GPS定位中的误差源及消弱措施
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。
GPS定位系统在测绘中的误差与校正方法
GPS定位系统在测绘中的误差与校正方法导言随着科技的不断发展，全球定位系统（GPS）在测绘领域中扮演着越来越重要的角色。
然而，由于多种原因，GPS定位系统在测绘过程中可能存在一定的误差。
了解这些误差以及相应的校正方法对于确保测绘结果的准确性至关重要。
误差来源GPS定位系统在测绘过程中的误差可能来自多个方面，包括天线高度、大气延迟、多径效应、钟差、轨道误差等等。
这些误差源可以归结为系统误差和随机误差两类。
系统误差是由于GPS系统本身的特点或者用户设备的特殊性引起的，例如天线高度误差可能导致信号衰减，从而影响定位精度。
解决系统误差主要依赖于设备的校正和改进。
随机误差是由于环境和人为因素而引起的不可预测的误差。
这些误差通常是临时性的，难以完全避免。
然而，通过采用合适的数据处理方法和统计模型，可以在一定程度上减小随机误差对测绘结果的影响。
误差校正方法1. 信号补偿信号补偿是校正GPS定位系统误差的一种常见方法。
例如，大气延迟是导致定位误差的一个主要因素。
通过测量大气延迟并进行相应的补偿，可以显著提高定位精度。
这可以通过使用大气模型和天气观测数据来实现。
2. 数据处理技术数据处理技术对于校正GPS定位误差也起着至关重要的作用。
其中，差分定位是一种常用的技术。
差分定位利用有两个接收机，一个处于已知位置的参考站点，另一个处于测量位置的流动站点。
通过对两个接收机接收到的信号进行比较，可以得到一个差分修正值，从而消除了两个接收机之间的共同误差。
此外，数据滤波技术也可以被用来减小随机误差的影响。
数据滤波可以通过使用滤波器对收集到的数据进行处理，去除异常值和噪声，从而提高定位精度。
3. 多系统融合多系统融合是另一种校正GPS定位误差的方法。
目前，除了GPS系统外，全球导航卫星系统（GNSS）还包括其他系统，例如格洛纳斯（GLONASS）和伽利略（Galileo）。
通过使用多个系统提供的定位信息，可以显著提高定位精度并减小误差。
GPS测量中主要误差的改正
三、对流层折射
在对流层中，折射率略大于1，随着高度的增加逐渐减小 ： 当接近对流层顶部时，其值接近于1。
对流层的折射影响，在天顶方向（高度角900）可产生
2.3m的电磁波传播路径误差 当高度角为100时，传播路径误差可达20m。在精密定 位中，对流层的影响必须顾及。 对流层的折射率与大气压力、温度和湿度关系密切 变化复杂，对n的变化和影响，难以精确模型化。
一、卫星钟差的改正
卫星钟误差 GPS观测量均以精密测时为依据。 GPS定位中，Biblioteka 论码相位观测还是载波相位观测，都要
求卫星钟与接收机钟保持严格同步。
实际上，尽管卫星上设有高精度的原子钟，仍不可避 免地存在钟差和漂移，偏差总量约在1 ms内，引起的 等效距离误差可达300km。
一、卫星钟差的改正
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三、对流层折射
通常将对流层的大气折射分为干分量和湿分量两部分，Nd 和Nw分别表示干、湿分量的折射数，则 N0 = Nd + Nw 。 Nd和Nw与大气的压力、温度和湿度有如下近似关系
N d 77.6 P Tk e0 Tk2
N w 3.73 105
式中P为大气压力/mbar，Tk为绝对温度(Tk=0C+273.2), e0为水汽分压/mbar 沿天顶方向，对流层大气对电磁波传播路径的影响，可表 示为 S S S
I
2.采用相对定位或差分
站 间 差 分 ：B I-A I
A
B
3.使用IGS提供的精密卫星钟差改正数
二、电离层折射
GPS主要误差源及补偿方法讲解
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姓名：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、GPS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。
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测量坐标误差有多大
