GPS主要误差源有哪些_(上)

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GPS主要误差源有哪些?(上)

作者：刘天雄

作者单位：

刊名：

卫星与网络

英文刊名：Satellite & Network

年，卷(期)：2012(9)

引用本文格式：刘天雄GPS主要误差源有哪些?(上)[期刊论文]-卫星与网络 2012(9)

gps系统的误差来源分析.

GPS系统的误差来源分析 摘要：GPS 系统的定位误差直接影响着GPS定位精度，按其产生的来源、性质及对系统的影响等进行了介绍和初步分析,提出了相应的措施以便消除或削弱它们对测量结果的影响。 关键词：GPS误差精度卫星星历电离层对流层 一、GPS 定位技术 GPS 全球卫星定位系统是美国国防部为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的要求而建立的。该系统具有全球性、全天候、连续性等三维导航和定位能力,并具有良好的抗干扰性和保密性。它已成为美国导航技术现代化的最重要标志,并被视为20 世纪美国继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的又一重大科技成就。在航空、航天、军事、交通、运输、资源勘探、通信、气象等几乎所有的领域中,它都被作为一项非常重要的技术手段，用于导航、定时、定位和进行大气物理研究等。GPS 的主要特点有： （1）全球覆盖连续导航定位:由于GPS 有24 颗卫星,且分布合理,轨道高达20200km,所以在地球上和近地空间任何一点,均可连续同步地观测4颗以上卫星,实现全球、全天候连续导航定位。 （2）高精度三维定位: GPS 能连续地为各类用户提供三维位置、三维速度和精确时间信息。GPS提供的测量信息多,既可通过伪码测定伪距,又可测定载波多 普勒频移、载波相位。 （3）抗干扰性能好、保密性强; GPS 采用数字通讯的特殊编码技术,即伪噪声码技术,因而具有良好的抗干扰性和保密性。 二、GPS 定位的误差来源分析 GPS 测量是通过地面接收设备接收卫星传送来的信息，计算同一时刻地面接收设备到多颗卫星之间的伪距离，采用空间距离后方交会方法，来确定地面点的三维坐标。因此，对于GPS卫星、卫星信号传播过程和地面接收设备都会对GPS 测量产生误差。主要误差来源可分为:与GPS卫星有关的误差;与信号传播有关的误差;与接收设备有关的误差。 1．与卫星有关的误差 （1）卫星星历误差 卫星星历误差是指卫星星历给出的卫星空间位置与卫星实际位置间的偏差,由于

GPS定位误差分析及处理

GPS定位误差分析及处理 摘要:本文将对影响GPS定位的主要误差源进行分析和讨论,研究它们的性质、大小及对定位所产生的影响,并介绍消除和削弱这些误差影响的方法和措施。 关键词:GPS误差源处理措施 GPS即全球定位系统(Global Positioning System)。简单地说,这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。GPS定位测量中出现的各种误差按其产生源可分为3大部分:GPS信号的自身误差即与卫星有关的误差;GPS信号的传播误差;GPS接收机的误差。 一、GPS信号的自身误差和SA,AS影响 1.1轨道误差即卫星星历误差。有关部门提供一定精度的卫星轨道,以广播星历形式发播给用户使用,从而已知观测瞬间所观测卫星的位置,因而卫星轨道误差与星历误差是一个含义。卫星星历误差又等效为伪距误差即由卫星星历所给出的卫星位置与卫星的实际位置之差。星历误差的大小主要取决于卫星定轨站的数量及其地理分布,观测值的数量及精度,定轨时所用的数学力学模型和定轨软件的完善程度以及与星历的外推时间间隔等,由于卫星轨道受地球和日、月引力场、太阳光压、潮汐等摄动力及大气阻力的影响,而其中有的是随机影响,而不能精密确定,使卫星轨道产生误差。 1.2美国的SA技术与AS影响。SA技术是选择可用性(Selective? ?Availability)的简称,它是由两种技术使用户的定位精度降低,即δ(dither)技术和ε(epsilon)技术。δ技术是人为地施加周期为几分钟的呈随机特征的高频抖动信号,使GPS卫星频率10.23MHz加以改变,最后导致定位产生干扰误差,ε技术是降低卫星星历精度,呈无规则的随机变化,使得卫星的真实位置增加了人为的误差。控制网的静态GPS测量是利用载波相位测量,一般是由一个点设为已知点与一个待定点位同步观测GPS卫星,取得载波相位观测值,从而得出待定点位的坐标或两点间的坐标值,称为基线测量,短基线测量可以消除SA影响。动态测量解决SA影响的途径是实时差分定位(称Real-time? DGPS),即在已知坐标点上布设基准点,通过基准站取得误差校正值,通过数据链实时传给导航定位的移动站,从而消除SA影响及两站的各种共同的误差,提高了移动站的导航定位精度。AS技术(Anti-Spoofing)叫反电子欺骗技术,其目的是为了在和平时期保护其P码,不让非授权用户使用;战时防止敌方对精密导航定位作用的P码进行电子干扰。AS技术使得用C/A码工作的用户无法再和P码相位测量联合解算进行双频电离层精密测距修正,实际降低了用户定位精度。 二、GPS信号的传输误差 2.1太阳光压对GPS卫星产生摄动加速度。太阳光压对卫星产生的摄动影响卫星的轨道,它是精密定轨的最主要误差源。太阳光压对卫星产生的摄动加速度

