005第三章GPS定位中的误差3.1概述3.2钟误差3.3相对论效应 (2)解析
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。
GPS系统误差来源的分析
GPS系统误差来源的分析GPS系统误差是实际测量值和理论值之间的差异，其来源多种多样。
本文对GPS系统误差及其来源做了详细的分析。
GPS系统误差的种类GPS系统误差可以分为以下几种:1.时间误差：GPS卫星所用的原子钟是非常准确的，但是由于信号传输的延迟，因此接收到的时间并不完全准确。
时间误差是GPS系统误差中最大的误差之一，但是它对绝大多数应用没有太大的影响。
2.位置误差：GPS接收器既会受到卫星的信号，也会受到周围的干扰，从而导致位置误差。
位于建筑物、树林或其他高墙障碍物下，会影响GPS接收器接收卫星信号的质量。
3.大气误差：大气对GPS信号的传播有影响，特别是在低空位置。
大气误差可分为两类：大气延迟和大气层折射。
4.稳健性误差：稳健性误差是由于GPS接收器由于物理性质而引起的误差。
GPS系统误差来源的分析时间误差时间误差主要来自于卫星的钟差和接收器的钟差。
卫星的原子钟是非常精确的，但是在太空中也会受到各种因素的影响，比如温度变化和微小的摩擦。
接收机的时钟则存在由于计时电路的误差而导致的钟差。
因此，时间误差可能会发生在卫星的发射端和接收器的接收端。
位置误差位置误差可能会受到以下几个因素的影响：•卫星几何，即卫星在天空中的位置;•多径传播，即信号从卫星到接收器的过程中经历的多路径散射;•区域位置和地形，包括建筑物、树木等构成的障碍物;•反射，如信号被地面反射，可能会导致误差。
大气误差大气误差是指信号在穿过大气层时，由于大气密度和温度的变化，从而改变导致信号传输速度，导致信号传播路径异常。
具体来说，大气误差包括:1.电离层误差：正电离层和负电离层之间的电荷分布不同，因此GPS信号的速度会在这两个层之间产生不可预测的变化。
2.大气折射：大气中的密度变化会导致信号弯曲，因此可能会导致接收器计算的位置不准确。
稳健性误差稳健性误差是由于GPS接收器本身的物理特性和其它处理方式的固有差异而产生的误差。
这些误差包括:1.系统噪声：包括前置放大器、混频器、数据转换电路等使接收器噪声功率增加的部分。
gps测坐标点误差多少
GPS测坐标点误差多少GPS（全球定位系统）是一种用于测量地球上特定位置坐标的技术。
在现代社会中，GPS已广泛应用于导航、地理测量和定位等领域。
然而，由于各种因素的影响，GPS测量出的坐标点会存在一定误差。
本文将探讨GPS测坐标点的误差范围和可能的因素。
GPS测量原理GPS系统由一组在地球轨道上运行的卫星和接收器组成。
接收器通过接收来自卫星的信号，并利用信号的传播时间来计算与卫星之间的距离。
通过同时接收多个卫星的信号，接收器可以利用三角测量原理确定自身的位置。
然而，GPS测量并非完美，存在着多种因素可能导致测量误差。
GPS测量误差因素1. 系统误差GPS系统本身含有一定的系统误差。
这些误差主要来自卫星的精度限制、电离层和大气对信号的影响，以及地球引力场的影响等。
虽然这些系统误差经过修正，但仍然会对测量结果产生一定的影响。
2. 接收误差接收器的精度也会影响GPS测量的准确性。
不同品牌和型号的接收器在接收和处理卫星信号的能力上存在差异，因此其误差范围也会有所不同。
一般而言，高端接收器的测量误差要小于低端接收器。
3. 环境因素GPS测量的准确性还受到环境因素的影响。
例如，地形和建筑物可能会影响信号的传播和接收。
在山区或城市高楼密集的地区，GPS信号的强度和稳定性可能会受到一定程度的削弱，从而导致测量误差增大。
4. 定位几何GPS定位几何指的是接收器和卫星之间的相对位置关系。
当接收器与卫星的相对位置处于最佳状态时，定位几何效果最好，测量误差相对较小。
但当接收器靠近地平线、处于低俯角或接收卫星较少时，定位几何效果变差，测量误差相对增大。
GPS测量误差范围根据上述因素的影响，GPS测量点的误差范围一般在几米到几十米之间。
在理想的条件下，接受到信号较强、定位几何效果良好的情况下，测量误差通常在几米以内。
