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1、重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析1重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析2利用利用利用利用GPSGPS进行定位时，会受到各种各样因素的影响。进行定位时，会受到各种各样因素的影响。进行定位时，会受到各种各样因素的影响。进行定位时，会受到各种各样因素的影响。影响影响影响影响GPSGPS定位精度的因素可分为四大类。这些因素主要定位精度的因素可分为四大类。这些因素主要定位精度的因素可分为四大类。这些因素主要定位精度的因素可分为四大类。这些因素主要影响电磁波传播时间的测量和卫星精确位置的获得，误影响电磁波传播时间的测量和卫星精确位
2、置的获得，误影响电磁波传播时间的测量和卫星精确位置的获得，误影响电磁波传播时间的测量和卫星精确位置的获得，误差通过测量平差方程传播给差通过测量平差方程传播给差通过测量平差方程传播给差通过测量平差方程传播给GPSGPS定位结果，所谓精密定定位结果，所谓精密定定位结果，所谓精密定定位结果，所谓精密定位，就是利用各种模型，估算出下面列出的各种误差位，就是利用各种模型，估算出下面列出的各种误差位，就是利用各种模型，估算出下面列出的各种误差位，就是利用各种模型，估算出下面列出的各种误差（大部分），这是（大部分），这是（大部分），这是（大部分），这是GPSGPS应用的前沿课题。应用的前沿课题。应用的前沿课
3、题。应用的前沿课题。 误差来源误差来源误差分类误差分类GPS卫星卫星卫星星历误差；卫星星历误差；卫星钟误差；卫星钟误差；相对论效应相对论效应信号传播信号传播电离层折射误差；电离层折射误差；对流层折射误差；对流层折射误差；多路径效应多路径效应接收设备接收设备接收机钟误差；接收机钟误差；接收机位置误差；接收机位置误差；天线相位中心变化天线相位中心变化其他其他地球潮汐；地球潮汐；负荷潮等负荷潮等重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析3重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析4|卫星星历误差卫星星历误差|卫星钟差卫星钟差|相对论效应相对
4、论效应重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析5 在进行在进行GPS定位时，计算在某时刻定位时，计算在某时刻GPS卫星位置所需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。置有所差异，这就是所谓的星历误差。|广播星历广播星历根据美国根据美国GPS控制中心跟踪站的观测数据进行控制中心跟踪站的观测数据进行外推，通过外推，通过GPS卫星发播的一种预报星历。卫星发播的一种预
5、报星历。|实测星历实测星历根据实测资料进行拟合处理而直接得出的星历。根据实测资料进行拟合处理而直接得出的星历。其大小主要取决于卫星跟踪站的数量及空间分布、观测值其大小主要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。完善程度。重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析6 2 2）星历误差对定位的影响星历误差对定位的影响单点定位：点定位： 星星历误差的径向分量作差的径向分量作为等价等价测距距误差差进入平差入平差计算，配算，配赋到星站坐到星站坐标和接收机和接收机钟差
6、改正数中去，具体配差改正数中去，具体配赋方方式式则与与卫星的几何星的几何图形有关。形有关。相相对定位：定位： 利用两站的同步利用两站的同步观测资料料进行相行相对定位定位时，由于星，由于星历误差差对两站的影响具有很两站的影响具有很强的相关性，所以在求坐的相关性，所以在求坐标差差时，共同的影响可自行消去，从而共同的影响可自行消去，从而获得高精度的相得高精度的相对坐坐标。根据。根据一次一次观测的的结果，可以果，可以导出星出星历误差差对定位影响的估算式定位影响的估算式为： 由卫星星历误差所引起的基线误差由卫星星历误差所引起的基线误差基线长基线长卫星星历误差卫星星历误差卫星至测站的距离卫星至测站的距离重
