矿区GPS测量误差研究

定用 户 的精确位 置 。但在 定位 过程 中卫 星信号 将受
到各种 外 界和 自身 不 利 因素 的影 响 ， 而 给定 位 结 从 果造 成误 差 。这 些 因素除 了卫 星本 身 的位 置及携 带 的时钟不 准外 ， 还包 括各 种测量 误差 因素 。
１ Ｇ Ｓ误差 来源 Ｐ Ｇ Ｓ测量 误差 按其 来 源 可分 为 ３类 ： Ｇ Ｓ信 Ｐ 即 Ｐ
是 它们 与实 际 的 Ｇ Ｓ时 间 仍存 在 着 难 以避 免 的 偏 Ｐ
差 。这 种偏差 的总量约 在 １ｍ ｓ以内 ， 于卫星 钟 对 的偏 差 ， 由卫 星 的主控 站 ， 可 通过 对卫 星钟 运行状 态
的连 续监测 确定 ， 通 过 卫 星 的导 航 电文 提供 给 接 并 收机 。经钟 差改 正 后 即 可保 证 各 卫 星 间 的 同步 差 ， 即保 持在 ２ ｎ 以 内。 ０ｓ
响 可大 为削 弱 。 ２ ３ 确 定 Ｇ ｓ卫星 轨道 ． Ｐ 利用 区域 性 Ｇ Ｓ跟 踪 网可 以 确定 Ｇ Ｓ卫 星 轨 Ｐ Ｐ
整 数倍 ， 它是一 个 固定不 变 的值 ， 整数 即是 整周模 该 糊度 ， 可在 解算 时 与 其 他 参数 一并 求 出。但 在 实 际 观测 中， 收机 往往 会 由于 某 种 原 因对 卫 星短 时 间 接 失去 跟踪 ， 在失 去 跟踪 时 间 内相 位 的 变化 就不 能 被 测 出 ， 为 周 跳 。在 短 距 离 Ｇ Ｓ基 线 定 位 中 ， 气 称 Ｐ 大
反， 对于 Ｇ Ｓ信 号 ， 种 距 离 改正 在 天 顶方 向最 大 Ｐ 这
可 达 ５ 在 接近地 平 方 向时 （ ０ｍ， 高度 角 为 ２ 。 可达 ０） １ ０ｍ， ５ 因此 必须 对定 位 结果 加 以改 正 ， 则 会 严重 否 降低观 测值 的精度 。
１ ２ 对 流层折 射误 差 ．
但卫 星轨 道 的误 差 可通 过 差 分 计 算 得 到 有 效 的减 弱 ， 分计 算 之 后 卫 星 位 置误 差 △ｓ与基 线 长 度误 差
差 Ａｂ的关 系 可粗 略 的简 化为 ：
Ａ ｂ ： ｂ— ｓ Ａ
—
（） ２ 利用 电离层 改正模 型 加 以修正 。
（） ３ 利用 同步 观测 值 求 差 。用 两 台接 收机 在 基 线 的两 端进 行 同步 观 测 并 取 其 观测 量 之 差 ， 有 效 可 地 减弱 电离层折 射 的影 响 。若 当两观 测站 相距 不 太
王 刚 李
伶 ： 区 Ｇ Ｓ测量误 差研 究 矿 Ｐ
２ １ 年 １月第 １期 ０１
为了减少 多路 径效 应影 响 ， 在选 点时 ， 点位 应尽 量 避
开 如水 面 、 平坦 光 滑地 面和平 整 的建 筑物 等反 射物 ，
握 它们 的作 用规 律 。 目前 ， 星 轨 道 信 息是 通 过 导 卫 航 电文得 到的 ， 以卫星 轨 道 误差 也 是 当 前 Ｇ Ｓ测 所 Ｐ
距离 ， 可通过 观 测 气 象 元 素 （ 温 度 、 如 湿度 、 压 ） 气 ， 按 照 已有 的改 正模 型进 行 改 正 ， 也 可在 差 分 计算 还 模 型 中引入对 流层 改正 参数 一并 解算 。
１３ 卫 星钟 差 ．
号 的 自身误 差 ， 括轨 道 误 差 、 Ａ 和 Ａ 包 ｓ Ｓ影 响 ； Ｐ ＧＳ
摘 要 ： 目前 ， Ｐ Ｇ Ｓ在 测量 中的应 用越 来越 广 泛 ， 并具 有 较好 的精 度 ， 完成 大 多数 测 量 工作 。 能 文 中根据 Ｇ Ｓ测 量的原 理 ， Ｐ 结合 工程 实例 ， Ｇ Ｓ测量过 程 中的误 差 来源进行 了详 细的分 析 ， 对 Ｐ 并探
讨 了减 小 Ｇ Ｓ定 位误 差的措 施 。 Ｐ
式中， ｂ为基线 长度 ； ｐ为卫 星到 接收 机 的距 离 。 当基 线 长 度 为 １ ｍ， 星 位 置 误 差 为 １ ０ｋ 卫 ０ｍ
时， 基线 的误 差 大 约 为 ２ ｃ ｍ。 可见 卫 星 轨 道 误 差 ，