但在恶劣的环境下或使用较低精度的接收器时，测量误差可能超过几十米。
需要注意的是，GPS测量误差通常是随机的，并非固定的偏差。
GPS定位系统在测绘中的误差及其校正
GPS定位系统在测绘中的误差及其校正近年，全球定位系统（GPS）在测绘领域广泛应用，成为现代测绘的重要工具。
然而，GPS定位系统的测量精度不可避免地存在一定的误差，这对于需要高精度测绘数据的应用来说，可能带来一系列问题。
本文将探讨GPS定位系统的误差来源及校正方法，以期提高测绘数据的准确性与可靠性。
一、GPS定位系统误差来源1. 大气层延迟误差：GPS信号在穿过大气层时会发生延迟，导致定位结果产生偏差。
这主要由大气层中的水汽含量、温度、压力等因素所引起。
2. 卫星发射钟误差：GPS卫星发射钟的精确度无法达到理论上的完美，钟的频率可能出现细微偏差，进而影响测量结果。
3. 卫星轨道误差：由于各颗卫星在轨道上的摄动等因素，其运行轨迹不会完全符合理论轨道，从而引起时间误差。
4. 多径效应：接收天线接收到的信号可能会经过多次反射，导致信号延迟，从而产生定位误差。
5. 接收机钟差：GPS接收机内部的时钟精度有限，存在一定的误差，会对定位结果造成影响。
二、GPS定位系统误差的校正方法1. 差分定位法：差分定位法是最常用和最有效的校正方法之一。
它通过同时观测参考站和待测站的GPS信号，利用参考站的已知坐标和观测数据，计算出两个站点间的差异，进而校正待测站点的定位误差。
2. 精密轨道确定法：通过利用卫星轨道参数提供的精密轨道数据，结合接收机的测量结果，计算卫星的真实位置，从而减小轨道误差对定位结果的影响。
3. 多频率接收机技术：多频率接收机可以利用不同频率的信号对多径效应进行抵消，从而提高定位精度。
4. 大气层延迟模型校正：根据大气层的温度、湿度、压力等参数，采用相应的模型对大气层延迟误差进行校正。
5. 时钟差校正：通过与参考源对比，校正接收机内部时钟的误差。
三、GPS定位系统误差校正的应用GPS定位系统的高精度测绘数据广泛应用于地图制作、土地测量、工程测量、导航定位等领域。
对于地图制作来说，GPS定位系统提供的高精度数据能够提高地图的准确性，并为城市规划、交通规划等提供重要依据。
GPS定位的误差分析
GPS定位的误差分析4.1误差的分类在GPS测量中，影响观测量精度的主要误差来源分为三类：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。
如果根据误差的性质，上述误差尚可分为系统误差与偶然误差。
系统误差主要包括卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机种差以及大气折射误差等。
为了减弱和修正系统误差对观测量的影响，一般根据系统误差产生的原因采取不同的措施，其中包括：引入相应的未知参数，在数据处理中连同其他未知参数一并解算、建立系统误差模型，对观测量加以修正、将不同的观测站对相同的卫星的同步观测值求差，以减弱或者消除系统误差的影响、简单的忽略某些系统误差的影响。
偶然误差主要包括信号的多路径效应引起的误差和观测量等。
4.2 与卫星有关的误差与GPS卫星有关的误差，主要包括卫星轨道误差和卫星钟的误差。
4.2.1卫星钟差由于卫星的位置是时间的函数，所以GPS的观测量均以精密测时为依据。
而与卫星位置相应的的时间信息是通过卫星信号的编码信息传送给用户的。
在GPS测量中，无论是码相位观测或者载波相位观测，均要求卫星钟与接收机保持严格的同步。
实际上，尽管GPS 卫星均设有高精度的原子钟，但是它们与理想的GPS时之间仍然存在着难以避免的偏差或者漂移。
这些偏差总量均在1ms以内，由此引起的等效距离误差约可达300km。
4.2.2轨道偏差卫星的轨道误差是当前利用GPS定位的重要误差来源之一。
GPS 卫星距离地面观测站的最大距离约25000km，如果基线测量的允许误差为1cm，则当基线长度不同时，允许的轨道误差大致如表5-2所示，可见，在相对定位中随着基线长度的增加，卫星轨道误差将成为影响定位精度的主要因素。
4.3 卫星信号的传播误差与卫星信号传播有关的误差主要包括大气折射误差和多路径效应。
