型加以修正利用同步觀測(cè)求值217.3.2電離層折射的影響1.起因：和其他電磁信號(hào)一樣，GP7.3.2對(duì)流層（Troposphere）折射的影響227.3.2對(duì)流層（Troposphere）折射的影響227.3.2對(duì)流層（Troposphere）折射的影響1.起因：對(duì)流層的折射引起的，在天頂方向可使電磁波路徑差達(dá)到2.3m，當(dāng)高度角為10度的時(shí)候，影響為20m.2.解決辦法：定位精度要求不高時(shí)，可以簡(jiǎn)單忽略。采用對(duì)流層模型加以改正。引入描述對(duì)流層影響的附加待估參數(shù)。觀測(cè)量求差。237.3.2對(duì)流層（Troposphere）折射的影響1.起因7.3.3多路徑誤差247.3.3多路徑誤差247.3.3多路徑誤差1.多路徑（Multipath）誤差在GPS測(cè)量中，被測(cè)站附近的物體所反射的衛(wèi)星信號(hào)（反射波）被接收機(jī)天線所接收，與直接來自衛(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”。2.多路徑效應(yīng)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)。257.3.3多路徑誤差1.多路徑（Multipath）誤差23.多路徑誤差的特點(diǎn)（1）與測(cè)站環(huán)境有關(guān)（2）與反射體性質(zhì)有關(guān)（3）與接收機(jī)結(jié)構(gòu)、性能有關(guān)263.多路徑誤差的特點(diǎn)264.應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法①（1）觀測(cè)上選擇合適的測(cè)站，避開易產(chǎn)生多路徑的環(huán)境易發(fā)生多路徑的環(huán)境274.應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法①（1）觀測(cè)上易發(fā)生多路徑的環(huán)境274.應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法②（2）硬件上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，極化天線抗多路徑的接收機(jī)：窄相關(guān)技術(shù)MEDLL(MultipathEstimatingDelayLockLoop)等抗多路徑效應(yīng)的天線284.應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法②（2）硬件上抗多路徑效應(yīng)的天線284.應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法③（3）數(shù)據(jù)處理上加權(quán)參數(shù)法濾波法信號(hào)分析法294.應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法③（3）數(shù)據(jù)處理上297.4與接收設(shè)備有關(guān)的誤差7.4.1觀測(cè)誤差信號(hào)波長(zhǎng)觀測(cè)誤差P碼29.3m0.3mC/A碼293m2.9m載波L119.05m2.0mm載波L224.45m2.5mm碼相位與載波相位的分辨誤差307.4與接收設(shè)備有關(guān)的誤差7.4.1觀測(cè)誤差信號(hào)波長(zhǎng)觀7.4.2接收機(jī)鐘差1.定義 GPS接收機(jī)一般采用石英鐘，接收機(jī)鐘與理想的GPS時(shí)之間存在的偏差和漂移。2.應(yīng)對(duì)方法(1)作為未知數(shù)處理(2)相對(duì)定位或差分定位317.4.2接收機(jī)鐘差1.定義317.4.3接收機(jī)的位置誤差1.定義：接收機(jī)天線的相位中心相對(duì)測(cè)站標(biāo)石中心位置的偏差。2.應(yīng)對(duì)方法正確的對(duì)中整平采用強(qiáng)制對(duì)中裝置（變形監(jiān)測(cè)時(shí)）327.4.3接收機(jī)的位置誤差1.定義：接收機(jī)天線的相位中心相對(duì)7.4.4天線相位中心偏差改正1.衛(wèi)星天線相位中心偏差改正2.接收機(jī)天線相位中心變化的改正GPS測(cè)量和定位時(shí)是以接收機(jī)天線的相位中心位置為準(zhǔn)的，天線的相位中心與其幾何中心理論上應(yīng)保持一致。可是接收機(jī)天線接收到的GPS信號(hào)是來自四面八方，隨著GPS信號(hào)方位和高度角的變化，接收機(jī)天線的相位中心的位置也在發(fā)生變化。337.4.4天線相位中心偏差改正1.衛(wèi)星天線相位中心偏差改正37.4.4天線相位中心偏差改正3.應(yīng)對(duì)方法使用相同類型的天線并進(jìn)行天線定向（限于相對(duì)定位）模型改正347.4.4天線相位中心偏差改正3.應(yīng)對(duì)方法34第七章GPS誤差來源及其影響35第七章GPS誤差來源及其影響17.1GPS誤差的分類367.1GPS誤差的分類21.