gps误差种类以及如何解决误差问题
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亲
GPS测量误差有哪些？如 何解决呢？ 测绘112班
Research launched for: The Coca-Cola Retailing Research Council Latin America by: McKinsey&Company
总而言之，误差大体分为三类
1.信号有关误差 2.卫星有关误差 3与接收机有关的误差 4.其他误差
5
第一类误差中
（2）减弱对流层折射改正残差影响的措施
EXAMPLE
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.引用描述对流层影响 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
Source: Team analysis 6
第一类
减弱电离层影响的措施
。利用双频观测 。利用电离层改正模型加以修正 。利用同步观测值求差
对流 层
是高度为40km 对流层与地面接触并从地面 以下的大气底 得到辐射热能，其温度随高 层产生的误差 度的上升而降低，gps信号通 过对流层时，也使传播的路 径发生弯曲，而产生的偏差
。对流层及其影响 。对流层折射的改正模型 。减弱对流层折射改正残差影响
3
第一类误差 中
（1） 电离层折射解决办法
。利用电离层改正模型 加以修正
。利用双频观测
。利用同步观测值求差
原理；因为电磁波通 过电离层所产生的折 射改正数与电磁波频 率f的平方成反比，如 果分别用两个频率f1 和f2来发射卫星信号， 这两个不同频率的信 号就将沿着同一路径 到达接收机
原理；该模型考虑了折 射率n中的高阶项影响， 并且是沿着信号传播路 径来进行积分。 这种模型把白天的电离 层延迟看成是余弦波中 正部分，而把晚上的电 离层延迟看成常数，其 中晚间的电离层延迟量 及余弦波的相位项均按 常数来处理
多路径误 差
• 测站周围的反
射物，产生的 误差。
测站周围的反射物， 所反射的卫星信号进 入接收机天线，将产 生干涉，而产生的误 差
。选择合适的站址 。对接手机天线进行一定的 改造
Source: AC Nielsen, National Marketing Associations of each country
萨斯塔莫宁公式
0 . 0 0 2 2 7 7 1 2 5 5 a s = ， 【 P + ( + 0 . 0 5 ) e - 2 ,] S S s i n E T t a n E S
对流层折 射的改正 模型
勃兰克公式
C O S E2 C O S E2 s K [ 1 [ ] b ( E ) ] K [ 1 [ ] b ( E ) ] d w 1 ( 1) L h / r 1 ( 1)/ L h r 0 d s 0 w s
1
亲！误差的来源有哪些呢？
2
亲！你想了解与信号传播有关误差的内容吗？
电离 层折 射
信号传播误差的3种误差 概 念 产 生 误 差 的原因
地球上空距地 面高度501000km之间 的大气层，产 生的误差 电离层气体分子由于受到 太阳等天体各种射线辐射， 产生自由电子和正离子， 所以信号穿过时，路径会 弯曲，得不到真正的距离
原理；用两台接收机在 基线的两端进行同步观 测并取其观测量之差， 可以减弱电离层折射的 影响，这是因为当两观 测站相距不太远时，由 卫星至两观测站电磁波 传播路程上的大气状况 甚至相似。
Gps单频 接收机 一般采用
Source: Consumer survey, team analysis
4
第一类误差 中
第一类误差中 （3）多路径误差
o
卫星 s 卫星 A s
EXAMPLE
Gps天线接收到的 信号是直接波和反 射波产生干涉后的 组合信号
S1 H
G
Z
背景
反射波
arctan(
a sin
i 1 n i i 1
n
i
1 ai cos i
)
天线A同时收到来 自卫星的直接信号 S和经地面反射的 反射信号s1，显然 这两种信号所经过 的路径长度是不同 的，反射信号多经 过的路径长度称为 程差
Source: Consumer survey, team analysis
11
第三类误差
与接收机有关的误差
I
接收机钟误 差
。 通过在卫星间求一次 差来消除接收机的钟差
1把每个观测时刻 的接收机钟差当做 一个独立的未知数，在 数据处理中与观测站 的位置参数一并求解
认为各观测时刻的接 收机钟差间是相关的， 将接收机钟差表示为 时间多项式，并在观 测量的平差计算中求 解多项式的系数
8
HIGH INCOME BARGAIN HUNTERS
亲，第一类误差，我已经讲完了，
你懂了吗
9
第二类 与卫星有关的误差
亲，如何解决呢
解决星历误差的方法
1.星历数据的误差 1对单点定位的影响
星历误差在 测站站至卫星 方向上 影响测站坐标 和接收机钟 改正数中去