在差 分相 对定 位影 响不 大 ， 过 随着 基 线距 离 的增 不 大， 其影 响将越 来越 显著 。对于 长距 离 的基 线 测量 ， 既可 以采 用亚米 的精 密 星历 ， 也可 以采 用短 弧法 ， 将 部分 卫星 轨道参 数 作 为 未 知数 ， 基 线 向量 一 并 解 与
远时 ， 由卫 星至 两观 测 站 电磁 波 传 播 路程 上 的大 气
．
Ｐ
状 况甚 为相 似 ， 因此 大气 状 况 的系 统 影 响便 可 通 过 同步观测 量 的求差 而 减弱 。 ２ ２ 削 弱多 路径 误差 影 响 的措 施 ． （ ） 择 合适 的站 点 。多路 径 误 差 不 仅 与卫 星 １选
包 括整数 部分 的 相位 变 化 量 ， 因此 每 个 历 元 的相位 观测 量 与接 收机到 卫 星的距 离相 差载 波波 长 的一个
中， 以避 免反射 信 号从 天线 抑径 板上 方进 入天 线 ， 产
生多路 径 误差 。
（ ） 接收 机天 线 的要 求 。接 收 天线 对 于 极化 ２对 特 性不 同的反射 信 号应该 有 较强 的抑 制作 用 。在静 态 定位 中经 过较 长 时 间 的观 测 后 ， 路 径误 差 的影 多
关键 词 ： Ｐ ； Ｇ Ｓ 测量误 差 ； 源 ； 来 措施 Ｇ Ｓ是 无 源导 航 定 位 系统 ， 户通 过 接 收卫 星 Ｐ 用 信号 获取 卫星 星历 、 用户 与卫 星间 的距离 、 时钟 校正 参量 等数 据 ， 过 随机软 件计算 测点 的坐标 ， 而确 通 从 磁 波 信号通 过 大气 的对 流 层时传 播速 度也 将发生 改 变 ， 致 Ｇ Ｓ测 距 结 果 与实 际距 离 有偏 差 ， 为 对 导 Ｐ 称 流层 折 射 误 差 。对 流层 折 射 误 差 的大 小 主要 与 温
算。 １６ 周 跳误 差 ．
信 号方 向有 关 、 与反 射系 数有 关 ， 而且 还与 反射 物离
测 站 的距 离 有关 ， 以在 实 际 定 位 测 量 中应 采 取 积 所
极措 施来 削 弱误差 的影 响。① 测站 应远 离大 面积 平
静 的水 面 ， 灌木 丛 、 而 草和 其他 地 面植被 能较 好地 吸 收微 波信 号 的能 量 ， 较 为 理 想 的 设 站地 址 。翻 耕 是 后 的土地 和其 他 粗 糙 不 平 的地 面 的 反 射 能 力 也 较
星 轨道偏 差 对定 位结 果 的影 响就 越大 。
２ Ｇ Ｓ测 量误 差 的削 弱或 消 除措施 Ｐ ２ １ 减 弱 电离层 误差 影 响 的措 施 ． （） １ 利用 双 频 观 测 。双 频 观 测 是 利 用 Ｐ 和 Ｐ
卫 星轨道 误差 是计 算 的卫 星位置 与 实际卫 星 位 置 的偏差 。卫 星在 运 动 中由于受 到 多种摄 动力 的影 响， 卫星 的运 行 轨 道 极 为 复 杂 ， 确 测定 各 种 摄 动 精
信号 的传输 误差 ， 括 电离 层 延迟 、 流 层 延 迟 、 包 对 多 路径传 播 以及整 周跳 变 ；Ｐ Ｇ Ｓ接 收机 的误 差 、 包括 时
钟误差 、 道 间的偏差 、 相环延 迟 、 通 锁 码跟踪 环偏 差 、 天线相 位 中心偏 差等 。 １ １ 电离层 折 射误差 ．
１４ 多路 径误 差 ．
多路 径 误 差 是 指 Ｇ ￥接 收 机 除 收 到直 接 来 自 Ｐ 卫 星的信 号 同时 ， 还接 收 到 来 自接 收机 天 线 周 围物 体 的反射信 号 ， 两种信 号 叠加后 ， Ｐ 信 号相 位 发生 ＧＳ 改变 ， 而产生 的测 量误 差 。多 路径 误 差 对 于伪 距 从 测量 将产 生数 米 的误 差 ， 于 载 波相 位 观 测 量 可产 对 生数 厘米 的误 差 。多 路 径误 差 虽 然 不 大 ， 多路 径 但 误差 与 每个 测 站 的 环 境 有 关 ， 且 没 有 规 律 可 循 。 并 因此 ， 是高 精 度 Ｇ Ｓ测 量 的主 要 误 差 来 源 之 一 。 它 Ｐ
