GPS测量误差及精度控制的几点探讨.doc

1、GPS 测量误差及精度控制的几点探讨摘要：GPS 以其具有全能性、全球性、全天候、精度高、观测时间短、测站间不需要通视等优点在众多领域中已经得到广泛应用。但是由于空间卫星与地面接受设备距离较远，在接收过程中肯定会存在误差，本文将从 GPS 测量误差来源入手进行分析，并提出进行有效控制误差提高精度的策略。 关键词：GPS 测量；误差；精度控制 中图分类号：P228.4 文献标识码： A 一、关于 GPS 定位系统 1、空间卫星群 24 颗卫星群（2.02 万 km）组成的就是 GPS 空间卫星群，其分布在六个特定轨道上，各面间的交角是 60，而地球赤道和轨道的倾斜角是55，卫星轨道运行的周期是

2、11h58min，也只有这样才能确保在任何地点、时间、地平线能够最少收取到 4 颗卫星发出的信号。 2、地面控制系统 其主要是由 3 个注入站、1 个主控站、5 个监测站所组成的，其中注入站作用就是把主控站计算出的信息全部注进到卫星里；主控站作用就是通过 GPS 观测出的数据，对卫星钟改正参数以及将卫星星历计算出来，然后再将计算结果利用注入站传送到卫星当中；监控站作用是接收卫星所发出的信号，对卫星工作情况进行监测。 3、用户部分 GPS 用户部分是由气象仪、计算机、数据处理软件以及接收器所组成的，用户部分的作用就是收取卫星所发出的信号，然后通过这些接收到的信号来定位导航。随着科技的不断发展，也

3、产生出了很多重量轻、易携带、体积小的 GPS。 二、GPS 误差的来源 1、卫星星历误差 卫星星历主要是根据监测站所跟踪的 GPS 卫星来设定的，因为卫星会在空中受到不同程度的摄动力以及监测站所测定出的误差，那么这也就使卫星轨道会产生误差，而卫星星历是由监测站推算处理的，那么其提供出的卫星位置与卫星实际位置也就会产生一定偏差。GPS 测量误差的重要来源就是星历误差，那么要是定位精度的要求在 1ppm 以下时，那么轨道误差就可以忽略不计。而一些精度要求比较高的，就可以利用同步观测值的求差来消弱轨道误差的影响，特别是在基线比较短的时候，这种影响会更不明显。 2、天线中心位置所导致的偏差 GPS 所

4、测量的观测值都是通过卫星再去接受机天线的相位中心距离，那么天线对中也就是将天线几何中心来作为标准的，所以天线几何中心与相位中心就一定要一致，但是实际上相位中心的位置会随着信号输入方向、强度的变化不断发生变化的，那么这个时候相位中心理论位置就和与瞬时位置产生差异，最终这个差异也就形成定位误差。 3、对流层的信号传播延迟 出现对流层延迟的原因，主要是电磁波信号在通过对流层的时候，其传播速度和真空中光的传播速度不同所引起的。其中又分为干大气分量和湿大气分量，在低仰角的时候其能够达到 20 米。其中干大气分量大概占有 80%至 90%，这点能够利用模型将其大部分进行改正。大气分量所占用的数值虽然不大，

5、但是它随着纬度和高度出现的变化，而随之变化。也就是说纬度和高度越高，其变化值也随之相应的变高，并且除此之外还随着时间变化的非常快。在实践中对于空气中的水汽与干气非常的难以预测，因此在实践当中进行大气测试，通常都是干气和湿气两者融合在一起的数值，所以对于准确性就显得难以做出有效的判断。然而在电流层延迟和电离层延迟之间没有多大的变化，所出现的主要影响是天顶方向。由于他们之间具有相关性，在短基线测量中，对此能够很好的进行消除，在长基线测量中采取双频接收机也能很好的减少其影响。 4、电离层的信号传播延迟 信号在传播的过程中引起延迟的原因是电离层，其主要是和沿用卫星与用户使用的接收机视线方向所呈现出来的