4.3.1 电离层折射的影响GPS卫星信号和其他电磁波信号一样，当通过电离层时将受到这一介质弥散特性的影响，使信号的传播路径产生变化。
GPS定位误差的产生原因分析与减小方法
GPS定位误差的产生原因分析与减小方法引言：在现代社会，全球定位系统（Global Positioning System，GPS）已经成为了人们生活中不可或缺的一部分。
无论是导航、交通监控还是地理信息系统等领域都离不开GPS定位技术。
然而，随着GPS定位的广泛应用，人们也逐渐发现定位误差问题的存在。
本文将从GPS定位误差产生的原因入手，探讨解决这一问题的方法。
一、GPS定位误差的原因分析：1. GPS系统误差：GPS系统本身存在着一些系统误差，例如卫星钟差、伪距观测误差、大气延迟等。
这些误差会直接影响到GPS定位的准确性。
2. 空间几何因素：GPS定位需要至少4颗卫星进行定位计算，卫星的位置和空间几何分布对定位精度有着重要影响。
当卫星分布不均匀或存在遮挡物时，会导致定位误差增大。
3. 电离层和大气影响：电离层和大气中的湿度、温度等因素都会对GPS信号产生影响，导致信号传播延迟或折射，从而引起定位误差。
4. 载波相位等伪距测量误差：GPS定位是通过测量卫星发射的信号和接收器接收的信号之间的时间差来计算位置的。
然而，由于载波相位的波长较短，测量精度更高，但受到多普勒效应的影响，会产生伪距测量误差。
二、减小GPS定位误差的方法：1. 多路径效应抑制：多路径效应是指GPS信号在传播过程中发生反射、散射等现象，致使接收器接收到多个信号，在信号合成过程中引入误差。
为了减小多路径效应，可以利用天线设计和信号处理技术，选择适合的接收天线和增加抗多路径干扰的算法。
2. 差分定位：差分定位是通过引入一个参考站与基准站的距离进行辅助定位，利用参考站的精确位置和信号传播速度信息来对GPS定位结果进行修正。
差分定位可以大幅度减小系统误差和信号传播误差的影响，提高定位精度。
3. 增加卫星数量和分布：通过增加卫星数量和改善卫星的空间分布，可以提高GPS定位的可见卫星数目和几何配置，从而减小定位误差。
可以使用卫星信噪比、可视卫星数等指标来优选卫星，并避开存在遮挡物的区域。
GPS测量中坐标纠正与误差分析
GPS测量中坐标纠正与误差分析GPS（Global Positioning System，全球定位系统）已经成为现代测量领域中不可或缺的工具。
通过接收卫星发射的信号，GPS可以准确测量出地球上某一点的经纬度坐标。
然而，在实际应用中，由于多种因素的影响，GPS测量的坐标可能存在一定的误差。
因此，对GPS测量中的坐标进行纠正与误差分析，对于提高测量精度和可靠性至关重要。
首先，我们需要了解GPS测量中可能存在的误差来源。
一般来说，GPS测量误差主要包括：卫星钟差、电离层延迟、大气延迟、多径效应、接收机钟差、观测数据产生与处理中的误差等。
卫星钟差指的是卫星发射信号的时间与卫星自身的时间存在一定的偏差，导致测量结果不准确。
电离层延迟是由于卫星信号在经过大气电离层时受到电离层的影响，造成信号传播速度变化，从而引起测量误差。
大气延迟是由于信号经过大气层时受到大气密度变化的影响，导致测量结果出现偏移。
多径效应指的是卫星信号在传播过程中，除了直接到达接收机外，还存在与地面或建筑物反射后到达接收机的信号，这些多路径信号会导致测量结果产生误差。
接收机钟差是指接收机内部时钟与GPS系统时间存在一定的差异，也会影响到测量结果的精度。
针对以上误差来源，我们可以采取一系列纠正措施来提高GPS测量的准确性。
首先，卫星钟差可以通过测量多颗卫星的信号并进行差分处理来纠正。
差分GPS技术能够消除卫星钟差对测量结果的影响，提高测量的准确性。
其次，电离层延迟和大气延迟可以通过接收机和卫星信号之间的差分处理来消除。
接收机将两颗卫星的信号之间的差异作为电离层和大气延迟的参考，从而进行纠正。
此外，采用多路径抑制技术可以降低多径效应对测量结果的影响。
这种技术包括选择合适的接收机和天线，减少信号的反射和干扰。
最后，接收机钟差可以通过接收机内部的校正机制进行补偿。
除了进行误差纠正，我们还需要进行误差分析，了解测量结果的可信程度和误差范围。
误差分析是通过对测量数据进行统计分析，得出误差的概率分布和置信区间。