7、重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析7a. a. 同步同步观测值求差：求差：因因为在相在相对定位中，同一定位中，同一卫星的位置星的位置误差差对不同不同观测站同步站同步观测量的影响量的影响具有系具有系统性，所以性，所以对两个或多个两个或多个观测站站对同一同一卫星的同步星的同步观测值求差可以减弱星求差可以减弱星历误差的影响。差的影响。 b. b. 轨道松弛法：道松弛法：在平差模型中把在平差模型中把卫星星星星历给出的出的卫星星轨道道视为初始初始值，将其改正数作，将其改正数作为未知未知数，通数，通过平差同平差同时求得求得测站位置及站位置及轨道改正数的道改正数的方法。方
8、法。 c. c. 建立建立卫星跟踪网独立定星跟踪网独立定轨。 3 3）削弱星历误差的方法：削弱星历误差的方法：重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析8 卫星钟差是卫星钟差是GPS卫星上所安装的原子钟卫星上所安装的原子钟的钟面时与的钟面时与GPS标准时间的误差。标准时间的误差。 卫星钟采用的是卫星钟采用的是GPS时，但尽管时，但尽管GPS卫星均设卫星均设有高精度的原子钟（铷钟和铯钟），它们与理想的有高精度的原子钟（铷钟和铯钟），它们与理想的GPS时之间仍存在着难以避免的频率偏差或频率漂时之间仍存在着难以避免的频率偏差或频率漂移，也包含钟的随机误差。这些偏差总量在
9、移，也包含钟的随机误差。这些偏差总量在1ms以以内，由此引起的等效距离可达内，由此引起的等效距离可达300km。重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析9 式中式中t t0 0为一参考一参考历元，系数元，系数a a0 0、a a1 1、a a2 2分分别表示表示钟在在t t0 0时刻的刻的钟差、差、钟速及速及钟速的速的变率。率。这些数些数值由由卫星的地面控星的地面控制系制系统根据前一段根据前一段时间的跟踪的跟踪资料和料和GPSGPS标准准时推算出来，推算出来，并通并通过卫星的星的导航航电文提供文提供给用用户。卫星星钟差可通差可通过下式得到改正：下式得到改正： 经
10、上述上述钟差改正后，各差改正后，各卫星星钟之之间的同步差可的同步差可保持在保持在20ns20ns以内，由此引起的等效距离偏差不超以内，由此引起的等效距离偏差不超过6m6m。卫星星钟差或差或经改正后的残差，在相改正后的残差，在相对定位中可定位中可通通过差分法在一次求差中得到消除。差分法在一次求差中得到消除。重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析10 相对论效应是由于卫星钟和接收机钟所处的状态不同而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的卫星钟和接收机钟之间产生相对钟差的现象。相对论引起的卫星钟和接收机钟之间产生相对钟差的现象。相对论效应主要取决于卫
11、星的运动速度和重力位，并且是以卫星钟效应主要取决于卫星的运动速度和重力位，并且是以卫星钟误差的形式出现误差的形式出现 。狭义相对论观点狭义相对论观点一个频率为一个频率为f0的振荡器安装在飞行速的振荡器安装在飞行速度为度为v的的载体上，由于载体的运动，对地面观测者来说将产载体上，由于载体的运动，对地面观测者来说将产生频率变化。生频率变化。说明从地面明从地面观测，卫星星钟走得慢，影响走得慢，影响电磁波磁波传播播时间的的测定。定。 重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析11广义相对论观点广义相对论观点处于不同等位面的振荡器，其处于不同等位面的振荡器，其频率将由于引力
12、位不同而发生变化。频率将由于引力位不同而发生变化。 事实上相对论效应的影响并非常数，所以经改正后仍有残事实上相对论效应的影响并非常数，所以经改正后仍有残差，它对差，它对GPSGPS时的影响最大可达时的影响最大可达70ns70ns，对精密定位仍不可忽略。，对精密定位仍不可忽略。 说明由于相对论效应的影响，使一台钟放到高速运行的卫说明由于相对论效应的影响，使一台钟放到高速运行的卫星后其频率比在地面时增加了星后其频率比在地面时增加了，所以最简单的，所以最简单的解解决办法决办法是在制造卫星钟时预先把频率降低是在制造卫星钟时预先把频率降低。重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差
