第五章GPS测量误差来源
GPS测量的误差分析
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（2）对流层的影响
如第四章所述，对流层折射对观测量的影响可分 为干分量和湿分量两部分。干分量主要与大气 温度和压力有关，而湿分量主要与信号传播路 径上的大气湿度和高度有关。目前湿分量的影 响尚无法准确确定。对流层影响的处理方法：
•定位精度要求不高时，忽略不计。
•采用对流层模型加以改正。
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（2）相对论效应
根据狭义相对论，地面上一个频率为f0的时钟，安装在运
行速度为Vs（已知）的卫星上后，钟频将发生变化，
改变量为： Vs2gm a(a Rm s)
f12 Vcs22 f0
上式中，am为地球平均半径，Rs为卫星轨道平均半径。在 狭义相对论的影响下，时钟变慢。
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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
（1）地球自转影响：当卫星信号传播到观测站 时，与地球相固联的协议地球坐标系相对卫星 的瞬时位置已产生旋转（绕Z轴）。若取为地 球的自转速度，则旋转的角度为=ij。 ij为卫星信号传播到观测站的时间延迟。由 此引起卫星在上述坐标系中坐标的变化为：
X 0 sin 0Xj
Ysin
0
0Yj
Z 0
0 0Zj
（4）天线相位中心位置偏差
GPS定位中，观测值都是以接收机天线的相位中 心位置为准，在理论上，天线相位中心与仪器 的几何中心应保持一致。实际上，随着信号输 入的强度和方向不同而有所变化，同时与天线 的质量有关，可达数毫米至数厘米。如何减小 相位中心的偏移，是天线设计的一个迫切问题。
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5. 其它误差来源
• 同步观测值求差：由于同一卫星的位置误差对 不同观测站同步观测量的影响具有系统性。利 用两个或多个观测站上对同一卫星的同步观测 值求差，可减弱轨道误差影响。当基线较短时， 有效性尤其明显，而对精密相对定位，也有极 其重要意义。
GPS测量的误差来源
第五章
形式
GPS测量的误差来源
若采用距离表示，式（5.1.3）可等价表示为以下
d rel
2 i i X X c
(5.1.4)
式中，Xi 和dot(X i )分别表示卫星的位置向量和速度 向量。 对于单点定位，卫星轨道非圆形的影响项必须按模型 （5.1.3）或（5.1.4）进行改正。在采用差分观测值的 相对定位中，该项的影响较小，但对精密定位仍不可忽 视。
第五章 5.2
GPS测量的误差来源
与传播路径有关的误差
对于GPS而言，卫星的电磁波信号从信号发射天线 传播到地面GPS接收机天线，其传播路径并非真空，而 是要穿过性质与状态各异、且不稳定的大气层，使其 传播的方向、速度和强度发生变化，这种现象称为大 气折射。大气折射对GPS观测结果的影响，往往超过 GPS精密定位所容许的误差范围，因此在数据处理过程 中必须考虑。根据对电磁波传播的不同影响，一般将 大气层分为对流层和电离层。
第五章
GPS测量的误差来源
式中，b为基线长度，ds为卫星星历误差，ρ为卫星与测站 间的距离，db为卫星星历误差引起的基线误差，ds/ ρ为星历的 相对误差。由式(5.1.1)可知，基线的精度与星历精度成正比， 星历精度越高则相对定位精度越好。表5.1.1中列出了不同星历 精度对不同长度基线的影响，表中取ρ=20000km。
第五章
GPS测量的误差来源
式（5.2.2）中，P、es、Tk分别为测站的大气压、 水汽压（单位：mbar）和绝对温度（单位：开）。选 择合适的映射函数后，由式（5.2.1）和式（5.2.2）
即可求得传播路径上的对流层折射改正数。映射函数
的种类较多，如CFA模型、Chao模型、Mit模型、Mtt 模型和Marini模型等，这里只介绍前三种模型。
GPS测量误差来源分析与应对措施
GPS测量的误差来源分析与应对措施摘要：gps测量的误差直接影响着gps定位精度，本文按其产生的来源、性质及对gps系统的影响等进行了介绍和初步分析,提出了相应的措施以便消除或削弱它们对测量成果的影响。
关键词：gps误差；来源定位；精度；应对措施中图分类号：th161 文献标识码：a 文章编号：一、概述gps（globalpositioningsystem)是美国国防部为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的要求而建立的全球卫星定位系统。
该系统具有全球性、全天候、连续性等三维导航和定位能力,并具有良好的抗干扰性和保密性。
1．gps系统的组成gps全球卫星定位系统由空间卫星群、地面监控系统和用户使用的gps卫星接收设备三大部分组成。
2．gps的主要特点（1）全球覆盖连续导航定位:由于gps有24颗卫星,且分布合理,轨道高达20200km,所以在地球上和近地空间任何一点,均可连续同步地观测4颗以上卫星,实现全球、全天候连续导航定位。
