第3讲GPS定位中误差源
GPS系统误差的主要来源
GPS系统误差的主要来源利用GPS进行定位时，会受到各种各样因素的影响，从而造成定位误差。
GPS 系统的主要误差来源可分为三类: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。
1．与卫星有关的误差（1）卫星星历误差卫星星历误差是指卫星星历给出的卫星空间位置与卫星实际位置间的偏差,由于卫星空间位置是由地面监控系统根据卫星测轨结果计算求得的,所以又称之为卫星轨道误差。
它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。
星历误差是GPS 测量误差的重要来源.（2）卫星钟差卫星钟差是指GPS卫星上原子钟的钟面时与GPS标准时间的差别。
为了保证时钟的精度，GPS卫星均采用高精度的原子钟，但它们与GPS标准时之间的偏差和漂移和漂移总量仍在1ms～0.1ms以内，由此引起的等效的定位误差将达到300km～30km。
这是系统误差，必须加于修正。
（3）SA误差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。
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。
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。
（4）相对论效应的影响这是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。
由于卫星钟和地面钟存在相对运动，相对于地面钟，卫星钟走得慢，这会影响电磁波传播时间的测定。
2．与传播途径有关的误差（1）电离层延迟在地球上空距地面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。
当GPS 信号通过电离层时,与其他电磁波一样,信号的路径要发生弯曲,传播速度也会发生变化,从而使测量的距离发生偏差,这种影响称为电离层延迟。
《GPS导航与应用》GPS的误差源 ppt课件
偏差 2 .1 2.0 4.0 0.5 1.0 0.5 5.1 5.1
1-sigma 误差，单位 m 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
ppt课件
41
GPS测量误差的大小②
ppt课件
34
应对多路径误差的方法①
• 观测上
– 选择合适的观测地点，避开易产生多路径的环 境
易发生多路径的环境
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35
应对多路径误差的方法②
• 硬件上
– 采用抗多路径误差的仪器设备
• 抗多路径的天线：带抑径板或抑径圈的天线，极化 天线
• 抗多路径的接收机：窄相关技术MEDLL(Multipath Estimating Delay Lock Loop)等
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36
抗多路径效应的天线
应对多路径误差的方法③
• 数据处理上
– 加权 – 参数法 – 滤波法 – 信号分析法 – 模板法 –…
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37
第8节 其他误差
ppt课件
38
其他误差源
• 引力延迟 • 地球自转改正 • 地球固体潮改正 • 天线相位中心偏差及变化改正 • 相位回旋
•…
ppt课件
– 对GPS信号来说，电离层是色散介质，对流层是非色散 介质
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20
电离层延迟
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21
电离层延迟
• 电离层延迟与下列因素有关
– 信号频率 – 信号传播途径上的总电子含量（TEC）
电离层
TEC
柱 体 底 面 积 为1 m 2
GPS定位系统在测绘中的误差及其校正
