GPS测量误差

在GPS测量中，影响观测精度的主要误差可分为以下三类：

　　一、与GPS卫星有关的误差

　　与GPS卫星有关的误差主要包括卫星的轨道误差和卫星钟的误差

　　1. 卫星钟差

　　由于卫星的位置是时间的函数，因此，GPS的观测量均发精密测时为依据，而与卫星位置相对应的信息，是通过卫星信号的编码信息传送给接收机的。在GPS定位中，无论是码相位观测或是载波相位观测，均要求卫星钟与接收机时钟保持严格的同步。实际上，以尽管GPS卫星均设有高精度的原子钟（铷钟和铯钟），但是它们与理想的GPS时之间，仍存在着难以避免的偏差和漂移。这种偏差的总量约在1ms以内。

　　对于卫星钟的这种偏差，一般可由卫星的主控站，通过对卫星钟运行状态的连续监测确定，并通过卫星的导航电文提供给接收机。经钟差改正后，各卫星之间的同步差，即可保持在20ns以内。

　　在相对定位中，卫星钟差可通过观测量求差（或差分）的方法消除。

　　2. 卫星轨道偏差

　　估计与处理卫星的轨道偏差较为困难，其主要原因是，卫星在运行中要受到多种摄动力的复杂影响，而通过地面监测站，以难以充分可靠的测定这作用力，并掌握它们的作用规律，目前，卫星轨道信息是通过导航电文等到的。

　　应该说，卫星轨道误差是当前GPS测量的主要误差来源之一。测量的基线长度越长，此项误差的影响就越大。

　　在GPS定位测量中，处理卫星轨道误差有以下直种方法:

　　1） 忽略轨道误差

　　这种方法以从导航电文中所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） 采用轨道改进法处理观测数据

　　这种方法是在数据处理中，引入表征卫星轨道偏差的改正参数，并假设在短时间内这些参数为常量，将其与其它求知数一并求解。

　　 3） 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。由于同一卫星的位置误差对不同观测站同步观测量的影响，具有系统误差性质，所以通过上述求差的方法，可以明显的减弱卫星轨道误差的影响，尤其当基线较短时，其效用更不明显。

　　这种方法对于精度相对定位，具有极其重要的意义。

　　二、与卫星信号传播有关的误差

　　与卫星信号有关的误差主要包括大气折射误差和多路径效应

　　1. 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。

　　为了减弱电离层的影响，在GPS定位中通常采用下面措施

　　（1）利用双频观测

　　由于电离层的影响是信号频率的函数，所以利用不同频率的电磁波信号进行观测。便能多确定其影响，而对观测量加以修正。因此，具有双频的GPS接收机，在精密定位中测量中得到广泛的应用。不过应当明确指出，在太阳辐射的正午或在太阳黑子活动的异常期，应尽量避免观测。在尤其是精密定位测量。

　　（2）利用电离层模型加以修正

　　对于单频GPS接收机，为了减弱电记屋的影响，一般是采用导航电文提供的电离层模型，或其它适合的电离层模型对观测量加以修正，但是这种模型至今仍在完善之中，目前模型改正的有效率约为75％。

　　（3）利用同步观测值求差

　　这一方法是利用两台或多台接收机，对同一卫星的同步观测的求差，以减弱电离层折射的影响，尤其当观测站间的距离较近时（＜20km），由于卫星信号到达各观测站的路径相近，所经过的介质状况相似，因此通过各观测站对相同卫星信号的同步观测值求差，便可显著的减弱电离层折射影响，其残差将不会超过0.000001。对于单频GPS接收机而言，这种方法的重要意义尤为明显。

　　2. 对流层折射的影响

　　对流层折射对观测值的影响，可分为干分量与湿分量。干分量主要与大气的湿度与压力有关，而湿分量主要与信号传播路径上的大气湿度有关。对于干分量的影响，可通过地面的大气资料计算；湿分量目前尚无法准确测定。对于输送短的基线（＜50km），湿分量的影响较小。

　　关于对流层折射的影响，一般有以下几种处理方法：

　　（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；

　　（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。

　　3. 多路径效应影响

　　多路径效应亦称多路径误差，是指接收机天线除直接收到卫星发射的信号外，还可能收到经天线周围地物一次或多次反射的卫星信号，信号叠加将会引起测量参考点（相位中心点）位置的变化，从而便观测量产生误差，而且这种误差随天线周围反射面的性质而异，难以控制。根据实验资料表明，在一般反射环境下，多路径效应对测码伪距的影响可达到米级，对测相伪距的影响可达到厘米级。而在高反射环境下，不仅其影响将显著增大，而且常常导致接收的卫星信号失锁和使载波相位观测量产生周跳。因此，在精密GPS导航和测量中，多路径效应的影响是不可忽视的。

　　目前减弱多路径效应影响的措施有：

　　（1）安置接收机天线的环境，应避开较强的反射面，如水面=平坦光滑的地面以及平整的建筑物表面等。

　　（2）选择造型适宜且屏蔽良好的天线等。

　　（3）适当延长观测时间，削弱多路径效应的周期性影响。

　　（4）改善GPS接收机的电路设计，了减弱多路径效应的影响。