6、电子密度有关，接收视线方向如果处于垂直视线，那么所体现出来的延迟值在夜间平均可以达到三米，在白天的时候延迟值可以达到十五米，然而在低仰视角度情况中，所出现的延迟值分别是九米和四十五米，并且在反常时期所出现的延迟值还会进一步增加。 5、观测误差 根据经验，一般认为观测的分辨误差约为信号波长的 1%。故知道载波相位的分辨误差比码相位不小，由于此项误差属于偶然误差，可适当地增加观测量，将会明显地减弱其影响。接收机天线相对于观测站中心的安置误差，主要是天线的置不与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。 二、GPS 测量精度控制 1、控制卫星星历误

7、差 GPS 卫星轨道可以通过 GPS 跟踪网来确定，而跟踪站地心的坐标误差会对卫星造成 10 倍之多的影响，所以跟踪站地心的坐标精度就要优于0.1m，而卫星轨道精度则是要优于 2m。在使用约束基准法来约束基站松弛轨道加权的时候，我们可以得出优过 5m 的坐标值，那么这也就基本能满足目前我国对区域性定轨的需求。如果使用我国现在所拥有的跟踪基站，那么通过记录所观测到的卫星数值，我们就可以将直接产生的轨道根数误差改成正值，这样也就可以直接对用户播发出精密星历，从而代替有误差的技术。 2、控制天线位置偏差 天线几何中心和相位中心需要重合，所以在进行设计时需要尽量减少天线中心位置偏差。可采用的方法是：设

8、计天线时让其天线盘上指定的指针均指向北方，通过这种方法，在进行相对位置定位时，可采用求差的方法来削弱几何中心和相位中心不重合的偏差。并且在野外测量时，要严格要求天线对中，整平，并且将天线盘上的方向指北。 接收机天线附近的斜面、垂直面、水平面都可以反射 GPS 信号，像是天线周围的沙滩、水塘、山坡、山谷、道路、树木、水沟、建筑这些都能进行反射，因此我们在 GPS 定位的时候，一定要尽量的避开这些实物。通常控制接收机时钟精度都是使用下面这些方法：在单点定位的时候，把时钟差当成未知数然后在方程式里求解；在载波相对定位的时候，可以求出观测值差，然后再去除掉时钟差；在定位高精度的时候，可以外接频标，从而

9、提供出高精度时间标准。 3、信号传播精度控制 电离层延迟导致的信号误差可通过一下几个措施进行防治： （1）球差时利用同步测量。 （2）膜拟电离层模型，实验改进方案。 （3）便换接收机，采用双频接受。 为了减少对流层的折射对信号传输的影响，可采用的控制措施有： (1)利用同步观测求差值，使结果更加精确。 (2)同减少电离层影响的措施一样，将对流程建模，进行模型改正。首先测量对流层各项参数，在实验室根据数据参数进行实际建模，通过接近实际的模型来研究如何减少对流层对信号的影响。 4、卫星轨道误差控制 在 GPS 定位测量中，处理卫星轨道误差有以下几种方法：（1）忽略轨道误差。这种方法以从导航电文中所

10、获得的卫星轨道信息为准，不再考虑卫星轨道实际存在的误差，所以广泛的用于精度较低的实时单点定位工作中；（2）同步观测值求差。这一方法是利用在两个或多个观测站一同，对同一卫星的同步观测值求差。以减弱卫星轨道误差的影响。 5、观测误差精度控制 首先对于地面工作站工作人员的专业素质进行培训，使每个数据观测人员均能准确对检测数据进行收集与整理，具备发现问题，分析问题，解决问题的能力。其次对于观测精度的控制可采用太阳光压改正模型，这些模型包括：标准光压模型、ROCK4 光压摄动模型以及多项式光压模型，这几种光压模型精度相当，均可以满足 lm 定规要求。 结束语 综上所述，在实践中利用 GPS 进行作业测量，我们需要对其所体现出来的所有误差进行全面有效的分析，综合考虑各方面因素对 GPS 所造成的负面影响，采取有效的措施尽量的给予避免问题发生，减少项目作业中的误差出现，只有这样才能够更好的使用 GPS 进行测量，保证其测量数据的精确性。 参考文献 1颜海岸.浅析影响 GPS 测量误差因素和精度控制期刊论文.城市建设与商业网点，2009. 2郑广伟，徐思达，贾国宪，郑战辉.GPS 观测数据质量评价指标分析J.海洋测绘，2012. 3刘胜旋，林勇，黄辰虎.1PPS 时间同步对多波束测深质量的影响J.海洋测绘，2011.