GPS伪距差分定位误差的残差分析
GPS测量误差分析
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。
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
对流层延迟
卫星导航定位中的对流层延迟通常是泛指电磁波信号在通过 高度在50km以下的未被电离的中性大气层时所产生的信号 延迟. 由于对流层折射的影响,在天顶方向(高度角为90 °)可使电 磁波的传播路径差达2.3m;当高度角为10°时高达20m. 通常将对流层折射对观测值的影响分为干分量和湿分量.其 中干分量主要与大气的温度与压力有关,它对距离观测值的 影响约占对流层影响的90%,且这种影响可以应用地面的大 气资料计算;而湿分量主要与信号传播路径上的大气湿度和 高度有关.湿分量的影响数值虽不大,但无法准确测定.因此当 要求定位精度较高或基线较长时,它将成为误差的主要来源.
电离层延迟改正方法
利用双频观测
利用双频修正,其消除电离层影响的有效性将不低于95%,
因此具有双频的GPS接收机,在精密定位工作中得到了广 泛的应用.
GPS测量误差分析分析
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
原理：采用参数估计的方法，将系统性偏 差求定出来
测定卫星到接收机
天线的距离，并根据 ❖ 已知的GPS卫星瞬时
S
坐标，进行空间后方
距离交会，便获得接
收机的位置。
SR )
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：
系统误差； 偶然误差；
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；
❖ 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。
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
GPS定位的误差分析
GPS定位的误差分析4.1误差的分类在GPS测量中，影响观测量精度的主要误差来源分为三类：与GPS卫星有关的误差、与信号传播有关的误差、与接收设备有关的误差。
如果根据误差的性质，上述误差尚可分为系统误差与偶然误差。
系统误差主要包括卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机种差以及大气折射误差等。
为了减弱和修正系统误差对观测量的影响，一般根据系统误差产生的原因采取不同的措施，其中包括：引入相应的未知参数，在数据处理中连同其他未知参数一并解算、建立系统误差模型，对观测量加以修正、将不同的观测站对相同的卫星的同步观测值求差，以减弱或者消除系统误差的影响、简单的忽略某些系统误差的影响。
偶然误差主要包括信号的多路径效应引起的误差和观测量等。
4.2 与卫星有关的误差与GPS卫星有关的误差，主要包括卫星轨道误差和卫星钟的误差。
4.2.1卫星钟差由于卫星的位置是时间的函数，所以GPS的观测量均以精密测时为依据。
而与卫星位置相应的的时间信息是通过卫星信号的编码信息传送给用户的。
在GPS测量中，无论是码相位观测或者载波相位观测，均要求卫星钟与接收机保持严格的同步。
实际上，尽管GPS 卫星均设有高精度的原子钟，但是它们与理想的GPS时之间仍然存在着难以避免的偏差或者漂移。
这些偏差总量均在1ms以内，由此引起的等效距离误差约可达300km。
4.2.2轨道偏差卫星的轨道误差是当前利用GPS定位的重要误差来源之一。
GPS 卫星距离地面观测站的最大距离约25000km，如果基线测量的允许误差为1cm，则当基线长度不同时，允许的轨道误差大致如表5-2所示，可见，在相对定位中随着基线长度的增加，卫星轨道误差将成为影响定位精度的主要因素。
4.3 卫星信号的传播误差与卫星信号传播有关的误差主要包括大气折射误差和多路径效应。
4.3.1 电离层折射的影响GPS卫星信号和其他电磁波信号一样，当通过电离层时将受到这一介质弥散特性的影响，使信号的传播路径产生变化。
GPS误差及伪距定位汇总
说明：伪距观测值C1
观测文件：gage2860.98o
伪距观测值：C1= 23585247.70 m
步骤3.计算卫星到接收机的距离
3.2计算发射时刻的卫星坐标
PRN14 星历参数 (导航文件brdc2860.98n) 信号接收的时刻： 地固参考框架 Earth-fixed reference frame (CTS) 信号发射的时刻： 地固参考框架 Earth-fixed reference frame (CTS)
误差及伪距定位
outline
• 伪距定位观测方程的建模
1. 观测值 2. 误差来源 3. 误差改正
• 参数估计
一、伪距定位的模型构建以及误差来源
输入：伪距观测值 导航电文（卫星坐标和钟差等） 输出：接收机的坐标 接收机的钟差
观测方程--线性化
电离层、对流 层、TGD…
在一个先验近似坐标处进行泰勒级数展开
一个简单的模型
对流层延迟的倾斜因子
对流层改正项:倾斜，垂直
对定位的影响：Vertical
未使用对流层改正 使用对流层改正
对定位的影响：Horizontal
5 建模：Instrumental Delays
误差来源：卫星和接收机的天线，电缆，滤波器
接收机的硬件延迟假 定为零；因为包含在 接收机钟差的估计 卫星的硬件延迟 导航电文提供
多路径效应
多路径效应
二 伪距定位的实例
观测数据 gage2860.98o brdc2860.98n
手工计算以下距离观测值模型结果： PRN 14 at t=38230 sec (10h37m10s).
