《符合教材》第四章-GPS测量误差分析概述优秀PPT.ppt

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1、甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析1第七章 GPS测量误差分析甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系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

2、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

3、课题。应用的前沿课题。应用的前沿课题。一、GPS测量误差分类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；负荷潮等负荷潮等甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析3甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系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

4、星钟差卫星钟差|相对论效应相对论效应甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析5 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供应的，但不论接受哪种类型的星历，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。1、卫星星历误差1）来源：|广播星历广播星历依据美国依据美国GPS限制中心跟踪站的观测数限制中心跟踪站的观测数据进行外推，通过据进行外推，通过GPS卫星发播的一种预报星历。卫星发播的一种预报星历。|实测星历实测星历依据实测资料进行拟合处理而干脆得出依据实测资料进行拟合处理而干脆得出的星历。其大小主要取决于卫

5、星跟踪站的数量及空的星历。其大小主要取决于卫星跟踪站的数量及空间分布、观测值的数量及精度、轨道计算时所用的间分布、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。轨道模型及定轨软件的完善程度。甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系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：单点定位：星历误差的径向重量作为等价测距误差进入平星历误差的径向重量作为等价测距误差进入平差计算，配赋到星站坐标和接收机钟差改正数中去，差计算，配赋到星站坐标和接收机钟差改正数中去，具体配赋方式则与卫星的几何图形有关。具体配赋方式则与卫星的几何图形有关。相对定

6、位：相对定位：利用两站的同步观测资料进行相对定位时，由利用两站的同步观测资料进行相对定位时，由于星历误差对两站的影响具有很强的相关性，所以于星历误差对两站的影响具有很强的相关性，所以在求坐标差时，共同的影响可自行消去，从而获得在求坐标差时，共同的影响可自行消去，从而获得高精度的相对坐标。依据一次观测的结果，可以导高精度的相对坐标。依据一次观测的结果，可以导出星历误差对定位影响的估算式为：出星历误差对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甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量

7、量误误差差分分析析7a.a.同步观测值求差：同步观测值求差：因为在相对定位中，同一卫因为在相对定位中，同一卫星的位置误差对不同观测站同步观测量的影响具星的位置误差对不同观测站同步观测量的影响具有系统性，所以对两个或多个观测站对同一卫星有系统性，所以对两个或多个观测站对同一卫星的同步观测值求差可以减弱星历误差的影响。的同步观测值求差可以减弱星历误差的影响。b.b.轨道松弛法：轨道松弛法：在平差模型中把卫星星历给出的在平差模型中把卫星星历给出的卫星轨道视为初始值，将其改正数作为未知数，卫星轨道视为初始值，将其改正数作为未知数，通过平差同时求得测站位置及轨道改正数的方法。通过平差同时求得测站位置及轨

8、道改正数的方法。c.c.建立卫星跟踪网独立定轨。建立卫星跟踪网独立定轨。3 3）减弱星历误差的方法：）减弱星历误差的方法：甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系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。2、卫星钟误差 卫星钟接受的是GPS 时，但尽管GPS卫星均设有高精度的原子钟（铷钟和铯钟），它们与志向的GPS时之间仍存在着难以避开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1ms以内，由此引起的等效距离可达300km。甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测

9、测量量误误差差分分析析9 式中t0为一参考历元，系数a0、a1、a2分别表示钟在t0时刻的钟差、钟速及钟速的变率。这些数值由卫星的地面限制系统依据前一段时间的跟踪资料和GPS标准时推算出来，并通过卫星的导航电文供应应用户。卫星钟差可通过下式得到改正：卫星钟差可通过下式得到改正：经上述钟差改正后，各卫星钟之间的同步差可保持在20ns以内，由此引起的等效距离偏差不超过6m。卫星钟差或经改正后的残差，在相对定位中可通过差分法在一次求差中得到消退。甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系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引起的卫星钟和接收机钟之间产生相对

10、钟差的现象。相对论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。狭义相对论观点一个频率为f0的振荡器安装在飞行速度为v的 载体上，由于载体的运动，对地面观测者来说将产生频率变更。3、相对论效应说明从地面观测，卫星钟走得慢，影响电磁波传播时间的说明从地面观测，卫星钟走得慢，影响电磁波传播时间的测定。测定。甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系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，其频率将由于引力位不同而发生变更。频率将由于引力位不同而发生变更。事实上相对论效应的影响并特殊数，所以经改正后仍有残事实上相