（2）高精度三维定位:gps能连续地为各类用户提供三维位置、三维速度和精确时间信息。
gps提供的测量信息多,既可通过伪码测定伪距,又可测定载波多普勒频移、载波相位。
（3）抗干扰性能好、保密性强;gps采用数字通讯的特殊编码技术,即伪噪声码技术,因而具有良好的抗干扰性和保密性。
二、gps测量的误差来源分析gps测量的主要误差来源可分为:①与gps卫星有关的误差。
②与信号传播有关的误差。
③与接收设备有关的误差。
1．与卫星有关的误差（1）卫星星历误差由于卫星星历所给出的卫星在空间的位置与卫星的实际位置之差称卫星星历误差。
它属于一种起算数据的误差，其大小取决于卫星跟踪站的数量及空间分布、观测值的数量及精度、轨道计算时所用的轨道模型及定轨软件的完善程度等，其对单点定位有严重的影响，在精密相对定位中也是一个重要的误差来源。
削弱此误差的主要措施有：①建立自己的卫星跟踪网独立定轨。
GPS卫星定位误差习题
GPS卫星定位误差习题〈习题1〉试述GPS测量定位中误差的种类，并说明产生的原因。
〈习题2〉试述GPS定位误差来源。
并详细说明各类误差来源影响特征与对策。
〈习题3〉什么是星历误差?它是怎样产生的?如何削弱或消除其对GPS定位所带来影响?〈习题4〉电离层误差、对流层误差是怎样产生的?你认为采用何种方法对削弱GPS测量定位所带来的影响最为有效。
为什么?〈习题5〉在GPS测量定位中，多路径效应是怎样产生的?如何削弱多路径效应对GPS测量定位所带来的影响?〈习题6〉与接收机有关的误差包括哪几种?怎样削弱其影响?第五章GPS卫星定位误差答案习题一参考答案:GPS定位误差分类1.按误差来源分类(1)与卫星有关误差星历误差卫星钟差相对论效应影响(2)与卫星信号有关误差电离层延迟影响对流层延迟影响多路径效应影响（3）与接收机有关误差接收机钟差天线相位中心变化影响位置误差2.按误差性质分类系统误差：钟差、星历误差、电离层延迟影响、对流层延迟影响偶然误差：多路径效应影响、位置误差、天线相位中心变化影响习题二参考答案:GPS定位误差来源有三个构成量:（1）卫星误差：GPS信号的自身误差及人为的ＳＡ误差；（2）GPS信号从卫星传播到用户接收天线的传播误差；（3）接收误差：GPS信号接收机所产生的GPS信号测量误差。
按误差产生内容分：A 卫星误差：（1）星历误差：用星历误差计算出的GPS卫星在轨位置与其真实位置之差的精度损失；（2）星钟误差：星钟Ａ系数代表性误差的精度损失。
B 传播误差：电离层时延改正误差；对流层时延改正误差；多路径误差；相对论效应误差，即频率常数补偿导致的补偿残差。
C 接收误差：接收机钟误差；接收机位置误差；天线相位中心误差。
各种误差与对策:〈1〉星历误差：由星历给出的卫星空间位置与卫星实际位置之差星历误差分预报星历误差和实测星历误差①预报星历误差的来源：依据GPS观测数据"外推"出来的卫星轨道参数和ＳＡ技术预报行李误差的特征：24h变化异彩的系统误差影响：5--10m;100-300m②实测星历误差的来源：跟踪监测网的数量，跟踪监测网的分布，跟踪观测量及精度和处理软件性能实测星历误差的特征：偶然误差实测星历误差的影响：10-7---10-9解决决星历误差的对策：建立完善的GPS卫星跟踪监测网精度定轨相对定位〈2〉星钟误差：与GPS对间基准偏差星钟误差来源：△t=a0+a1(t-t0)+a2(t-t0)2△t 为钟差改正数；a0为钟偏即钟差；a1为钟速即频偏；a2为钟速变频即频漂特征：系统误差影响：△t<1ms解决星钟误差的对策：钟差改正〈3〉电离层时延改正误差（电离层折射误差）来源：天体强辐射，气体分子电离产生大量自由电子和正电荷（离子），导致介质弥散效应。
测绘技术中常见的GPS测量误差及其处理方法
测绘技术中常见的GPS测量误差及其处理方法GPS测量误差是测绘技术中常见的一个问题，它会对测量结果的准确性和可靠性产生一定的影响。
本文将从几个方面讨论GPS测量误差及其处理方法，以帮助读者更好地理解和运用GPS测量技术。
一、GPS测量误差的来源GPS测量误差主要来自以下几个方面：1. 星历误差：GPS卫星的轨道预报存在一定的误差，这会导致卫星位置的偏差。
从而引起接收器测量结果的不准确。
2. 电离层延迟：GPS信号在通过电离层时会发生传播速度变化，从而产生延迟。
这种延迟会导致测量结果的偏移。
3. 对流层延迟：GPS信号在通过对流层时也会发生传播速度变化，引起延迟。
这个延迟主要受天气条件的影响，如温度、湿度等，会导致测量误差的增大。
4. 多径效应：GPS信号在传输过程中可能会被建筑物、树林等障碍物反射，形成多个信号路径。
这些反射信号会与直达信号叠加，导致测量结果的偏差。
二、GPS测量误差的处理方法针对GPS测量误差，我们可以采取以下几种方法进行处理：1. 差分GPS测量：差分GPS测量是一种通过同时测量参考站和待测站的方式，消除大部分GPS测量误差的方法。
通过获取参考站与待测站之间的差异，可以得到相对准确的测量结果。
2. 排除异常值：在大量的GPS测量数据中，可能存在一些异常值，这些异常值可能是由于设备故障或环境因素引起的。
通过统计学方法，可以识别和排除这些异常值，提高测量数据的可靠性。
3. 数据平滑处理：由于GPS测量误差的存在，测量数据可能存在一定的波动和不稳定性。