步骤
1. 选择接近38230sec的轨道参数 2. 计算卫星钟差 3. 计算卫星-接收机的近似几何距离 3.1 根据接收时间和伪距计算信号发射时间 3.2 计算发射时刻的卫星坐标 3.3 计算近似几何距离 4 计算卫星的硬件延迟(TGD) 5. 计算卫星时钟的相对论效应改正 6. 计算对流层延迟 7. 计算电离层延迟 8. 计算伪距的模型值
GPS在测量过程中定位的误差分析
GPS在测量过程中定位的误差分析摘要：GPS卫星定位测量是研究运用GPS系统解决大地测量问题的一项空间技术。
伴随着全球卫星定位系统(GPS)技术的迅速发展，GPS定位技术被广泛运用到现代绘测当中。
它的出现为工程放样、地形测图，多种掌控测量创造了新的方向，极大的提升了外业工作的效率。
但尽管GPS已成为高精度的导航定位系统，但它仍存在一些定位误差。
GPS 系统的定位误差直接影响着GPS定位精度，本文对其产生的来源和性质进行了初步分析。
关键词：误差精度信号GPS定位误差按其产生来源可分为3大部分：1.GPS信号的自身误差，包括轨道误差和SA干扰误差影响；2.GPS信号的传输误差，包括电离层折射，对流层折射，多路径效应和由它们影响或其他原因产生的周跳；3.GPS接收机的误差，主要包括钟误差，接收机的位置误差，接收机天线相位中心偏差等；一，星历误差和SA干扰误差1.星历误差：卫星星历误差又等效为伪距误差。
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。
目前，GPS卫星轨道误差的等效伪距误差为4.2m。
美国的SA政策和AS政策人为地使导航定位的精度降低，点位误差有时达到100m。
短基线测量可以消除SA影响。
动态测量解决SA影响的途径是实时差分定位,即在已知坐标点上布设基准点，通过基准站取得误差校正值，通过数据链实时传给导航定位的移动站，从而消除SA影响及两站的各种共同的误差，提高了移动站的导航定位精度。
2.SA干扰误差：SA误差是美国军方为了限制非特许用户利用GPS进行高精度点定位而采用的降低系统精度的政策，简称SA政策，它包括降低广播星历精度的ε技术和在卫星基本频率上附加一随机抖动的δ技术。
实施SA技术后，SA误差已经成为影响GPS定位误差的最主要因素。
二，GPS信号的传输误差1.电离层折射：在地球上空距地面50～100 km 之间的电离层中,气体分子受到太阳等天体各种射线辐射产生强烈电离,形成大量的自由电子和正离子。
GPS测量的误差分析
信号 P码 C/A码 载波L1 载波L2
波长 29.3m 293m 19.05cm 24.45cm
观测误差 0.3m 2.9m 2.0mm 2.5mm
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（2）接收机钟差
GPS接收机一般设有高精度的石英钟，日频率稳 定度约为10-11。如果接收机钟与卫星钟之间的 同步差为1s，则引起的等效距离误差为300m。 处理接收机钟差的方法：
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卫星轨道偏差对绝对定位的影响可达几十米到一百米。
而在相对定位中，由于相邻测站星历误差具有很强的相关 性，因此对相对定位的影响远远低于对绝对定位的影响， 不过，随着基线距离的增加，卫星轨道偏差引起的基线 误差将不断加大。GPS卫星到地面观测站的最大距离约 为25000km，如果基线测量的允许误差为1cm，则当基 线长度不同时，允许的轨道误差大致如下表所示。从表 中可见，在相对定位中，随着基线长度的增加，卫星轨 道误差将成为影响定位精度的主要因素。
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根据广义相对论，处于不同等位面的震荡器，其频率f0将 由于引力位不同而产生变化，称引力频移。大小按下
式估算：
f2 c W 2 f0
W gm a (1a R m s)
在狭义和广义相对论的综合影响下，卫星频率的变化为：
ff1f2gc2m a(13 2a R m s)f0
因GPS卫星钟的标准频率为10.23MHz，可得 f=0.00455Hz。
基线长度
基线相对误差 容许轨道误差
1.0km
1010-6