與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差（1）衛(wèi)星軌道誤差（2）衛(wèi)星鐘差（3）相對(duì)論效應(yīng)2.與傳播途徑有關(guān)的誤差（1）電離層延遲（2）對(duì)流層延遲（3）多路徑效應(yīng)3.與接收設(shè)備有關(guān)的誤差（1）接收機(jī)天線相位中心的偏移和變化（2）接收機(jī)鐘差（3）接收機(jī)內(nèi)部噪聲7.1.1按GPS測(cè)量誤差的來源371.與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差7.1.1按GPS測(cè)量誤差的來源37.1.2按GPS測(cè)量誤差的性質(zhì)1.偶然誤差(觀測(cè)噪聲–Noise)

特點(diǎn)：量級(jí)小–毫米級(jí)2.系統(tǒng)誤差(偏差–Bias)特點(diǎn)：量級(jí)大–最大可達(dá)數(shù)百米387.1.2按GPS測(cè)量誤差的性質(zhì)1.偶然誤差(觀測(cè)噪聲–7.1.3GPS測(cè)量誤差的大?、?.SPS（StandardPositioningService）（有SA）（SelectiveAvailability）397.1.3GPS測(cè)量誤差的大小①1.SPS（Standar7.1.3GPS測(cè)量誤差的大?、?.SPS（StandardPositioningService）（有SA）（SelectiveAvailability）407.1.3GPS測(cè)量誤差的大?、?.SPS（Standar7.1.4消除或消弱各種誤差影響的方法（了解）1.模型改正法(1)原理：利用模型計(jì)算出誤差影響的大小，直接對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行修正(2)適用情況：對(duì)誤差的特性、機(jī)制及產(chǎn)生原因有較深刻了解，能建立理論或經(jīng)驗(yàn)公式(3)所針對(duì)的誤差源相對(duì)論效應(yīng)電離層延遲對(duì)流層延遲衛(wèi)星鐘差(4)限制：有些誤差難以模型化417.1.4消除或消弱各種誤差影響的方法（了解）1.模型改正法7.1.4消除或消弱各種誤差影響的方法（了解）2.求差法(1)原理：通過觀測(cè)值間一定方式的相互求差，消去或消弱求差觀測(cè)值中所包含的相同或相似的誤差影響(2)適用情況：誤差具有較強(qiáng)的空間、時(shí)間或其它類型的相關(guān)性。(3)所針對(duì)的誤差源電離層延遲對(duì)流層延遲衛(wèi)星軌道誤差(4)限制：空間相關(guān)性將隨著測(cè)站間距離的增加而減弱427.1.4消除或消弱各種誤差影響的方法（了解）2.求差法87.1.4消除或消弱各種誤差影響的方法（了解）3.參數(shù)法(1)原理：采用參數(shù)估計(jì)的方法，將系統(tǒng)性偏差求定出來(2)適用情況：幾乎適用于任何的情況(3)限制：不能同時(shí)將所有影響均作為參數(shù)來估計(jì)437.1.4消除或消弱各種誤差影響的方法（了解）3.參數(shù)法97.1.1消除或消弱各種誤差影響的方法（了解）4.回避法(1)原理：選擇合適的觀測(cè)地點(diǎn)，避開易產(chǎn)生誤差的環(huán)境；采用特殊的觀測(cè)方法；采用特殊的硬件設(shè)備，消除或減弱誤差的影響(2)適用情況：對(duì)誤差產(chǎn)生的條件及原因有所了解；具有特殊的設(shè)備。(3)所針對(duì)的誤差源電磁波干擾多路徑效應(yīng)(4)限制：無法完全避免誤差的影響，具有一定的盲目性447.1.1消除或消弱各種誤差影響的方法（了解）4.回避法107.2與衛(wèi)星有關(guān)的誤差1.定義 物理同步誤差 數(shù)學(xué)同步誤差2.應(yīng)對(duì)方法(1)模型改正 鐘差改正多項(xiàng)式

其中a0為ts時(shí)刻的時(shí)鐘偏差，a1為鐘的漂移，a2為老化率。(2)相對(duì)定位或差分定位7.2.1衛(wèi)星鐘差457.2與衛(wèi)星有關(guān)的誤差1.定義7.2.1衛(wèi)星鐘差17.2.2相對(duì)論效應(yīng)467.2.2相對(duì)論效應(yīng)127.2.2相對(duì)論效應(yīng)1.狹義相對(duì)論效應(yīng)–與鐘的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，使星鐘變慢2.廣義相對(duì)論效應(yīng)–與鐘所處位置的重力位有關(guān)，使星鐘變快3.應(yīng)對(duì)方法–事先調(diào)整鐘速，根據(jù)衛(wèi)星軌道進(jìn)行修正477.2.2相對(duì)論效應(yīng)1.狹義相對(duì)論效應(yīng)–與鐘的運(yùn)動(dòng)速度7.2.3衛(wèi)星星歷（軌道）誤差1.起因：衛(wèi)星在運(yùn)動(dòng)的過程中受到多種攝動(dòng)力的復(fù)雜影響，通過地面監(jiān)控，難以掌握它們的作用規(guī)律。487.2.3衛(wèi)星星歷（軌道）誤差1.