GPS定位系统在测绘中的误差及其校正近年，全球定位系统（GPS）在测绘领域广泛应用，成为现代测绘的重要工具。
然而，GPS定位系统的测量精度不可避免地存在一定的误差，这对于需要高精度测绘数据的应用来说，可能带来一系列问题。
本文将探讨GPS定位系统的误差来源及校正方法，以期提高测绘数据的准确性与可靠性。
一、GPS定位系统误差来源1. 大气层延迟误差：GPS信号在穿过大气层时会发生延迟，导致定位结果产生偏差。
这主要由大气层中的水汽含量、温度、压力等因素所引起。
2. 卫星发射钟误差：GPS卫星发射钟的精确度无法达到理论上的完美，钟的频率可能出现细微偏差，进而影响测量结果。
3. 卫星轨道误差：由于各颗卫星在轨道上的摄动等因素，其运行轨迹不会完全符合理论轨道，从而引起时间误差。
4. 多径效应：接收天线接收到的信号可能会经过多次反射，导致信号延迟，从而产生定位误差。
5. 接收机钟差：GPS接收机内部的时钟精度有限，存在一定的误差，会对定位结果造成影响。
二、GPS定位系统误差的校正方法1. 差分定位法：差分定位法是最常用和最有效的校正方法之一。
它通过同时观测参考站和待测站的GPS信号，利用参考站的已知坐标和观测数据，计算出两个站点间的差异，进而校正待测站点的定位误差。
2. 精密轨道确定法：通过利用卫星轨道参数提供的精密轨道数据，结合接收机的测量结果，计算卫星的真实位置，从而减小轨道误差对定位结果的影响。
3. 多频率接收机技术：多频率接收机可以利用不同频率的信号对多径效应进行抵消，从而提高定位精度。
4. 大气层延迟模型校正：根据大气层的温度、湿度、压力等参数，采用相应的模型对大气层延迟误差进行校正。
5. 时钟差校正：通过与参考源对比，校正接收机内部时钟的误差。
三、GPS定位系统误差校正的应用GPS定位系统的高精度测绘数据广泛应用于地图制作、土地测量、工程测量、导航定位等领域。
对于地图制作来说，GPS定位系统提供的高精度数据能够提高地图的准确性，并为城市规划、交通规划等提供重要依据。
GPS测量及数据处理课件——GPS定位中的误差源
狭义相对论效应
钟的频率与其运动速度有关，在狭义相对论效 应作用下，卫星上钟的频率将变慢。
若卫星在地心惯性坐标系中的运动速度为Vs，
则在地面频率为f 的钟若安置到卫星上，其频率fs将变为：
fs
f [1 (Vs )2 ]1 2 c
f
(1
Vs 2 2c2
)
即两者的频率差f1为
f1
fs
f
Vs 2 2c2
卫星钟差
定义 物理同步误差 数学同步误差
应对方法
模型改正 钟差改正多项式
ts a0 a1 ts toc a2 ts toc 2
其中a0为ts时刻的时钟偏差，a1为钟的漂移，a2为 老化率。 相对定位或差分定位
接收机钟差
定义 GPS接收机一般采用石英钟，接收机钟与理想 的GPS时之间存在的偏差和漂移。
应对方法
作为未知数处理 相对定位或差分定位
3.3 相对论效应
狭义相对论效应 广义相对论效应
1 狭义相对论
1905年，出生于德国的美籍物 理学家阿尔伯特·爱因斯坦 （1879—1955）发表了狭义相 对论。
这个理论指出：在宇宙中唯一 不变的是光线在真空中的速度， 其它任何事物──速度、长度、 质量和经过的时间，都随观察 者的参考系（特定观察）而变 化。
3.1 概述 —— 各类误差对导航定位的影响
误差源 钟和星历误差
C/A 码（有 SA）C/A 码（无 SA）
2.3
2.3
SA
24.0
0.0
大气
电离层 对流层
7.0
7.0
2.0
2.0
多路径
1.5
1.5
接收机噪声
0.6
0.6
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测量的主要误差来源及其影响精
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
GPS测量的误差来源及其影响解析讲解学习
播所引起的干涉时延效应 ❖接受天线对于极化特性不同
被称做多路径效应。
的反射信号该有较强的抑制
作用
§7.3 与卫星有关的误差
与卫星本身有关的误差 卫星星历差 卫星钟误差 相对论效应
7.3.1 卫星星历误差