通过对数据进行平滑处理，可以减小误差对结果的影响，得到更加平稳的测量结果。
4. 多基线处理：对于需要测量较大区域的工程，使用多个基准站进行GPS测量可以提高精度和可靠性。
通过基线向量之间的相互比较和校验，可以减小误差的累积效应。
5. 校正模型：根据GPS测量误差的特点，可以建立相应的校正模型。
通过对误差进行建模和拟合，可以对测量结果进行修正，提高准确性。
GPS在高程测量中的误差来源及应对措施
GPS在高程测量中的误差来源及应对措施【摘要】本文通过GPS在高程中的误差分析，对提高GPS测量高程精度的方法及措施进行了详细描述。
【关键词】GPS；大地高；正常高；高程拟合；高程异常一、引言众所周知，GPS作为现代化的三维测量工具，已被越来越广泛地运用到平面测量工作中去，如平面控制测量、地形测量、施工测量等。
但是GPS在实际的工作实践中，却较少运用于高程测量。
这是由于我国幅员辽阔，GPS测高受区域性大地水准面的限制以及仪器和外界条件等诸方面因素的影响，所测高程精度较低，无法满足各项工程建设的需要。
那么GPS测量高程的误差主要有哪些呢？我们又如何采取有效措施来提高高程测量精度呢？二、GPS高程测量原理利用GPS求得的是地面点在WGS-84坐标系中的大地高H84，而我国高程采用正常高。
要想使GPS高程在工程实际中得到应用，必须实现GPS大地高向我国正在使用的正常高的转化。
如图1所示。
有公式：Hr=H84-ζ由上式可知GPS高程测量的结果Hr误差主要由大地高H84的误差和高程异常ζ的误差的组成。
三、影响大地高H84的误差来源1.相位整周模糊度解算对GPS高程的影响。
相位整周模糊度解算是否可靠，直接影响三维坐标的精度。
在控制测量中，无论采用快速静态或实时动态测量技术，都必须精确解算得到相位整周数，然而相位整周数模糊度的解算常常会出现解算错误的可能性，从而会影响高程测量的精度。
2.多路径效应的制约因素：所谓多路径效应是指测站附近反射物反射来自卫星的信号与卫星直接发射的信号同时被接收机接受，这两种信号产生相互影响使其观测值偏离其真值，产生多路径误差。
多路径效应的影响分为直接的和间接的，并能对三维坐标产生分米级影响。
3.电离层延迟对高程测量量的影响：电离层对GPS测量的影响主要有：电离层群延（绝对测距误差）；电离层载波相位超前（相对测距误差）；电离层多普勒频移（距速误差）；振幅闪烁信号衰减；磁暴、太阳耀斑等，这些电离层的变化都会延迟GPS信号的传播路线。
gps测量坐标误差有多大
GPS测量坐标误差有多大GPS（全球定位系统）是一种利用卫星定位技术来获取地理位置信息的系统。
它广泛应用于导航、地理测量、军事和民用等领域。
然而，由于多种原因，GPS测量坐标会存在一定的误差。
误差来源GPS测量坐标的误差主要来自以下几个方面：1.卫星误差：卫星的精密轨道、钟差和天线相位中心等因素都会对测量结果产生影响。
虽然GPS系统会采取一系列措施来校正这些误差，但仍然无法完全消除。
2.大气延迟：由于GPS信号在穿过大气层时会受到大气介质的影响，导致信号传播速度发生变化。
这种大气延迟会导致测量结果与真实位置之间产生误差。
3.多路径效应：当GPS信号在到达接收机之前与建筑物、树木等障碍物发生反射后再次达到接收机时，会产生多路径效应。
这种效应会导致信号的传播路径变长，进而引起测量误差。
4.接收机误差：包括接收机的硬件设备、信号处理以及观测条件等因素，都会对测量结果产生影响。
接收机的性能越好，产生的误差就越小。
误差类型在GPS测量过程中，常见的误差类型包括：1.精度误差：指GPS测量结果与真实位置之间的差异。
通常以水平误差和垂直误差来衡量。
水平误差是指实际测量结果与真实位置在水平方向上的差距，垂直误差则是指在垂直方向上的差距。
2.相对误差：指同一测量点在不同时间或不同接收机进行测量时产生的误差。
相对误差可以通过对同一位置进行多次测量，并对结果进行比对来评估。
3.绝对误差：指GPS测量结果与真实位置之间的绝对差距。
由于无法得知真实位置，所以无法直接获得绝对误差。
通常通过测量点的相对误差和已知参考点的坐标来间接获得。
误差量化为了评估GPS测量坐标误差的大小，通常采用以下方法进行量化：1.信号强度指示（Signal Strength Indicator，SSI）：SSI是衡量GPS信号强度的指标，通常以百分比或分贝表示。
信号强度越高，误差越小。
2.几何精度因子（Geometric Dilution of Precision，GDOP）：GDOP是一种衡量卫星几何配置对GPS测量结果精度影响的量化指标。
第五章GPS测量的误差来源及其影响 第五节整周跳变分析与整周未知数的确定
GPS测量定位技术
一、整周跳变分析
2.整周跳变的检验和修正
卫星和接收机之间的距离在随时间而不断变化，其径向速度最
大可达0.9km/s，相应的载波相位观测值 亦 应随之变化，不过
该方法不考虑整周未知数的整数性质，通过平差计算求得 的整周未知数不再进行凑整和重新解算。这种方法一般用于基 线较长的相对定位中。
GPS测量定位技术
二、整周未知数的确定
2.“动态”测量法
在上述经典相对定位法中，是在基线向量未知的情况下， 通过静态相对定位解算整周未知数的。可是当观测站之间的基 线向量已知时，便可以根据基线端点两接收机的同步观测结果， 应用静态相对定位的双差模型直接求解相应的整周未知数，这 时观测时间可大为缩短，一般只需几分钟。