GPS测量坐标误差有多大GPS（全球定位系统）是一种利用卫星定位技术来获取地理位置信息的系统。
它广泛应用于导航、地理测量、军事和民用等领域。
然而，由于多种原因，GPS测量坐标会存在一定的误差。
误差来源GPS测量坐标的误差主要来自以下几个方面：1.卫星误差：卫星的精密轨道、钟差和天线相位中心等因素都会对测量结果产生影响。
虽然GPS系统会采取一系列措施来校正这些误差，但仍然无法完全消除。
2.大气延迟：由于GPS信号在穿过大气层时会受到大气介质的影响，导致信号传播速度发生变化。
这种大气延迟会导致测量结果与真实位置之间产生误差。
3.多路径效应：当GPS信号在到达接收机之前与建筑物、树木等障碍物发生反射后再次达到接收机时，会产生多路径效应。
这种效应会导致信号的传播路径变长，进而引起测量误差。
4.接收机误差：包括接收机的硬件设备、信号处理以及观测条件等因素，都会对测量结果产生影响。
接收机的性能越好，产生的误差就越小。
误差类型在GPS测量过程中，常见的误差类型包括：1.精度误差：指GPS测量结果与真实位置之间的差异。
通常以水平误差和垂直误差来衡量。
水平误差是指实际测量结果与真实位置在水平方向上的差距，垂直误差则是指在垂直方向上的差距。
2.相对误差：指同一测量点在不同时间或不同接收机进行测量时产生的误差。
相对误差可以通过对同一位置进行多次测量，并对结果进行比对来评估。
3.绝对误差：指GPS测量结果与真实位置之间的绝对差距。
由于无法得知真实位置，所以无法直接获得绝对误差。
通常通过测量点的相对误差和已知参考点的坐标来间接获得。
误差量化为了评估GPS测量坐标误差的大小，通常采用以下方法进行量化：1.信号强度指示（Signal Strength Indicator，SSI）：SSI是衡量GPS信号强度的指标，通常以百分比或分贝表示。
信号强度越高，误差越小。
2.几何精度因子（Geometric Dilution of Precision，GDOP）：GDOP是一种衡量卫星几何配置对GPS测量结果精度影响的量化指标。
GPS测量技术的误差源与解决方法
GPS测量技术的误差源与解决方法GPS（Global Positioning System）是一种广泛使用的定位技术，它通过接收来自卫星的信号来确定接收器的位置，精度一般在数米到几十米之间。
然而，在实际应用中，GPS测量技术可能会受到各种误差源的影响，进而导致测量结果的不准确。
本文将探讨GPS测量技术的误差源及其解决方法。
1. 天线高度误差天线高度误差是指GPS接收器与测量点之间的天线高度差引起的误差。
由于不同测量点处的天线高度不同，接收到的信号路径长度也会不同，因此会对测量结果产生误差。
为了解决这一问题，可以采用高精度的GPS天线来减小高度误差。
同时，在测量中应尽量保持一致的天线高度。
2. 对流层延迟误差对流层延迟误差是指GPS信号在穿过大气层时受到的影响而引起的误差。
大气层中的水汽和其他气体会导致信号传输速度的变化，从而影响到测量结果的准确性。
为了解决这一问题，可以使用双频GPS接收器来消除对流层延迟误差。
双频GPS接收器可以通过同时接收L1和L2频段的信号来消除大气延迟误差。
3. 多路径效应误差多路径效应误差是指GPS信号在传播过程中被建筑物、地形等障碍物反射或绕射而产生的误差。
反射的信号会使接收器接收到多个信号源，从而影响到测量结果的准确性。
为了解决这一问题，可以采用反射板或天线罩等物理隔离措施来减少反射信号的影响。
此外，选择合适的测量时机和测量点位置也能够减少多路径效应误差。
4. 卫星几何误差卫星几何误差是指由于卫星位置相对于接收器的位置不理想而引起的误差。
当卫星位置与接收器位置接近于共面时，几何误差将会增加，导致测量结果的不准确。
为了解决这一问题，可以采用多频度观测和动态定位技术。
多频度观测可以提供更多的卫星数据，从而提高定位精度；而动态定位技术可以根据卫星位置的变化来进行误差补偿。
5. 卫星钟差误差卫星钟差误差是指由于卫星钟的不准确而引起的误差。
卫星钟的不准确将会导致测距误差的累积，进而影响到测量结果的精度。
GPS定位误差及修正算法
.
9
两者之差为：
YXcsoi sne((ettjj))
sin(etj) co se(tj)
0xj
0yj
Z 0
0
1zj
e 是地球自转角速度，且知 e =7.292115×10-5rad/s tj是卫星j的信号传播时延。
.
