GPS在实际生活中为我们带来许多便利，其最主要的功能来自于本身的精准定位。无论是车载导航仪为我们指路导航，还是手持机为我们提供精确的经纬度用来指明方向，以及GPS产品在工业上、物流业中甚至诸多行业中带来实际应用效果，都证明了GPS产品的定位精准性是其应用广泛的重要支柱。但是在实际使用当中，GPS的定位精度未必会让我们满意，GPS产生位置漂移和位置偏差现象的原因是什么？GPS定位的误差来源有哪些呢？在什么情况下能避免此类现象的发生呢？下面, 简单介绍GPS测量的误差来源及处理方法。
减弱和修正，常见的方法有：( 1)引入相应的未知参数, 在数据处理中连同其他未知参数一起解算；( 2)建立系统误差模型，对观测值加以修改；( 3)将不同观测站对相同卫星的同步观测值求差，以减弱或消除系统误差的影响； ( 4)简单地忽略某些系统误差的影响。
一、 与GPS卫星有关的因素
广播星历误差( 轨道误差)是当前GPS 定位的重要误差来源之一。
卫星星历是GPS 卫星定位中的重要数据。由卫星星历所给出的卫星位置与卫星的实际位置之差称为卫星星历误差。GPS 卫星的广播星历是由全球定位系统的地面控制部分所确定和提供的, 经GPS 卫星向全球所有用户公开播发的一种预报星历, 其精度较差。SA 政策取消后, 广播星历所给出的卫星的点位中误差为5~ 7m。
精密星历则是为满足大地测量、地球动力学研究等精密应用领域的需要而研制、生产的一种高精度的事后星历。目前的GPS 精密星历主要有两种: 由美国国防制图局( DMA ) 生产的精密星历以及由国际GPS 服务IGS( Internat io nal GPS Service)生产的精密星历。前者的星历精度约为2cm,后者的星历精度约为5cm。
（1）广播星历误差对GPS单点定位精度的影响
由于卫星在空中运行受到多种摄动力影响, 地面监测站难以充分可靠地测定这些摄动力影响,羊角钩使得测定的卫星轨道会有误差; 同时, 监测系统的质量, 如跟踪站的数量及空间分布, 轨道参数等的数量和精度信息提取, 轨道计算时所用的轨道模型及定轨软件的完善程度, 亦会导致星历误差; 此外, 用户得到的卫星星历并非是实时的, 是由GPS 胎圈用钢丝用户接收的导航电文中对应于某一时刻的星历参数而推算出来的, 由此也会导致计算卫星位置产生误差。
另外, 广播星历误差是一种系统性误差, 不可能通过重复观测来消除。为了尽可能削弱星历误差对定位的影响, 一般采用同步观测求差法( 由于卫星星历误差对相距不太远的两个测站的定位影响大致相同捞泥, 采用两个或多个近距离的观测站对同一颗卫星进行同步观测, 然后求差, 就可以减弱卫星轨道误差的影响) 。
（2）广播星历误差对单差分GPS定位精度的影响
e通话
当GPS 测量系统为单差分GPS 测量系统时, 其优点是结构和算法都较为简单, 但是该方法的前提是要求用户站误差和基准站误差具有较强的相关性, 随着用户接收机离开基准站
越远时,空间相关的那些共同误差( 或残差) 就变得越来越不相关了, 因此, 定位精度将随着用户站与基准站之间的距离增加而降低, 其中卫星星历误差又与用户和差分基准台之间的距离( 基线长) 有关。因此,讨论广播星历误差对单差分GPS 测量系统精度的影响还应考虑用户与基准台的距离才有实际意义。
卫星星历误差对相距不太远的两个测站定位影响大体相同, 因此, 采用同步观测求差, 即采用两个或多个测站上对同一卫星信号进行同步观测, 然后求差, 就可以减弱卫星轨道误差的影响。随着基线长度( 两观测站之间距离) 的增加, 广播星历误差将成为影响定位精度的重要因素。
二、与接收机有关的因素
2.1接收机钟跳对GPS定位的误差影响
GPS接收机内部时标一般都采用石英钟, 但随着测量的进行, 接收机的钟差会逐渐漂移 。为了保持与GPS时间同步, 多数接收机都插入周期性的钟跳进行控制, 使其保持在一定的精度范围内 。GPS接收机的钟跳主要分两种: 毫秒跳(m illisecond jump)和频繁钟跳( every sec
ond jump)。毫秒跳是接收机周期性的插入1m s的钟差对时钟进行改正。频繁钟跳是每秒都对接收机的时钟进行修正,修正值很小( 一般都优于微秒量级)
在GPS数据预处理中, 观测数据的异常除了是由周跳、粗差等原因造成外, 还可能是由于接收机周期性的插入钟跳造成的。GPS接收机的钟跳是普遍现象, 大多数接收机(尤其是最近出产的接收机)的钟跳属于频繁钟跳, 其钟跳量级较小, 在一定的精度范围内可以忽略。而对于钟跳为毫秒跳类型的接收机, 在数据处理时则必须考虑其响。钟跳在表现形式上与周跳相同, 但其产生的机理与周跳相去甚远。有的接收机钟跳仅对伪距施加影响, 有的则对伪距和载波相位观测值都有影响, 且利用组差不能完全消除其影响。利用历元间钟差序列可以正确探测出钟跳的正确位置, 在精度允许范围内, 可以考虑利用探测与修复周跳的方法处理钟跳, 当数据量较大时, 可以通过引入新的模糊度进行解算。 2.2接收机的位置误差
