GNSS导航定位误差分析

电离层效应测定或改正。
3.1 电离层误差(III)

码延迟和相位提前
相速度 -- 单一频率的电磁波在空中的传播速度
【L1载波相位、L2载波相位】
1）相速度和群速度
群速度 -- 调制信号的在空中的传播速度
【GPS测距码】
2）非色散介质和色散介质
如果电磁波在真空中传播，则相速度与群速度是相等的，且等 于真空中的光速。此时，称为非色散介质，否则就称为色散介质。
二 与卫星有关的误差 2.1 卫星轨道误差 2.2 卫星钟差


2.1 卫星轨道误差(I)
伪距观测方程
R ( xs xr )2 ( ys yr )2 ( zs zr )2 ( tr ts )c
载波相位观测方程
( xs xr )2 ( ys yr )2 ( zs zr )2 ( tr ts )c N
3.1 电离层误差(III)（续）
3）信号延迟量的计算
测距码
载波相位
g (ng 1)ds


a1 2a2 3 ds 2 f f
p (n p 1)ds
a1 a2 3 ds 2 f f a
a1 40.3Ne
2）以一定的时间间隔给出卫星在空间的三维坐标及其运动
速度，由用户进行内插后求得观测时刻 ti 卫星在空间的位 置及运动速度；
IGS精密星历产品
精密星历类型
超快（预报）
精度
~ 5 cm
延迟
实时
更新
03, 09, 15, 21 UTC
间隔
15 min
超快（观测）
快速 最终
~ 3 cm
~ 2.5cm ~ 2.5cm
2 t0 t
a0 -- 偏差
a1 -- 漂移
a2 -- 漂移速度
随机项
3）导航电文: 精度 ~ 5 ns，IGS最终精密钟差 : ~ 75 ps
导航电文
IGS 精密钟差类型
超快（预报）
超快（观测） 快速
精度
~ 3 ns
~ 150 ps ~ 75 ps
延迟
实时
3 ~ 9 hours 17 ~ 41 hours
1）TEC总电子含量（Total Elctron Content）
【表示沿信号传播路径1平方米截面的柱体所包含的自由电子总 数。TEC的单位为(el/m2) 。1TECU = 1×1016 el /m2】
TEC
path

N e ds
卫星轨道的确定
广播星历
跟踪站、观 测值、定轨 模型与软件
卫星星历
精密星历 给出的卫星位置及运动速度
卫星星历误差
实际的卫星位置及运动速度
2.1 卫星轨道误差(II)

广播星历
1）由GPS系统的地面控制部分所确定和提供，经GPS卫
星向全球用户公开播发的一种预报星历；
2）用参考时刻 t 0 的卫星轨道根数及其变化率来描述卫星
传播路径会略微弯曲
【对测距结果影响不大，一般情况下可不予考虑】
3.1 电离层误差(II)

电离层延迟特点
1）电离层效应是GPS测量中的重要误差源。电离层对 GPS信号
的延迟或提前，在一天内的变化可以从几米到二十几米。
2）由于地磁场和太阳活动的复杂相互物理作用，通常很难对电 离层效应进行建模。 3）电离层是色散介质，即电离层效应与信号频率有关。考虑到 电离层的该性质，GPS系统被设计成几种工作频率，因而可以对
2.2 卫星钟差

卫星钟误差
1） 信号卫星离开卫星时，卫星钟相对于标准GPS时的钟 差 ts ； 2）卫星上尽管采用的是高精度的原子钟（铯钟、铷钟）， 但这些钟与GPS标准时之间仍会有偏差和漂移。随着时间 的推移，这些偏差和漂移还会发生变化；
t a0 a1 (t t0 ) a2 (t t0 ) y(t )dt
p g 12 ds f
电离层对相位和码伪距观测值的影响大小（近似）相等，符号相反。 Ne 为电子密度(electrons/m3)且为正值，因此对码伪距的延迟量 g为正 （延迟）、对相位观测值的延迟 p 为负（提前）。
3.1 电离层误差(IV)

电离层延迟与总电子含量（TEC）



3.1 电离层误差(I)

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电离层概述
高度在60~1000km的大气层；
1）电离层定义
【在太阳紫外线、X射线、 射线和高能粒子等的作用下，电离层中 的中性气体分子被电离，产生大量的电子和正离子，从而形成了一个电 离区域。】
2）对电磁波信号传播的影响
传播速度会发生变化
【主要取决于电离层中的电子密度和信号频率】
主要内容

（一）GNSS定位主要误差源分类


（二）与卫星有关的误差
（三）与传播路径有关的误差 （四）与测站有关的误差
（五）其他误差
一 GNSS定位主要误差源分类
卫星相关
卫星轨道误差 卫星钟差
传播路径相关
电离层误差
其他
相对论效应 潮汐效应 测量噪声
对流层误差 多路径效应
测站相关
接收机钟差
天线相位中心偏差
3 ~ 9 hours
17 ~ 41 hours 12 ~ 18 days
update 07/10/2011
03, 09, 15, 21 UTC
17 UTC daily every Thursday
15 min
15 min 15 min
IGS
International GNSS Service
igs15063.sp3
轨道；
3）通过GPS导航电文以一组参数的形式发送给用户，一 般每2小时更新一次，一般按照与观测时刻最近的一组广
播星历数据来计算卫星位置；
4）提供的卫星轨道精度较差，目前约为 ~ 1 m。
brdc2090.07n
2.1 卫星轨道误差(III)

精密星历
1）主要由IGS （International GNSS Service）提供；
更新
03, 09, 15, 21 UTC 03, 09, 15, 21 UTC 17 UTC daily
间隔
15 min
15 min 15 min
最终
~ 75 ps
12 ~ 18 days
update 07/10/2011
every Thursday
15 min
三 与传播路径有关的误差 3.1 电离层误差 3.2 对流层误差 3.3 多路径效应