由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 为卫星星历误差。 一、星历数据的来源 1、 广播星历（预报星历）：它是通过卫星发射的含有轨道信息的 导航电文传递给用户，用户接受这些信号，经过解码便可获得需 要的卫星星历。 1 2、 实测星历（精密星历）：根据实测资料进行拟合处理而直接得 出的星历。
B与hs有关，可查表获得；
R与E和hs有关，可查表获得。
s
0.002277 sin E'
[ Ps
1255 (
Ts
0.05)es
a tg 2E
]
其中：
拟合后的公式：
E' E E
E
16" Ts (Ps
4810 Ts
e)ctgE
a 1.16 0.15 10 3 hs 0.716 10 8 hs2
2、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 利用同步观测值求差
§7.2.2 对流层的折射
1、对流层是高度为40km以下的大气底层,其大气 密度比电离层更大，大气密度更为复杂。
2、对流层折射的改正模型
►霍普菲尔德(Hopfild)公式 ►萨斯塔莫宁(Saastamoinen)公式 ►勃兰克(Black)公式
hw 11000
es为水气压
Ps为测站的气压 hs为测站的高程 Ts为测站的绝对温度 Hd为对流层外边缘的高度
萨斯塔莫宁(Saastamoinen)公式
三 GPS定位中的误差源
种处理方法：
1) 定位精度要求不高时，可不考虑其影响。 2) 采用对流层模型进行改正，如： 霍普菲尔德（Hopfield）模型； 勃兰克模型（Black）模型； 3) 采用观测量求差的方法。 与电离层的影响相类似，当观测站间相距不远 (<20km)时，由于信号通过对流层的路径相近，对 流层的物理特性相近，所以对同一卫星的同步观测 值求差，可以明显的减弱对流层折射的影响。
与接收机有关的误差
1． 观测误差
观测误差包括观测的分辨误差及接收机天线相对
于测站点的安置误差等。 一般认为观测的分辨误差约为信号波长的1%。 接收机天线相对于观测站中心的安置误差，主要 是天线的安置对中误差以及量取天线高的误差， 在精密定位工作中，必须认真，仔细操作，以尽 量减小这种误差的影响。
与信号传播有关的误差
电离层折射的影响
GPS卫星信号的其它电磁波信号一样，当
其通过电离层时，将受到这一介质弥散特 性的影响，便其信号的传播路径发生变化。 当GPS卫星处于天顶方向时，电离层折射 对信号传播路径的影响最小，而当卫星接 近地平线时，则影响最大。
与信号传播有关的误差
为了减弱电离层的影响，在GPS定位中通
与卫星有关的误差
4.相对论效应的严格公式
卫星轨道的偏心率很小，但是不为 零，在精度要求较高的精密定位中， 往往需要加第二项改正：
由于卫星钟的频率误差Δf’而引起 的卫星信号传播时间误差及测距误 差为： 相应的测距误差为：
当卫星的轨道偏心率为E=0.01时，Δt为22.9ns， Δρ为 6.864m，于是，在单点定位的时候，上述误差不得不考虑。 在采用双差观测值进行相对定位时，该误差可以自己消去，则 不用考虑。
武汉大学GPS原理与数据处理GPS定位中的误差源实用PPT
从而使观测值偏离真值产生所谓的“多路径误差”。
卫星位置
作为未知数、相对定位或差分定位
缺点：不能同时将所有误差均作为参数来估计
§3.4 卫星星历误差
1、定义：由星历所给出的卫星在空间中的位置与其
实际位置之差。
2、星历类型
➢广播星历
由GPS的地面控制部分所确定和提供的，经GPS卫星 向全球所有用户公开播发的一种预报星历。
VS2 μ μ 2 r 2a
r (1 e 2 )a 1 e cos f s
cos
fs
cos E e 1 e cos E
μ1 3
2 f aμ
f
f1
f2
c2
( R
) 2a
f
c2
e sinE
4、解决相对论效应对卫星钟影响的方法
分两步：首先假定卫星轨道为圆轨道的情况；然后 考虑卫星轨道为椭圆轨道的情况。
第一步：假设卫星轨道为圆轨道的情况，则e=0 取m＝398600.5km3/s2,c=299792.458km/s,R=6378km,a=26560km
则可得到:
μ1 3
2 f aμ