学习目标
•了解卫星星历误差，卫星钟误差，相对论效应的产生与 消减方法。 •理解接收机钟误差，相位中心位置误差的产生与消减方 法。 •掌握电离层折射误差、对流层折射误差、多路径误差的 产生与消减方法。整周未知数的确定。
GPS测量定位技术
第五节 整周跳变分析与整周未知数的确定
一、整周跳变分析
1.整周跳变及其发生
4次差
－0.5795 0.9639 －0.2721 －0.4219
GPS测量定位技术
2.整周跳变的检验和修正 但是，如果在过程中出现了整周跳变，势必要破坏上述 相位观测量的正常变化，高次差的随机特性也将受到破坏。 例如表5-4中在时刻的观测值中含有100周的周跳（表中有 *号的数据），四次差中将出现数十周的异常现象。这表明 通过求差有利于发现周跳。不过这种求高次差的方法难以 检验只有几周的小周跳，因为震荡器本身就有可能造成2周 左右的随机误差。
GPS测量的主要误差源及其改正模型
多路径误差与多路径效应
在GPS测量中，被测站附近的物体所反射的卫星信号 （反射波）被接收机天线所接收，与直接来自卫星 的信号（直接波）产生干涉，从而使观测值偏离真 值产生所谓的“多路径（Multipath）误差”。
GPS多路径效应示意图 多路径效应示意图
反射信号相对于直接信 号多经过的路径长度 为： 为： = GA OA = GA GA cos 2 z = GA (1 cos 2 z ) H H = (1 cos 2 z ) = (1 (1 2 sin 2 z )) = 2 H sin z sin z sin z 反射信号相对于直接信 号的相位差θ为： 4π H sin z θ = 2π =
常用对流层延迟模型
霍普菲尔德（ 霍普菲尔德（Hopfield）模型： ）模型：
s = s d + s w = Kd Kw + sin( E 2 + 6.25 )1 2 sin( E 2 + 2.25 )1 2 4810 P K d = 155 .2 × 10 7 × s × ( hd hs ), K w = 155 .2 × 10 7 × × es × ( hw hs ) 2 Ts Ts
卫星星历误差 IGS 精密轨道误差 <10cm，超快速轨道误差 稍大于精密轨道。广播星历误差（无SA约10米) 。 卫星钟的误差 双差观测值可消除卫星钟差的影响。IGS精密 钟差改正后的精度<0.1ns。 地球自转的影响 经地球自转改正，可忽略。 相对论的影响 经改正，可忽略。 卫星天线偏差影响 经改正，可忽略。
2 2
A f1 f 2 得： ρ = ρ 1 ρ 2 = 2 2 f2 f1 即： ρ = V
2 2 iono gr 2
154 2 120 2 f1 f 2 iono = V gr 2 2 154 2 f1
GPS测量技术的误差源与解决方法
GPS测量技术的误差源与解决方法GPS（Global Positioning System）是一种广泛使用的定位技术，它通过接收来自卫星的信号来确定接收器的位置，精度一般在数米到几十米之间。
然而，在实际应用中，GPS测量技术可能会受到各种误差源的影响，进而导致测量结果的不准确。
本文将探讨GPS测量技术的误差源及其解决方法。
1. 天线高度误差天线高度误差是指GPS接收器与测量点之间的天线高度差引起的误差。
由于不同测量点处的天线高度不同，接收到的信号路径长度也会不同，因此会对测量结果产生误差。
为了解决这一问题，可以采用高精度的GPS天线来减小高度误差。
同时，在测量中应尽量保持一致的天线高度。
2. 对流层延迟误差对流层延迟误差是指GPS信号在穿过大气层时受到的影响而引起的误差。
大气层中的水汽和其他气体会导致信号传输速度的变化，从而影响到测量结果的准确性。
为了解决这一问题，可以使用双频GPS接收器来消除对流层延迟误差。
双频GPS接收器可以通过同时接收L1和L2频段的信号来消除大气延迟误差。
3. 多路径效应误差多路径效应误差是指GPS信号在传播过程中被建筑物、地形等障碍物反射或绕射而产生的误差。
反射的信号会使接收器接收到多个信号源，从而影响到测量结果的准确性。
为了解决这一问题，可以采用反射板或天线罩等物理隔离措施来减少反射信号的影响。
此外，选择合适的测量时机和测量点位置也能够减少多路径效应误差。
4. 卫星几何误差卫星几何误差是指由于卫星位置相对于接收器的位置不理想而引起的误差。
当卫星位置与接收器位置接近于共面时，几何误差将会增加，导致测量结果的不准确。
为了解决这一问题，可以采用多频度观测和动态定位技术。
多频度观测可以提供更多的卫星数据，从而提高定位精度；而动态定位技术可以根据卫星位置的变化来进行误差补偿。
5. 卫星钟差误差卫星钟差误差是指由于卫星钟的不准确而引起的误差。
卫星钟的不准确将会导致测距误差的累积，进而影响到测量结果的精度。
GPS测量原理及应用备课课件(最新)第五章：GPS定位原理
3）.三差法： 原理：利用连续跟踪的所有载波相位测量观测值中均含 有相同的整周未知数N0，所以将相邻两个观测历元的载 波相位相减，就可将该未知参数消去，从而直接解出坐 标参数。 4). FARA 法--fast ambiguity resolution approach