10
对流层误差及修正
▪ 对流层，是离地面高度50km以下的大气层，
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16
▪ 我国在北半球中纬度地区，因此运用 Klobuchar模型对我国GPS接收机进行电离 层改正是可靠和可行的。电离层误差修正 如下式所示，
▪ 其中，F为倾斜因子
F 1 .0 1.0 6 (0 .5 3 E )3
I z 是垂直方向延迟
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17
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18
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19
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20
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.
7
相对论效应修正
▪ 虽然经过上述改正，但是相对论效应所产生的时 间偏移并非常数，对于某一给定偏心率e的GPS卫 星，一阶相对论效应改正如下：
e为偏心率，F
2
c2
其中， = 3.986005E+14m3/sec2；
C=2.99792458E+8 m/sec； F=-4.442807633×10-10 s / m
.
5
Hale Waihona Puke ▪ 各颗卫星的星钟误差 修正如下式：
其中，a0,a1,a2,to，c都可以从导航电文中得到。
a 0 ：相对于GPS时系的时间钟差； a 1 :相对于实际频率的偏差系数（钟速） a 2 :时钟频率的飘移系数（钟速变换率，及钟漂）； t oc ：第一数据块的参考时间
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性讲 都 比偶 然 误 差要 大 的多 ， 是 Ｇ Ｓ定 位 的 主要 它 Ｐ
误差 源 。同时 系 统 误 差有 一定 的规 律 可 循 ， 以 建 可
接 收机钟 差可 通过 观测 值求 差 的方法 消除 。
（ ） 星 星 历 误 差 ２卫
立模 型或 是 在 观 测 站 和 卫 星 间 进 行 同 步 观 测 量 求
离 。由此 可 见 ， Ｐ Ｇ Ｓ测 量 的精 度 与 时 钟 误 差 密 切相
传送来 的信 息 ， 根 据 地 面 接 收 机接 收 到 的卫 星信 并
号来确 定地 面点 的三 维大地 坐标 。影 响 Ｇ Ｓ定 位精 Ｐ
度 和可 靠性 的误 差 因素很多 ， 主要 来源 于 Ｇ Ｓ卫星 、 Ｐ 卫星 信号 的传播 过程 和地 面 Ｇ Ｓ接收设 备 。而 在 高 Ｐ 精度 的 Ｇ Ｓ定位 中 ， 要 应 该 注 意到 与 地 球 整体 运 Ｐ 还 动有 关 的地 球潮 汐 、 荷潮 和相对 论效 应等 的影 响 。 负 影响 Ｇ Ｓ定 位精 度 和 可 靠性 的 因素 很 多 ， 误 Ｐ 按
ＭＩ ＮＥ ＵＲＶＥＹＩ Ｓ ＮＧ
ＮＯ ２ ．
Ｊｎ ０ ｕ ．２ ０７
Ｇ Ｓ定 位 中的误差 源及 消 弱 措施 Ｐ
满树徐
（ 河北 省第二 测绘 院 ， 河北 石 家庄
００３ ） ５ ０ １
摘要：Ｐ Ｇ Ｓ卫 星定位技 术 已在 众 多领 域得 到 广 泛 应 用 ， 响 Ｇ Ｓ定 位精 度 和 可 靠性 的 因素很 多 ． 影 Ｐ 文
差性 质可分 为 系统误 差和 偶然 误 差 。系统 误 差 主要 包括 星历误 差 、 卫星钟 差 、 收 机钟 差 和 大气 折 射误 接
关 。一般 Ｇ Ｓ接 收机所 用 的石英 晶 体震 荡 器 的 日稳 Ｐ
定性优 于 １ ～， Ｐ 卫 星上安装 的高 稳定 性 的原子钟 ０ ＧＳ （ 铷钟或 铯钟 ） 其 日稳 定性 均优 于 １ ’ ， ０ 。对 于 卫 星 钟差可通过 连续监测 精确 测定 其运 行状 态参 数 ． 减 来 弱卫星钟差对 Ｇ Ｓ定位 的影 响 ， Ｐ 而对 于大地 测量来 讲 尚需通过相 对定位数学模 型来进一 步消除 。 接收 机 钟 差 一 般 用 伪 距 单 点 定 位 确 定 或 从