f
f1
f2
c2
( R
) 2a
f
c2
e sinE
4.451010 f
解决方法: 在地面上将要搭载到卫星上去的钟的频 率调低，调低后的频率为：
广播星历和IGS精密星历给出的卫星位置之差(m)
测距码以群速度在电离层中传播。
在地面上将要搭载到卫星上去的钟的频率调低，调低后的频率为： 卫星星历误差、卫星钟差、相对论效应
卫星速度
1、GPS测量误差的分类
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，
GPS定位中的误差源及削弱方法测量技术
经常使用接收机进行测量，总会听到过误差、差分、改正之类的字眼，那你有没有仔细了解过呢？小编就为就为大家整理了关于GPS定位中的误差源及削弱方法的一些信息，纯干货，学习一些知识总是没错的，耐心观看。
GPS定位出现的各种误差从误差源来讲大体可以分为三类，与卫星有关的误差、与信号传播有关的误差和与接收机有关的误差。
而这三类误差还可以往下细分，小编一一为大家来讲解。
RTK测量时出现的各种误差，按性质可分为系统误差（偏差）和随机误差两大类。
其中，系统误差无论从误差大小，还是定位结果的危害性来讲，都比随机误差大得多，而且它们又是有规律可循的，可以采取一定的方法和措施加以消除。
与卫星有关的误差与卫星有关的误差包括星历误差、卫星钟误差、相对论效应、信号在卫星内的时延和卫星天线相位中心偏差。
卫星星历误差误差解释：由于卫星星历所给出的卫星位置和速度与卫星的实际位置和速度之差成为卫星星历误差。
星历误差的大小主要取决于卫星定轨系统的质量，如定轨站的数量及其地理分布、观察值得数量及精度、定轨是所用的教学力学模型和定轨软件的完善程度等。
此外，与星历的外推时间间隔（实测星历的外推时间间隔颗视为零）也有直接关系。
卫星钟的钟误差误差解释：卫星钟差是指GPS卫星上原子钟的钟面时与GPS标准时间的差别。
为了保证时钟的精度，GPS卫星均采用高精度的原子钟，但它们与GPS标准时之间的偏差和漂移和漂移总量仍在1ms～0.1ms以内，由此引起的等效的定位误差将达到300km～30km。
因此即使在精度较低的卫星导航中，也不能直接使用由卫星钟所给出的时间。
卫星钟的钟差包括由钟差、频偏、频漂等产生的误差，也包含钟的随机误差。
这些偏差的总量均在1ms 以内,由此引起的等效距离误差约可达300km。
相对论效应误差解释：由于卫星钟和接收机钟所处的状态（运动速度和重力位）不同而引起两台钟之间产生相对钟误差的现象。
相对论效应误差对测码伪距观测值和载波相位观测值的影响是相同的信号在卫星内的时延误差解释：我们通常把在卫星钟驱动下开始生成测距信号至信号生成并离开发射天线相位中心间的时间称为信号在卫星内的时延。
GPS课件-GPS定位中的误差源
2、常用電離層延遲改正方法
➢ 經驗模型改正 • 方法：根據以往觀測結果所建立的模型 • 改正效果：較差
➢ 雙頻改正 • 方法：利用雙頻觀測值直接計算出延遲改正或組成無 電離層延遲的組合觀測量 • 效果：改正效果最好
➢ 實測模型改正 • 方法：利用實際觀測所得到的離散的電離層延遲（或 電子含量），建立模型（如內插） • 效果：改正效果較好
N 287.604 1.6288 2 0.0136 4
➢ 對流層對不同波長的波的折射效應
類型 紅光 紫光
波長(mm)
0.72 0.40
N 290.7966 298.3153
L1
1902936.728
287.6040
L2
2442102.134
287.6040
對GPS衛星所發送的電磁波信號，對流層不具有色散效應
10
1.7 0.6 -2.1 27
0.7 1.7 1.9
11
-1.1 -0.5 1.4 28
0.2 -4.7 -4.9
13
-0.3 0.5 -1.5 29
-1.8 -3.4 -1.8
14
0.9 -0.5 3.0 30
0.7 0.6 -1.2
15
1.4 -4.5 -1.1 31
6.1 -3.6 3.7
中間層 50km
平流層
10km
對流層
集中了大約75％的 大氣品質和90％以 上的水汽品質
地球大氣結構
1、大氣折射效應
➢ 大氣折射