原理：利用初始平差的解向量（接收机点的坐标及整周 未知数的实数解）及其精度信息（单位权中误差和方差协 方差阵），以数理统计理论的参数估计和统计假设检验为 基础，确定在某一置信区间整周未知数可能的整数解的组 合，然后依次将整周未知数的每一组合作为已知值，重复 地进行平差计算。其中使估值的验后方差或方差和为最小 的一组整周未知数即为整周未知数的最佳估值。
1
（X、Y、Z）
X、Y 、Z —— 测点点位坐标
Xi、Yi、Zi——卫星星历（坐标） 1、 1、 1 ——观测所得伪距（在 方程中是已知量）
2
GPS定位的基本原理
需解决的两个关键问题: --如何确定卫星的位置 --如何测量出站星距离
3
测距方法
双程测距
用于电磁波测距仪
单程测距
用于GPS
4
二.GPS定位方法分类
j (GPS)] cti
ct
j
c
j i
c ti
c t
j
ij
c ti
c t
j
上式当所卫确星定钟的与伪接距收即机为钟站严星格几同何步距时离(。 ti t j )，
13
通常GPS卫星的钟差可从卫星发播的导航电文中获得，
经钟差改正后，各卫星之间的时间同步差可保持在109 s
以内。如果忽略卫星钟差影响，并考虑电离层、对流层折
所以⑦式可写为：
顾及载波相位整周数，观测方程可写为：
GPS测量的主要误差来源及其影响
实测星历根据实测资料进行拟合处理而直接得出的星历。
7第二节与卫星有关的误差2.星历误差对定位的影响单点定位星历误差的径向分量作为等价测距误差进入平差计算，配赋到星站坐标和接收机钟差改正数中去，具体配赋方式则与卫星的几何图形有关。
8第二节与卫星有关的误差2.星历误差对定位的影响相对定位利用两站的同步观测资料进行相对定位时，由于星历误差对两站的影响具有很强的相关性，所以在求坐标差时，共同的影响可自行消去，从而获得高精度的相对坐标。
第二节与卫星有关的误差2.星历误差对定位的影响根据一次观测的结果，可以导出星历误差对定位影响的估算式为：--- 基线长；db——卫星星历误差所引起的基线误差；p 一一卫星至测站的距离；ds——星历误差；ds——卫星星历的相对误差。
第二节与卫星有关的误差3.减弱星历误差影响的途径1）建立自己的GPS卫星跟踪网独立定轨2）相对定位3）轨道松弛法9第二节与卫星有关的误差二、卫星钟的钟误差卫星钟采用的是GPS时，但尽管GPS卫星均设有高精度的原子钟御钟和锥钟），它们与理想的GPS时之间仍存在着难以避免的频率偏差或频率漂移，也包含钟的随机误差。
这些偏差总量在Ims 以内，由此引起的等效距离可达300km o11第二节与卫星有关的误差二、卫星钟的钟误差卫星钟差的改正卫星钟差可通过下式得到改正：is aO al（t iff）日2（t W1）相对定位：利用两台或多台接收机对同一组卫星的同步观测值求差时可以有效地减弱电离层折射的影响，即使不对电离层折射进行改正，对基线成果的影响一般也不-6会超过IXIO O16第三节卫星信号传播误差2减弱电离层影响的有效措施2）双接收：如分别用两个已知频率fl和f2发射卫星信号，则两个不同频率的信号就会沿同一路径到达接收机。
公式中积分值虽然无法计算，但对两个频率的信号却是相同的。
第三节卫星信号传播误差二、对流层折射、对流层及其影响2、减弱对流层影响的措施3、用霍普非尔德公式进行对流层折射改正17第三节卫星信号传播误差1、对流层及其影响对流层是高度为50km以下的大气层，由于离地面更近，其大气密度比电离层更大，大气状态变化更复杂。
GPS定位误差及其影响
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
消除或消弱各种误差影响的方法 ④
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。
F A 2290 A 26560 km
§5.2 与信号传播有关的误差
与信号传播有关的误差:
电离层折射误差 对流层折射误差 多路径效应误差
一 电离层延迟
电离层
TEC
柱 体 底 面 积 为1 m 2
地球
地球大气结构
地球大气层的结构
大气折射效应
大气折射
信号在穿过大气时，速度将发生变化，传播路径也将 发生弯曲。也称大气延迟。在GPS测量定位中，通常 仅考虑信号传播速度的变化。
总误差 2.1 20.0 4.0 0.7 1.4 0.5 20.6 20.，双频，P/Y-码
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
df d
2
d
vph
d
2
dv ph d
vph
v ph
dv ph d
c
ngr
c vgr
c
v ph
dv ph d
v ph
1 dvph
vph d
1
n ph
d
c n ph
nph
GPS测量的误差来源及其影响
GPS测量的误差来源及其影响
2. 卫星轨道误差（Satellite Orbit Error）：GPS接收机通过接收
多颗卫星的信号以计算自身的位置。
然而，卫星的轨道并非绝对准确，存
在一定的误差。
这些误差包括卫星轨道偏移、轨道不规则性等。
影响是，
卫星轨道误差会导致位置计算的不准确，从而影响GPS测量结果的精度。
3. 钟差误差（Clock Error）：为了对GPS信号进行定位计算，接收
