GPS测量误差分析解析

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测量误差的大小

SPS（无SA）
误差来源 星历数据 卫星钟 电离层 对流层 多路径 接收机观测 用户等效距离误差 (UERE), rms 滤波后的 UERE ， rms 1-sigma 垂直误差 – VDOP = 2.5 1-sigma 水平误差 – HDOP = 2.0 1-sigma 误差，单位 m 偏差 2 .1 2.0 4.0 0.5 1.0 0.5 5.1 5.1 随机误差 0.0 0.7 0.5 0.5 1.0 0.2 1.4 0.4 12.8 10.2 总误差 2.1 2.1 4.0 0.7 1.4 0.5 5.3 5.1
测定卫星到接收机
天线的距离，并根据 已知的GPS卫星瞬时 坐标，进行空间后方 距离交会，便获得接 收机的位置。
S
S R )
R
GPS定位的误差分类

根据误差的来源分：
与GPS卫星有关的误差；
与卫星信号传播有关的误差；
与用户（GPS接收机）有关的误差；

根据误差的性质分：



大气折射误差 卫星轨道误差 卫星钟差 …
限制：空间相关性将随着测站间距离的增加而 减弱
差分法形式
单差法； 双差法； 三差法；

单差
双差
三差
单差法



单差法,即在不同观测站(测站i和j)同步观测相同卫 星P所得到的观测量之差,也就是在两台接收机之间 求一次差. 由于基线长度与卫星高度相比，是一个微小的量， 因此两测站的大气折光影响和卫星星历误差的影响 具有良好的相关性，求单差时，削弱了这些误差的 影响，同时消除了卫星钟的误差； 单差法并不能提高GPS绝对定位的精度，只能有效 地提高相对定位的精度, 单差模型中仍包含有接收 机时钟误差,其钟差改正数仍是一个未知量.


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
减弱和修正系统误差的措施

差分法
原理wenku.baidu.com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
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

减弱和修正系统误差的措施

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
求差法的缺陷

数据利用率低
只有同步数据才能进行差分
引入基线矢量替代了位置矢量 差分观测值间具有了相关性，使处理问题复 杂化
参数估计时，观测值的权阵

某些参数无法求出
某些信息在差分观测值中被消除
减弱和修正系统误差的措施

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
GPS定位的误差分析

GPS定位的基本观测量：
码相位伪距测量：C/A码伪距、P码伪距； 载波相位测量：L1载波相位及多普勒频移、L2
载波相位及多普勒频移；

在GPS测量中，为了便于理解，通常把各种 误差的影响投影到至卫星的距离上，用相应 的距离误差表示，并称为等效距离偏差。
GPS定位的基本原理




三差法就是于不同历元(tk和tk+1)同步观测同一组卫 星所得观测量的双差之差,即在接收机,卫星和历元 间求三次差. 三差法的主要优点在于解决前两种方法中存在的整 周未知数N0和整周跳变待定的问题. 三差模型中未知参数的数目较少,独立的观测量方 程的数目也明显减少,这对未知数的解算将产生不良 影响,使其精度降低. 因此，三差法结果仅用作前两种方法的初次解,实 际工作中采用双差法结果更为适宜。

GPS测量误差的性质

减弱和修正系统误差的措施:
引入相应的未知参数,在数据处理上连同其他未
知数一并解算; 建立系统误差模型,对观测量加以修正; 将不同观测站对相同卫星的同步观测值求差,以 减弱或削弱系统误差的影响; 简单地忽略某些系统误差的影响;
减弱和修正系统误差的措施

参数法

GPS测量误差的性质

系统误差：
主要包括卫星的轨道误差,卫星钟差,接收机钟差
以及大气折射的误差； 其它具有某种系统性特征的误差；

偶然误差：
主要包括信号多路径效应引起的误差和观测误 差等； 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；
GPS测量误差的大小

SPS（有SA）
误差来源 星历数据 卫星钟 电离层 对流层 多路径 接收机观测 用户等效距离误差 (UERE), rms 滤波后的 UERE ， rms 1-sigma 垂直误差 – VDOP = 2.5 1-sigma 水平误差 – HDOP = 2.0 1-sigma 误差，单位 m 偏差 2 .1 20.0 4.0 0.5 1.0 0.5 20.5 20.5 随机误差 0.0 0.7 0.5 0.5 1.0 0.2 1.4 0.4 51.4 41.1 总误差 2.1 20.0 4.0 0.7 1.4 0.5 20.6 20.5
系统误差； 偶然误差；
与GPS卫星有关的误差


卫星钟差； 卫星轨道误差；
与卫星信号传播有关的误差

大气折射误差：
电离层延迟；
对流层延迟；

多路径效应；
与用户有关的误差；



观测误差； 接收机钟差； 相位中心误差； 载波相位观测的整周不定性误差；
其他误差
引力延迟（相对论效应）； 地球自转改正； 地球潮汐改正； 卫星钟和接收钟振荡器的随机误差； 大气折射模型和卫星轨道摄动模型的误 差；
双差法


双差是在不同测站上同步观测一组卫星所得到的单 差之差,即在接收机和卫星间求二次差. 双差模型的主要优点是进行连续的相关观测求二次 差后,便可有效地消除两测站接收机的相对钟差改正 数,同时也大大减小了其他误差的影响.因此在GPS 相对定位中,广泛采用双差法进行平差计算和数据处 理.
三差法