12第十二讲卫星定位系统误差资料

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,GNSS测量定位技术,理论知识第十二讲 卫星定位系统误差,主讲：郭玉珍,1,误差分类,误差来源,GPS,卫星,信号传播,接收设备,其它影响,误差分类,卫星星历误差,卫星误差,相对论效应,电离层折射误差,对流层折射误差,多路径效应,接收机钟误差,位置误差,天线相位中心变化,地球潮汐,负荷潮,表1,GPS,定位误差的分类,天,地,2,授课提纲,与卫星有关的误差,与信号传播有关的误差,与信号接收有关的误差,其他误差,本次课小结,3,1.与卫星有关的误差,1.1,卫星星历误差,卫星星历误差实际上就是卫星位置确实定误差。,对单点定位的影响,影响大小与,di,的大小有关，具体配赋与卫星几何图形有关,对相对定位的影响,经数小时观测后基线的相对误差约为星历相对误差的四分之一。,基线误差,星历误差,基线长,卫星到测站的距离,4,1.与卫星有关的误差,建立自己的卫星跟踪网独立定轨,解决星历误差的,方法,a 可不受C/A码上星历精度的影响，使供给的周密星历精度到达10-7。,b 对提高周密定位的精度起显著作用，也可为实时定位供给预报星历。,5,1.与卫星有关的误差,轨道松驰法,解决星历误差的,方法,a 在平差模型中把星历给出的卫星轨道作为初始值，将其改正数为未知数。通过平差，同时求得测站位置及轨道的改正数。,b 有确定的局限性，不宜作为GPS定位中的一种根本方法，只能作为无法获得周密星历状况下实行的补救措施。,6,1.与卫星有关的误差,同步观测值法,解决星历误差的,方法,两个或多个测站上，对同一卫星的同步观测值求差，以减弱星历误差的影响。,剩余误估算公式,7,1.与卫星有关的误差,卫星钟的钟差包括由钟差、频偏、频漂等产生的误差，也包含钟的随机误差。在,GPS,测量中，无论是码相位观测或载波相位观测，均要求卫星钟和接收机保持严格同步。,1.2,卫星钟的钟误差,8,1.与卫星有关的误差,减弱卫星钟的钟误差方法,经改正后，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会超过6m，卫星钟差和经改正后的剩余误差，则需承受在接收机间求一次差等方法来消退它。,对于卫星,j,，,t,i,时刻站间一次差分：,卫星,k,测站,卫星,j,9,1.与卫星有关的误差,1.3相对论效应,相对论效应是由于卫星钟和接收机钟所处的运动状态运动速度和重力位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。,10,1.与卫星有关的误差,.,10,449,.,4,:,10,248,.,5,),1,1,(,:,10,835,.,0,2,),2,1,(,),(,1,:,10,2,10,2,2,10,2,2,2,2,2,/,1,2,f,f,f,f,f,f,r,R,f,C,f,f,f,C,V,f,f,f,C,V,f,C,V,f,f,S,S,S,S,S,S,S,-,-,=,+,=,-,-,=,-,=,-,-,-,-,=,-,=,-,-,=,-,-,D,D,D,D,m,D,D,预先将星钟频率降低,生产时,加,总的影响使星钟频率增,类钟走快了,说明卫星钟比地球上同,按广义相对论理论,走慢了,卫星钟比地球上同类钟,按狭义相对论理论,11,1.与卫星有关的误差,消退相对论效应影响的方法,制造卫星时钟时预先把频率降低。,卫星标准频率为10.23MHz，所以卫星钟的频率应降为：,10.23MHz,(1-4.44910,-10,),=10.22 999 999 545MHz,12,1.与卫星有关的误差,说明：,GPS卫星轨道是一个椭圆，轨道上各点的运行速度各不一样。所以，相对论效应频率补偿就不是一个常数。,13,2.与信号传播有关的误差,地球大气构造,14,2.与信号传播有关的误差,对于,GPS,信号来讲，这种距离差在天顶方向最大可达50,m，,在接近地平方向时(高度角为20,o),可达150,m。,地球,延迟达,50,m,延迟达1,50,m,2.1,电离层折射,15,2.与信号传播有关的误差,对于,GPS,信号而言，这种距离改正在天顶方向最大可达,50m,，在接近地平方向时可达,150m,。,S,=C,t,+,d,ion,卫星到接收机的真实距离：,其中：,16,2.