11、对论效应的影响并特殊数，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，对精密定位仍不行忽视。，对精密定位仍不行忽视。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 ，所以最简洁的解决方法是在制造卫星钟时预先把频率降低 。甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析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甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析13 电离层是高度位于50km至1000km之间的大气层。由于太阳的猛烈辐射，电离层中的部分气体分子

12、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），传播速度会发生变更（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GPS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11月份的白天），在接近地平方向时（高度角为20时）则可达150m。1、电离层折射误差1）电离层及其影响甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析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

13、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甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析15 电离层影响具有以下三大特性：.扩散性：指它的折射系数是电磁波频率的函数。.互补性：指它对码相位观测值和载波相位观测值的影响偏差大小相等，符号相反。载波相位观测：测码伪距观测：式中：dion为电离层改正，C为真空中的光速，f为信号的频率(Hz)，Ne为电子密度，表示沿着信号传播路径S对电子密度Ne进行积分，即电子总量(在天顶方向最小,地平方向最大)。.瞬变性：指它对G

14、PS测量的影响随时间、地点、季节和年头等而发生较大变更。甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系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：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，假如分别用两个不同频率的频率的平方成反比，假如分别用两个不同频率的载波来放射卫星信号，这两个信号就将沿着同的载波来放射卫星信号，这两个信号就将沿着同一路径到达接收机，虽然电子总量无法精确知道，一路径到达接收机，虽然电子总量无法精确知道，但对两个频率来说是相同的，所以最终可以求得但对两

15、个频率来说是相同的，所以最终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减弱了电离层的影响该原理有效地减弱了电离层的影响,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。2)减弱电离层影响的方法甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系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

16、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。甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析18电子密度与大气高度的关系电子密度与大气高度的关系甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系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：对于单利用电离层改正模型加以修正：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，一般接受由导航电文所供应的电离影响，一般接受由导航电文所供应的电离层模型，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

17、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退电离层折射影响模型改正大体上只能消退电离层折射影响的的75%左右。左右。甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析20|BentBent模型模型|由美国的由美国的R.B.BentR.B.Bent提出提出|描述电子密度描述电子密度|是经纬度、时间、季节和太阳辐射流量的函是经纬度、时间、季节和太阳辐射流量的函数数|国际参考电离层模型（国际参考电离层模型（IRI International IRI International Reference IonosphereReference Ionosphere）|由国际

18、无线电科学联盟（由国际无线电科学联盟（URSI URSI International Union of Radio ScienceInternational Union of Radio Science）和空间）和空间探讨委员会（探讨委员会（COSPAR-Committee on Space COSPAR-Committee on Space ResearchResearch）提出）提出|描述高度为描述高度为50km-2000km50km-2000km的区间内电子密度、的区间内电子密度、电子温度、电离层温度、电离层的成分等电子温度、电离层温度、电离层的成分等|以地点、时间、日期等为参数以地点、

19、时间、日期等为参数电离层改正的阅历模型简介电离层改正的阅历模型简介甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析21|KlobucharKlobuchar模型模型|由美国的由美国的J.A.KlobucharJ.A.Klobuchar提出提出|描述电离层的时延描述电离层的时延|广泛地用于广泛地用于GPSGPS导航定位中导航定位中|GPSGPS卫星的导航电文中播发其卫星的导航电文中播发其模型参数供用户运用模型参数供用户运用甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析22c.利用同步观测值求差：该方法是利用两台利用同步观测值求差：该方法是利用两台或多台接

20、收机对同一组卫星的同步观测值或多台接收机对同一组卫星的同步观测值求差，以减弱电离层折射的影响，尤其是求差，以减弱电离层折射的影响，尤其是当观测站的距离较近时当观测站的距离较近时(如如20km)，由于卫，由于卫星信号到达不同观测站的传播路程的大气星信号到达不同观测站的传播路程的大气状况很相像，因此通过不同观测站对相同状况很相像，因此通过不同观测站对相同卫星的同步观测值求差更能显著地减弱电卫星的同步观测值求差更能显著地减弱电离层折射影响，改正后其残差一般为离层折射影响，改正后其残差一般为1ppmD.所以在所以在GPS测量中测量中,对于短距离的对于短距离的相对定位，运用单频接收机也能达到较高相对定位