信號在穿過大氣時，速度將發生變化，傳播路徑也將發生彎曲 。也稱大氣延遲。在GPS測量定位中，通常僅考慮信號傳播 速度的變化。
GPS定位中的误差来源
1、与GPS卫星有关的因素（1）SA干扰误差美国政府从其国家利益出发，通过降低广播星历精度（ε技术）、在GPS信号中加入高频抖动等方法，人为降低普通用户利用GPS进行导航定位时的精度（目前已经取消）。
（2）卫星星历误差在进行GPS定位时，计算在某时刻GPS卫星位置所需的卫星轨道参数是通过各种类型的星历提供的，但不论采用哪种类型的星历，所计算出的卫星位置都会与其真实位置有所差异，这就是所谓的星历误差。
（3）卫星钟差卫星钟差是GPS卫星上所安装的原子钟的钟面时与GPS标准时间的误差。
（4）卫星信号发射天线相位中心偏差卫星信号发射天线相位中心偏差是GPS卫星上信号发射天线的标称相位中心与其真实相位中心之间的差异。
2、与传播路径有关的因素(1) 电离层延迟由于地球周围的电离层对电磁波的折射效应，使得GPS信号的传播速度发生变化，这种变化称为电离层延迟。
(2) 对流层延迟对于地球周围的对流层对电磁波的折射效应，使得GPS信号的传播速度发生变化，这种变化称为对流层延迟。
(3) 多路径效应于接收机周围环境的影响，使得接收机所接收到的卫星信号中还包含有反射和折射信号的影响，这就是所谓的多路径效应。
3、接收机有关的因素(1) 接收集钟差接收机钟差是GPS接收机所使用的钟的钟面时与GPS标准时之间的差异。
(2) 接收机天线相位中心偏差收机天线相位中心偏差是GPS接收机天线的标称相位中心与其真实的相位中心之间的差异。
(3) 接收机软件和硬件造成的误差在进行GPS定位时，定位结果还会受到诸如处理与控制软件和硬件等的影响。
（4）天线相对旋转产生的相位增加效应4、其它（1）GPS控制部分人为或计算机造成的影响由于GPS控制部分的问题或用户在进行数据处理时引入的误差等。
（2）数据处理软件的影响数据处理软件的算法不完善对定位结果的影响。
（3）固体潮、极潮和海水负荷的影响（4）相对论效应。
卫星钟和地面钟由于存在相对运动，从地面观测，卫星钟走得慢，影响电磁波传播时间的测定。
GPS定位的误差来源
GPS定位的误差来源GPS定位的误差来源GPS在实际⽣活中为我们带来许多便利，其最主要的功能来⾃于本⾝的精准定位。
⽆论是车载导航仪为我们指路导航，还是⼿持机为我们提供精确的经纬度⽤来指明⽅向，以及GPS产品在⼯业上、物流业中甚⾄诸多⾏业中带来实际应⽤效果，都证明了GPS产品的定位精准性是其应⽤⼴泛的重要⽀柱。
但是在实际使⽤当中，GPS的定位精度未必会让我们满意，GPS产⽣位置漂移和位置偏差现象的原因是什么？GPS定位的误差来源有哪些呢？在什么情况下能避免此类现象的发⽣呢？下⾯, 简单介绍GPS测量的误差来源及处理⽅法。
在利⽤GPS进⾏定位时，GPS定位结果的精度受到诸多因素的影响，如所⽤的观测量类型、定位的⽅式、卫星的⼏何分布、数据处理⽅法、美国政府政策的限制等。
在GPS测量中, 影响测量精度的主要误差来源可分为三类：与GPS卫星有关的误差、与信号有关的误差、与接收设备有关的误差。
如果根据误差的性质分类，可分为系统误差和偶然误差两种。
其中, 偶然误差主要包括信号的多路径效应引起的误差和观测误差；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层折射的误差等。
系统误差⼀般可以通过某些措施予以减弱和修正，常见的⽅法有：( 1)引⼊相应的未知参数, 在数据处理中连同其他未知参数⼀起解算；( 2)建⽴系统误差模型，对观测值加以修改；( 3)将不同观测站对相同卫星的同步观测值求差，以减弱或消除系统误差的影响； ( 4)简单地忽略某些系统误差的影响。
⼀、与GPS卫星有关的因素⼴播星历误差( 轨道误差)是当前GPS 定位的重要误差来源之⼀。
卫星星历是GPS 卫星定位中的重要数据。
由卫星星历所给出的卫星位置与卫星的实际位置之差称为卫星星历误差。
GPS 卫星的⼴播星历是由全球定位系统的地⾯控制部分所确定和提供的, 经GPS 卫星向全球所有⽤户公开播发的⼀种预报星历, 其精度较差。
SA 政策取消后, ⼴播星历所给出的卫星的点位中误差为5~ 7m。
GPS测量的误差来源及其影响解析