度 、 度 、 压 、 星 高度 角 等 因素 有关 。对流 层 折 湿 气 卫
射 的影 响一般 分 布 在 ２～３ ０ｍ。对 于短 距 离 （ 于 小 ２ ｍ） Ｐ 线测 量 ， 通 过 Ｇ Ｓ接 收 机 之 问的 差 ０ｋ Ｇ Ｓ基 可 Ｐ
分 有效 地 减 弱 对 流 层 折 射 误 差 的 影 响… 。对 于 长
对 流层 是指从 ４ ｍ高 度到地 面 的大气 层 。电 ０ｋ
国家 自然 科 学 基 金 重 点 项 目 （ 号 ：０ ３ ０４） 国家 公 益 性 编 ５８４０ ， 行 业 基 金 资 助 项 目（ 编号 ：０ ８ １５ ） ２ ０ １０ ０ 。
王
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刚 （９ ６ ） 男 ， １８ 一 ， 硕士研究 生，２ １６江苏省徐州数 ， 因此 ， Ｐ Ｇ Ｓ的观测 量
以精密 测时 为依 据 ， 与卫 星 位 置 相 对应 的星 历 信 而 息， 是通 过 卫 星 信 号 的编 码 信 息 传 送 给 接 收 机 的 。
在 Ｇ Ｓ定位 中 ， 论是 码相 位 观 测还 是 载 波相 位 观 Ｐ 无 测， 都必 须保 证 卫 星钟 与 接 收 机 时钟 严 格 同步 。实 际上 ， 尽管 Ｇ Ｓ卫 星 上 均 设 有 高 精 度 的原 子 钟 ， Ｐ 但
当 Ｇ Ｓ信 号通 过 电离 层 时 ， 星信 号 的路径 将 Ｐ 卫 发生改 变 ， 播 速 度 也会 发 生 变 化 。 因此 通过 信 号 传 的传播 时间和 真空 中 的光 速计 算得 到 的距 离就 会与
卫星 至接 收机 的实 际 几何 距 离 有 差 异 ， 种差 异 叫 这 电离 层折 射误 差 。电离层 改 正数 的大小 主要受 电子 总量 和信 号频 率 的影响 。载 波相位 测量 时 的电离层 折射 改正 和伪距 测 量 时 的 改 正数 大 小 相 同 ， 符号 相
力， 准确 预报 卫星 轨道 是非 常 困难 的。 目前 ， 过 广 通
码 测得 两个 伪距 ， 据 电离 层 折 射 和 信 号频 率 有 关 根
的特性 ， 从这 两个 伪 距 观 测 值 中求 出 电离层 折 射 可 改 正数 ， 而实 现对 观测 结果 的误 差改 正 。 从
播 星历计 算 的卫 星 位 置 精 度 也 只 能 达 到 ５～１ ０ｍ。
差 ， 可 设站 。② 测 站不宜 选择 在 山坡 、 也 山谷 和盆 地
在精 密 Ｇ Ｓ相 对 定 位 中采 用 的观 测 值 都 是 相 Ｐ
位 观测 值 ， 位观 测 值 是 接 收 机本 机 振 荡 产 生 的相 相 位 与接 收到 的卫 星载 波相 位之 差 ， 测量 时 ， 能测 在 只 到小 于 １周 的小数 部 分 （ 准 到 ０ ０ 可 ． １周 ） 。在 理 想 条件 下 ， 接收 机在 锁住卫 星 后可保 持 跟踪 ， 而测 出 从
Ｓ ｒａ ． ０ ｅｉｌＮｏ ５ １ Ｊ ｎ ａｙ ２ １ ａ ｕ ｒ． ０ １
现
代
矿
业
Ｍ ０ＲＤＥＮ ＮＩ ＭＩ ＮＧ
总 第５１ ０ 期 ２ １ 年 １月 第 １期 ０１
矿 区 Ｇ Ｓ测量 误 差研 究 Ｐ
王 刚 。 李 伶
（ ． 土环 境 与 灾 害监 测 国 家测 绘 局 重点 实验 室 ；． 苏省 资 源环 境 信 息 工程 重 点 实验 室 ；． 国矿 业 大 学 ） １国 ２江 ３中
量 的主要 误 差来 源 之 一 。测 量 的基 线 长 度 越 长 ， 卫
选 用能 削弱 多路径 效应 的天 线 ， 采用 扼流 线 圈 ， 可 尽
能 延长 每点 观测 时 间 ， 最好 在 一 天 的不 同时 间 进行 观测 ， 外还 可 以采用 防多 路径效 应 的天 线 。 另
１ ５ 卫 星轨道 误差 ．