13、分分析析12电离层折射电离层折射对流层折射对流层折射多路径误差多路径误差重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析13 电离层是高度位于电离层是高度位于50km至至1000km之间的大气层。由于之间的大气层。由于太阳的强烈辐射，电离层中的部分气体分子将被电离形成大太阳的强烈辐射，电离层中的部分气体分子将被电离形成大量的自由电子和正离子。当电磁波信号穿过电离层时，信号量的自由电子和正离子。当电磁波信号穿过电离层时，信号的路径会产生弯曲（但对测距的影响很微小，一般可不顾及）的路径会产生弯曲（但对测距的影响很微小，一般可不顾及），传播速度会发生变化（其中自由电子起主要作
14、用）。所以，传播速度会发生变化（其中自由电子起主要作用）。所以用信号的传播时间乘上真空中的光速而得到的距离就会不等用信号的传播时间乘上真空中的光速而得到的距离就会不等于卫星至接收机间的几何距离，这种偏差叫电离层折射误差。于卫星至接收机间的几何距离，这种偏差叫电离层折射误差。对于对于GPS信号来讲，这种距离差在天顶方向最大可达信号来讲，这种距离差在天顶方向最大可达50m（太阳黑子活动高峰年（太阳黑子活动高峰年11月份的白天），在接近地平方向时月份的白天），在接近地平方向时（高度角为（高度角为20时）则可达时）则可达150m。重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析
15、14电子密度电子密度若在测码伪距测量中测得信号得传播时间为若在测码伪距测量中测得信号得传播时间为 ，则卫星至，则卫星至接收机的真正距离接收机的真正距离S S为：为：电离层改正项电离层改正项信号传播路径信号传播路径S的电子总量的电子总量重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析15 电离离层影响具有以下三大特性：影响具有以下三大特性： . .扩散性：指它的折射系数是散性：指它的折射系数是电磁波磁波频率的率的函数。函数。 .互互补性：指它性：指它对码相位相位观测值和和载波相位波相位观测值的影响偏差大小相等，符号相反。的影响偏差大小相等，符号相反。 载波相位波相位观测：
16、 测码伪距距观测：式中：式中：d dionion为电离离层改正，改正，C C为真空中的光速，真空中的光速，f f为信号的信号的频率率(H(Hz z) )，N Ne e为电子密度，子密度， 表示表示沿着信号沿着信号传播路径播路径SS对电子密度子密度N Ne e进行行积分，即分，即电子子总量量( (在天在天顶方向最小方向最小, ,地平方向最大地平方向最大) )。 .瞬瞬变性：指它性：指它对GPSGPS测量的影响随量的影响随时间、地、地点、季点、季节和年代等而和年代等而发生生较大大变化。化。 重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析16a.利用双频观测：利用双频观测：
17、由以上电离层改正公式可知，由以上电离层改正公式可知，电磁波通过电离层所产生的折射改正数与电磁波电磁波通过电离层所产生的折射改正数与电磁波的频率的平方成反比，如果分别用两个不同频率的频率的平方成反比，如果分别用两个不同频率的载波来发射卫星信号，这两个信号就将沿着同的载波来发射卫星信号，这两个信号就将沿着同一路径到达接收机，虽然电子总量无法准确知道，一路径到达接收机，虽然电子总量无法准确知道，但对两个频率来说是相同的，所以最后可以求得但对两个频率来说是相同的，所以最后可以求得电离层折射改正电离层折射改正(测码伪距观测测码伪距观测)或两个改正项的或两个改正项的相互关系相互关系(载波相位观测载波相位观
18、测)。双频接收机正是利用。双频接收机正是利用该原理有效地削弱了电离层的影响该原理有效地削弱了电离层的影响,所以其定位精所以其定位精度比单频接收机高。度比单频接收机高。 重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析17则对于同一台接收机来说，用调制在两个不同频率载波上则对于同一台接收机来说，用调制在两个不同频率载波上的测距码测得的站星伪距分别为的测距码测得的站星伪距分别为 :利用载波相位观测时的改正符号与其相反，且要引入利用载波相位观测时的改正符号与其相反，且要引入N N0 0。重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析18电子密度与大气