GPS测量误差

GPS测量误差 在GPS测量中，影响观测精度的主要误差可分为以下三类： 一、与GPS卫星有关的误差 与GPS卫星有关的误差主要包括卫星的轨道误差和卫星钟的误差 1.卫星钟差 由于卫星的位置是时间的函数，因此，GPS的观测量均发精密测时为依据，而与卫星位置相对应的信息，是通过卫星信号的编码信息传送给接收机的。在GPS定位中，无论是码相位观测或是载波相位观测，均要求卫星钟与接收机时钟保持严格的同步。实际上，以尽管GPS卫星均设有高精度的原子钟（铷钟和铯钟），但是它们与理想的GPS时之间，仍存在着难以避免的偏差和漂移。这种偏差的总量约在1ms以内。 对于卫星钟的这种偏差，一般可由卫星的主控站，通过对卫星钟运行状态的连续监测确定，并通过卫星的导航电文提供给接收机。经钟差改正后，各卫星之间的同步差，即可保持在20ns以内。 在相对定位中，卫星钟差可通过观测量求差（或差分）的方法消除。 2.卫星轨道偏差 估计与处理卫星的轨道偏差较为困难，其主要原因是，卫星在运行中要受到多种摄动力的复杂影响，而通过地面监测站，以难以充分可靠的测定这作用力，并掌握它们的作用规律，目前，卫星轨道信息是通过导航电文等到的。 应该说，卫星轨道误差是当前GPS测量的主要误差来源之一。测量的基线长度越长，此项误差的影响就越大。 在GPS定位测量中，处理卫星轨道误差有以下直种方法: 1）忽略轨道误差 这种方法以从导航电文中所获得的卫星轨道信息为准，不再考虑卫星轨道实际存在的误差，所以广泛的用于精度较低的实时单点定位工作中。 2）采用轨道改进法处理观测数据 这种方法是在数据处理中，引入表征卫星轨道偏差的改正参数，并假设在短时间内这些参数为常量，将其与其它求知数一并求解。

GPS主要误差源及补偿方法

GPS主要误差源及补偿方法 学院：电子信息工程 专业年级：自动化1306 :熊宇豪 学号：13212054 时间：2016年04月11日 小组：熊峰、熊宇豪、张丹 GPS主要误差源及补偿方法 摘要 GPS测量误差按其生产源可分3大部分：与卫星有关的误差，包括卫星时钟误差、卫星星历误差和相对论效应误差；与信号传播有关的误差，包括电离层折射误差、对流层折射误差和多路径效应误差；与接收机有关的误差，主要包括接收机时钟误差、接收机位置误差、接收机天线相位中心位置误差。 关键词：GPS,误差源。 一、G PS观测中的误差分类 1）与卫星有关的误差：卫星时钟误差、卫星星历误差、相对论效应误差； 2）与信号传播有关的误差：电离层折射误差、对流层折射误差、多路径效应误差； 3）与接收机有关的误差：接收机时钟误差、接收机位置误差、接收机天线相位中心位置误差。 另外在进行高精度GPS测量定位时（进行地球动力学等方面的研究），通常还应该考虑与地球整体运动有关的误差，如地球自转和地球潮汐的影响等。按误差的性质进行区分，上述各种误差有的属于系统误差、有的属于偶然误差。例如，卫星星历误差、卫星时钟误差、接收机时钟误差和大气折射误差等都属于系统误差，而多路径效应误差等是属于偶然误差。其中系统误差比偶然误差无论是从误差本身的大小或是其对测量定位结果影响程度来讲都要大得多,所以说系统误差应该是进行GPS 测量定位时的主要误差源。 二、消除或消弱上述误差影响的基本方法和措施

1. 建立误差改正模型对观测值进行改正，误差改正模型通常有理论模型、经验模型和综合模型。理论模型是通过对误差产生的原因、性质及其对测量定位影响的规律进行研究和分析，并从理论上进行严格的推导而建立起来的误差改正模型。经验模型则是通过对大量的观测数据进行统计分析和研究，并经过拟合而建立起来的误差改正模型。而综合模型则是综合以上两种方法建立起来的误差改正模型。 2. 选择较好的硬件和良好的观测条件，在GPS测量定位中，有的误差是无法利用误差改正模型进行改正的。例如，多路径效应误差的影响是比较复杂的，这与观测站周围的环境有很大的关系。要削弱多路径效应误差的影响，一是选择功能完善的接收机天线：二是在选择GPS点位时远离信号源和反射物。 3. 利用同步观测的方法，并对相应的同步观测值求差分，研究和分析误差对观测值或平差结果的影响情况，制定合理的观测方案和采取有效的数据处理方法。通过对相应的观测值求差分来消除或削弱一些误差的影响。 4. 引入相应的参数，在GPS测量定位中。将某些参数设为未知参数，而将卫星提供的参数值作为未知参数的初始值。在数据处理中与其他未知参数一起进行解算，从而达到削弱误差的影响，提高测量定位结果精度的目的。 三、各种误差对导航和测量定位的影响以及消除措施 3.1与卫星有关的误差 与卫星有关的误差包括卫星时钟误差、卫星星历误差和相对论效应误差。 3.1.1卫星时钟误差 1. 卫星时钟误差通常是指卫星时钟的时间读数与GPS标准时间之间的偏差。虽然在每颗GPS 卫星上都装备有原子钟（艳原子钟和钏原子钟），但是随着时间的积累，这些原子钟与GPS标准时间也会有难以避免的偏差和漂移。通常卫星时钟的偏差总量约在1ms以内（该项误差通常也称为物理同步误差），由此产生的等效距离误差可达300km左右。对于卫星时钟的这种偏差，GPS系统是利用地而监控系统对卫星时钟运行状态进行连续的监测而精确确定的，并以二阶多项式的形式予以表示，A/ = % 3（f）+。心f）：+ [y（'）d%o为to时刻卫星的钟差、ai为切时刻钟速，az为钟速的变化率，这些参数是由地而监控系统的主控站测定，并通过卫星的导航电文提供给用户使用。计算卫星时钟读数的改正数并加以改正，改正后通常能保证卫星时钟与GPS标准时间的同步误差在20ns 以内（该项误差通常也称为数学同步误差），由此产生的等效距离误差不会超过6m。要想进一步削弱卫星时钟残差对测量定位的影响，可以在不同的观测站上对同一颗卫星进行同步观测，并将相应