21、，运用单频接收机也能达到较高的精度，但随着基线的增长，其精度会明的精度，但随着基线的增长，其精度会明显下降。所以单频接收机的精度会受到测显下降。所以单频接收机的精度会受到测程的限制。程的限制。甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析23d.接受具有接受具有CCD技术的单频接收机：技术的单频接收机：CCD技术是技术是“码码/载波相位扩散技术载波相位扩散技术”的简称，由的简称，由美国学者美国学者B.W雷蒙迪在雷蒙迪在1993年首先提出。年首先提出。该技术的原理是利用电离层的互补特性即该技术的原理是利用电离层的互补特性即它对测码伪距观测值和载波相位观测值影它对测码伪距观测

22、值和载波相位观测值影响的偏差大小相等，符号相反。从而将这响的偏差大小相等，符号相反。从而将这两种观测值进行加权组合，以减弱电离层两种观测值进行加权组合，以减弱电离层的影响。该技术在的影响。该技术在1994年成功地用于实践，年成功地用于实践，在边长为在边长为300km时得出的定位精度达到了时得出的定位精度达到了(13)1ppmD。此后一些公司的单频接收。此后一些公司的单频接收机先后接受了该技术，已能将单频接收机机先后接受了该技术，已能将单频接收机的测程从的测程从20km急剧的扩大到急剧的扩大到100300km。甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析24e.选择最佳观

23、测时间：由于电离层对选择最佳观测时间：由于电离层对GPS测量的影响随时间，地点，季节和年头等测量的影响随时间，地点，季节和年头等而发生较大变更而发生较大变更(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。甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析25 由于地球四周的对流

24、层(高度在40km以下的大气层)对电磁波的折射效应，使得GPS信号的传播速度发生变更，这种变更称为对流层延迟。由于其大气密度比电离层更大，大气状态也更困难，且它的折射与地面气候、大气压力、温度和湿度变更都亲密相关，所以对流层折射比电离层折射更困难。2、对流层折射误差甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系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，称为干重量；其燥气体引起的，称为干重量；其余余10%是由水汽引起的，称为湿是由水汽引起的，称为湿重量。由于大气层中的水汽分布重量。由于大气层中的水汽分布在时间和空间上变更很大，其折在时间和空间

25、上变更很大，其折射误差很难精确预料，所以湿重射误差很难精确预料，所以湿重量成为限制对流层延迟改正精度量成为限制对流层延迟改正精度的主要因素。的主要因素。甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析27对流层对信号的影响与信号的高度角对流层对信号的影响与信号的高度角有关，在天顶方向，信号穿过对流层的有关，在天顶方向，信号穿过对流层的路途最短，其时延值约为路途最短，其时延值约为2.3m，随着天，随着天顶距的增加，时延也加大，在地面方向顶距的增加，时延也加大，在地面方向最大，约为最大，约为20m。这对于这对于GPS导航和低导航和低精度定位而言可以满足其精度要求，所精度定位而言

26、可以满足其精度要求，所以此时可以不考虑该项误差。但对高、以此时可以不考虑该项误差。但对高、中精度的定位测量而言，则必需顾及对中精度的定位测量而言，则必需顾及对流层误差，尤其是它对垂直重量影响较流层误差，尤其是它对垂直重量影响较大，假如对流层天顶时延有大，假如对流层天顶时延有1cm的误差，的误差，则将导致垂直重量产生则将导致垂直重量产生3cm的误差。的误差。甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析28减弱方法减弱方法:a.接受对流层模型加以改正：一般有接受对流层模型加以改正：一般有Hopfield模型、模型、Saastamoinen模型和模型和Black模模型等。假如

27、用同一套气象数据，用上述三种型等。假如用同一套气象数据，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，一般仅为几个毫米。但理论分析和实践差，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，都难以将对流证明，目前不管是哪种模型，都难以将对流层的影响削减到层的影响削减到92%95%。b.引入描述对流层影响的附加待估参数，在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。数据处理中一并求解。c.利用同步观测量求差利用同步观测量求差(原理和减弱电离层原理和减弱电离层相同相同)：同样该法也只适用于短基线：同样该法也只适用于短基线(100km

28、时，对流层误时，对流层误差是制约差是制约GPS定位精度提高的重要因素。定位精度提高的重要因素。d.利用水汽辐射计干脆测定对流层对信号传利用水汽辐射计干脆测定对流层对信号传播的影响。此法求得的对流层折射湿重量的播的影响。此法求得的对流层折射湿重量的精度可优于精度可优于1cm。甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系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甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析30 由于接收机四周环境的影响，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，使信号产生延迟甚至使波形发生扭曲、失锁、周