19、高度的关系子密度与大气高度的关系重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析19b.利用电离层改正模型加以修正利用电离层改正模型加以修正：对于单：对于单频频GPS接收机的用户，为了减弱电离层的接收机的用户，为了减弱电离层的影响，一般采用由导航电文所提供的电离影响，一般采用由导航电文所提供的电离层模型，或其它适宜的电离层模型对观测层模型，或其它适宜的电离层模型对观测量加以改正。但是，实测资料表明，目前量加以改正。但是，实测资料表明，目前模型改正大体上只能消除电离层折射影响模型改正大体上只能消除电离层折射影响的的75%左右。左右。重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GP
20、SGPS测测量量误误差差分分析析20|BentBent模型模型z由美国的提出由美国的提出z描述描述电子密度子密度z是是经纬度、度、时间、季、季节和太阳和太阳辐射流量的函数射流量的函数|国国际参考参考电离离层模型（模型（IRI IRI International Reference IonosphereInternational Reference Ionosphere）z由国由国际无无线电科学科学联盟（盟（URSI International URSI International Union of Radio ScienceUnion of Radio Science）和空）和空间研究委研究委
21、员会会（COSPAR - Committee on Space ResearchCOSPAR - Committee on Space Research）提）提出出z描述高度描述高度为50km-2000km50km-2000km的区的区间内内电子密度、子密度、电子温度、子温度、电离离层温度、温度、电离离层的成分等的成分等z以地点、以地点、时间、日期等、日期等为参数参数电离离层改正的改正的经验模型模型简介介重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析21|KlobucharKlobuchar模型模型z由美国的提出由美国的提出z描述描述电离离层的的时延延z广泛地用于广泛
22、地用于GPSGPS导航定位中航定位中zGPSGPS卫星的星的导航航电文中播文中播发其模其模型参数供用型参数供用户使用使用重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析22c. c. 利用同步利用同步观测值求差：求差：该方法是利用两台或多方法是利用两台或多台接收机台接收机对同一同一组卫星的同步星的同步观测值求差，以减求差，以减弱弱电离离层折射的影响，尤其是当折射的影响，尤其是当观测站的距离站的距离较近近时( (如如20km)20km)，由于，由于卫星信号到达不同星信号到达不同观测站的站的传播路程的大气状况很相似，因此通播路程的大气状况很相似，因此通过不同不同观测站站对相
23、同相同卫星的同步星的同步观测值求差更能求差更能显著地减弱著地减弱电离离层折射影响，改正后其残差一般折射影响，改正后其残差一般为1ppmD.1ppmD.所以在所以在GPSGPS测量中量中, ,对于短距离的相于短距离的相对定位，使用定位，使用单频接收机也能达到接收机也能达到较高的精度，但随着基高的精度，但随着基线的的增增长，其精度会明，其精度会明显下降。所以下降。所以单频接收机的精接收机的精度会受到度会受到测程的限制。程的限制。重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析23d. d. 采用具有采用具有CCDCCD技技术的的单频接收机：接收机：CCDCCD技技术是是“码
24、/ /载波相位波相位扩散技散技术”的的简称，由美国学者称，由美国学者B.WB.W雷蒙迪在雷蒙迪在19931993年首先提出。年首先提出。该技技术的原理的原理是利用是利用电离离层的互的互补特性即它特性即它对测码伪距距观测值和和载波相位波相位观测值影响的偏差大小相等，符号相影响的偏差大小相等，符号相反。从而将反。从而将这两种两种观测值进行加行加权组合，以削弱合，以削弱电离离层的影响。的影响。该技技术在在19941994年成功地用于年成功地用于实践，践，在在边长为300km300km时得出的定位精度达到了得出的定位精度达到了(13) (13) 1ppmD1ppmD。此后一些公司的。此后一些公司的单频
25、接收机先后采用接收机先后采用了了该技技术，已能将，已能将单频接收机的接收机的测程从程从20km20km急急剧的的扩大到大到100300km100300km。重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析24e.选择最佳观测时间：选择最佳观测时间：由于电离层对由于电离层对GPS测量的影响随时间，地点，季节和年代等测量的影响随时间，地点，季节和年代等而发生较大变化而发生较大变化(瞬变性瞬变性)。实测资料表明，。实测资料表明，电离层对电离层对GPS测量的影响白天比夜间大测量的影响白天比夜间大5倍左右，每年倍左右，每年11月比月比7月大月大4倍左右。所以倍左右。所以要尽量避开
