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GPS系统的误差来源分析
摘 要:GPS 系统的定位误差直接 影响 着GPS定位精度,按其产生的来源、性质及对系统的影响等进行了介绍和初步 分析 ,提出了相应的措施以便消除或削弱它们对测量结果的影响。

关键词:GPS误差 精度 卫星星历 电离层 对流层

一、GPS 定位技术

GPS 全球卫星定位系统是美国国防部为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的要求而建立的。该系统具有全球性、全天候、连续性等三维导航和定位能力,并具有良好的抗干扰性和保密性。它已成为美国导航技术 现代 化的最重要标志,并被视为20 世纪美国继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的又一重大 科技 成就。在航空、航天、军事、 交通 、运输、资源勘探、通信、气象等几乎所有的领域中,它都被作为一项非常重要的技术手段,用于导航、定时、定位和进行大气物理 研究 等。GPS 的主要特点有:

(1)全球覆盖连续导航定位:由于GPS 有24 颗卫星,且分布合理,轨道高达20200k,所以在地球上和近地空间任何一点,均可连续同步地观测4颗以上卫星,实现全球、全天候连续导航定位。

(2)高精度三维定位: GPS 能连续地为各类用户提供三维位置、三维速度和精确时间信息。GPS提供的测量信息多,既可通过伪码测定伪距,又可测定载波多普勒频移、载波相位。

(3)抗干扰性能好、保密性强; GPS 采用数字通讯的特殊编码技术,即伪噪声码技术,因而具有良好的抗干扰性和保密性。

二、GPS 定位的误差来源分析

GPS 测量是通过地面接收设备接收卫星传送来的信息, 计算 同一时刻地面接收设备到多颗卫星之间的伪距离,采用空间距离后方交会 方法 ,来确定地面点的三维坐标。因此,对于GPS卫星、卫星信号传播过程和地面接收设备都会对GPS 测量产生误差。主要误差来源可分为:与GPS卫星有关的误差;与信号传播有关的误差;与接收设备有关的误差。

1.与卫星有关的误差

(1)卫星星历误差

卫星星历误差是指卫星星历给出的卫星空间位置与卫星实际位置间的偏差,由于卫星空间位置是由地面监控系统根据卫星测轨结果计算求得的,所以又称为卫星轨道误差。它是一种起始数据误差,其大小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完善程度等。星历误差是GPS 测量的重要误差来源.

(2)卫星钟差

卫星钟差是指GPS卫星时钟与GPS标准时间的差别。为了保证时钟的精度,GPS卫星均采用高精度的原子钟,但它们与GPS标准时之间的偏差和漂移和漂移总量仍在1s~0.1s以内,由此引起的等效误差将达到300k~30k。这是一个系统误差必须加于修正。

(3)SA干扰误差

SA误差是美国军方为了限制非特许用户利用GPS进行高精度点定位而采用的降低系统精度的政策,简称SA政策,它包括降低广播星历精度的ε技术和在卫星基本频率上附加一随机抖动的δ技术。实施SA技术后,SA误差已经成为影响GPS定位误差的最主要因素。虽然美国在2000年5月1日取消了SA,但是战时或必要时,美国可能恢复或采用类似的干扰技术。

(4)相对论效应的影响

这是由于卫星钟和接收机所处的状态(运动速度和重力位) 不同引起的卫星钟和接收机钟之间的相对误差。

2.与传播途径有关的误差

(1)电离层折射

在地球上空距地面50~100 k 之间的电离层中,气体分子受到太阳等天体各种射线辐射产生强烈电离,形成大量的自由 电子 和正离子。当GPS 信号通过电离层时,与其他电磁波一样,信号的路径要发生弯曲,传播速度也会发生变化,从而使测量的距离发生偏差,这种影响称为电离层折射。对于电离层折射可用3 种方法来减弱它的影响: ①利用双频观测值,利用不同频率的观测值组合来对电离层的延尺进行改正。②利用电离层模型加以改正。③利用同步观测值求差,这种方法对于短基线的效果尤为明显。

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GPS系统的误差来源分析

摘 要:GPS 系统的定位误差直接 影响 着GPS定位精度,按其产生的来源、性质及对系统的影响等进行了介绍和初步 分析 ,提出了相应的措施以便消除或削弱它们对测量结果的影响。 关键词:GPS误差 精度 卫星星历 电离层 对流层 一、GPS 定位技术 GPS 全球卫星定位
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