GPS测量的误差来源及其影响解析
一、卫星定位误差
GPS定位的过程中，对接收机所收到信号的加法处理，由于卫星定位
时发射的信号存在本底误差，会影响定位精度，造成定位误差，其中最重
要的定位误差就是卫星定位误差。
卫星定位误差是由多个因素引起的，包括：卫星定位信号的传播误差，卫星定位信号的发射误差及地球的曲率误
差等。
1、传播误差：由于GPS定位中，接收机所收到的卫星定位信号有几
百米甚至几千米的传播距离，当GPS接收机所接收的信号在传播中会受到
传播环境的影响，如地表反射、地物影响、空气散射等，都会造成信号发
生一定的相位变化，这些变化就会造成卫星定位误差。
2、发射误差：GPS定位中，卫星发射的信号是有一定误差的，这是
由于卫星本身传输的信号带有一定的误差，在传输过程中会有一定的折射、散射误差，这些误差会严重影响GPS定位的精度。
3、地球曲率误差：GPS定位中，由于地球表面不是完全平面，多数
地方都存在着不同程度的曲率，这些曲率会影响卫星发出的信号在传播过
程中的传播速度，从而会产生一定的偏移，从而影响GPS定位的精度。
二、接收机定位误差
接收机定位误差指的是在GPS定位过程中。
GPS定位中的误差源
2.1
2.0
0.7
2.1
4.0
0.5
4.0
0.5
0.5
0.7
1.0
1.0
1.4
0.5
0.2
0.5
5.1
1.4
5.3
5.1
0.4
5.1
12.8 10.2
GPS测量定位的误差源 > 概述 > 消除或消弱各种误差影响的方法
消除或消弱各种误差影响的方法①
• 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
f2 5.2841010 f
– 结论：在广义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变 快
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相对论效应对卫星钟的影响③
• 相对论效应对卫星钟的影响
– 狭义相对论＋广义相对论
令：f1 fs
在狭义相对论 义效 相应 对和 论广 效应 用的 下共 ，同 卫作 星 钟频率相对于 上其 时在 总地 的面 f变 为: 化量 f f1f24.4491010f
– 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
• 相对论效应
• 电离层延迟
改 正 后 的 观 测 值 = 原 始 观 测 值 + 模 型 改 正
• 对流层延迟
• 卫星钟差
– 限制：有些误差难以模型化
GPS测量定位的误差源 > 概述 > 消除或消弱各种误差影响的方法
GPS定位中的误差源
GPS测量定位的误差源 > 概述
§6.1 概述
GPS测量定位的误差源 > 概述 > GPS测量误差的性质
GPS系统误差来源的分析
GPS系统误差来源的分析
GPS系统误差是由于多种因素造成的，包括卫星、接收器、地球大气和多路径等因素，以下对GPS系统误差造成的主要因素进行分析：
1、卫星误差
卫星的误差是指由于卫星本身的问题引起的误差，如卫星钟的不精确、卫星发射时钟的偏差、卫星轨道偏差等。
这些误差会导致GPS系统中的卫星发射的信号存在一定的偏差，从而影响到GPS接收器的测量结果。
2、接收器误差
接收器误差是指GPS接收器本身的问题引起的误差。
这些误差包括接收器的精度问题、接收器的干扰问题（来自天线等），以及接收器内部噪声的影响等。
这些误差会影响到GPS接收器的测量精度和正确性。
3、地球大气误差
GPS信号经过大气层时，由于大气层的折射和散射等现象，会引起信号的传播速度和方向发生一定的变化。
这些变化会影响GPS信号的传播时间、相位和干涉等，从而影响到GPS接收器的测量精度和准确性。
4、多路径误差
多路径误差是指GPS信号在传播过程中，由于反射或折射等现象，从两个或多个路径到达接收器，从而形成多径信号。
这些多径信号与原始信号相互干扰，导致GPS接收器无法正确地估计信号的到达时间和信号的相位，因此会导致GPS系统中的误差。
综上所述，GPS系统误差来源较为复杂，涉及卫星、接收器、地球大气和多路径等多个因素，因此需要GPS接收