26、在每天要尽量避开在每天1214时观测，在夜间时观测，在夜间观测最好。此外，在太阳黑子活动高峰期观测最好。此外，在太阳黑子活动高峰期也不宜观测。也不宜观测。重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析25 由于地球周围的对流层由于地球周围的对流层(高度在高度在40km以下的大气层以下的大气层)对电磁波的折射效应，使对电磁波的折射效应，使得得GPS信号的传播速度发生变化，这种信号的传播速度发生变化，这种变化称为对流层延迟。变化称为对流层延迟。由于其大气密度由于其大气密度比电离层更大，大气状态也更复杂，且比电离层更大，大气状态也更复杂，且它的折射与地面气候、大气压力它的折
27、射与地面气候、大气压力、温度、温度和湿度变化都密切相关，所以对流层折和湿度变化都密切相关，所以对流层折射比电离层折射更复杂。射比电离层折射更复杂。重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析26|对流层延迟的对流层延迟的90%是由大气中干是由大气中干燥气体引起的，称为燥气体引起的，称为干分量干分量；其；其余余10%是由水汽引起的，称为是由水汽引起的，称为湿湿分量分量。由于大气层中的水汽分布。由于大气层中的水汽分布在时间和空间上变化很大，其折在时间和空间上变化很大，其折射误差很难准确预测，所以射误差很难准确预测，所以湿分湿分量成为限制对流层延迟改正精度量成为限制对流层
28、延迟改正精度的主要因素。的主要因素。重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析27对流流层对信号的影响与信号的高度角有关，信号的影响与信号的高度角有关，在天在天顶方向，信号穿方向，信号穿过对流流层的路的路线最短，其最短，其时延延值约为2.3m2.3m，随着天，随着天顶距的增加，距的增加，时延也延也加大，在地面方向最大，加大，在地面方向最大，约为20m20m。 这对于于GPSGPS导航和低精度定位而言可以航和低精度定位而言可以满足其精度要足其精度要求，所以此求，所以此时可以不考可以不考虑该项误差。但差。但对高、高、中精度的定位中精度的定位测量而言，量而言，则必必须顾
29、及及对流流层误差，尤其是它差，尤其是它对垂直分量影响垂直分量影响较大，大，如果如果对流流层天天顶时延有延有1cm1cm的的误差，差，则将将导致垂直分量致垂直分量产生生3cm3cm的的误差。差。重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析28削弱方法削弱方法: a.采用对流层模型加以改正采用对流层模型加以改正：一般有：一般有Hopfield模型、模型、Saastamoinen模型和模型和Black模型等。如果用同一套气象数据，模型等。如果用同一套气象数据，用上述三种模型求得的天顶方向的对流层延迟的相互较差，用上述三种模型求得的天顶方向的对流层延迟的相互较差，一般仅为几
30、个毫米。但理论分析和实践证明，目前不管是一般仅为几个毫米。但理论分析和实践证明，目前不管是哪种模型，都难以将对流层的影响减少到哪种模型，都难以将对流层的影响减少到92%95%。b.引入描述对流层影响的附加待估参数，在数据处理中一引入描述对流层影响的附加待估参数，在数据处理中一并求解。并求解。c.利用同步观测量求差利用同步观测量求差(原理和削弱电离层相同原理和削弱电离层相同)：同样该同样该法也只适用于短基线法也只适用于短基线(100km时，对流时，对流层误差是制约层误差是制约GPS定位精度提高的重要因素。定位精度提高的重要因素。d.利用水汽辐射计直接测定对流层对信号传播的影响。利用水汽辐射计直接
31、测定对流层对信号传播的影响。此法此法求得的对流层折射湿分量的精度可优于求得的对流层折射湿分量的精度可优于1cm。 重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析29大气延迟对大气延迟对GPSGPS定位的影响定位的影响重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析30 由于接收机周围环境的影响，使得接收机所接由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，收到的卫星信号中还包含有反射和折射信号的影响，使信号产生延迟甚至使波形发生扭曲、失锁、周跳使信号产生延迟甚至使波形发生扭曲、失锁、周跳等，从而产生误差，这