• 建立自己的卫星跟踪网独立
定轨
2.对相对定位的影响
背景；对流 层折射· 与地 面气候，大 气压力，温 度，湿度变 化密切相关， 更加复杂
（2）对流层折射解决办法
霍普菲尔德公式
ｋ k d w ｓ ＝ ｓ ＋ ｓ ＝ d w 2 1 / 2 2 1 / 2 s i n （ E + 6 . 2 5 ） s i n （ E + 2 . 2 5 ）
多路径效应比 伪距测量比载波 相位测量的影响 要严重得多
载波相位测量中的 多路径误差
7
第一类误差中 （3）多路径误差
消弱多路径误差的方法
1.选择合适的站址
测站应远离大面积平 静的水面 测站不宜选择在山坡， 山谷和盆地中 测站应离开高层建筑 物
在天线中设置抑 径板 2.对接收机天线的要求 接收天线对于极化 特性不同的反射信 号应该有较强的抑 制作用
实践表明 ，经数小时 观测后基线的 相对误差，约为 星历相对误差的 四分之一
• 轨道松弛法
• 同步观测值求差
10
第二类 与卫星有关的误差
• 如何解决呢
2.卫星的钟误差
•
卫星钟的钟差包括由钟差，频偏，频漂 等产生的误差，也包括钟的随机误差。在 gps测量中，无论是码相位观测或载波相 位观测，均要求卫星钟和接收机钟保持严 格同步。
解释完了你 了解了多少
13
精度高 设备昂贵 测量费用高 水平偏差
监测方法 测室 量内 设微 备波 天 线
GPS天线相 位中心偏差
垂直偏差
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基两 线天 线 间 的
只能有效的检测出天线 相位中心偏差水平分量 操作简单 方便 成本低
14
第四类 误差
其他误差
1地球自传影响
谢谢观赏
2.地球潮汐影响
15
16
解决方法
2 t aa ( t t ) a ( t t ) s 0 1 0 2 0
经以上改正后，各卫星之间的 同步差可以保持20ns以内，因 此偏差不会超过6m
Format
3。相对论效应
• 是由于卫星钟和接收机钟所处的状态不同
而引起卫星钟和接收机钟之间产生的相对 钟误差现象
Shopping behavior
接收机的位 置误差
在精密定位时，必须仔细操作，以尽量 减少这种误差的影响，在变形监测时，应采用 有强制对中装置的观测墩
天线相位中 心位置偏差
在实际工作中，如果使用同一类型 的天线，在相距不远的两个 或多个观测站上同步观测了 同一组卫星，那么，便可以通过 观测值的求差来消弱相位中心偏移 的影响
12
亲，第二类误差也
GPS测量误差有哪些？如 何解决呢？ 测绘112班
Research launched for: The Coca-Cola Retailing Research Council Latin America by: McKinsey&Company
总而言之，误差大体分为三类
1.信号有关误差 2.卫星有关误差 3与接收机有关的误差 4.其他误差
5
第一类误差中
（2）减弱对流层折射改正残差影响的措施
EXAMPLE
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.引用描述对流层影响 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
Source: Team analysis 6
第一类
减弱电离层影响的措施
。利用双频观测 。利用电离层改正模型加以修正 。利用同步观测值求差
对流 层
是高度为40km 对流层与地面接触并从地面 以下的大气底 得到辐射热能，其温度随高 层产生的误差 度的上升而降低，gps信号通 过对流层时，也使传播的路 径发生弯曲，而产生的偏差
。对流层及其影响 。对流层折射的改正模型 。减弱对流层折射改正残差影响
3
第一类误差 中
（1） 电离层折射解决办法
。利用电离层改正模型 加以修正
。利用双频观测
。利用同步观测值求差
原理；因为电磁波通 过电离层所产生的折 射改正数与电磁波频 率f的平方成反比，如 果分别用两个频率f1 和f2来发射卫星信号， 这两个不同频率的信 号就将沿着同一路径 到达接收机
原理；该模型考虑了折 射率n中的高阶项影响， 并且是沿着信号传播路 径来进行积分。 这种模型把白天的电离 层延迟看成是余弦波中 正部分，而把晚上的电 离层延迟看成常数，其 中晚间的电离层延迟量 及余弦波的相位项均按 常数来处理
多路径误 差
• 测站周围的反
射物，产生的 误差。
测站周围的反射物， 所反射的卫星信号进 入接收机天线，将产 生干涉，而产生的误 差
。选择合适的站址 。对接手机天线进行一定的 改造
Source: AC Nielsen, National Marketing Associations of each country
萨斯塔莫宁公式
0 . 0 0 2 2 7 7 1 2 5 5 a s = ， 【 P + ( + 0 . 0 5 ) e - 2 ,] S S s i n E T t a n E S