GPS卫星定位误差习题

GPS卫星定位误差习题 〈习题1〉 试述GPS测量定位中误差的种类，并说明产生的原因。 〈习题2〉 试述GPS定位误差来源。并详细说明各类误差来源影响特征与对策。 〈习题3〉 什么是星历误差?它是怎样产生的?如何削弱或消除其对GPS定位所带来影 响? 〈习题4〉 电离层误差、对流层误差是怎样产生的?你认为采用何种方法对削弱GPS测量定位所带来的影响最为有效。为什么? 〈习题5〉 在GPS测量定位中，多路径效应是怎样产生的?如何削弱多路径效应对GPS测量定位所带来的影响? 〈习题6〉 与接收机有关的误差包括哪几种?怎样削弱其影响?

第五章GPS卫星定位误差答案 习题一参考答案: GPS定位误差分类 1.按误差来源分类 (1)与卫星有关误差 星历误差 卫星钟差 相对论效应影响 (2)与卫星信号有关误差 电离层延迟影响 对流层延迟影响 多路径效应影响 （3）与接收机有关误差 接收机钟差 天线相位中心变化影响 位置误差 2.按误差性质分类 系统误差：钟差、星历误差、电离层延迟影响、对流层延迟影响 偶然误差：多路径效应影响、位置误差、天线相位中心变化影响 习题二参考答案: GPS定位误差来源有三个构成量: （1）卫星误差：GPS信号的自身误差及人为的ＳＡ误差； （2）GPS信号从卫星传播到用户接收天线的传播误差； （3）接收误差：GPS信号接收机所产生的GPS信号测量误差。 按误差产生内容分： A 卫星误差：（1）星历误差：用星历误差计算出的GPS卫星在轨位置与其真实位置之差的精度损失；（2）星钟误差：星钟Ａ系数代表性误差的精度损失。 B 传播误差：电离层时延改正误差；对流层时延改正误差；多路径误差；相对论效应误差，即频率常数补偿导致的补偿残差。

GPS导航定位误差详解

GPS导航定位误差详解 GPS卫星导航定位，是基于被动式测距原理，亦即，GPS信号接收机被动的测量来自GPS卫星的定位信号和传播时延，而测得GPS信号接收天线相位中心和GPS卫星发射天线相位中心之间的距离（即站星距离），进而将它和GPS卫星在轨位置联合解算出用户的三维坐标。由此可见，GPS卫星导航定位的误差主要分成下述的3大类。 （1）GPS信号的自身误差即认为得SA误差，简称卫星误差； （2）GPS信号从卫星传播到用户接收天线的船舶误差； （3）GPS信号接收机所产生的GPS信号测量误差，简称接受误差。 本节从基本概念入手，较详细地论述了GPS卫星导航定位测量的偏差和误差，以及他们的削弱方法，并论述了GPS 现代化对提高GPS卫星导航定位精度的作用和影响。 GPS卫星导航定位的精度、误差与偏差 广义而论，精度（accuracy）表示一个量的观测值与其真值接近或一致的程度，常以其相应值—误差（error）予以表述。对GPS卫星导航而言，精度，直观地概括为同GPS信号所测定的载体在航点位与载体实际点位之差。对于GPS卫星测地而言，精度，是用GPS信号所测定的地面点位与其实地点位之差。现代卫星导航定位中几个常用的技术术语进行较详细地论述。 4.2.1 均方根差（RMS） 均方根差，应文名为root mean square error，测绘界的中国学者将其称为“中误差”或曰“标准差”。它的探测概率，是以置信椭圆（confidence ellipse，用于二维定位）和置信椭球（confidence ellispsoid，用于三维定位）来表述。置信椭圆的长短半轴，分别表示二维位置坐标分量的标准差（如经度的σλ和纬度的σφ）。一倍标准差（1σ）的概率值是68.3%，二倍标准差（2σ）的概率值为95.5%；三倍标准差（3σ）的概率值是99.7%。许多中外文献所述的“精度”多为一倍标准差（1σ），且用“距离均方根差”（DRMS）表示二维定位精度，距离均方根差（DRMS），也称为圆径向误差（circular radial error）或曰均方位置误差，另有一些作者常采用“双倍距离均方根差”（2DRMS）。 4.2.2 圆概率误差（CEP） 在导航界，圆概率误差（CEP，circular error probable）获得了较广泛的应用，当概率为50%时，圆概率误差被定义为 CEP=0.59（σφ + σλ） 当概率为95%时，则有 CEP95 = CEP × 2.08 = 1.2272（σφ + σλ） （CEP）95也记作“R95”，他表示概率为95%的二维点位精度。当概率是99%时，则是 CEP99 = CEP × 2.58 = 1.5222（σφ + σλ）

GPS卫星定位误差来源.