32、就是所谓的多路径效应。如等，从而产生误差，这就是所谓的多路径效应。如下图所示。下图所示。 重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析31重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析32重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析33 自美国政府于自美国政府于2000年年5月月1日取消日取消SA政策政策后，影响后，影响GPS接收机精度的接收机精度的最主要因素就是最主要因素就是多路径效应。多路径效应。根据大量资料的分析研究，当根据大量资料的分析研究，当基线小于基线小于10km时，时，GPS定位的主要误差是天定位的
33、主要误差是天线的对中误差和多路径误差。对中误差可以线的对中误差和多路径误差。对中误差可以人为地减小到人为地减小到13mm，而多路径误差在一，而多路径误差在一般情况下为般情况下为15cm，在高反射条件下（如，在高反射条件下（如城镇、山坡、河流、湖泊、海洋、沙滩等）城镇、山坡、河流、湖泊、海洋、沙滩等）可达可达19cm。在一般反射环境下，多路径效。在一般反射环境下，多路径效应对测码伪距的影响可达米级，对载波相位应对测码伪距的影响可达米级，对载波相位观测的伪距影响可达厘米级。观测的伪距影响可达厘米级。重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析34直接信号和反射信号之间的
34、相位差直接信号和反射信号之间的相位差: 卫星高度角。卫星高度角。减弱因子。减弱因子。载波频率的波长。载波频率的波长。天线高出地面点的高度。天线高出地面点的高度。重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析35 削弱方法：削弱方法：|a.选点时要尽量避开高反射体，如垂直面、平面、选点时要尽量避开高反射体，如垂直面、平面、斜面、水体等。斜面、水体等。选设点位时应远离大面积平静的水面；选设点位时应远离大面积平静的水面；测站不宜选在山坡、山谷和盆地中。测站附近不应有高层测站不宜选在山坡、山谷和盆地中。测站附近不应有高层建筑物，观测时测站附近也不要停放汽车；较好的站址可建筑物
35、，观测时测站附近也不要停放汽车；较好的站址可选在地面有草丛、农作物等植被能较好吸收微波信号的能选在地面有草丛、农作物等植被能较好吸收微波信号的能量的地方。量的地方。|b.尽量选用能削弱多路径效应的天线。尽量选用能削弱多路径效应的天线。如具有如具有Pinwheel技术的天线（技术的天线（Pinwheel技术在中文里又叫技术在中文里又叫“风火风火轮技术轮技术”，它采用，它采用12个馈源来稳定接收信号的相位，使得个馈源来稳定接收信号的相位，使得L1和和L2的波段的相位中心相重合的波段的相位中心相重合,相位中心和物理中心的相位中心和物理中心的两个点相重合两个点相重合,从而使接收信号的相位偏差几乎为从而
36、使接收信号的相位偏差几乎为0，大大，大大提高了提高了GPS天线的接收性能）、天线的接收性能）、扼流圈天线（阻断较低高扼流圈天线（阻断较低高度角的卫星信号和多路径信号）或具有抑径板的天线（隔度角的卫星信号和多路径信号）或具有抑径板的天线（隔断反射物反射的低于天线的多路径信号）等断反射物反射的低于天线的多路径信号）等。重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析36|c.适当延长观测时间，以削弱多路径效应的适当延长观测时间，以削弱多路径效应的周期性影响。周期性影响。多路径效应的影响，一般包括多路径效应的影响，一般包括常数部分和周期性部分，其中常数部分在同常数部分和周期性
37、部分，其中常数部分在同一地点会日复一日的重复出现。一地点会日复一日的重复出现。|d.通过改进跟踪环路削弱多路径通过改进跟踪环路削弱多路径。该方法是该方法是对接收机内部跟踪环路进行改进来削弱多路对接收机内部跟踪环路进行改进来削弱多路径，主要方法有：径，主要方法有：重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析37 1接收机钟差接收机钟差 接收机钟差是接收机钟差是GPS接收机所使用的钟的钟面时与接收机所使用的钟的钟面时与GPS标准标准时之间的差异。时之间的差异。GPS接收机一般采用高精度的石英钟，若接接收机一般采用高精度的石英钟，若接收机钟与卫星钟间的同步差为收机钟与卫星