3结语随着现今信息化数字化的快速发展gps卫星定位技术的应用也会越来越广泛对gps卫星定位精度的要求会越来越高所以对各种影响gps定位精度误差进行更深入的研究总结出更好的方法对今后gps定位的发展将具有深远的意义
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第 ２期
２０ ０ ７年 ６ 月
矿 山 测 量
差， 来减 弱或 消除系统 误差 的影 响 。 ２ Ｇ Ｓ定位 中的误差 源及 消弱措 施 Ｐ
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 ． 卫 星 空 间 位 置 是 由 而
地 面监 控系 统 根 据 卫 星 测 轨结 果 计 算 求 得 的 ， 以 所
方法 ； 还可 以建 立 Ｇ Ｓ卫 星 跟 踪 网 ， 行 独 立 定 轨 ； Ｐ 进
或在平 差模 型 中把卫 星 星历 给 出的 卫 星轨 道 作 为初 始值 ， 视其 改正 数 为未知 数 ， 过 平 差 同 时求得 测 站 通
位 置及卫 星轨道 的改正数 ， 消 除 、 弱 星历 பைடு நூலகம் 差 的 来 消 影 响 ． 而获得 高精 度 的定位 结果 。 从
（ ） 道 误 差 ３轨
５１
具体地说 ． 主要 系统 误 差 的 现今 处 理对 策 如 各
下：
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中主要 介 绍在 Ｇ Ｓ定位 中各 种误 差 来源 以及 现如 今所 采取 的 消弱措施 。 Ｐ
关 健 词 ：Ｇ Ｓ Ｐ ；定 位 ； 差 ；消 除 ；消 弱 误
中图分 类号 ：２ ８ ３ Ｐ ２ ．
文献标 识码 ： Ｂ
文章 编号 ：０ １— ５ Ｘ（ ０ ７ ０ ０ ５ — ３ １０ ３ ８ ２ ０ ） ２— ０ １ ０
１ 前 言
（ ） 差 １钟
由于卫星 的空 间位 置是 随时 间变化 的 ． 以 Ｇ Ｓ 所 Ｐ
Ｇ Ｓ定位 是通过 地 面上 的 Ｇ Ｓ接收 机接 收 卫 星 Ｐ Ｐ
定位是 以精 密 测 时 为基 础 的 。信 号 由卫 星 到达 地 面 的传播时 间乘 以光 速就 等 于 测站 和 卫 星 间 的几 何 距
减弱 或消 除系统误 差 的影 响。 ｄ ．简单 的忽略 某些 难 以解决 的系统 误 差 （ 多 如 路径 误差 ） 的影 响 。
相 关性 ， 以在 Ｇ Ｓ相对定 位 中 ， 以利 用两 个相 邻 所 Ｐ 可 测站上 星历 误 差 的相 关 性 ． 用 相 位 观 测 法 求 差 的 采
在 Ｇ Ｓ定 位 中 ， 据 其 误 差 产生 原 因而 采 取 相 Ｐ 根
应措 施 ， 以消弱 Ｇ Ｓ误 差对 定位 成果 的影 响 ， 般 可 Ｐ 一 包 括方 法 ：
ａ ．引入 响应 的未 知 参 数 ． 数据 处 理 中联 同其 在 它 未知 参数一 并解 算 。 ｂ ．建 立 系统 误 差模 型 ， 观测量 加 以修正 。 对 ｃ ．在观 测站 和 卫 星 间进 行 同 步观 测 量 求 差 ， 以
差等 ； 偶然 误 差 主 要包 括 信 号 的多 路 径 效 应 。其 中
系统 误差无 论从 误差 的大 小还 是对 定 位结 果 的危 害
Ｒ Ｎ Ｘ观测 文件 中 获 取 ， 而 对 历 元 时 标 或 观 测值 ＩＥ 进
进行 改 正 ； 在相 对定 位 中 ， 修正 后 的卫 星钟 残 差 和 经
又 称为 卫星轨 道误 差 。 由于卫 星在 运 行 过程 中受 到 多 种摄 动力 的 复 杂 影 响 ． 地 面 监 控 系 统 很 难 测 定 而 和掌握 这些 摄 动 力 的 影 响 规 律 ． 因此 估 算 和 处 理 卫 星星历 误差 一般 比较 困难 。
由 于 在 某 一 时 间 段 内 ． 星 星 历 误 差 有 很 强 的 卫