GPS测量误差分析
GPS测量误差分析GPS（全球定位系统）是一种利用卫星技术来测量和定位地球上任意点的系统。
然而，由于多种因素的影响，GPS测量结果存在一定的误差。
本文将对GPS测量误差进行分析，包括系统误差、环境误差和接收机误差。
首先，系统误差是由GPS系统的设计和运行过程中的不完善或不准确引起的误差。
其中最主要的系统误差是钟差误差和轨道误差。
GPS卫星的钟差在运行过程中会有微小的漂移，这会引起定位结果的偏差。
轨道误差意味着GPS卫星实际运行轨道与理论轨道之间的偏差，这也会导致定位结果的误差。
为了解决这些问题，GPS系统会通过改正模型对钟差误差和轨道误差进行校正，但这些模型仍然不是完美的，仍然存在一定的误差。
其次，环境误差是由卫星信号在传播过程中遇到的大气和电离层等环境因素引起的误差。
大气和电离层对GPS信号的传播会产生折射、延迟和衰减等影响，这些影响会导致测量结果的不准确。
为了减小环境误差，GPS系统引入了差分定位技术，即通过同步接收到的卫星信号来消除环境误差。
最后，接收机误差是由GPS接收机本身的性能和工作状态引起的误差。
接收机的性能包括接收机的灵敏度、动态范围和抗多径干扰能力。
灵敏度决定接收机是否能接收到较弱的卫星信号；动态范围决定接收机能否同时处理较强和较弱的信号；抗多径干扰能力决定接收机能否在多路径信号情况下准确测量。
此外，接收机的工作状态也会影响测量结果的准确性，如接收机的周围环境、天线安装的位置和姿态等。
为了减小GPS测量误差，一般可以采取以下方法：1.多路径抑制技术：通过优化天线设计和使用接收机的多路径抑制算法，减小多路径干扰对测量结果的影响。
2.差分定位技术：通过同时接收到的参考站信号来校正环境误差，提高定位结果的准确性。
3.接收机选择：选择性能较好的GPS接收机，具备较高的灵敏度、动态范围和抗干扰能力。
4.多星定位：接收来自多颗卫星的信号进行定位，提高测量结果的准确性。
综上所述，GPS测量误差是由系统误差、环境误差和接收机误差共同引起的。
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）。
三 GPS定位中的误差源
种处理方法：
1) 定位精度要求不高时，可不考虑其影响。 2) 采用对流层模型进行改正，如： 霍普菲尔德（Hopfield）模型； 勃兰克模型（Black）模型； 3) 采用观测量求差的方法。 与电离层的影响相类似，当观测站间相距不远 (<20km)时，由于信号通过对流层的路径相近，对 流层的物理特性相近，所以对同一卫星的同步观测 值求差，可以明显的减弱对流层折射的影响。
与接收机有关的误差
1． 观测误差
观测误差包括观测的分辨误差及接收机天线相对
于测站点的安置误差等。 一般认为观测的分辨误差约为信号波长的1%。 接收机天线相对于观测站中心的安置误差，主要 是天线的安置对中误差以及量取天线高的误差， 在精密定位工作中，必须认真，仔细操作，以尽 量减小这种误差的影响。
与信号传播有关的误差
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。
与信号传播有关的误差
为了减弱电离层的影响，在GPS定位中通
与卫星有关的误差
4.相对论效应的严格公式
卫星轨道的偏心率很小，但是不为 零，在精度要求较高的精密定位中， 往往需要加第二项改正：
由于卫星钟的频率误差Δf’而引起 的卫星信号传播时间误差及测距误 差为： 相应的测距误差为：
当卫星的轨道偏心率为E=0.01时，Δt为22.9ns， Δρ为 6.864m，于是，在单点定位的时候，上述误差不得不考虑。 在采用双差观测值进行相对定位时，该误差可以自己消去，则 不用考虑。
GPS定位中的误差来源
1、与GPS卫星有关的因素（1）SA干扰误差美国政府从其国家利益出发，通过降低广播星历精度（ε技术）、在GPS信号中加入高频抖动等方法，人为降低普通用户利用GPS进行导航定位时的精度（目前已经取消）。
（2）卫星星历误差在进行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。
（3）卫星钟差卫星钟差是GPS卫星上所安装的原子钟的钟面时与GPS标准时间的误差。