38、钟间的同步差为1s，则由此引起的等效距离由此引起的等效距离误差差为300m。 削弱方法：削弱方法： a.把每个把每个观测时刻的接收机刻的接收机钟差当作一个独立的未知数，差当作一个独立的未知数，在数据在数据处理中与理中与观测站的位置参数一并求解。站的位置参数一并求解。b.和和卫星星钟差一差一样，将接收机，将接收机钟差也表示差也表示为多多项式形式，式形式，并在并在观测量的平差量的平差计算中求解多算中求解多项式的系数，从而构建接收式的系数，从而构建接收机机钟差模型。差模型。c.通通过对同一同一测站站观测到的不同到的不同卫星星间求差来消除接收机求差来消除接收机的的钟差（如差（如载波相位波相位观测中的双
39、差中的双差观测方程）。方程）。重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析38 2、接收机的位置误差、接收机的位置误差 接收机天线相位中心相对测站标石中心位置的误差，接收机天线相位中心相对测站标石中心位置的误差，叫接收机位置误差。这里包括了天线的对中误差和整平误叫接收机位置误差。这里包括了天线的对中误差和整平误差以及量取天线高误差。因此，在精密定位时必须仔细操差以及量取天线高误差。因此，在精密定位时必须仔细操作，以尽量减少这种误差的影响。在变形监测中应采用有作，以尽量减少这种误差的影响。在变形监测中应采用有强制对中装置的观测墩。强制对中装置的观测墩。3、天线相位中心
40、位置的偏差、天线相位中心位置的偏差 接收机天线相位中心偏差是接收机天线相位中心偏差是GPS接收机天线的标称相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。这种偏差的影响，位中心与其真实的相位中心之间的差异。这种偏差的影响，可达数毫米至厘米。在实际工作中，如果使用同一类型的可达数毫米至厘米。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测站上同步观测了同一组天线，在相距不远的两个或多个测站上同步观测了同一组卫星，那么就可以通过观测值求差来削弱相位中心偏移的卫星，那么就可以通过观测值求差来削弱相位中心偏移的影响。此时要求各测站的天线应按天线附有的方位标进行影响。此时要求各测站
41、的天线应按天线附有的方位标进行定向，使之根据罗盘指向磁北极。通常定向偏差应保持在定向，使之根据罗盘指向磁北极。通常定向偏差应保持在3以内。以内。重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析391、地球自转的影响、地球自转的影响 当卫星信号传播到观测站时，而与地球相固连的协议当卫星信号传播到观测站时，而与地球相固连的协议地球坐标系相对卫星的上述瞬时位置以饶地球坐标系相对卫星的上述瞬时位置以饶Z轴产生了旋轴产生了旋转，从而产生了微小的误差。转，从而产生了微小的误差。2、GPS控制部分人为或计算机造成的影响控制部分人为或计算机造成的影响 由于由于GPS控制部分的问题或用户
42、在进行数据处理时引控制部分的问题或用户在进行数据处理时引入的误差等。入的误差等。3、数据处理软件的影响、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。数据处理软件的算法不完善对定位结果的影响。重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析404、地球潮汐改正、地球潮汐改正 因为地球并非是一个刚体，所以在太阳因为地球并非是一个刚体，所以在太阳和月球的万有引力作用下，固体地球要产生和月球的万有引力作用下，固体地球要产生周期性的弹性形变，称为周期性的弹性形变，称为固体潮固体潮。此外，在。此外，在日月引力的作用下，地球上的负荷也将发生日月引力的作用下，地球上的负荷也将发生周期性的变动，使地球产生周期的形别，称周期性的变动，使地球产生周期的形别，称为为负荷潮汐负荷潮汐，如海潮。固体潮和负荷潮汐引，如海潮。固体潮和负荷潮汐引起的测站位移可达起的测站位移可达80cm，使不同时间的测，使不同时间的测量结果互不一致，在高精度相对定位时应考量结果互不一致，在高精度相对定位时应考虑其影响（构造位移模型）。虑其影响（构造位移模型）。重重庆庆交交通通大大学学测测绘绘系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析41