250.0m
10.km
110-6
25.0m
100.0km
0.110-6
2.5m
GPS伪距差分技术研究
于时间差再加差分信息抵达使用者站点至使用者站点使用这一信号之间的 时问（ｔ３一ｔ２）（如图）。ｔ３一ｔ２的最大值是用户收到差分信息时间点至用 户收到下一个差分信息时间点之间的时问．
讯麓
＿－・＿・＿＾＿＿＿＿－－・＿・＿・－・・＿・。－＿‘。‘。’。。’。●
耐闯麓
一２∽＋识肛 ｐ，＝∽＋识卢
Ｐ＝ＩⅣ＋矽肛 由以上公式町以计算出近似整周数五Ⅳ。（距离单位）
可达距离３００１ｍ，其高定位精度已经控制在３ｍ以内。使用者只要配备一台 Ｒ洲接收设备和ＤＣＰＳ接收设备就町利用ＲＢＮ台站发送的信息进行差分定位和 导航。 局域差分ＧＰＳ存在其自身的优越性．所以国内外研究人员就针对如何 提高差分精度研究方面’。直没有问隙。怎么样去处理影响芹分定位精度宅 问、时问相关件问题，一直足ＧＰＳ大量数据处理的难点，有待解决。 ３相位平滑伪置差分技术 因为载波相化技术测』｜｝精度远远高于比码相位的测景精度，载波辖周 模糊度对伪距观测景影响比较人，而获取载波整周模糊度的相关数据则较 为州难，冈此一般都采用载波多普勒频率汁数替代相笑的数据。载波多普 勒测量的精度非常高，它能够精确展求ｍ载波相位变化信息，能够允分这 个技术，可以很好的加强码伪距观测量的精确度，这种测晕辅助思想也叫 相位平滑伪距测晕。 ３．１载波多普勒平滑伪距 从以往的差分定位错误分析来看，差分定位所产生的错误大部分是由 于随机误差累加而导致，因此想要提高差分定位精度，就一定要尽量避免 定位中产生的随机误差。而相关的研究表明，随机误差产生的原因人部分 是由ｒ接收机噪声导致的，其中Ｃ／Ａ码的码元宽度决定随机误差的鼍级。 在ＧＰＳ导航的动态活动中，相关的卫星也足处于不断运动中，闪此存每个 时间点伪距值部不一样，无法实现同一点的重复测鼍，误差较大。因此如 果采用载波多普勒技术辅助测量，可以人幅度降ｔＥＣ／＾码在伪距测量中的 产，｝．的随机误差．加强数据精确度。 载波的积分多普勒观测鼍Ｎｄ是距离差的实际反映，而多普勒频移ｆｄ则 是距离变化率的实际反映：
GPS测量误差因素分析与消除措施
GPS测量误差因素分析与消除措施摘要：GPS测量出现误差是在工程中容易出现的现象，造成误差的因素有很多，如何消除测量误差，得到精准、稳定的测量结果，是本文研究的重点。
关键词：GPS、RTK测量、误差因素、消除措施随着社会科技的发展，GPS-RTK测量技术在地形测量、工程测量等专业测量中的应用越来越广泛，下面是我在GPS-RTK测量工作中对测量误差因素的产生及消除措施的一点心得体会。
一、GPS-RTK测量误差的因素分析1、转换参数造成的误差由于GPS测量采用WGS- 84坐标系统, 而我国目前所采用的坐标系统为1954北京坐标系(或1980国家大地坐标系统等) , 所以GPS-RTK测量时必须先求转换参数, 以便将WGS-84坐标转换到1954北京坐标系、1980国家大地坐标系等。
转换参数的求解是RTK测量的基础, 转换参数的精确程度是影响RTK测量精度的关键因素。
2、测量作业的控制区域测量作业范围受转换控制点的约束。
一般应在转换控制点的控制圆区域内作业, 超过一定范围, 测量精度就大受影响。
3、卫星信号的影响由于卫星分布随着时间的变化而变化, 不同时段卫星数量和位置都不同。
在卫星数量较多和位置图形较佳时, 天线接收的信号较好,初始化时间就短, 精度较好; 反之, 在卫星数量较少和位置较差时, 虽然天空中有五颗甚至五颗以上的卫星, 但因为基准站和流动站没有能同时接收到足够的卫星信号, 使初始化时间很长, 测量精度很差, 甚至不能解算出固定解。
同时, 由于基准站或流动站选择的位置不当, 还会产生部分卫星信号被高楼等建筑阻挡, 出现卫星数量不足; 或卫星信号被周围物体反射再接收而产生“多路径效应”, 使测量出现错误。
另外, 卫星信号还会由于电离层、对流层影响, 其他莫名的遮蔽、中断等原因而产生失锁和整体移位、数据出错现象。
二、消除GPS RTK测量误差的措施1、转换参数的合理求解一般转换参数求解时，尽量用高等级的控制点作为转换控制点，且转换控制点尽量分布均匀、包含整个测区。
gps误差分析及校正