机需要与卫星的时间进行同步。
然而，GPS卫星上的钟不可能完全精确，
存在一定的时间漂移和偏差。
这将导致接收机对时间进行不准确的计算，
从而造成测量误差。
影响是，测量结果的时间信息会受到钟差误差的影响，进而影响测量精度。
4. 大气延迟（Atmospheric Delay）：GPS信号从卫星到达接收机的
过程中，会经过大气层，而大气层中的水汽和电离层的影响会引起信号的
传播速度变化，从而产生测量误差。
影响是，大气延迟会导致距离测量值
的不准确，进而影响位置计算的精度。
5. 多路径效应（Multipath Effect）：当GPS信号与建筑物、地形
等物体反射或折射后到达接收机时，会产生多个信号路径，这会干扰接收
机对信号的处理。
影响是，多路径效应会导致信号的延迟和失真，从而影
响距离测量的准确性。
第五章GPS信号的误差
式中： fs ---卫星时钟的频率； f ---同类静止的时钟频率 ；
Vs ---卫星的运行速度； C0---真空光速。
若用GPS卫星的运行速度Vs=3874m/s，而 C0=299792458m/s，则可算得GPS卫星时 钟相对于地面同类时钟的频率之差是
测距码观测值:
d ion
C
40 .28 f2
s Ne ds
载波相位观测值:
dion
C
40 .28 f2
s Ne ds
将二者结合处理可基本消除电离层折射误
差的影响,使单频GPS接收机的测程扩大到
200Km左右。
（5）选择有利观测时段
时 延
0 4 8 12 16 20 24 地方时
对流层折射误差
3.减弱电离层影响的措施
（1）利用双频观测（对于双频接收机） 现令: dion= A / f2 对于双频接收机,可以同时接收两个载波信号。 则有: S = ρ1 + A / f12 ；
S = ρ2 + A / f22 ；
式上中的：PS码为信星号站进的行理测论量距分离别, ρ获1 得和的ρ伪2 为距对观两测个值载。波
GPS信号电离层折射率为： nGPS= 1+40.28Nef -2
GPS信号在电离层中传播速度为： Vg=C0/nGPS=C0(1-40.28Nef-2)
若伪距测量中信号的传播时间为Δt,那么 S=vg Δt= C0(1-40.28Nef-2) Δt = C0 Δt- C0 40.28Nef-2 Δt
但由于其能反映全球的平均状况,与各地的 实际情况必然会有一定的差异,所以其改正 效果仅能改正电离层折射误差的 75﹪左右。
GPS测量仪的误差来源与误差控制方法
GPS测量仪的误差来源与误差控制方法GPS（全球定位系统）测量仪在现代测量领域得到了广泛应用。
它可以通过卫星信号精确定位和测量地球上的点的坐标，但是在实际使用中，GPS测量仪的测量结果往往会存在一定的误差。
这些误差可能来自多个方面，包括天线、大气、仪器本身等。
本文将探讨GPS测量仪的误差来源以及常用的误差控制方法。
首先，天线是GPS测量仪误差的一个重要来源。
天线的信号接收性能直接影响着测量仪的定位和测量精度。
天线的位置安装不准确、天线高度不均匀等因素都可能导致测量误差的产生。
因此，在进行GPS测量时，我们应该注意天线的安装位置和高度均匀性，保证接收到的信号质量良好，从而减小天线引起的误差。
其次，大气也是GPS测量仪误差的一个重要来源。
大气中的湿度、温度、压强等因素都会对GPS信号的传播速度产生影响，从而导致测量误差的产生。
尤其是在测量距离时，大气对信号的传播速度影响较大。
为了减小大气误差，常用的方法是通过测量两条不同频率的信号，从而计算出大气延迟，进而对测量结果进行修正。
此外，GPS测量仪本身存在的仪器误差也会对测量结果产生影响。
仪器误差包括系统定位误差、时钟误差等。
系统定位误差是由于接收机的硬件和软件系统造成的，通常是由于系统设计和实现上的不完善所致。
时钟误差是由于GPS测量仪内部时钟的不精确而引起的。
为了控制仪器误差，可以采用多种策略，例如使用高精度的GPS测量仪、定期进行仪器校准等。
除了上述误差来源外，还有一些其他的误差可能会对GPS测量仪的结果产生影响。
例如，接收机所处的环境条件，如振动、电磁干扰等都可能对测量结果产生干扰。
此外，人为误差也是不能忽视的因素，比如操作人员的技术水平、测量过程中的操作失误等都可能导致测量误差的产生。
为了控制GPS测量仪的误差，可以采取一系列的方法。
首先，对于天线安装位置和高度均匀性的要求应该严格控制，以减小天线引起的误差。
其次，通过多台GPS测量仪同时进行测量，可以通过求解多个测量结果的平均值来减小系统定位误差和时钟误差。
卫星定位测量中的误差来源及分类(精)
误差来源 GPS卫星
误差分类 卫星星历误差；卫星钟差； 相对论效应 电离层延迟;对流层延迟;多 路径效应 接收机天线相位中心的偏移 和变化;接收机钟差;接收机 安置误差 地球潮汐；负荷潮
GNSS测量误差来源与分类
• 偶然误差
– 特点 • 随机 • 量级小 – 毫米级 – 示例 • 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
GNSS测量误差来源与分类
• 与卫星有关的误差 – 卫星星历误差 – 卫星钟差 – 相对论效应 • 与传播途径有关的误差 – 电离层延迟 – 对流层延迟 – 多路径效应 • 与接收设备有关的误差 – 接收机天线相位中心的偏移和变化 – 接收机钟差 – 接收机安置误差