器和算法的不断改进和优化，以提高GPS系统的测量精度和信号准确性。
GPS测量的误差来源及其影响
信号传播
①电离层折射误差；②对流层折射误差；③多路径效应
接收设备
①接收机钟误差；②接收机位置误差；③天线相位中心变化
第七章 GPS测量的误差来源及影响
GPS测量原理及应用
第二节：与信号传播有关的误差
电离层折射 对流层折射 多路径误差
第七章 GPS测量的误差来源及影响
GPS测量原理及应用
第二节：与信号传播有关的误差
第七章 GPS测量的误差来源及影响
GPS测量原理及应用
第二节：与信号传播有关的误差
（2）利用同步观测值求差 与电离层的影响类型相似，当两观测站相距不太远时
（例如<20km），由于信号通过对流层的路径大体相同， 所以，对同一卫星的同步观测值求差，可以明显地减 弱对流层折射的影响。这一方法在精密相对定位中被 广泛应用。不过，随着同步观测站之间距离的增大， 大气状况的相关性减弱，当距离>50~100km时，对流层 折射的影响就成为制约GPS定位精度提高的重要因素。
第七章 GPS测量的误差来源及影响
GPS测量原理及应用
第四节： 接收设备误差
二、天线相位中心位置误差 在GPS测量中，观测值都是以接收机天线的相位中心位置
为准的，所以天线的相位中心该与其几何中心保持一致。 但实际天线的相位中心位置随信号输入的强度和方向不同 会发生变化，使其偏离几何中心。这种偏差视天线性能的 好坏可达数毫米至数厘米，对精密相对定位也是不容忽视 的。
第七章 GPS测量的误差来源及影响
GPS测量原理及应用
第二节：与信号传播有关的误差
对流层的折射率与大气压力、温度和湿度密切相关。 由于大气的对流作用很强，大气状态变化复杂。对流 层折射的影响与信号的高度角有关，当在天顶方向 （高度角为90o），其影响达2.3m；当在地面方向（高 度角为10o），其影响达20m；所以，对流层及其影响 难以准确地模型化。利用测站地面实测的气象数据，
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结论：在广义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变快
第3讲GPS定位中误差源
3、相对论效应对卫星钟的综合影响
在狭义相对论效应和广义相对论效应的共同作用下，卫 星上钟频率相对于其在地面上时总的变化量△f 为：
f f1 f2cf2(R μμ rV 2 S 2)
第一步：假设卫星轨道为圆轨道的情况，则e=0 取m＝398600.5km3/s2,c=299792.458km/s,R=6378km,a=26560km
则可得到:
μ 1 3 2f aμ ff1f2c2(R2a)f c2 esin E
4.451 010f
第3讲GPS定位中误差源
解决方法: 在地面上将要搭载到卫星上去的钟的频 率调低，调低后的频率为：
根据卫星轨道理论：
V
2 S
μ
μ
2 r 2a
r (1 e 2 )a 1 e cos f s
cos
fs
cos E 1 e cos
e E
f f1 f2c μ 2(R 12 3 a)f2fc2a μesiE n
第3讲GPS定位中误差源源自4、解决相对论效应对卫星钟影响的方法
分两步：首先假定卫星轨道为圆轨道的情况；然后 考虑卫星轨道为椭圆轨道的情况。
由此引起的测距误差为:
ρ2aμesiE n68 .46 e2 siE n (m )最大: 6.86m
第三章 GPS定位中的误差源
钟误差 相对论效应 卫星星历误差 电离层延迟
对流层延迟 多路径误差 其他误差
第3讲GPS定位中误差源
§3.1 概述
星历误差 卫星钟差 相对论效应
电离层延迟
多路径效应
对流层折射
接收机钟差 接收机噪声
天线相位中心偏差
1000km 50km
第3讲GPS定位中误差源
➢所针对的误差源：
电离层延迟 对流层延迟 卫星轨道误差 …
➢缺点：空间相关性将随着测站间距离的增加而减弱
第3讲GPS定位中误差源
2、消除或减弱各种误差影响的方法
3）参数法 ➢原理和方法：
把误差大小作为参数，在定位过程中求解出来。
➢所针对的误差源：
几乎适用于任何的情况