接收机的位置误差指的是接收机天线相位中心相对测站标石中心位置的误差。包括天线的置平和对中误差，量取天线高的误差。因此，在精密测量中必须仔细操作，注意整平天线，仔细对中，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。
2.3接收机天线相位中心偏差
在GPS测量中, 观测值都是以接收机天线的相位中心位置为准的, 而天线的相位中心与其几何中心, 在理论上应保持一致。可是实际上天线的相位中心随着信号输入的强度和方向不同而有所变化, 即观测时相位中心的瞬时位置(一般称相位中心) 与理论上的相位中心将有所不同, 这种差别叫天线相位中心的位置偏差。这种偏差的影响, 可达数毫米至数厘米, 这将对高精度的GPS测量产生很大影响, 因此如何减少相位中心的偏移是天线设计中的一个重要问题。
在GPS 定位测量中, 所测定的伪距和相位观测量都是卫星与接收机相位中心之间的距离, 要将测量结果归化到地面标石中心, 需要知道相位中心相对于地面标石中心的位置。而实际可量测的是天线参考点相对于地面标石中心的位置, 因此就需要知道天线相位中心相对于天线参考点的位置。在实际测量中, 天线相位中心的瞬时位置时刻变化 。天线相位中心校准是指测定天线相位中心相对于天线参考点的偏移和变化量, 主要有相对校准和绝对校准。绝对校准需要专门的微波暗室和技术专家, 校准费用非常昂贵。相对校准费用低, 容易实现, 而
且与绝对校准结果之间的较差不超过2 mm, 目前国内一般采用相对校准模式。
美国国家大地测量局( N GS) 提供的天线相位中心改正值是采用相对校准模型测定的 , 参考天线为JPLD/ M+ crT 。
GPS 数据处理时, 天线相位中心变化并不影响水平方向的定位结果, 只影响高程方向的定位结果; 在高等级GPS 网联测数据处理中, 天线相位中心变化PCV 的影响应予以考虑; 不论是长基线的坐标基准传递, 还是短基线的工程测量网平差, 即使测量采用同种型号的天线, 天线相位中心变化PCV 也无法完全抵消,应采用改正模型; 在高精度工程施工测量中, 要求建立高精度的GPS 测量控制网, 在数据处理时, 应对天线相位中心变化进行改正。
三、相对论效应
指由于卫星上的时钟和地球上的时钟所处的状态（主要指运动速度和重力位）不同而引起的卫星时钟与地球上的时钟产生相对钟误差的现象。根据狭义相对论的观点，由于卫星时钟与接收机时钟在惯性系中的运动速度不同，卫星时钟相对接收机时钟将产生频率偏移，其结果是卫星时钟“变慢”。根据广义相对论的理论，由于卫星所在位置的引力位与地表引
力位不同，其振荡器频率将产生相对变化。这种现象通常称为引力频移，其结果是所得卫星时钟“变快”。对此，只要将GPS 卫星钟的标准频率放慢4.5×10-3HZ，即可消除这一影响。需要指出的是：由于地球的自转运动和卫星轨道高度的变化，以及地球重力场的变化，相对论效应的影响并不是常数，经过上述改正后仍有残余影响，在精密定位时需要加以考虑。此外，相对论效应影响还包括地球引力场引起的信号传播几何延迟，也叫引力延迟，这项误差对GPS 定位的影响较小，以目前的观测精度而言，一般不需要考虑。
四、人为干扰因素
（1）美国政府政策的限制SA政策
SA政策是美国政府从其国家利益出发，通过降低广播星历精度（ε技术）、在GPS信号中加入高频抖动等方法，人为降低普通用户利用GPS进行导航定位时的精度的一种方法。普通GPS的信号有两种码，分别为C/A码和P码。C/A码的误差是29.3m到2.93米。一般的接收机利用C/A码计算定位。美国在90代中期为了自身的安全考虑，在信号上加入了SA (Selective Availability)，令接收机的误差增大，到100米左右。在2000年5月2日，SA取消，所以，咱们现在的GPS精度应该能在20米以内。而P码的误差为2.93米到0.293米是C/
A码的十分之一，但是P码只能美国军方使用。
（2）GPS控制部分人为影响
由于GPS控制部分的问题或用户在进行数据处理时引入的误差等，或者运算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。也就是说在启动地图程序的同时，使导航仪进行其他数据处理，产生数据误差从而影响GPS定位的准确性。还有一些例如车内的电磁脉冲干扰以及车内其他电子产品对于GPS的定位都或多或少产生一些影响，不过这些影响都属于可控制范围内的。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议