29、跳等，从而产生误差，这就是所谓的多路径效应。如下图所示。3、多路径效应误差甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析31甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析32甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析33 自美国政府于2000年5月1日取消SA政策后，影响GPS接收机精度的最主要因素就是多路径效应。依据大量资料的分析探讨，当基线小于10km时，GPS定位的主要误差是天线的对中误差和多路径误差。对中误差可以人为地减小到 13mm，而多路径误差在一般状况下为 15cm，在高反射条件下（如城镇、山坡、河流、湖泊、海

30、洋、沙滩等）可达 19cm。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，对载波相位观测的伪距影响可达厘米级。甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析34干脆信号和反射信号之间的相位差干脆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。甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析35 减弱方法：a.选点时要尽量避开高反射体，如垂直面、平面、斜面、水体等。选设点位时应远离大面积安静的水面；测站不宜选在山坡、山谷和盆地中。测站旁边不应有高层

31、建筑物，观测时测站旁边也不要停放汽车；较好的站址可选在地面有草丛、农作物等植被能较好吸取微波信号的能量的地方。b.尽量选用能减弱多路径效应的天线。如具有Pinwheel技术的天线（Pinwheel技术在中文里又叫“风火轮技术”，它接受12个馈源来稳定接收信号的相位，使得L1和L2的波段的相位中心相重合,相位中心和物理中心的两个点相重合,从而使接收信号的相位偏差几乎为0，大大提高了GPS天线的接收性能）、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（隔断反射物反射的低于天线的多路径信号）等。甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析36|c.适当

32、延长观测时间，以减弱多路径效应的适当延长观测时间，以减弱多路径效应的周期性影响。多路径效应的影响，一般包括周期性影响。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.通过改进跟踪环路减弱多路径通过改进跟踪环路减弱多路径。该方法是。该方法是对接收机内部跟踪环路进行改进来减弱多路对接收机内部跟踪环路进行改进来减弱多路径，主要方法有：径，主要方法有：甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析371接收机钟差接收机钟差接收机钟差是接收机钟差是GPS接收机所运用的

33、钟的钟面时与接收机所运用的钟的钟面时与GPS标准时之间的差异。标准时之间的差异。GPS接收机一般接受高精度接收机一般接受高精度的石英钟，若接收机钟与卫星钟间的同步差为的石英钟，若接收机钟与卫星钟间的同步差为1s，则由此引起的等效距离误差为则由此引起的等效距离误差为300m。减弱方法：减弱方法：a.把每个观测时刻的接收机钟差当作一个独立的把每个观测时刻的接收机钟差当作一个独立的未知数，在数据处理中与观测站的位置参数一并求未知数，在数据处理中与观测站的位置参数一并求解。解。b.和卫星钟差一样，将接收机钟差也表示为多项和卫星钟差一样，将接收机钟差也表示为多项式形式，并在观测量的平差计算中求解多项式的

34、系式形式，并在观测量的平差计算中求解多项式的系数，从而构建接收机钟差模型。数，从而构建接收机钟差模型。c.通过对同一测站观测到的不同卫星间求差来消通过对同一测站观测到的不同卫星间求差来消退接收机的钟差（如载波相位观测中的双差观测方退接收机的钟差（如载波相位观测中的双差观测方程）。程）。甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系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差以及量取天线高误差。因此，在精密定位时必需细致操作，以尽量削减这种误差的影响。在变形监测中应接受有强制对中装置的观测墩。

35、3、天线相位中心位置的偏差 接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。这种偏差的影响，可达数毫米至厘米。在实际工作中，假如运用同一类型的天线，在相距不远的两个或多个测站上同步观测了同一组卫星，那么就可以通过观测值求差来减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定向，使之依据罗盘指向磁北极。通常定向偏差应保持在3以内。甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系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

36、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限制部分人为或计算机造成的影响限制部分人为或计算机造成的影响由于由于GPS限制部分的问题或用户在进行数据处理时引限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。甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系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，因为地球并非是一个刚体，所以在太阳