➢缺点：不能同时将所有误差均作为参数来估计
相减可得：
~ ρ1~ ρ2ρ1ρ2
第3讲GPS定位中误差源
§3.3 相对论效应
狭义相对论
➢1905提出 ➢运动将使时间、空间
和物质的质量发生变 化
广义相对论
➢1915提出 ➢将相对论与引力论进
行了统一
第3讲GPS定位中误差源
1、狭义相对论效应
钟的频率与其运动速度有关。如果某钟在惯性空间中
静止时候的钟频率为 f，那么被安置在以速度 Vs 运动 的卫星上时，其频率为:
1.2 0M 3 H (1z 4.44 19 1 0)01.2 02995M 99H 99 z5
第3讲GPS定位中误差源
第二步：考虑卫星轨道为椭圆轨道的情况，则需考虑频率变化
的第二项
2f aμ
f
es inE
c2
由此引起的传播时间误差为: t2ca 2μesiE n22e9 si0E n(n)s最大: 22.9ns
第3讲GPS定位中误差源
1、卫星钟差
➢分类
• 物理同步误差：由GPS卫星上的卫星钟直接给 出的时间与标准GPS时间之差。
• 数学同步误差：经多项式改正后的卫星钟时间 与标准GPS时间之差。
➢消除方法
• 模型改正
t a 0 a 1 t TO a 2tC TO 2 C
• 采用IGS精密卫星钟差 • 相对定位或差分定位
fSf[1(V cS)2]1/2f(12 V cS 22)
频率变化为:
f1 fS f
VS2 2c2
f
结论：在狭义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变慢
第3讲GPS定位中误差源
2、广义相对论效应
钟的频率与其所处的引力位有关。若卫星所处位置的地 球引力位为 Ws ,地面测站所处地球引力位为 WT ，那么 同一台钟放在地面上和放在卫星上其频率变化为:
1、GPS测量误差的分类
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、接收机钟差、 接收机内部噪声
第3讲GPS定位中误差源
2、消除或减弱各种误差影响的方法
1）模型改正法 ➢ 原理和方法：
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。利用模型计算出误差影响的 大小，直接对观测值进行修正。
➢ 所针对的误差源：
电离层延迟 对流层延迟 卫星钟差
➢ 缺点：有些误差难以模型化
第3讲GPS定位中误差源
2、消除或减弱各种误差影响的方法
2）求差法 ➢原理和方法：
误差具有较强的空间、时间或其它类型的相关性， 通过观测值间一定方式的相互求差，消去或消弱 观测值中所包含的相同或相似的误差影响。
第3讲GPS定位中误差源
§3.2 钟误差
卫星钟差 接收机钟差
第3讲GPS定位中误差源
某时钟在 t 时刻的钟差可表示为：
t
ta0a1(tt0)a2(tt0)2 y(t)dt t0
a0
:
t
时刻的钟差
0
a1
:
t
时
0
刻的钟速
（频偏）
a2
:
t
时刻该钟的加速度的一
0
半
（钟的老化率或频漂）
t y(t)dt是随机项 t0
➢应对方法
• 作为未知数处理 • 相对定位或差分定位
第3讲GPS定位中误差源
参数法求接收机钟差
（ X, Y, Z, dt ）
第3讲GPS定位中误差源
求差法消除接收机钟差
如果接收机钟差为△t j ，则 对测站上测距的影响为：
ρctj
对两颗卫星观测值可写为：
~ρ1 ρ1 ρ ~ρ2 ρ2 ρ
第3讲GPS定位中误差源
2、消除或减弱各种误差影响的方法
4）回避法 ➢原理和方法：
对误差产生的条件及原因有所了解，选择合适的观测 地点，避开易产生误差的环境；采用特殊的硬件设备， 消除或减弱误差的影响。
➢所针对的误差源：
• 电磁波干扰 • 多路径效应
➢缺点：无法完全避免误差的影响，具有一定的盲目性
第3讲GPS定位中误差源
求差法消除卫星钟差
如果卫星钟差为△t i ，则对 两个测站上测距的影响均为：
ρcti
两个测站对同一颗卫星
的观测值可写为：
~ρ1 ρ1 ρ ~ρ2 ρ2 ρ
相减后可得：
1
2
~ ρ 1~ ρ 2ρ 1ρ 2
第3讲GPS定位中误差源
2、接收机钟差
➢定义
接收机钟与理想的GPS时之间存在的偏差和漂 移。