现代导航与制导技术 第五章 卫星导航误差理论与抑制方法

5.2 卫星本源误差及补偿方法
GPS卫星导航电文所给出的卫星钟差与IGS所给出的 卫星钟差之差(单位：ns)
（2000年12月26日2时）
卫星号 t
卫星号 t 卫星号
t 卫星号
t
1
-0.3
8
-3.0
17
0.3
25
-0.1
2
1.0
9
0.3
19
-1.8
26
-5.5
3
-0.6
10
-0.1
20
0.1
27
-0.2
误差分类
卫星本源误 差
传输信道误 差
接收机误差
其他误差
• 卫星星历误差 • 卫星钟误差 • 相对论效应
• 电离层折射 • 对流层折射 • 多路径误差
• 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
地球自转的影响 地球潮汐改正
对距离测量 的影响/m
1.5~15 1.5~15
1.5~15
1.0
5.1 误差源分类 5.2 卫星本源误差及补偿方法 5.3 传输信道误差及补偿方法 5.4 接收机误差及补偿方法 5.5 差分定位技术 5.6 卫星导航增强系统 5.7 相对定位技术
5.2 卫星本源误差及补偿方法
星历误差 卫星钟差 SA干扰误差 相对论效应
5.2 卫星本源误差及补偿方法
单点绝对定位精度受星历误差影响最大，因为其无法通过多 次重复观测消除；
5.2 卫星本源误差及补偿方法
➢修正方式：
1）采用轨道改进方法处理观测数据：
在数据处理中引入表征轨道偏差的改正参数进行估计
2）采用精密星历（由IGS中心局提供）定位
3） 采用不同观测站的同步观测值进行差分处理
D
j
D：两站间距；ρ：星站距离；σj：星历误差
tr =由相对论效应引起的校正值（秒）；
上述系数由GPS系统检测站测量，经中心站处理外推后注入到 卫星；
5.2 卫星本源误差及补偿方法
➢校正方式： 从上式中可以看出残余钟差取决于控制段的监测网络的容量、 校正延迟以及卫星时钟自身的稳定性，因此减少卫星钟差的 方法如下： 1）提高校正频率，并提高时钟自身的稳定度； 2）卫星将上述误差以导航电文的形式广播给用户，改正后钟 差可达20ns精度； 3）通过相对定位的办法消除；
4
-2.8
11
0
21
0
28
-0.4
5
-0.3
13
0
源自文库
22
-2.7
29
-4.5
6
0
14
-0.6
23
-0.1
30
0.3
7
-5.1
15
-0.8
24
-0.5
31
-0.3
5.2 卫星本源误差及补偿方法
星历误差 卫星钟差 SA干扰误差 相对论效应
5.2 卫星本源误差及补偿方法
SA干扰误差
➢定义：指美国军方通过操纵广播星历数据（轨道误差分量 ）和使卫星时钟发生颤动（时钟误差分量）而产生的使导航 解变差的误差；
5.2 卫星本源误差及补偿方法
➢ 卫星钟差修正模型：
其中
t=af0 +af1 (t-toc )+af2 (t-toc )2 +tr
a a
f0 f1
=时钟偏移（秒）； =时钟漂移（秒/秒）；
a f2
toc t
=频率漂移（即老化）（秒/秒2）；
=时钟数据基准时间（秒）； =当前时间历元(epoch)（秒）；
第五章 卫星导航误差理论与抑制方法
目录： 5.1 误差源分类 5.2 卫星本源误差及补偿方法 5.3 传输信道误差及补偿方法 5.4 接收机误差及补偿方法
5.5 差分定位技术 5.6 卫星导航增强系统 5.7 相对定位技术
5.1 误差源分类 5.2 卫星本源误差及补偿方法 5.3 传输信道误差及补偿方法 5.4 接收机误差及补偿方法 5.5 差分定位技术 5.6 卫星导航增强系统 5.7 相对定位技术
5.1 误差源分类
第一类：卫星本源误差
卫星星历误差 卫星钟误差 相对论效应 第二类：传输信道误差
电离层折射 对流层折射 多路径误差
第三类：与接收机有关的误差
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
5.1 误差源分类
第四类：其他误差
地球自转的影响 地球潮汐改正
5.1 误差源分类
误差来源
5.2 卫星本源误差及补偿方法
星历误差 卫星钟差 SA干扰误差 相对论效应
5.2 卫星本源误差及补偿方法
卫星钟差
➢定义： GPS卫星时钟与GPS标准时间的之间的差别
➢产生原因：卫星装有原子钟，控制星上所有的定时工作（ 其中包括广播信号）。虽然这些时钟非常稳定，但其噪声的 累计效应仍将引入误差，该误差可能导致GPS卫星时钟偏离 GPS系统时高达1ms(1ms的偏差可以转换成300KM的伪距误 差）。
5.2 卫星本源误差及补偿方法
星历误差 卫星钟差 SA干扰误差 相对论效应
5.2 卫星本源误差及补偿方法
相对论效应
➢定义：由于卫星钟和接收机所处的状态(运动速度和重力位) 不同引起的卫星钟和接收机钟之间的相对误差；任何时刻当 卫星和接收机相对于地心惯性（ECI）坐标系发生移动时，都 需要狭义相对论的相对论校正。而任意系统当卫星和接收机 处于不同重力势时，都需要广义相对论的相对论校正。
星历误差
➢定义：卫星星历误差表示的广播星历与真实星历之 间存在的误差，即由导航电文中的广播星历外推的 卫星位置与真实卫星位置之间存在的误差；
➢产生原因：由于卫星星历的最佳估计值是计算出来 的，并上行加载给卫星，以便用导航电文的形式重 新广播给用户，而这些校正值本质上是估计值，因 此其中必定存在残差。因此星历误差可以认为是地 面控制段对卫星位置的预测误差；
➢产生原因：SA（Selective Availability）政策即可用性选择政 策，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。虽然美国在2000年5月1日 取消了SA，但是战时或必要时，美国仍可能恢复或采用类似 的干扰技术。
5.2 卫星本源误差及补偿方法
5.2 卫星本源误差及补偿方法
该误差是一种起始数据 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 ；
5.2 卫星本源误差及补偿方法
➢影响规律：当卫星信号的几何分布变化时，卫星星历误差 引起的测距误差将发生变化，故对于不同位置的用户而言不 同，但主导因素为径向分量。
5.2 卫星本源误差及补偿方法
➢修正方法： 由于SA是由卫星产生的，因此这种误差分量是空间相关的。 空间相关意味着一个位置上的误差和附近位置上的误差之间 存在着很强的相关性。应用差分GPS(DGPS)可以利用SA的这 种特性消除误差，DGPS能消除本地GPS地面监测站和用户接 收机两者共有的所有误差.