GPS误差分析及校正GPS误差分析及校正摘要：GPS是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统，它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性，因此，GPS技术率先在大地测量、工程测量、航空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得到了应用，并在军事、交通、通信、资源、管理等领域展开了研究并得到广泛应用。
本文阐述和分析了全球定位系统（GPS）的基本结构、测量原理和GPS卫星定位误差，提出了有效地针对GPS误差所应采取的措施。
关键词：GPS 误差分析误差校正1.GPS原理全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）是美国从20世纪70年代开始研制的用于军事部门的新一代卫星导航与定位系统，历时20年，耗资200多亿美元，分三阶段研制，陆续投入使用，并于1994年全面建成。
GPS是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统，它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。
因此，GPS技术率先在大地测量、工程测量、航空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得到了应用，别且在其他各个领域使用广泛。
GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成；GPS地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、三个注入站和五个监测站组成；GPS 用户设备由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备（如计算机）等组成。
2.GPS测量误差的分类GPS测量是利用接收机接受卫星播发的信息来确定点的三维坐标。
影响测量结果的误差来源于GPS卫星、卫星信号的传播过程和地面接收设备。
GPS测量误差按其生产源可分3大部分：GPS信号的自身误差，包括轨道误差（星历误差）和SA，AS影响；GPS信号的传输误差，包括太阳光压，电离层延迟，对流层延迟，多路径传播和由它们影响或其他原因产生的周跳；GPS接收机的误差，主要包括钟误差，通道间的偏差，锁相环延迟，码跟踪环偏差，天线相位中心偏差等。
卫星差分导航定位技术及误差问题分析
2020年11月专题综述 185卫星差分导航定位技术及误差问题分析王志军(天津七六四通信导航技术有限公司，天津300210)【摘要】卫星导航系统属于四大导航系统的范畴,并且为我国的发展带来安全、可靠的定位服务。
同时，为了保证卫星导航系统的准确性，卫星差分导航定位技术应运而生。
但是在应用卫星差分导航定位技术的时候，还需要注意误差问题，对其进行有效的控制是保证卫星差分导航定位技术准确性的关键。
因此，本文对卫星差分导航定位技术以及误差问题等相关问题展开了分析，目的是提高定位的精度。
【关键词】卫星差分导航定位技术;误差；安全性；可靠性【中图分类号】TN967【文献标识码】A【文章编号】1006-4222(2020)11-0185-02传统的定位技术的精度仅仅在10m或者10m级以上，因此为了保证卫星导航系统定位的准确性，满足各行各业对卫星导航系统的需求，逐渐将卫星差分导航定位技术应用到其中。
同时，根据相关信息种类的不同，可以将卫星差分导航定位技术分为位置差分、伪距差分以及载波相位差分技术等方面，并且从定位精度的角度来说，会存在一定的误差，因此需要分析卫星差分导航定位技术，并且对其误差进行严格的控制，以此提升卫星导航系统的准确性，满足各行各业对卫星导航系统的需求。
1卫星导航系统分析(1)卫星导航系统定位于GPS导航精度，尤其是将卫星差分导航定位技术应用到其中。
这样可以精确到厘米，以此提升卫星导航系统的定位性能［1］。
(2)卫星导航系统具有授时功能，并且主要包括单向和双向等方面，并且系统会不间断向接收机传递信息，保证各项信息和数据传递的实时性。
同时，用户可以利用卫星导航系统进行定时校正和时间差的修正，以此保证卫星导航系统定位的准确性。