GPS 卫星定位的误差来源分析 GPS是一个庞大的系统(由GPS卫星、用户和地面的监控站三部分组成 ,GPS 测量是通过地面接收设备接收卫星传送来的信息，计算同一时刻地面接收设备到多颗卫星之间的伪距离，采用空间距离后方交会方法，来确定地面点的三维坐标。误差的组成也很复杂:根据不同的研究方向和研究重点, 误差的分类各有不同。通常是按误差的性质将其分为系统误差和偶然误差两类；而从误差的来源又可以将其分为与GPS卫星有关的误差、与GPS卫星信号传播有关的误差和与GPS信号接收机有关的误差。此篇文章主要论述除钟差、电离层、对流层、多路径效应以外的GPS卫星定位的误差来源。在高精度的GPS测量中,还应注意到与地球整体运动有关的地球潮汐、负荷潮及相对论效应等影响。 1、与GPS卫星有关的误差 （1）卫星星历误差 由星历所给出的卫星在空间的位置与实际位置之差称为卫星星历误差。卫星星历分为广播星历和精密星历。广播星历是通过GPS卫星发送的一种预报星历。因为我们不能充分了解卫星上存在的各种摄动因素,所以预报星历钟存在较大的误差。精密星历是根据实测资料进行拟合处理而得出的。它需要在一些已知精密位置的点上跟踪卫星来计算观测瞬间的卫星真是位置,从而获得准确可靠的精密星历。 （2）相对论效应 相对论效应是由于卫星钟和接收机钟所处的状态(运动速度和重力位不同而引 起卫星钟和接收机钟之间产生相对钟误差的现象。在广义和狭义相对论的综合影响下,钟安放在卫星上比安放在地面上要快,为消除这一影响,一般将卫星钟的标准频率减小4.5×10-3Hz。 （3）美国的SA 政策和AS 政策

美国军方为限制非特许用户利用GPS 进行高精度定位, 采用了降低系统精度的政策: SA ( Select iv e Availability 政策和AS( Anti - Spoofing 政策。SA 政策即选择可用性技术, 通过ε( dither 和δ( epsilon 两种技术实现。ε技术是通过人为干扰卫星星历数据, 降低GPS 数据传播的轨道参数精度, 从而达到降低利用C / A码进行实时单点定位精度的目的; δ技术则是对GPS 卫星的基准信号人为地引入一个高频抖动信号, 使GPS 卫星频率10. 23 MHz 加以改变, 导致定位产生干扰误差。采取上述措施后未经授权的用户使用全球定位系统的定位精度被降低为平面位±100 m, 高程±156 m, 速度±0. 3 m/ s, 时间±340ns。上述误差置信度为95% 。美国政府已宣布于2005 年5 月1 日子夜取消SA 政策。AS 政策即反电子欺骗技术, 其目的是为了在和平时期保护其P 码, 战时防止敌方对精密导航定位作用的P 码进行电子干扰。由于SA对每个卫星附加的偏差不同, 而且同一卫星的不同时段偏差的值也不同, 因此SA 偏差对测量结果的影响很大。 2、与GPS卫星信号传播有关的误差 （1）周跳 接收机由于某种原因( 如卫星信号被挡住对卫星短时间失去跟踪, 致使相位变化无法测出,称为失周或失锁,也称为周跳产生周跳的原因有:卫星信号被天线附近的地形地物短时间遮挡；多路径误差、电离层活动加剧、对流层延迟影响；动态测量时, 由于载体运动速度太快或天线倾斜使信号丢失；GPS 接收机质量不佳等。（2）太阳光压 太阳光压对GPS 卫星产生摄动加速度。太阳光压对卫星产生摄动以影响卫星的轨道, 它是精密定位的主要误差源。目前太阳光压改正模型有: 标准光压模型、多项式光压模型和ROCK4 光压摄动模型。

定位误差计算

创作编号：BG7531400019813488897SX 创作者：别如克* 3.2.3 定位误差的分析与计算 在成批大量生产中，广泛使用专用夹具对工件进行装夹加工。加工工艺规程设计的工序图则是设计专用夹具的主要依据。由于在夹具设计、制造、使用中都不可能做到完美精确，故当使用夹具装夹加工一批工件时，不可避免地会使工序的加工精度参数产生误差，定位误差就是这项误差中的一部分。判断夹具的定位方案是否合理可行，夹具设计质量是否满足工序的加工要求，是计算定位误差的目的所在。 1.用夹具装夹加工时的工艺基准 用夹具装夹加工时涉及的基准可分为设计基准和工艺基准两大类。设计基准是指在设计图上确定几何要素的位置所依据的基准；工艺基准是指在工艺过程中所采用的基准。与夹具定位误差计算有关的工艺基准有以下三种： （1）工序基准在工序图上用来确定加工表面的位置所依据的基准。工序基准可简单地理解为工序图上的设计基准。分析计算定位误差时所提到的设计基准，是指零件图上的设计基准或工序图上的工序基准。 （2）定位基准在加工过程中使工件占据正确加工位置所依据的基准，即为工件与夹具定位元件定位工作面接触或配合的表面。为提高工件的加工精度，应尽量选设计基准作定位基准。 （3）对刀基准（即调刀基准）由夹具定位元件的定位工作面体现的，用于调整加工刀具位置所依据的基准。必须指出，对刀基准与上述两工艺基准的本质是不同， 它不是工件上的要素，它是夹具定位元件 的定位工作面体现出来的要素（平面、轴 线、对称平面等）。如果夹具定位元件是支 承板，对刀基准就是该支承板的支承工作 面。在图3.3中，刀具的高度尺寸由对导 块2的工作面来调整，而对刀块2工作面 的位置尺寸7.85±0.02是相对夹具体4的 上工作面（相当支承板支承工作面）来确 a) 定的。夹具体4的上工作面是对刀基准， 它确定了刀具在高度方向的位置，使刀具 加工出来的槽底位置符合设计的要求。图 3.3中，槽子两侧面对称度的设计基准是工 件上大孔的轴线，对刀基准则为夹具上定 位圆柱销的轴线。再如图3.21所示，轴套 件以内孔定位，在其上加工一直径为φd 的孔，要求保证φd轴线到左端面的尺寸 b 图3.21 钻模加工时的基准分析

GPS测量的主要误差来源及其影响(精)

