浅谈GPS测量误差

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浅谈 ＧＰ Ｓ测量误差
吴家菁
（ 江西科技 学院商学院土木工程 系， 江西 南 昌 ３ ３ ０ ０ ２ ９ ）
摘 要￣ Ｇ Ｐ Ｓ测量由于有定位精 度高 ， 观测 时间短 ， 测站间无需通视 ， 可提供 三维坐标 ， 操作 简便 ， 全 天候 作业等优 点 ， 所以Ｇ Ｐ Ｓ的 用 途非 常广泛 ， 但在应用时应注意 Ｇ Ｐ Ｓ测量的精度 ， 所以本文分析 了 Ｇ Ｐ Ｓ测量误 差的主要 来源 ， 并在分析 的基础上提 出消除和减 弱各 项误
表 １反射系数表
测量的影响为 １ ． ５ － ５米 ， 其 他误 差主要为地球 自转的影响 和地球 潮 频机 适 用 于小 于 １ ５ Ｋ ｎ 的短 基 线 测 量 ， ｉ 适用于一般工程测量。 汐改正 ， 对距离测量的影 响为 １ 米 。实 际与接 收机相关 的误差 主要 １ ＧＰ Ｓ 系统 组成 还是噪声误差 （ 天线 噪声 、 传输线噪声 、 接收机 内部 噪声 ） ， 如果 接收 Ｇ Ｐ Ｓ系统包括 ｉ大部分 ： 空 间部分（ Ｇ Ｐ Ｓ卫星 星座 ） ， 地 面控 制 机钟与卫 星钟 的同步差为 １ Ｓ ， 由此引起 的距离误差约为 ３ ０ ０ ｍ， 而 部分 （ 地面监控 系统 ） ， 用户设备部分 （ Ｇ Ｐ Ｓ 信号接收机 ） 。 接收机的位置误差是天线相位 中心与测站标石 中 ｔ ５ 的误差 。 由２ １ 颗工作卫星和 ３颗在轨备用卫 星组成 Ｇ Ｐ Ｓ卫星星座 ， 记 ３ ＧＰ Ｓ测 量 误 差 处理 作 （ ２ １ ＋ ３ ） Ｇ Ｐ Ｓ星座 。Ｃ Ｐ Ｓ工作卫星的地面监控系统包括一个 主控 对于卫星星历误差可 以采用建立 Ｇ Ｐ Ｓ卫星跟踪 网， 进行独立定 站、 ｉ个注入站和五个监测站 。 Ｇ Ｐ Ｓ 信 号接 收机 的任务是 ： 能够捕获 轨 ， 还可 以不受有意 降低 在 Ｃ ／ Ａ码上 的卫 星星历精度 的影 响， 也可 到按一定卫星高度截止角所选择 的待测卫 星的信号 ， 并跟踪这些卫 以利用在两个 或多个观测站上 ， 对 同一 卫星的同步观测值 求差来减 星的运行 ， 对所 接收到 的 Ｇ Ｐ Ｓ 信 号进行变换 、 放 大和处理 ， 以便测 而卫星钟 的钟误差 的残 差可以在接收机间求一 量出 Ｇ Ｐ Ｓ信号从卫星到接收机天线 的传播时 间，解译 出 Ｇ Ｐ Ｓ卫星 小卫星星历的影响 ， 次差的方法来消除。 相对论效应是在制造卫星钟时就把这项误差消 所发送的导航 电文 ， 实时地计算 出测站 的三维位置 ， 位置 ， 甚至三维 除 了， 信号传播 时的误差如电离层折射误差可 以利用双频接 收机观 速度和时间。Ｇ Ｐ Ｓ系统的三大部分都会给测量数据带来误差 ， 要提 测 和利 用电离层改正模 型加以修正 以及利用 同步观测值 求差来减 高数据质量就要 明白如何消除或减弱各项误差 。 弱其影响。而对流层的折射误差可在进行数据处理 时 ， 引入和求得 ２ ＧＰ Ｓ测 量 误 差 剖析 误差按性质 可分 为系统误差 与偶然误差两类 ， Ｇ Ｐ Ｓ 测量误差 中 描述对流层影响的附加待估参数 ，也 可以用同步观测求差来减弱 。 一是选择合适 的站址 ， 二是 偶然误差主要包括信号 的多路径效应 ， 系统误差 主要包括卫星 的星 消 弱多路径误差 的方法 主要采用两种 ， 而对 于接收机钟误差可以在进行数 据处理 时 历误差 ， 卫星钟差 、 接收机钟差以及大气 折射的误差等 ， 但这两类误 在天线 中设置抑径板。 