起因：衛(wèi)星在運(yùn)動(dòng)的過程中受7.2.3衛(wèi)星星歷（軌道）誤差2.定義由衛(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。（1）廣播星歷（預(yù)報(bào)星歷）的精度 (無SA)20～30米 (有SA)100米（2）精密星歷（后處理星歷）的精度 可達(dá)1厘米497.2.3衛(wèi)星星歷（軌道）誤差2.定義157.2.3衛(wèi)星星歷（軌道）誤差3.星歷誤差對(duì)單點(diǎn)定位的影響：星歷誤差對(duì)單點(diǎn)定位的影響主要取決于衛(wèi)星到接收機(jī)的距離以及用于定位或?qū)Ш降腉PS衛(wèi)星與接收機(jī)構(gòu)成的幾何圖形4.星歷誤差對(duì)相對(duì)定位的影響：隨著基線長(zhǎng)度的增加507.2.3衛(wèi)星星歷（軌道）誤差3.星歷誤差對(duì)單點(diǎn)定位的影響：基線長(zhǎng)度與容許軌道誤差基線長(zhǎng)度（km）基線相對(duì)誤差（10-6）容許軌道誤差（m）1.010250.010.01.025.0100.00.12.51000.00.010.2551基線長(zhǎng)度與容許軌道誤差基線長(zhǎng)度（km）基線相對(duì)誤差（10-67.2.3衛(wèi)星星歷（軌道）誤差5.解決辦法

（1）忽略軌道誤差。（2）采用軌道改進(jìn)法處理觀測(cè)數(shù)據(jù)。（其中包括兩種方法：短弧法和半短弧法）（3）同步觀測(cè)求值527.2.3衛(wèi)星星歷（軌道）誤差5.解決辦法187.3衛(wèi)星信號(hào)的傳播誤差地球大氣結(jié)構(gòu)537.3衛(wèi)星信號(hào)的傳播誤差地球大氣結(jié)構(gòu)197.3.1大氣折射效應(yīng)1.大氣折射：信號(hào)在穿過大氣時(shí)，速度將發(fā)生變化，傳播路徑也將發(fā)生彎曲。也稱大氣延遲。在GPS測(cè)量定位中，通常僅考慮信號(hào)傳播速度的變化。2.色散介質(zhì)與非色散介質(zhì)（1）色散介質(zhì)：對(duì)不同頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)也不同（2）非色散介質(zhì)：對(duì)不同頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)相同（3）對(duì)GPS信號(hào)來說，電離層是色散介質(zhì)，對(duì)流層是非色散介質(zhì)547.3.1大氣折射效應(yīng)1.大氣折射：信號(hào)在穿過大氣時(shí)，速度將7.3.2電離層折射的影響1.起因：和其他電磁信號(hào)一樣，GPS信號(hào)通過電離層時(shí)，將受到一個(gè)介質(zhì)彌散特性的影響，使信號(hào)的傳播路徑發(fā)生變化。這種影響主要取決于電子總量和信號(hào)的頻率。2.解決辦法： 利用雙頻觀測(cè)利用電離層模型加以修正利用同步觀測(cè)求值557.3.2電離層折射的影響1.起因：和其他電磁信號(hào)一樣，GP7.3.2對(duì)流層（Troposphere）折射的影響567.3.2對(duì)流層（Troposphere）折射的影響227.3.2對(duì)流層（Troposphere）折射的影響1.起因：對(duì)流層的折射引起的，在天頂方向可使電磁波路徑差達(dá)到2.3m，當(dāng)高度角為10度的時(shí)候，影響為20m.2.解決辦法：定位精度要求不高時(shí)，可以簡(jiǎn)單忽略。采用對(duì)流層模型加以改正。引入描述對(duì)流層影響的附加待估參數(shù)。觀測(cè)量求差。577.3.2對(duì)流層（Troposphere）折射的影響1.起因7.3.3多路徑誤差587.3.3多路徑誤差247.3.3多路徑誤差1.多路徑（Multipath）誤差在GPS測(cè)量中，被測(cè)站附近的物體所反射的衛(wèi)星信號(hào)（反射波）被接收機(jī)天線所接收，與直接來自衛(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”。2.多路徑效應(yīng)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)。597.3.3多路徑誤差1.多路徑（Multipath）誤差23.多路徑誤差的特點(diǎn)（1）與測(cè)站環(huán)境有關(guān)（2）與反射體性質(zhì)有關(guān)（3）與接收機(jī)結(jié)構(gòu)、性能有關(guān)603.多路徑誤差的特點(diǎn)264.應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法①（1）觀測(cè)上選擇合適的測(cè)站，避開易產(chǎn)生多路徑的環(huán)境易發(fā)生多路徑的環(huán)境614.應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法①（1）觀測(cè)上易發(fā)生多路徑的環(huán)境274.應(yīng)對(duì)多路徑