2卫星差分导航定位技术分析2.1技术原理卫星导航系统在定位的过程中，很容易存在较大的误差，并且单点的精度较差，无法满足相关行业的需求［2］。
因此，通过利用卫星差分导航定位技术，提升卫星导航系统定位的准确性，主要是利用两台接收机对卫星信号进行同时观测，并且利用误差空间的相关性进行计算。
GPS导航定位误差详解
GPS导航定位误差详解GPS卫星导航定位，是基于被动式测距原理，亦即，GPS信号接收机被动的测量来自GPS卫星的定位信号和传播时延，而测得GPS信号接收天线相位中心和GPS卫星发射天线相位中心之间的距离（即站星距离），进而将它和GPS卫星在轨位置联合解算出用户的三维坐标。
由此可见，GPS卫星导航定位的误差主要分成下述的3大类。
（1）GPS信号的自身误差即认为得SA误差，简称卫星误差；（2）GPS信号从卫星传播到用户接收天线的船舶误差；（3）GPS信号接收机所产生的GPS信号测量误差，简称接受误差。
本节从基本概念入手，较详细地论述了GPS卫星导航定位测量的偏差和误差，以及他们的削弱方法，并论述了GPS 现代化对提高GPS卫星导航定位精度的作用和影响。
GPS卫星导航定位的精度、误差与偏差广义而论，精度（accuracy）表示一个量的观测值与其真值接近或一致的程度，常以其相应值—误差（error）予以表述。
对GPS卫星导航而言，精度，直观地概括为同GPS信号所测定的载体在航点位与载体实际点位之差。
对于GPS卫星测地而言，精度，是用GPS信号所测定的地面点位与其实地点位之差。
现代卫星导航定位中几个常用的技术术语进行较详细地论述。
4.2.1 均方根差（RMS）均方根差，应文名为root mean square error，测绘界的中国学者将其称为“中误差”或曰“标准差”。
它的探测概率，是以置信椭圆（confidence ellipse，用于二维定位）和置信椭球（confidence ellispsoid，用于三维定位）来表述。
置信椭圆的长短半轴，分别表示二维位置坐标分量的标准差（如经度的σλ和纬度的σφ）。
一倍标准差（1σ）的概率值是68.3%，二倍标准差（2σ）的概率值为95.5%；三倍标准差（3σ）的概率值是99.7%。
许多中外文献所述的“精度”多为一倍标准差（1σ），且用“距离均方根差”（DRMS）表示二维定位精度，距离均方根差（DRMS），也称为圆径向误差（circular radial error）或曰均方位置误差，另有一些作者常采用“双倍距离均方根差”（2DRMS）。
GPS测量的误差分析
GPS测量的误差分析横店集团山东农业工程公司测绘部白彦锟全球定位系统（Global Positioning System------GPS）是美国从二十世纪七十年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航和定位能力的新一代卫星导航和定位系统。
GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得了广大测绘者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科。
1 GPS的测量原理及误差分类GPS测量是通过地面接收设备接收卫星传送来的信息来确定地面点的三维坐标。
GPS 通过计算同一时刻地面接收设备到多颗卫星之间的伪距离，来确定地面点的坐标。
因此，对于GPS卫星、卫星信号传播过程和地面接收设备都会对GPS测量产生误差。
GPS测量误差按其性质可分为系统误差和偶然误差两类。
系统误差主要包括卫星星历误差、卫星钟差、接收机钟差以及大气折射误差等；偶然误差主要包括信号的多路径效应、接收机的位置误差、天线相位中心位置误差等等。
其中系统误差无论从误差的大小还是对定位误差的危害性来讲都比偶然误差要大的多，它是GPS测量的主要误差来源。
同时系统误差也是有规律可循，可采取一定的措施加以消除，偶然误差则可以通过改善测量环境来降低误差。
2 系统误差及减弱误差的措施2.1 与大气折射有关的误差卫星发出信号与地面接收机收到信号要经过大气层，信号在大气层的传输过程中受到大气层的减弱和延迟。
2.1.1电离层的折射误差及减弱措施所谓电离层，指地球上空距地面高度在50～1000km之间的大气层。
