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1、目 录 1 绪 论 -1 1.1GPS 全球定位系统简介-1 1.2GPS 测量的误差来源-2 1.3GPS 多路径效应国外研究现状-3 1.4 选题的目的和意义-4 2 GPS 测量多路径效应分析-6 2.1 多路径效应产生的机理-6 2.2 多路径效应的特性-7 2.3 多路径效应的影响-8 3 实测数据分析-9 3.1 测量技术路线-9 3.1.1 理论依据-9 3.1.2 具体技术路线-10 3.2 实验区域和实验仪器-10 3.2.1 实验区域-10 3.2.2 实验仪器-11 3.3 外业观测-11 3.3.1 数据采集-11 3.3.2 数据处理-13 3.4 数据成果分析-17
2、 4 多路径效应减弱措施-18 4.1 选择适合的站址-18 4.2 增长观测时间-18 4.3 对观测者的要求-18 4.4 天线和接收机的设计-19 4.5 数据的后处理-19 5 结论及展望-20 参考文献 -21 致 -22 . . . . . . . GPS 测量多路径效应实例分析 1 绪 论 1.1GPS 全球定位系统简介 GPS 是全球定位系统（Global Positioning System,GPS）的英文简称，目前除美国 外，还有俄罗斯 GLONASS 全球导航卫星系统、欧盟已经计划实施并正在组建的伽利略导 航卫星系统以及中国正在研制的北斗导航定位系统，而通常意义上的 GP
3、S 是指美国 GPS 全球定位系统（Navigation Satellite Tmaingand Ranging/Olobal Positioning System） ，该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统。 自 1973 年以来，GPS 计划已经经历了方案论证和初步设计阶段、全面研制和试验阶 段、实用组网阶段。整个系统分为卫星星座、地面控制和监测站、用户设备三大部分， 方案论证和初步设计阶段：从 1978 年到 1979 年，由位于加利福尼亚的登堡空军基地采 用双子座火箭发射 4 颗试验卫星，卫星运行轨道长半轴为 26560km,倾角 64 度，轨道高度 20000km，这一阶段主要研制
4、了地面接收机及建立地面跟踪网，结果令人满意；全面研制 和试验阶段：从 1979 年到 1984 年，又陆续发射了 7 颗称为“BLOCK I”的试验卫星，研 制了各种用途的接收机，实验表明，GPS 定位精度远远超过设计标准，利用粗码定位，其 精度就可达 14m；实用组网阶段：1989 年 2 月 4 日第一颗 GPS 工作卫星发射成功，这一 阶段的卫星称为“BLOCK II” 和 “BLOCK IIA”，此阶段宣告 GPS 系统进入工程建设状 态，1993 年底实用的 GPS 网即（21+3）GPS 星座已经建成，今后将根据计划更换失效的 卫星。 当初，设计 GPS 系统的主要目的是用于导航、
5、收集情报等军事目的。但是，后来的 应用开发表明，GPS 系统不仅能够达到上述目的，而且用 GPS 卫星发来的导航定位信号能 够进行厘米级甚至毫米级精度的静态相对定位，米级至亚米级精度的动态定位，亚米级 至厘米级精度的速度测量和毫微秒级精度的时间测量。因此，GPS 系统展现了极其广阔的 应用前景。例如，多元化空间资源的出现，给 GPS 的发展创造了一个前所未有的良好的 . . . . . . . 国际环境。GPS 产业也正在不断的发展，美国已经成立 GPS 产业协会（US-GIS），从 1994 年开始美国车载 GPS 系统销售量逐年正在成倍或数倍的增加；日本的车载导航也一 样。我国目前也有一些
6、单位生产车载 GPS 系统，为发展我国的 GPS 产业，已经成立中国 GPS 工程技术研究中心。 GPS 技术在国也正迅速的发展，近几年，我国已建成了、等永久性的 GPS 跟踪站， 进行对 GPS 卫星的精密定轨，为高精度的 GPS 定位测量提供观测数据和精密星历服务， 致力于我国自主的广域差分 GPS（WADGPS）方案的建立，参与全球导航卫星系统（GNSS） 和 GPS 增强系统（WAAS）的筹建。同时，我国已着手建立自己的卫星导航系统（双星定 位系统），能够生产各种类型的 GPS 接收机及相关设备，GPS 技术的应用正向更深层次发 展。为了适应 GPS 技术的应用与发展，1995 年成立
7、了中国 GPS 协会，协会下设 8 个专业 委员会，希望通过广泛的交流与合作，发展我国的 GPS 应用技术。 1.2GPS 测量的误差来源 随着科学技术的发展， GPS 的发展也越来越迅速，而且由于它的精度高、全天候、 高效率、多功能、操作简便、应用广泛等特点，其在社会的各个方面应用也越来越多， 如国民经济，国防军事等。更是由于其应用的广泛，因此对其定位精度的要求也越来越 高，但是，任何测量计算都会存在误差，GPS 测量自然也不例外。 按 GPS 信号产生与传播的顺序，GPS 误差来源可归纳为以下几点： （1）与卫星有关的误差 GPS 测量与卫星有关，也会产生如下误差。卫星星历误差：星历所给出
8、的卫星在空间 的位置与实际位置之差叫做卫星星历误差；卫星钟的钟误差：卫星上装有高精度的原子 钟，GPS 观测是以 GPS 时间为基准的，原子钟守时与标准 GPS 时存在误差，就是卫星钟的 钟误差；相对论效应：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 之间产生相对钟误差的现象就叫相对论效应。 （2）与信号传播有关的误差 GPS 信号到达地面要经过大气层，产生一系列的反射和折射，从而出现电离层折射误 差、对流层折射误差、多路径效应误差。电离层折射：GPS 信号是由两万公里之外的高空 GPS 卫星发射而来的，当信号通过电离层时，信号的路径会发生弯曲折射，传播速度也会 发生变化，对站星
9、距离测量影响很大，这就是电离层折射；对流层折射：对流层是距离 地面 40km 一下的大气层，其大气密度比电离层更大，大气状态很复杂，对流层与地面接 . . . . . . . 触并从地面得到辐射热能，其温度随高度的上升而降低，GPS 信号通过对流层时，传播路 径也发生折射，从而使测量距离产生偏差，这种现象就叫对流层折射；多路径效应：在 GPS 测量中，如果测站周围的反射物的卫星信号（反射波）进入接收机天线，这就将和直 接来卫星的信号（直接波）产生干涉，从而使观测值偏离真值，这种现象就叫多路径效 应。 （3）与接收机有关的误差 接收机钟误差：在 GPS 测量时，为了保证随时导航定位的需要，卫星钟
10、必须具有极 好的长期稳定度。GPS 接收机一般设有高精度的石英钟，日频率稳定度约为 10-9。如果接 收机钟与卫星钟之间的同步差为 1vs，则引起的等效距离误差为 300m；接收机的位置误 差：此误差是指接收机天线相位中心相对测站标石中心位置的误差，这里包括天线的置 平和对中误差。天线相位中心位置的偏差：此偏差表现为天线的相位中心与几何中心的 不一致，相位中心会因信号方向与强度不同而有所变化，同时与天线质量有关，其偏移 可达几毫米到几厘米。在相对定位中，对天线按方位进行定向安置，再利用求差处理可 消弱其影响。 当然还有一些其他的误差，如地球自转的影响，地球潮汐的影响等。 按误差的性质，GPS 误差又可分为系统误差与偶然误差，系统误差主要包括卫星的星 历误差、卫星钟差以及接收机钟差等；而偶然误差主要包括信