对流层折 射的改正 模型
勃兰克公式
C O S E2 C O S E2 s K [ 1 [ ] b ( E ) ] K [ 1 [ ] b ( E ) ] d w 1 ( 1) L h / r 1 ( 1)/ L h r 0 d s 0 w s
1
亲！误差的来源有哪些呢？
2
亲！你想了解与信号传播有关误差的内容吗？
电离 层折 射
信号传播误差的3种误差 概 念 产 生 误 差 的原因
地球上空距地 面高度501000km之间 的大气层，产 生的误差 电离层气体分子由于受到 太阳等天体各种射线辐射， 产生自由电子和正离子， 所以信号穿过时，路径会 弯曲，得不到真正的距离
原理；用两台接收机在 基线的两端进行同步观 测并取其观测量之差， 可以减弱电离层折射的 影响，这是因为当两观 测站相距不太远时，由 卫星至两观测站电磁波 传播路程上的大气状况 甚至相似。
Gps单频 接收机 一般采用
Source: Consumer survey, team analysis
4
第一类误差 中
第一类误差中 （3）多路径误差
o
卫星 s 卫星 A s
EXAMPLE
Gps天线接收到的 信号是直接波和反 射波产生干涉后的 组合信号
S1 H
G
Z
背景
反射波
arctan(
a sin
i 1 n i i 1
n
i
1 ai cos i
)
天线A同时收到来 自卫星的直接信号 S和经地面反射的 反射信号s1，显然 这两种信号所经过 的路径长度是不同 的，反射信号多经 过的路径长度称为 程差
Source: Consumer survey, team analysis
11
第三类误差
与接收机有关的误差
I
接收机钟误 差
。 通过在卫星间求一次 差来消除接收机的钟差
1把每个观测时刻 的接收机钟差当做 一个独立的未知数，在 数据处理中与观测站 的位置参数一并求解
认为各观测时刻的接 收机钟差间是相关的， 将接收机钟差表示为 时间多项式，并在观 测量的平差计算中求 解多项式的系数
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HIGH INCOME BARGAIN HUNTERS
亲，第一类误差，我已经讲完了，
你懂了吗
9
第二类 与卫星有关的误差
亲，如何解决呢
解决星历误差的方法
1.星历数据的误差 1对单点定位的影响
星历误差在 测站站至卫星 方向上 影响测站坐标 和接收机钟 改正数中去
• 建立自己的卫星跟踪网独立
定轨
2.对相对定位的影响
背景；对流 层折射· 与地 面气候，大 气压力，温 度，湿度变 化密切相关， 更加复杂
（2）对流层折射解决办法
霍普菲尔德公式
ｋ k d w ｓ ＝ ｓ ＋ ｓ ＝ d w 2 1 / 2 2 1 / 2 s i n （ E + 6 . 2 5 ） s i n （ E + 2 . 2 5 ）
多路径效应比 伪距测量比载波 相位测量的影响 要严重得多
载波相位测量中的 多路径误差
7
第一类误差中 （3）多路径误差
消弱多路径误差的方法
1.选择合适的站址
测站应远离大面积平 静的水面 测站不宜选择在山坡， 山谷和盆地中 测站应离开高层建筑 物
在天线中设置抑 径板 2.对接收机天线的要求 接收天线对于极化 特性不同的反射信 号应该有较强的抑 制作用
实践表明 ，经数小时 观测后基线的 相对误差，约为 星历相对误差的 四分之一
• 轨道松弛法
• 同步观测值求差
10
第二类 与卫星有关的误差
• 如何解决呢
2.卫星的钟误差
•
卫星钟的钟差包括由钟差，频偏，频漂 等产生的误差，也包括钟的随机误差。在 gps测量中，无论是码相位观测或载波相 位观测，均要求卫星钟和接收机钟保持严 格同步。
解释完了你 了解了多少
13
精度高 设备昂贵 测量费用高 水平偏差
监测方法 测室 量内 设微 备波 天 线
GPS天线相 位中心偏差
垂直偏差
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基两 线天 线 间 的
只能有效的检测出天线 相位中心偏差水平分量 操作简单 方便 成本低
14
第四类 误差
其他误差
1地球自传影响
谢谢观赏
2.地球潮汐影响
15
16
解决方法
2 t aa ( t t ) a ( t t ) s 0 1 0 2 0
经以上改正后，各卫星之间的 同步差可以保持20ns以内，因 此偏差不会超过6m
Format
3。相对论效应
• 是由于卫星钟和接收机钟所处的状态不同
而引起卫星钟和接收机钟之间产生的相对 钟误差现象
Shopping behavior
接收机的位 置误差
在精密定位时，必须仔细操作，以尽量 减少这种误差的影响，在变形监测时，应采用 有强制对中装置的观测墩
天线相位中 心位置偏差
在实际工作中，如果使用同一类型 的天线，在相距不远的两个 或多个观测站上同步观测了 同一组卫星，那么，便可以通过 观测值的求差来消弱相位中心偏移 的影响
12
亲，第二类误差也