电离层中的气体分子由于受到太阳等天体各种射线辐射，产生强烈的电离形成大量的自由电子和正离子。
当GPS 信号通过电离层时，如同其它电磁波一样，信号的路径会发生弯曲，传播速度也会发生变化。
所以用信号的传播时间乘上真空中光速而得到的距离就不会等于卫星至接收机间的几何距离，这种偏差叫电离层折射误差。
第四章-GPS测量误差分析
4.4 与接收机有关的误差
• 观测误差，包括分辨率误差和安置误差；
• 接收机钟差
• 当做未知数参与平差；
• 同步观测量求差；
• 外接频标。
• 天线相位中心位置误差
实际天线的相位中心位置随信号输入强度和方向不同会发生变化，使其偏离几何中心。
同一种接收机，按相同的方向安置可以减弱其影响。
处理：忽略轨道误差、同步观测值求差、采用轨道改进法
• 卫星钟误差
来源：频率误差、频率漂移、随机误差
影响：偏差总量少于1ms，等效距离约为300KM。
处理：钟差改正法、观测量差分法
• 相对论效应
狭义相对论效应使卫星钟变慢，广义相对论效应使卫星钟变快，两者总影响使卫星钟比
地面钟快4.449 × 10−10 ∙ 0
• 载波相位测量中的整周模糊度误差
• 接收机软件、硬件造成的误差
4.5 与动态差分定位有关的误差
• 4.5.1 单基准站GPS-RTK误差
• 与基准站有关的误差
•
•
•
•
基准站已知坐标误差
基准站位置选择的影响
基准站载波修改值误差
基准站载波相位误差
• 与无线数据链有关的误差
• 差分信号调制调解误差
• 外界环境干扰影响
第四章 GPS测量误差分析
本章章节
• 4.1 GPS测量误差的来源及分类
• 4.2 与GPS卫星有关的误差
• 4.3 与卫星信号传播有关的误差
• 4.4 与接收机有关的误差
• 4.5 与动态差分定位有关的误差
4.1 GPS测量误差的来源及分类
• 主要误差来源
• （1）与GPS卫星有关的误差
GPS的误差分析
轨道误差 卫星钟的误差 地球自转的影响 相对论效应的影响
一、卫星钟差
► 定义
钟差、频偏、频漂 ► 应对方法
模型改正 钟差改正多项式
∆τ t s = a0 + a1 (t s − toc ) + a2 (t s − toc )
2
其中a 其中a0为ts时刻的时钟偏差，a1为钟速，a2为钟速 时刻的时钟偏差，a 为钟速，a 变化率。
应等的影响也是导致误差的重要原因。
GPS测量误差的性质① GPS测量误差的性质①
► 偶然误差
内容
►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
特点
►随机 ►量级小
– 毫米级
GPS测量误差的性质② GPS测量误差的性质②
► 系统误差（偏差
- Bias） Bias）
内容
►轨道误差 ►卫星钟差 ►接收机钟差 ►大气折射 ►And
so on
特点
►具有某种系统性特征 ►量级大
– 最大可达数百米
系统误差消除措施
► 引入相应的未知参数 ► 建立系统误差模型 ► 将不同的观测站对相同卫星的同步观测值求
差 ► 简单忽略
GPS测量误差的来源 GPS测量误差的来源
► 与卫星有关的误差
作为未知数处理 相对定位差分定位 ►认为各时刻接收机钟差是相关的 将其表示为时间多项式 ►通过在卫星间求一次差消除
三、整周模糊度的影响
► 整周变跳（周跳）
信号失锁并被重新锁定后，被测载波相位的 小数部分，仍和未发生中断的情形一样，是 连续的，但其整周部分却不是连续的
GPS误差及伪距定位汇总
用户等价测距误差
用户测距误差URE
用户配置误差UEE
说明：伪距观测值C1
观测文件：gage2860.98o
伪距观测值：C1= 23585247.70 m
步骤3.计算卫星到接收机的距离
3.2计算发射时刻的卫星坐标
PRN14 星历参数 (导航文件brdc2860.98n) 信号接收的时刻： 地固参考框架 Earth-fixed reference frame (CTS) 信号发射的时刻： 地固参考框架 Earth-fixed reference frame (CTS)
（1）快速移动 坐标定义为白噪声
（2）慢速移动 坐标定义为随机游走模型
慢速移动：随机游走过程
假定前后两个历元的测站坐标不变 但是随着时间增加， 这种预测的误差变大
GLAB软件设置，动态，白噪声
动态定位结果：白噪声的钟和坐标