（4）卫星信号发射天线相位中心偏差卫星信号发射天线相位中心偏差是GPS卫星上信号发射天线的标称相位中心与其真实相位中心之间的差异。
2、与传播路径有关的因素(1) 电离层延迟由于地球周围的电离层对电磁波的折射效应，使得GPS信号的传播速度发生变化，这种变化称为电离层延迟。
(2) 对流层延迟对于地球周围的对流层对电磁波的折射效应，使得GPS信号的传播速度发生变化，这种变化称为对流层延迟。
(3) 多路径效应于接收机周围环境的影响，使得接收机所接收到的卫星信号中还包含有反射和折射信号的影响，这就是所谓的多路径效应。
3、接收机有关的因素(1) 接收集钟差接收机钟差是GPS接收机所使用的钟的钟面时与GPS标准时之间的差异。
(2) 接收机天线相位中心偏差收机天线相位中心偏差是GPS接收机天线的标称相位中心与其真实的相位中心之间的差异。
(3) 接收机软件和硬件造成的误差在进行GPS定位时，定位结果还会受到诸如处理与控制软件和硬件等的影响。
（4）天线相对旋转产生的相位增加效应4、其它（1）GPS控制部分人为或计算机造成的影响由于GPS控制部分的问题或用户在进行数据处理时引入的误差等。
（2）数据处理软件的影响数据处理软件的算法不完善对定位结果的影响。
（3）固体潮、极潮和海水负荷的影响（4）相对论效应。
卫星钟和地面钟由于存在相对运动，从地面观测，卫星钟走得慢，影响电磁波传播时间的测定。
GPS测量的误差来源及其影响
GPS测量的误差来源及其影响
2. 卫星轨道误差（Satellite Orbit Error）：GPS接收机通过接收
多颗卫星的信号以计算自身的位置。
然而，卫星的轨道并非绝对准确，存
在一定的误差。
这些误差包括卫星轨道偏移、轨道不规则性等。
影响是，
卫星轨道误差会导致位置计算的不准确，从而影响GPS测量结果的精度。
3. 钟差误差（Clock Error）：为了对GPS信号进行定位计算，接收
机需要与卫星的时间进行同步。
然而，GPS卫星上的钟不可能完全精确，
存在一定的时间漂移和偏差。
这将导致接收机对时间进行不准确的计算，
从而造成测量误差。
影响是，测量结果的时间信息会受到钟差误差的影响，进而影响测量精度。
4. 大气延迟（Atmospheric Delay）：GPS信号从卫星到达接收机的
过程中，会经过大气层，而大气层中的水汽和电离层的影响会引起信号的
传播速度变化，从而产生测量误差。
影响是，大气延迟会导致距离测量值
的不准确，进而影响位置计算的精度。
5. 多路径效应（Multipath Effect）：当GPS信号与建筑物、地形
等物体反射或折射后到达接收机时，会产生多个信号路径，这会干扰接收
机对信号的处理。
影响是，多路径效应会导致信号的延迟和失真，从而影
响距离测量的准确性。
GPS测量中的常见误差分析与控制方法
GPS测量中的常见误差分析与控制方法GPS（Global Positioning System，全球定位系统）是基于卫星导航的定位技术，广泛应用于航海、地质勘探、测绘等领域。
然而，在实际使用中，GPS测量中常常存在误差，这些误差可能会影响测量结果的准确性与可靠性。
因此，对GPS测量中的常见误差进行分析与控制是非常重要的。
首先，我们来分析GPS测量中的常见误差类型。
主要的误差类型包括：天线相位中心偏移误差、信号传播速度误差、多径效应、大气延迟误差和钟差等。
下面我们一一进行分析：1. 天线相位中心偏移误差：天线作为GPS接收机的输入端，如果天线的相位中心与接收机定位点不重合，就会引入相位中心偏移误差。
这会导致测量结果在高程方向上产生偏差。
为了控制这种误差，可以通过校准天线相位中心来减小误差的影响。
2. 信号传播速度误差：GPS测量是基于接收到卫星发射的信号来计算距离的，而信号传播速度的误差会导致距离测量的偏差。
这主要与大气密度、温度和湿度等因素有关。
为了减小这种误差，常见的方法是采用差分GPS技术，通过同时观测一个已知坐标点上的控制接收机与流动接收机接收到的GPS信号，从而减小误差的影响。
3. 多径效应：多径效应是指GPS信号到达接收机时，除了直射路径外，还经过了其他路径的反射导致信号时间延迟。
这会导致距离测量的误差。