与信号传播有关的误差,减弱电离层影响的,方法,利用双频观测,17,2.与信号传播有关的误差,减弱电离层影响的,方法,利用电离层改正模型加以改正,一般用于单频接收机,将电离层延迟影响削减75%,阅历模型、实测模型,18,2.与信号传播有关的误差,减弱电离层影响的,方法,利用同步观测值求差,这种方法对短基线 20km的效果明显。,但其精度随着基线长度的增加而明显降低。,19,2.与信号传播有关的误差,2.2,对流层折射,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，也使传播的路径发生弯曲，从而使测量距离产生偏差，这种现象叫做对流层折射。,20,2.与信号传播有关的误差,对流层折射的改正模型,1霍普菲尔德Hopfield公式 2萨斯塔莫宁Saastamoinen公式 3勃兰克Black公式,理论分析与实践说明，目前承受的各种对流层模型,难以将对流层的影响削减至9295。,21,2.与信号传播有关的误差,减弱对流层折射改正残差影响的方法:,承受上述对流层模型加以改正。其气象参数在测站直接测定。,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得。,利用同步观测量求差。,利用水汽辐射计直接测定信号传播的影响。此法求得的对流层折射湿重量的精度可优于1cm.,22,2.与信号传播有关的误差,2.3多路径误差,在GPS测量中，假设测站四周的反射物所反射的卫星信号反射波进入接收机天线，这就将和直接来防卫星的信号直接波产生干预，从而使观测值偏离真值产生所谓的“多路径效应”。,23,2.与信号传播有关的误差,消弱多路径误差的,方法,选择合适的站址,a、,测站应远离大面积的平静水面;,24,2.与信号传播有关的误差,消弱多路径误差的,方法,选择合适的站址,b、,测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中;,25,2.与信号传播有关的误差,消弱多路径误差的方法 选择适宜的站址,c、测站应离开高层建筑物.,26,2.与信号传播有关的误差,消弱多路径误差的,方法,对接收机天线的要求,振子天线,抑径圈,微带天线,抑径板,27,2.与信号传播有关的误差,消弱多路径误差的方法,适当延长观测时间，减弱多路径效应,的周期性影响。,消弱多路径误差的,方法,改善,GPS,接收机的电路设计。,28,3.与信号接收有关的误差,3.1接收机钟误差,GPS接收机一般承受高精度的石英钟，其稳定度约为109。假设接收机钟与卫星种间的同步差为1us，则由此引起的等效距离误差约为300m。,29,3.与信号接收有关的误差,减弱接收机钟差的方法：,把每个观测时刻的接收机钟差当作独立未知数,将接收机钟差表示为时间多项式，并在观测量的平差计算中求解多项式的系数。,通过在卫星间求一次差来消退接收机的钟差。,30,3.与信号接收有关的误差,3.2,接收机的位置误差,接收机天线相位中心相对观测标石中心位置的误差，叫接收机位置误差。,31,3.与信号接收有关的误差,消退接收机的位置误差的方法,周密定位时认真操作、削减影响,变形监测时承受有强制对中的观测墩,32,3.与信号接收有关的误差,3.3天线相位中心位置的偏差,观测时天线相位中心的瞬时位置与理论上的相位中心的差异。,实际的天线相位中心随着信号输入的强度和方向不同而有所变化,几何中心,实际相位中心,33,3.与信号接收有关的误差,减弱天线相位中心位置偏差的方法,假设使用同一类天线，在相距不远的两个或多个观测站上同步观测同一组卫星，可通过观测值间求差来减弱相位中心偏移的影响,此时，各天线应按所附的方位标进展定向，使之依据罗盘指向磁北极。通常定向偏差应在3以内。,34,4.其他误差,4.1地球自转的误差,当卫星信号传播到观测站时，而与地球相固联的协议地球坐标系相对的卫星的上述瞬时位置已产生了旋转绕Z轴。,35,4.其他误差,4.2,地球潮汐改正,固体潮和负荷潮引起的测站位移可达80cm,使不同时间的测量结果互不全都，在高精度相对定位中应考虑其影响。,36,5.本次课小结,面对纷繁简洁的学问，我们该承受什么,方法去学习？,1,、列表法,2,、画图法,37,5.本次课小结,38,5.本次课小结,GPS,定位误差示意图,39,Thank you！,40,