来减弱接收机钟差 。接 收机 的 差 中， 系统误差对测 量结 果的影响要远 比偶然误差 大的多 ， 系统误 与观测站 的位置参数一并求解 出来 ， 位置误差可 以采用有强制对中装 置的观测墩来提高精度。 采用 同一 差是 Ｇ Ｐ Ｓ测量的主要误差来源 ， 而且 系统误差存在一定 的规律性 ， 类 型的天线 ， 在 相距不远 的两个或多个观测站上 同步观测 同一 组卫 所 以可 以采用一定的方法 和措施来 消除此项误差 。从 Ｇ Ｐ Ｓ 测 量误 星 ， 便可以通过观测值求差来削弱相位 中心偏移 的影 响。 差 的来 源可分 ： 卫 星部分 、 信号传播 部分 、 信号接收部分 、 其他影 响 最后 需要注意 的是在 Ｇ Ｐ Ｓ测量 中 ， 除上述各种 误差外 ， 还有卫 部分 四个部分。 星钟和接收机钟振荡器的随机误差 、 大气折射模 型以及卫 星轨 道摄 ２ ． １ 卫 星部 分 动模 型的误差等 ， 这些影 响因素在对长距离定位且精度较 高时有较 卫星部分误差 主要有卫星星历误差 、卫星钟误 差及相对论 效 应， 卫 星部分误差对距离测量 的影 响约为 １ ． ５ ～ １ ５ 米 。卫星星历误差 重要 的意义 。
４ 结 论 是卫星在空间的位置与实际位置之差 ， 卫星星历的数据来 源有广播 为了提高 Ｇ Ｐ Ｓ测量数据的可靠性 ， 在选点 的时候 就要 注意一些 星历和实测星历 。 广播星历由于 Ｓ Ａ政策 ， 广大用户很难从系统的改 事 项 ： （ １ ） 点位要 设在易于安装接收设备 、 视野开 阔 、 视场周 围 １ ５ 。 善 中获得应有的精 度 ，而实测星历对导航和动态定位无任何意义 ， 对静态定位有重要意义。卫 星钟 的钟差包括 由钟差 、 频偏 、 频漂 、 钟 以上不应有 障碍 物并 远离大功率无 线电发射源和高 压输 电线 以及 （ ２ ） 所测卫 星与观测站所组成的几何 图形 ， 空 间位置因 的随机误差 ， 在Ｇ Ｐ Ｓ测量 中 ， 无论 是码相位 观测或 载波相位 观测 ， 大面积水域 。 子（ Ｐ Ｄ Ｏ Ｐ ） 值不应大于 ６ ， 尽量多采用同步观测 。 （ ３ ） 选择 卫星多于 ４ 都要求卫 星钟和接收机钟保持严格同步 。 颗且分布均匀 ， Ｐ Ｄ Ｏ Ｐ值小于 ６的最佳观测时段 。 同时注意观测 时段 ２ ． ２信号传播部分 信号传播部分的误差有 电离层折射误差 、 多路径效应误差 以及 以及采样间隔的选取应符合相应规范来提高数 据精度 。 参考文献 对流层折射误差 ， 这些误差对距离 测量 的影 响为 １ ． ５ ～ ｌ ５ 米， 电离层
差 的 方 法 和措 施 。
关键词 ： Ｇ Ｐ Ｓ ； 误差 ； 数据质量
Ｇ Ｐ Ｓ 测量技术是 ２ ０ 世纪 ７ ０年代 ， 由美 国陆 、 海、 空军联 合研 制 的新一代空间卫星导航定位系统 ， 可 以具有 良好 的抗 干扰性 和保 密 性， 而且具有全 球性 、 全天候 、 连续性 的精密三维导航与定位 能力 。 单点导航定位 与相对测地定 位是 Ｇ Ｐ Ｓ 应 用的两个方面 ，对 常规测 量而言 ， 相对测地定位是 主要 的应用方式 。Ｇ Ｐ Ｓ接收机是实现测地 定位 的必备条件 ，有单频与双频两个频段 ，双频机适用大于 １ ５ Ｋ ｍ 中长基线测量 ， 具有快速静态 测量的功 能 ， 可 升级为 Ｒ Ｔ Ｋ功能 ； 单