为了控制多径效应，可以选择开阔的测量环境，避免信号反射，或者采用自适应滤波等技术来抑制多径干扰。
4. 大气延迟误差：大气延迟误差主要是指GPS信号在穿过大气层时，由于大气折射效应而导致的误差。
这会引起距离测量的偏差。
为了减小大气延迟误差的影响，通常可以通过接收多个卫星信号来进行差分定位，从而减小误差的影响。
5. 钟差：GPS测量中的时钟误差会导致卫星与接收机之间的时间差量测量的误差。
为了控制钟差误差，可以利用差分技术进行校正，或者采用精密的时钟来减小误差。
综上所述，针对GPS测量中的常见误差，我们可以采取一系列措施来进行误差的分析与控制。
第三、四章GPS定位基本原理和GPS定位误差分析
GPS测量的误差
GPS测量的误差
GPS测量的误差
多路径效应与以下一些因素有关 – 卫星,接收机,信号反射体三者间的相对 位置关系 – 反射信号的强度(信号反射体的反射率) – 接收机处理信号的方法
GPS测量的误差
应对方法 – 选择测站 避开易发生多路径的环境,如建构筑物,山坡, 成片水域等 – 长时间观测 – 改进接收设备硬件 接收机天线– 抑径板,扼流圈(Choke Ring) 信号处理方法– 窄相关技术 – 其它数据处理的方法 模型法 滤波
静态相对定位原理(测相伪距定位)
静态相对定位原理(测相伪距定位) 静态绝对定位,由于受到卫星轨道误差,接收机 钟不同步误差,以及信号传播误差等多种因素的 干扰,其定位精度较低,2～3h C/A码伪距绝对定 位精度约为±20m,远不能满足大地测量精密定 位的要求.而静态相对定位,由于采用载波相位 观测量以及相位观测量的线性组合技术,极大地 削弱了上述各类定位误差的影响,其定位相对精 度高达10-6～10-7,是目前GPS定位测量中精度最 高的一种方法,广泛应用于大地测量,精密工程 测量以及地球动力学研究.
GPS测量的误差
GPS测量的误差
GPS测量的误差
其它模型 – 萨斯塔莫宁模型(Saastamoinen) – 勃兰克模型(Black) 气象元素的测定 – 气象元素:气压,干温,湿温,相对湿度
GPS测量的误差
GPS测量的误差
电子密度 – 与高度有关 – 与地方时有关 – 与太阳活动有关 – 与季节有关 – 与位置有关
GPS测量的误差
GPS测量的误差
3)不同信号通道间的信号延迟偏差 信号通道间的信号延迟偏差 – 如果通道间的信号延迟偏差都相同时,可 被钟差吸收. – 如果通道间的信号延迟偏差都不相同时, 将影响定位精度和电离层折射影响的确定. 应对方法 – 参数法
GPS测量与数据处理参考题目及答案
GPS测量与数据处理自学指导及参考习题第一部分内容提要：本部分主要教授全球定位系统的产生、发展及前景和GPS的应用。
与GPS的产生背景有关部分，重点介绍第一代卫星导航定位系统-—子午卫星系统的原理及其局限性。
与GPS应用有关的部分，重点介绍GPS在军事、交通运输、及测量等领域中的应用。
习题：1、举例说明GPS在测量领域中的应用。
答:（1）用GPS建立和维持全球性的参考框架;(2）建立各级国家平面控制网；（3）布设城市控制网、工程测量控制网，进行各种工程测量;(4）在航空摄影测量、地籍测量、海洋测量中的应用.（《GPS测量与数据处理》，P7）2、“Transit系统是一个连续、独立的卫星导航系统"这种说法正确吗,为什么?答：这种说法不正确。
子午卫星系统（Transit）中没有采用频分、码分、时分等多路接收技术。
接收机在某一时刻只能接收一个卫星信号,这就意味着子午卫星星座中所含的卫星数不能太多。
为防止在高纬度地区的视场中同时出现两颗子午卫星从而造成信号相互干扰的可能性,子午卫星星座中的卫星一般不超过6颗,从而使中低纬度地区两次卫星通过的平均间隔达1.5h左右。
由于各卫星轨道面进动的大小和方向不一,最终造成各轨道面之间的间隔疏密不一.相邻轨道面过密时会导致两颗卫星同时进入用户视场，造成信号相互干扰，此时控制中心不得不暂时关闭一颗卫星使其停止工作。
轨道面过疏时用户的等待时间有可能长达8~10h。