GNSS测量误差来源与分类
• 等效距离误差
等效距离误差/m 1.5—15
信号传播
接收设备
1.5—15
1.5—15
其他影响
1.0
ห้องสมุดไป่ตู้
GNSS测量误差来源与分类
• 系统误差（偏差 - Bias）
– 特点 • 具有某种系统性特征 • 量级大 – 最大可达数百米 – 示例 • 星历误差、卫星钟差、相对论效应 • 对流层折射、电离层折射 • 接收机钟差、天线相位中心的偏差及变化
GPS测量的误差来源及其消除方法
GPS测量的误差来源及其消除方法GPS（Global Positioning System）是一种全球定位技术，通过接收卫星信号来确定地理位置的方法。
然而，在实际应用中，我们经常会遇到GPS测量的误差。
这些误差来自于不同的因素，包括大气层延迟、多径效应、钟差等。
为了提高GPS测量的准确性，我们可以采取一些方法来消除这些误差。
首先，我们来看看大气层延迟。
大气层延迟是由于GPS信号在穿越大气层时，受到大气分子的散射和折射影响而产生的延迟。
这种延迟会导致测量结果有一定误差。
为了消除大气层延迟的影响，科学家们发展出了一种称为差分GPS的方法。
差分GPS通过同时观测一个已知位置的基准站和待测站点的GPS信号，利用两者之间的差异来消除大气层延迟的影响。
这种方法可以有效提高GPS测量的准确性。
除了大气层延迟，多径效应也是导致GPS测量误差的重要因素之一。
多径效应是指GPS信号在传播过程中，经过物体的反射导致多个信号到达接收器，使接收器无法准确确定信号的传播路径。
为了克服多径效应，信号处理技术被广泛应用于GPS测量中。
这些技术包括滤波算法、波束形成和合成孔径雷达等。
通过这些技术的应用，可以有效地减小多径效应对GPS测量的影响，提高定位的准确性。
此外，钟差也是导致GPS测量误差的一个重要因素。
GPS系统中的卫星钟的时间并非完全精确，存在着一定的误差。
这种误差会导致卫星信号的传播时间不准确，进而影响到GPS测量的准确性。
为了消除钟差的影响，常用的方法是使用差分测量技术。
差分测量技术通过同时测量一个已知位置的基准站和待测站点的GPS信号，并对两者的测量结果进行差分处理，从而消除钟差的影响。
除了上述方法，还有其他一些方法可以用来消除GPS测量的误差。
例如，通过增加观测站点的数量来提高测量的准确性。
多个观测站点可以提供更多的测量数据，从而减小误差的影响。
此外，改进GPS接收器的硬件和软件也可以有效提高测量的准确性。
改进后的接收器可以提供更准确的测量结果，并且具有更强的抗干扰能力。
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第五章 GPS测量的误差来源
利用同步观测量求差： 两测站距离较短 气象条件一致 相对定位
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第五章 GPS测量的误差来源
结论：
卫星信号通过对流层时传播速度要发生 变化，从而使测量结果产生系统误差。对流 层折射的大小取决于外界条件（气温、气压、 湿度等）。对流层折射对伪距测量和载波相 位测量的影响相同。
干分量：由大气中干燥气体引起的大气折射，主要 与大气温度和压力有关，占总延迟的 80%～90%，比较有规律，在天顶方向可以 1%的精度估计；
湿分量：由水汽引起的大气折射，主要与信号传 播路径上的大气湿度和高度有关。
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第五章 GPS测量的误差来源
主要对流层模型： （1）霍普菲尔德（Hopfield）模型 （2）萨斯塔莫宁（Saastamoinen）模型 （3）勃兰克（Black）公式
主要内容
5.1 GPS测量主要误差分类
5.2 与信号传播有关的误差 5.3 与卫星有关的误差 5.4 与接收机有关的误差 5.5 其他误差
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第五章 GPS测量的误差来源
5.1 GPS测量主要误差分类
5.1.1 根据误差来源分类
GPS定位中，影响观测量精度的主要误差
可以分为四大类：
n 与信号传播有关的误差
n 与卫星有关的误差
n 与接收机有关的误差
n 其他误差
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第五章 GPS测量的误差来源
n 与信号传播有关的误差
对距离测量的影响为1.5～15米
电离层折射，对流层折射，多路径误差
n 与卫星有关的误差
对距离测量的影响为1.5～15米
卫星星历误差，卫星钟误差，相对论效应
星历误差 卫星钟差 接收机钟差 大气折射
n 偶然误差：
多路径效应
n 粗差：
位置误差
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第五章 GPS测量的误差来源
5.1.3 消除减弱上述系统误差的方法
● 参数法 ● 建立误差改正模型 ● 求差法 ● 回避法