37、和月球的万有引力所以在太阳和月球的万有引力作用下，固体地球要产生周期作用下，固体地球要产生周期性的弹性形变，称为固体潮。性的弹性形变，称为固体潮。此外，在日月引力的作用下，此外，在日月引力的作用下，地球上的负荷也将发生周期性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的变动，使地球产生周期的形别，称为负荷潮汐，如海潮。别，称为负荷潮汐，如海潮。固体潮和负荷潮汐引起的测站固体潮和负荷潮汐引起的测站位移可达位移可达80cm，使不同时间的，使不同时间的测量结果互不一样，在高精度测量结果互不一样，在高精度相对定位时应考虑其影响（构相对定位时应考虑其影响（构造位移模型）。造位移模型）。甘甘林林院

38、院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析41甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析42观测卫星的几何分布及其对观测卫星的几何分布及其对确定定位精度的影响确定定位精度的影响确定GPS确定定位精度的两个因素是：（1）所测卫星在空间的几何分布（卫星分布的几何图形）。（2）观测量的精度。甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析43以测码伪距为观测量，进行动态确定定位时，依据测码伪距方程可以得到在空间直角坐标系中权系数阵为或：确定定位精度的评价确定定位精度的评价甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析

39、44对于大地坐标系中相应点位坐标的权系数阵为：对于大地坐标系中相应点位坐标的权系数阵为：对于大地坐标系中相应点位坐标的权系数阵为：对于大地坐标系中相应点位坐标的权系数阵为：甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析45为伪距测量中误差。依据不同要求，可接受不同的精度评价模型和相应的精度因子：平面位置精度因子HDOP（Horizontal DOP)：相应平面精度。高程精度因子VDOP(Vertical DOP)：相应的高程精度。空间位置精度因子PDOP(Position DOP)：相应的三维定位精度。接收机钟差精度因子TDOP（Time DOP)：钟差精度。几何精度因子

40、GDOP（Geometric DOP）：描述空间位置误差 和时间误差综合影响的精度因子。在导航学中，估算未知参数解的精度，一般接受有关精度因子DOP（Dilution of precision）的概念，其定义为：甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析46几种精度因子的计算公式：几种精度因子的计算公式：几种精度因子的计算公式：几种精度因子的计算公式：平面位置精度因子HDOP：高程精度因子VDOP：空间位置精度因子PDOP：接收机钟差精度因子TDOP：几何精度因子GDOP：甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析47卫星选择原则卫星选择原则

41、由观测站与4颗卫星构成六面体，设其体积为V所以，原则上应在可测卫星中，选择各种可能的4颗卫星的组合来计算相应的GDOP（或PDOP），并选取其中GDOP（或PDOP）为最小的一组卫星进行观测和计算。1.卫星高度角的限制。2.卫星所构成的空间图形使其GDOP值最小。甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析48GPS接收机载体航速的测定接收机载体航速的测定设历元 测定载体的实时位置分别为：其运动速度可表示为：甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析49GPS测时测时利用GPS测时，目前主要有两种方法 （1）单站单机测时法甘甘林林院院测测绘绘工

42、工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析50（2）共视法）共视法原理：在两个观测站上各设一台GPS接收机，并同步观测同 一卫星，来测定两用户时钟的相对偏差，从而达到高精度时间比对目的。设两观测站 和 ，于历元t同步观测卫星 ，则可以求得伪距分别为：甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析51将两式相减将两式相减甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析52GPS相对定位相对定位|相对定位|在两个或若干个测量站上，设置GPS接收机，同步跟踪观测相同的GPS卫星，测定它们之间的相对位置|在相对定位中，至少其中一点或几个点的位置是已知的，即

43、其在WGS84坐标系的坐标为已知，称之为基准点。|卫星的星历误差，卫星钟差、接收机钟差和电离层、对流层延迟误差，对同一颗卫星的两站观测值的影响是相同的或基本相同|通过相对定位可有效地消退或减弱这些误差的影响，提高定位精度。甘甘林林院院测测绘绘工工程程系系GPSGPS测测量量误误差差分分析析53GPS相对定位相对定位|相对定位是高精度定位的基本方法|广泛应用于高精度大地限制网、精密工程测量、地球动力学、地震监测网和导弹和火箭弹道测量等方面|相对定位有两类解算方法：|一是用干脆观测值组成定位观测误差方程、法方程，一并解算出两点间的相对位置；|另一类方法是将干脆观测值进行不同的线性组合，构成虚拟观测值，由虚拟观测值组成相应的观测误差方程，进行相对定位解算。