第五章 GPS卫星定位系统误差来源及影响 第五章GPS卫星定位系统误差来源及影响了解卫星星历误差，卫星钟差及相对论效应。理解接收机钟误差，相位中心位臵误差的产生与消减方法。掌握电离层折射误差、对流层折射误差、多路径误差的产生与消减方法。 第五章GPS卫星定位系统误差来源及影响第一节GPS定位的误差概述 第二节与卫星有关的误差 第三节卫星信号传播误差 第四节接收设备误差 第五节卫星几何图形强度3 第一节GPS定位的误差概述4 第二节与卫星有关的误差 一、卫星星历误差二、卫星钟差 三、相对论效应 GPS卫星的发射 第二节与卫星有关的误差 一、卫星星历误差 1．星历来源 2．星历误差对定位的影响 3．减弱星历误差影响的途径 GPS卫星工作星座 第二节与卫星有关的误差 1．星历来源 卫星星历误差 某一瞬间的卫星位臵，是由卫星星历提供的，卫星星历误差就是卫星位臵的确定误差。 星历误差来源 其大小主要取决于卫星跟踪站的数量及空间分布、观测值的数量及精度、轨道计算时所用的轨道模型及定轨软件的完善程度。 第二节与卫星有关的误差 1．星历来源 星历 （1）广播星历 （2）实测星历广播星历根据美国GPS控制中心跟踪站的观测数据进行外推，通过GPS卫星发播的一种预报星历。

实测星历根据实测资料进行拟合处理而直接得出的星历。 7 第二节与卫星有关的误差 2．星历误差对定位的影响单点定位 星历误差的径向分量作为等价测距误差进入平差计算，配赋到星站坐标和接收机钟差改正数中去，具体配赋方式则与卫星的几何图形有关。 8 第二节与卫星有关的误差 2．星历误差对定位的影响 相对定位 利用两站的同步观测资料进行相对定位时，由于星历误差对两站的影响具有很强的相关性，所以在求坐标差时，共同的影响可自行消去，从而获得高精度的相对坐标。 第二节与卫星有关的误差 2．星历误差对定位的影响 根据一次观测的结果，可以导出星历误差对定位影响的估算式为： dbds b b ——基线长； db ——卫星星历误差所引起的基线误差；p ——卫星至测站的距离；ds ——星历误差； ds ——卫星星历的相对误差。 第二节与卫星有关的误差 3．减弱星历误差影响的途径 （1）建立自己的GPS卫星跟踪网独立定轨 （2）相对定位 （3）轨道松弛法 9 第二节与卫星有关的误差 二、卫星钟的钟误差卫星钟采用的是GPS 时，但尽管GPS卫星均设有高精度的原子钟（铷钟和铯钟）,它们与理想的GPS时之间仍存在着难以避免的频率偏差或频率漂移,也包含钟的随机误差。这些偏差总量在1ms以内，由此引起的等效距离可达300km。 11 第二节与卫星有关的误差 二、卫星钟的钟误差卫星钟差的改正 卫星钟差可通过下式得到改正：ts a0a1(t t0)a2(t t0)2

GPS测量误差来源

GPS组成及GPS测量误差来源 GPS的组成 GPS的整个系统由空间部分、地面控制部分和用户部分所组成。 空间部分 GPS的空间部分是由24颗GPS工作卫星所组成，这些GPS工作卫星共同组成了GPS卫星星座，其中21颗为可用于导航的卫星，3颗为活动的备用卫星。这24颗卫星分布在6个倾角为55°的轨道上绕地球运行。卫星的运行周期约为12恒星时。每颗GPS工作卫星都发出用于导航定位的信号。GPS用户正是利用这些信号来进行工作的。 控制部分 GPS的控制部分由分布在全球的由若干个跟踪站所组成的监控系统所构成，根据其作用的不同，这些跟踪站又被分为主控站、监控站和注入站。主控站有一个，位于美国克罗拉多（Colorado）的法尔孔（Falcon）空军基地，它的作用是根据各监控站对GPS的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星； 同时，它还对卫星进行控制，向卫星发布指令，当工作卫星出现故障时，调度备用卫星，替代失效的工作卫星工作；另外，主控站也具有监控站的功能。监控站有五个，除了主控站外，其它四个分别位于夏威夷（Hawaii）、阿松森群岛（Ascencion）、迭哥伽西亚（Diego Garcia）、卡瓦加兰（Kwajalein），监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星的工作状态；注入站有三个，它们分别位于阿松森群岛（Ascencion）、迭哥伽西亚（Diego Garcia）、卡瓦加兰（Kwajalein），注入站的作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去。 用户部分 GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机气象仪器等所组成。它的作用是接收GPS卫星所发出的信号，利用这些信号进行导航定位等工作。以上这三个部分共同组成了一个完整的GPS系统 GPS信号及观测值 GPS信：GPS卫星发射两种频率的载波信号，即频率为1575.42MHz的L11227.60HMz的L2载波，它们的频率分别是基本频率10.23MHz的154倍和12倍，它们的波长分别为19.03cm和24.42cm。在L1和L2上又分别调制着多种这些信号主要有：C/A码和P码 C/A码 C/A又被称为粗捕获码，它被调制在L1载波上，是1MHz的伪随机噪声码（PR 码），其码长为1023位（周期为1ms）。由于每颗卫星的C/A码都不一样，此，我们经常用它们的PRN号来区分它们。C/A码是普通用户用以测定测站到卫星间的距离的一种主要的信号。