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第五章 GPS测量的误差来源
5.2 与信号传播有关的误差
n 与接收机有关的误差
对距离测量的影响为1.5～5米
观测误差，接收机钟误差，接收机的位置 误差 ，天线相位中心位置的偏差
n 其他误差
对距离测量的影响为1.0米
地球自转，地球固体潮汐、负荷潮， 卫星几何结构，解算软件
第五章 GPS测量的误差来源
5.1.2 根据误差性质分类
两者的 区别及 其影响
程度
n 系统误差：
对流层的性质：属非弥散性 介质。即电磁波在对流层中 的传播与频率无关。
对流层对信号传播的影响与信号的高度角有关，天 顶方向可达2～3m，高度角为10度时,其影响可达20m。
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第五章 GPS测量的误差来源
第五章 GPS测量的误差来源
2.对流层折射改正模型 通常，将对流层折射分为：
测量距离
Stvgd t tC140 .2f28Ned t C•t4f0 .2 2 8SNeds
4f0 .2 2 8SNedsdion
电子总量
载波
Stvpd tc•tc4f.0 2 2 8SNeds
第五章 GPS测量的误差来源
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第五章 GPS测量的误差来源
4.减弱电离层折射影响的措施
接收机接收信号，获得观 测值进行定位
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第五章 GPS测量的误差来源
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第五章 GPS测量的误差来源
研究误差的目的 u 提高定位精度 u 消除误差才能确定整周模糊度 u 为使GPS提供一些注意事项 u 提出精密定位的方法
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第五章 GPS测量的误差来源
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第五章 GPS测量的误差来源
采用对流层模型加以改正时，对流层折射常
用天顶方向的干、湿分量及相应的映射函数来表
示：
与高度角有关的 映射函数
d tr o d p z ,dm r d y ( r E ) y d z ,w m e w ( tE e )t
天定方向 干分量
天定方向 湿分量
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第五章 GPS测量的误差来源
5.2.1 对流层折射改正 1.电离层 电离层：是指地球上空距 地面高度50～1000km之间 的大气层。
电离层属于弥散性介质， 即电磁波在这种介质内传 播时，其传播速度与频率 有关。
电离层是一种微弱的电离气体，它能以多种方式影
响电磁波传播。影响电磁波传播的主要因素是电子
密度。从天顶到地平，电离层引起的测距误池差州可学从院
50m到150m。
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第五章 GPS测量的误差来源
2.电离层的影响 电离层的折射率与大气的电子密度成正比，
而与通过的电磁波频率的平方成反比。 电离层折射
载波
伪距
第五章 GPS测量的误差来源
3.电离层折射对测距观测值的影响
伪距
传播距离
1）利用双频观测 2）利用电离层改正模型加以改正 3）利用同步观测值求差
第五章 GPS测量的误差来源
第五章 GPS测量的误差来源
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第五章 GPS测量的误差来源
1. 为什么讲误差？ 2. GPS定位中有哪些误差？
3. GPS测量误差的影响和消除或减 弱的方法？
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第五章 GPS测量的误差来源
为什么讲误差？
卫星定位基础
卫星信号提供的定位信息： 卫星位置 卫地距离
n 电离层折射误差 n 对流层折射误差 n 多路径效应误差
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第五章 GPS测量的误差来源
大气折射？
根据对电磁波传播的不同影响，一般将大气层
分为对流层和电离层。池州源自院 资源环境与旅游系第五章 GPS测量的误差来源
5.2.1 对流层折射改正 1.对流层及其影响 对流层:是指从地面向上高 度为40km以下的大气底层。
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第五章 GPS测量的误差来源
3. 减弱对流层折射改正影响的主要措施 （1）采用上述对流层模型加以改正，其气象参数 在测站直接测定； （2）引入描述对流层折射影响的附加待估参数， 在数据处理中一并求得； （3）利用同步观测量求差； （4）利用水汽辐射计直接测定信号传播的影响。 此法求得的对流层折射湿分量的精度可优于lcm 。