导航定位的不连续性使子午卫星系统无法称为一种独立的导航定位系统，而只能成为一种辅助系统.(《GPS测量与数据处理》,P3)3、名词解释：多普勒计数答:若接收机产生一个频率为的本振信号，并与接收到的频率为的卫星信号混频,然后将差频信号（）在时间段［，]间进行积分,则积分值,称为多普勒计数.第二部分内容提要:本部分主要部分授GPS各部分，包括空间部分、地面监控部分和用户部分的组成与功能。
在用户部分中，重点介绍与GPS接收机有关的基本概念，例如天线平均相位中心偏差,接收通道等。
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）。
GPS有关的误差
4
为了测定信号的传播 时间，GPS需要有高 时间， 需要有高 精度的钟 要进行定位， 要进行定位，用户除 了要知道到卫星的距 离外， 离外，还需要知道卫 星的位置
3
5
GPS信号穿过地球的电 信号穿过地球的电 离层和对流层时，会产 离层和对流层时， 生信号延迟
2
接收机通过测定信号 传播时间Байду номын сангаас测定卫星 与接收机之间的距离
总结
1、与卫星有关的误差 2、与卫星传播路径有关的误差
电离层折射 对流层折射 多路径效应
3、与接收机有关的误差
注意：以上误差中以多路径效应对我们现在的 GPS测量误差影响最大，所以在测量时应严格遵 守工作要求。
1
通过卫星进行距离 交会是GPS系统的 交会是 系统的 基础
X
GPS测量的误差（1）
与卫星有关的误差 卫星星历误差（轨道 误差） 卫星钟误差（钟差、 钟速和频漂） 相对论效应（运动速 度、重力位等）
卫星星历误差
卫星星历：分为广播和精密星历 卫星星历是用于描述太空飞行体位置和速度的表 达式。 卫星星历以开普勒定律的6个轨道参数之间的数 学关系确定飞行体的时间、坐标、方位、速度等 各项参数，具有极高的精度。 卫星星历能精确计算、预测、描绘、跟踪卫星、 飞行体的时间、位置、速度等运行状态；能表达 天体、卫星、航天器、导弹、太空垃圾等飞行体 的精确参数；能将飞行体置于三维的空间；用时 间立体描绘天体的过去、现在和将来。
减弱多路径效应的方法
选择合适站址：避开水面、山坡和高大建筑 选择合适GPS接收机：设抑径板抑径圈、接收 机天线对极化方向相反的反射信号有较强的抑 制能力、改进接收机软硬件 适当延长观测时间 在GPS测量中如无法更换测量地点，降低多路 径效应的方法主要有增加卫星截止高度角，但 这样做的同时也会屏蔽掉低高度角的卫星（就 是刚从地平线升起的卫星）信号。
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狭义相对论和广义相对论
• 狭义相对论
– 1905 – 运动将使时间、空间和物质的质量发生变化
• 广义相对论
– 1915 – 将相对论与引力论进行了统一
GPS定位测量技术与应用
GPS测量定位的误差源 > 相对论效应 > 相对论效应对卫星钟的影响
相对论效应对卫星钟的影响①
• 狭义相对论
– 原理：时间膨胀。钟的频率与其运动速度有关。 – 对GPS卫星钟的影响：
• • • • 相对论效应 电离层延迟 对流层延迟 卫星钟差
改正后的观测值=原始观测值+模型改正
– 限制：有些误差难以模型化
GPS定位测量技术与应用
GPS测量定位的误差源 > 概述 > 消除或消弱各种误差影响的方法
消除或消弱各种误差影响的方法②
• 求差法
– 原理：通过观测值间一定方式的相互求差，消去或消弱 求差观测值中所包含的相同或相似的误差影响 – 适用情况：误差具有较强的空间、时间或其它类型的相 关性。 – 所针对的误差源
• • • • 电离层延迟 对流层延迟 卫星轨道误差 …
– 限制：空间相关性将随着测站间距离的增加而减弱
GPS定位测量技术与应用
GPS测量定位的误差源 > 概述 > 消除或消弱各种误差影响的方法
消除或消弱各种误差影响的方法③
• 参数法
– 原理：采用参数估计的方法，将系统性偏差求 定出来 – 适用情况：几乎适用于任何的情况 – 限制：不能同时将所有影响均作为参数来估计
2
其中a0为ts时刻的时钟偏差，a1为钟的漂移，a2为老化 率。toc为参考历元（参考时刻），ts为观测历元 。 – 相对定位或差分定位
GPS定位测量技术与应用
GPS测量定位的误差源 > 概述 > 接收机钟差
接收机钟差