动态定位结果：随机游走
GLAB软件设置，动态，随机游走
随机游走，Q=0，等价于静态
LS最小二乘解
事实上，系统的总势 能最小时达到平衡解。 假设相同的弹簧常数K：
2. Weighted Least Squares solution
权阵
不同精度的观测值
WLS
假设不同的弹簧常数w：
权阵
观测值Y具有零均值，方差σ2的随机误差。且误差不相关
1. 测量值的方差协方差矩阵 2. 权阵 3. 最小方差解 4. 估计值的方差协方差矩阵
主要问题：解决各项误差
1 模型计算的观测值：几何距离
初值
改正数
注意：卫星坐标--发射时刻的
• • • 卫星坐标---信号发射时刻： 测站坐标----信号接收时刻： 信号传播时间内的卫星运动 可达几百米
GPS定位中的误差分析
3期
康四林等： GPS 定位中的误差分析
223
GPS 的控制部分由 GPS 卫星跟踪站组成。 由于这些跟踪站的作用不同， 它们又被分为主控站、 注入站、监测站。 主控站设在美国本土科罗拉多州斯平 士 （ Colorado. Spings ） 的 联 合 空 间 执 行 中 心 CSOC （ Consolidated Space Operation Center） 。注入站分别设在大西洋的阿森松岛 （ Ascension ） 、 印度洋 的狄哥·伽西亚（ Diego Garcia） 和太平洋的卡瓦加兰 （ Kwajalein ） 3 个美国空军基地上。 早期的 GPS 地 面监测站只有 5 个。除一个单独设在夏威夷外，其余 4 个都分设在主控站和注入站上。 后增至 6 个， 2005 年末，美国国家地理空间情报局 （ NGA） 的 6 个监测站纳入 GPS 的卫星地面监测网络， 到 2006 年又增加了 5 个 NGA 监测站。这样，GPS 的地面监测站数量达到了 17 个，保证了任意一颗 GPS 卫星 在任何时刻都至少有 3 个监测站跟踪。 主控站控制和协调各个监测站和注入站的工作 ，收集各个监测站所测得的伪距和积分多普勒观测 值、气象要素、卫星时钟和工作状态的数据、监测站自身的状态数据。主控站根据所收集的数据及时 计算出每颗 GPS 卫星的星历、时钟改正、 状态数据以及信号的大气传播改正， 并按一定格式编制成 导航电文，传送到注入站。当某一颗 GPS 卫星离分配给它的轨道位置太远时， 主控站能够对它进行 轨道改正，主控站还能进行卫星调度，让备用卫星去取代失效的工作卫星 。主控站肩负监测整个地面 控制部分是否正常工作，监测注入给卫星的导航电文是否正确 ，监测卫星有否将导航电文发送给了用 户。各个监测站监测 GPS 卫星信号，对飞越其上空的 GPS 卫星进行伪距等测量， 并将其测量值发向 主控站。注入站将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正参数等注入到 GPS 卫星中去， GPS 卫星 的导航数据，每隔 8 小时注入一次。 1. 3 用户部分 GPS 系统的用户部分即 GPS 信号接收机。GPS 信号接收机是实现 GPS 卫星导航定位的终端仪器。 它是一种能够接收、跟踪、变换、处理 GPS 卫星导航定位信号的无线电接受设备。 GPS 系统是一种 单程系统，用户只接收而不必发射信号，因此用户的数量不受限制。 从 GPS 信号接收机的结构角度分析， GPS 接收机可概括为天线单元和接收单元两大部分。 天线 单元由接受天线和前置放大器两个部件组成 。天线单元的作用是将到达 GPS 信号接收天线的 GPS 电 磁波变换成微波电信号，并将微弱的 GPS 电信号予以放大。 接收单元由信号波道、 存储器、 微处理 机、频率合成器、显控器、电源等部件组成。信号波道不是一种简单的信号通道 ，而是一种软硬件相 结合的有机体。频率合成器是用一个独立的基准频率源 ，在压控振荡器的支撑下，运用信号的分频和 倍频功能，获得一系列与基准频率稳定度相同的信号输出 。 GPS 信号接收机有多种分类方法。按测量站星距离所用测距信号的不同 ，GPS 信号接收机可以分 为以下 3 种类型： （ 1 ） 码接收机： 用伪噪声码和载波作测距信号； （ 2 ） 无码接收机： 仅用载波作测距 信号； （ 3 ） 集成接收机： 即用 GPS 信号，又用 GLONASS 信号测量站星距离。