影响GPS测量误差的因素

在GPS测量中，影响观测精度的主要误差可分为以下三类： 一、与GPS卫星有关的误差 与GPS卫星有关的误差主要包括卫星的轨道误差和卫星钟的误差 1.卫星钟差 由于卫星的位置是时间的函数，因此，GPS的观测量均发精密测时为依据，而与卫星位置相对应的信息，是通过卫星信号的编码信息传送给接收机的。在GPS定位中，无论是码相位观测或是载波相位观测，均要求卫星钟与接收机时钟保持严格的同步。实际上，以尽管GPS卫星均设有高精度的原子钟（铷钟和铯钟），但是它们与理想的GPS时之间，仍存在着难以避免的偏差和漂移。这种偏差的总量约在1ms以内。 对于卫星钟的这种偏差，一般可由卫星的主控站，通过对卫星钟运行状态的连续监测确定，并通过卫星的导航电文提供给接收机。经钟差改正后，各卫星之间的同步差，即可保持在20ns以内。 在相对定位中，卫星钟差可通过观测量求差（或差分）的方法消除。 2.卫星轨道偏差 估计与处理卫星的轨道偏差较为困难，其主要原因是，卫星在运行中要受到多种摄动力的复杂影响，而通过地面监测站，以难以充分可靠的测定这作用力，并掌握它们的作用规律，目前，卫星轨道信息是通过导航电文等到的。 应该说，卫星轨道误差是当前GPS测量的主要误差来源之一。测量的基线长度越长，此项误差的影响就越大。 在GPS定位测量中，处理卫星轨道误差有以下几种方法: 1）忽略轨道误差 这种方法以从导航电文中所获得的卫星轨道信息为准，不再考虑卫星轨道实际存在的误差，所以广泛的用于精度较低的实时单点定位工作中。 2）采用轨道改进法处理观测数据 这种方法是在数据处理中，引入表征卫星轨道偏差的改正参数，并假设在短时间内这些参数为常量，将其与其它求知数一并求解。 3）同步观测值求差 这一方法是利用在两个或多个观测站一同，对同一卫星的同步观测值求差。以减弱卫星轨道误差的影响。由于同一卫星的位置误差对不同观测站同步观测量的影响，具有系统误差性质，所以通过上述求差的方法，可以明显的减弱卫星轨道误差的影响，尤其当基线较短时，其效用更不明显。 这种方法对于精度相对定位，具有极其重要的意义。 二、与卫星信号传播有关的误差 与卫星信号有关的误差主要包括大气折射误差和多路径效应 1.电离层折射的影响 GPS卫星信号的其它电磁波信号一样，当其通过电离层时，将受到这一介质弥散特性的影响，便其信号的传播路径发生变化。当GPS卫星处于天顶方向时，电离层折射对信号传播路径的影响最小，而当卫星接近地平线时，则影响最大。 为了减弱电离层的影响，在GPS定位中通常采用下面措施 （1）利用双频观测 由于电离层的影响是信号频率的函数，所以利用不同频率的电磁波信号进行观测。便能多确定其影响，而对观测量加以修正。因此，具有双频的GPS接收机，在精密定位中测量中得到广泛的应用。不过应当明确指出，在太阳辐射的正午或在太阳黑子活动的异常期，应尽量避免观测。在尤其是精密定位测量。

GPS测量的误差和精度控制

GPS测量的误差和精度控制 一、GPS测量的误差源和GPS定位网设计 1. GPS测量的误差源 GPS测量误差按其生产源可分3大部分：GPS信号的自身误差，包括轨道误差(星历误差)和SA，AS影响；GPS信号的传输误差，包括太阳光压，电离层延迟，对流层延迟，多路径传播和由它们影响或其他原因产生的周跳；GPS接收机的误差，主要包括钟误差，通道间的偏差，锁相环 延迟，码跟踪环偏差，天线相位中心偏差等。 2. GPS定位网的设计 由GPS测量的误差源可以看出，GPS网的设计已免除了测角、边角同测和测边网等的传统要求。它不需要点间通视，也不需要考虑布设什么样的图形，也就更不需要考虑图形强度，不需要设置在制高点上(哪里需要就可以设置在哪里)。所以GPS网的设计是非常灵活的。但也应注意以下几个问题：① 除了特殊需要，一般GPS基线长度相差不要过大，这样可以使GPS测量的精度分布均匀；② GPS网不要有开放式的网型结构，应构成封闭式闭合环和子环路；③ 应尽量消除多路径影响，防止GPS信号通过其他物体反射到GPS天线上，因此应避开强反射的地面，避开强反射环境，如山谷、山坡、建筑物等；④ 避开强电磁波干扰，设站应远离雷达站、电台、微波中继 站等。 二、轨道误差(星历误差)和SA，AS影响 1. 轨道误差 有关部门提供一定精度的卫星轨道，以广播星历形式发播给用户使用，从而已知观测瞬间所观测卫星的位置，因而卫星轨道误差与星历误差是一个含义。卫星星历误差又等效为伪距误差。由于卫星轨道受地球和日、月引力场、太阳光压、潮汐等摄动力及大气阻力的影响，而其中有的是随机影响，而不能精密确定，使卫星轨道产生误差。目前，GPS卫星轨道误差的等效伪距误差(使用的卫星广播星历)为4.2m。美国的SA政策和AS政策人为地使导航定位的精度降低，点位误差 有时达到100m。 控制网的静态GPS测量是利用载波相位测量，一般是由一个点设为已知点与一个待定点位同步观测GPS卫星，取得载波相位观测值，从而得出待定点位的坐标或两点间的坐标值，称为基线测量，短基线测量可以消除SA影响。动态测量解决SA影响的途径是实时差分定位(称Real-time

GPS系统误差的主要来源

GPS系统误差的主要来源 利用GPS进行定位时，会受到各种各样因素的影响，从而造成定位误差。GPS 系统的主要误差来源可分为三类:与GPS卫星有关的误差;与信号传播有关的误差;与接收设备有关的误差。 1．与卫星有关的误差 （1）卫星星历误差 卫星星历误差是指卫星星历给出的卫星空间位置与卫星实际位置间的偏差,由于卫星空间位置是由地面监控系统根据卫星测轨结果计算求得的,所以又称之为卫星轨道误差。它是一种起始数据误差,其大小取决于卫星跟踪站的数量及空间分布、观测值的数量及精度、轨道计算时所用的轨道模型及定轨软件的完善程度等。星历误差是GPS 测量误差的重要来源. （2）卫星钟差 卫星钟差是指GPS卫星上原子钟的钟面时与GPS标准时间的差别。为了保证时钟的精度，GPS卫星均采用高精度的原子钟，但它们与GPS标准时之间的偏差和漂移和漂移总量仍在1ms～0.1ms以内，由此引起的等效的定位误差将达到300km～30km。这是系统误差，必须加于修正。 （3）SA误差 SA（Selective Availability）政策即可用性选择政策，是美国军方为了限制非特许用户利用GPS进行高精度点定位而采用的降低系统精度的政策。它包括降低广播星历精度的ε技术和在卫星基本频率上附加一随机抖动的δ技术。实施SA技术后，SA误差已经成为影响GPS定位误差的最主要因素。虽然美国在2000年5月1日取消了SA，但是战时或必要时，美国仍可能恢复或采用类似的干扰技术。 （4）相对论效应的影响