• 定义 GPS接收机一般采用石英钟，接收机钟与理 想的GPS时之间存在的偏差和漂移。
– 结论：在广义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变 快
GPS定位测量技术与应用
– 结论：在狭义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变 慢
GPS定位测量技术与应用
GPS测量定位的误差源 > 相对论效应 > 相对论效应对卫星钟的影响
相对论效应对卫星钟的影响②
• 广义相对论
– 原理：钟的频率与其所处的重力位有关 – 对GPS卫星钟的影响：
若卫星所在处的重力位 为Ws，地面测站处的重力位 为WT， 则同一台钟放在卫星上 与放在地面上时钟频率 将的差异f 2为： Ws WT 1 1 f f ( ) c2 c2 R r 其中 3.986005 1014 m3 s 2 ，若地面处的地心距 R近似取6378 km， f 2 卫星的地心距近似取 26560 km，则 f 2 5.2841010 f
• 应对方法
– 作为未知数处理 – 相对定位或差分定位
GPS定位测量技术与应用
§3.3
相对论效应
• 狭义相对论效应 • 广义相对论效应
GPS定位测量技术与应用
GPS测量定位的误差源 > 相对论效应
3. 3相对论效应
GPS定位测量技术与应用
GPS测量定位的误差源 > 相对论效应 > 狭义相对论和广义相对论
• 偶然误差
– 内容
• 卫星信号发生部分的随机噪声 • 接收机信号接收处理部分的随机噪声 • 其它外部某些具有随机特征的影响
– 特点
• 随机 • 量级小 – 毫米级
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GPS测量定位的误差源 > 概述 > GPS测量误差的性质
GPS测量误差的性质②
• 系统误差（偏差 ）(主要)
– 卫星轨道误差 – 卫星钟差 – 相对论效应
• 与传播途径有关的误差
– 电离层延迟 – 对流ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ延迟 – 多路径效应
• 与接收设备有关的误差
– 接收机天线相位中心的偏移和变化 – 接收机钟差 – 接收机内部噪声
GPS定位测量技术与应用
GPS测量定位的误差源 > 概述 > GPS测量误差的性质
GPS测量误差的性质①
GPS定位测量技术与应用
第三章 GPS定位中的误差源
§3.1 概述 §3.2 钟误差 §3.3 相对论效应
GPS定位测量技术与应用
GPS测量定位的误差源 > 概述
§3.1
概述
GPS定位测量技术与应用
GPS测量定位的误差源 > 概述 > GPS测量误差的来源
GPS测量误差的来源
• 与卫星有关的误差
• 电磁波干扰 • 多路径效应
– 限制：无法完全避免误差的影响，具有一定的盲目性
GPS定位测量技术与应用
§3.2
钟误差
GPS定位测量技术与应用
GPS测量定位的误差源 > 概述 > 卫星钟差
卫星钟差
• 定义 物理同步误差 数学同步误差 • 应对方法
– 模型改正 钟差改正多项式
ts a0 a1 ts toc a2 ts toc
– 内容
• 其它具有某种系统性特征的误差
– 特点
• 具有某种系统性特征 • 量级大 – 最大可达数百米
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GPS测量定位的误差源 > 概述 > 消除或消弱各种误差影响的方法
消除或消弱各种误差影响的方法①
• 模型改正法
– 原理：利用模型计算出误差影响的大小，直接对观测值 进行修正 – 适用情况：对误差的特性、机制及产生原因有较深刻了 解，能建立理论或经验公式 – 所针对的误差源
GPS定位测量技术与应用
GPS测量定位的误差源 > 概述 > 消除或消弱各种误差影响的方法
消除或消弱各种误差影响的方法④
• 回避法
– 原理：选择合适的观测地点，避开易产生误差的环境； 采用特殊的观测方法；采用特殊的硬件设备，消除或减 弱误差的影响 – 适用情况：对误差产生的条件及原因有所了解；具有特 殊的设备。 – 所针对的误差源