这是由于卫星钟和接收机所处的状态(运动速度和重力位)不同引起的卫星钟和接收机钟之间的相对误差。由于卫星钟和地面钟存在相对运动，相对于地面钟，卫星钟走得慢，这会影响电磁波传播时间的测定。 2．与传播途径有关的误差 （1）电离层延迟 在地球上空距地面50～100 km 之间的电离层中,气体分子受到太阳等天体各种射线辐射产生强烈电离,形成大量的自由电子和正离子。当GPS 信号通过电离层时,与其他电磁波一样,信号的路径要发生弯曲,传播速度也会发生变化,从而使测量的距离发生偏差,这种影响称为电离层延迟。 （2）对流层延迟 对流层的大气密度比电离层大,大气状态也复杂。GPS 信号通过对流层时,信号的传播路径会发生弯曲,从而令距离测量产生偏差,这种现象称为对流层延迟。 （3）多路径效应 测站周围的反射物所反射的卫星信号(反射波)进入接收机天线,对直接来自卫星的信号(直接波) 产生干涉,从而使观测值偏离,产生所谓的“多路径误差”。这种由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应被称作多路径效应。 3.与GPS 接收机有关的误差 （1）接收机钟差 GPS接收机一般采用高精度的石英钟,接收机的钟面时与GPS 标准时之间的差异称为接收机钟差。 （2）接收机的位置误差 接收机天线相位中心相对测站标石中心位置的误差,称为接收机位置误差。

GPS定位的误差源

GPS定位的误差源： 与GPS 卫星有关的因素：1. SA 2. 卫星星历误差 3. 卫星钟差 4. 卫星信号发射天线相位中心偏差。 与传播途径有关的因素： 1. 电离层延迟 2. 对流层延迟 3. 多路径效应 与接收机有关的因素：1. 接收机钟差 2. 接收机天线相位中心偏差 3.接收机软件和硬件造成的误差 其它：1. GPS 控制部分人为或计算机造成的影响 2.数据处理软件的影响 根据定位的模式： 1.绝对定位又称为单点定位这是一种采用一台接收机进行定位的模式它所确定的是接收机 天线的绝对坐标这种定位模式的特点是作业方式简单可以单机作业绝对定位一般用于导航和精度要求不高的应用中 2.相对定位又称为差分定位这种定位模式采用两台以上的接收机同时对一组相同的卫星进 行观测以确定接收机天线间的相互位置关系 GPS 网常用的布网形式有以下几种：跟踪站式会战式多基准站式同步图形扩展式单基准站式 跟踪站式 布网形式：若干台接收机长期固定安放在测站上进行常年不间断的观测即一年观测365 天一天观测24 小时这种观测方式很象是跟踪站，因此这种布网形式被称为跟踪站式特点：由于在采用跟踪站式的布网形式布设GPS 网时接收机在各个测站上进行了不间断的连续观测观测时间长数据量大而且在处理采用这种方式所采集的数据时一般采用精密星历因此采用此种形式布设的GPS 网具有很高的精度和框架基准特性每个跟踪站为保证连续观测一般需要建立专门的永久性建筑即跟踪站用以安置仪器设备这使得这种布网形式的观测成本很高 会战式： 布网形式：在布设GPS 网时一次组织多台GPS 接收机集中在一段不太长的时间内共同作业在作业时所有接收机在若干天的时间里分别在同一批点上进行多天长时段的同步观测在完成一批点的测量后所有接收机又都迁移到另外一批点上进行相同方式的观测直至所有的点观测完毕 特点：采用会战式布网形式所布设的GPS 网因为各基线均进行过较长时间多时段的观测所以可以较好地消除SA等因素的影响因而具有特高的尺度精度此种布网方式一般用于布设 A B级网 多基准站式： 布网形式：所谓多基准站式的布网形式就是有若干台接收机在一段时间里长期固定在某几个点上进行长时间的观测这些测站称为基准站在基准站进行观测的同时另外一些接收机则在这些基准站周围相互之间进行同步观测 特点：采用多基准站式的布网形式所布设的GPS 网由于在各个基准站之间进行了长时间的观测因此可以获得较高精度的定位结果这些高精度的基线向量可以作为整个GPS 网的骨架另外一方面其余的进行了同步观测的接收机间除了自身间有基线向量相连外它们与各个基准站之间也存在有同步观测因此也有同步观测基线相连这样可以获得更强的图形结构 同步图形扩展式： 布网形式：所谓同步图形扩展式的布网形式就是多台接收机在不同测站上进行同步观测在完成一个时段的同步观测后又迁移到其它的测站上进行同步观测每次同步观测都可以形成一个同步图形在测量过程中不同的同步图形间一般有若干个公共点相连整个GPS 网由这

gps误差分析及校正

GPS误差分析及校正 GPS误差分析及校正 摘要：GPS是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统，它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性，因此，GPS技术率先在大地测量、工程测量、航空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得到了应用，并在军事、交通、通信、资源、管理等领域展开了研究并得到广泛应用。本文阐述和分析了全球定位系统（GPS）的基本结构、测量原理和GPS卫星定位误差，提出了有效地针对GPS误差所应采取的措施。 关键词：GPS 误差分析误差校正 1.GPS原理 全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）是美国从20世 纪70年代开始研制的用于军事部门的新一代卫星导航与定位系统，历时20年，耗资200多亿美元，分三阶段研制，陆续投入使用，并于1994年全面建成。GPS是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统，它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。因此，GPS技术率先在大地测量、工程测量、航空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得到了应用，别且在其他各个领域使用广泛。GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成；GPS地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、三个注入站和五个监测站组成；GPS 用户设备由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备（如计算机）等组成。 2.GPS测量误差的分类 GPS测量是利用接收机接受卫星播发的信息来确定点的三维坐标。影响测量结果的误差来源于GPS卫星、卫星信号的传播过程和地面接收设备。GPS测量误差按其生产源可分3大部分：GPS信号的自

浅谈GPS卫星定位的误差

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/d01092324.html, 浅谈GPS卫星定位的误差 作者：张磊杨少华姜京福 来源：《中国新技术新产品》2012年第06期 摘要：在使用GPS卫星定位测量工作中，虽然测量精度大大提高，但仍不可避免的有一定的误差，文章中作者对产生误差的原因进行分析研究得出一定的结论并提出相应的减小误差措施。 关键词：GPS卫星定位；产生误差；引起原因；对应措施 中图分类号：P207 文献标识码：A GPS是利用卫星的测时和测距进行导航，以构成全球定位系统。是目前世界上最先进、最完善的卫星导航系统与定位系统，它不仅具有不用通视自由设点、定位精度高、观测速度快、功能齐全、操作简便、全天候全球性作业、实时高精度，三维导航与定位能力，而且具有良好的抗干扰和保密性。 但是，不可避免的，GPS卫星定位测量仍然存在着测量误差，影响其定位精度因素分为以下四大类：与GPS卫星有关的因素、与传播路径有关的因素、与观测接收设备有关的因素以及其它因素。 1 与GPS卫星有关的因素 1.1 星历误差 在进行GPS定位时，计算在某时刻GPS卫星位置所需的卫星轨道参数是通过各种类型的星历提供的，但不论采用哪种类型的星历，所计算出的卫星位置都会与其真实位置有所差异，这就是所谓的星历误差。星历误差是GPS测量的重要误差来源。 消除星历误差的方法主要有：①建立卫星观测网独立定位法。这对于保证定位的可靠性和精度都是至关重要的措施。如果跟踪站的数量和分布选择得当，实测星历有可能达到10-7的精度，这对提高精密定位的精度将起着显著作用。②相对定位差分技术法。因为星历误差对相对不太远的两个测站的影响基本相同，采用接收机间的一次差分观测值可消除卫星星历误差的影响。③轨道松弛法。所谓轨道松弛法,就是在平差模型中引入表达卫星位置的附加参数，通 过平差求得测站位置和轨道改正数，从而改善轨道精度。不过这种方法不适合范围较小的测区，计算过程较复杂，不宜在作业单位普遍推广。 1.2 卫星钟差

GPS测量误差分析

GPS测量误差分析 胡麦玲 所谓GPS测量是指接受约在2万公里上空，沿轨道运行的GPS 卫星所发射的电波，经解析求出位置的一种方法。 一、GPS测量方法 GPS测量大致分为单点定位和相对定位两类。它们的测量方法、准确度以及所使用的仪器等都不相同。GPS测量方法分类如下: 二、GPS测量误差 卫星的位置、电离层和大气对信号电波的影响，以及接收机和天线的有关偏差都是GPS测量误差的主要来源，它可分为以下三类: 1.与GPS卫星有关的误差 与GPS卫星有关的误差主要包括卫星的轨道误差和卫星钟的误差。 (1)卫星钟差 由于卫星的位置是时间的函数，因此，GPS的观测量均以精密测时为依据，而与卫星位置相对应的信息，是通过卫星信号的编码信息传送给接收机的。在GPS定位中，无论是码相位观

测还是载波相位观测，均要求卫星钟与接收机时钟保持严格的同步。实际上，尽管GPS卫星均设有高精度的原子钟(铷钟和铯钟)，但是它们与理想的GPS时之间，仍存在难以避免的偏差和漂移，这种偏差的总量大约在1ms以内。 (2)卫星轨道偏差 估计与处理卫星的轨道偏差较为困难，其主要原因是卫星在运行中要受到多种摄动力的复杂影响，而通过地面监测站难以充分可靠地测定这种作用力，并掌握它们的作用规律。目前，卫星轨道信息是通过导航电文得到的。 应该说，卫星轨道误差是当前GPS测量的主要误差来源之一。测量的基线长度越长，此项误差的影响就越大。 2.与卫星信号传播有关的误差 与卫星信号有关的误差主要包括大气折射误差和多路径效应。 (1)电离层折射的影响 GPS卫星信号与其他电磁波信号一样，当其通过电离层时，将受到这一介质弥散特性的影响，使其信号的传播路径发生变化。当GPS卫星处于天顶方向时，电离层折射对信号传播路径的影响最小；而当卫星接近地平线时，其影响最大。 (2)对流层折射的影响 对流层折射造成的观测值的影响，可分为干分量与湿分量。干分量主要与大气的湿度与压力有关，而湿分量主要与信号传播路径上的大气湿度有关。对于干分量的影响，可通过地面的大气资料计算；湿分量目前尚无法准确测定。对于输送短的基线(<50km)，湿分量的影响较小。 (3)多路径效应影响 多路径效应亦称多路径误差，是指接收机天线除直接收到卫星发射的信号外，还可能收到天线周围地物一次或多次反射的卫星信号，信号叠加将会引起测量参考点(相位中心点)位置的变