GPS測量的誤差分析

GPS測量的誤差分析邢寶奇遼寧省冶金地質(zhì)勘查局四O- -隊114005[摘要] GPS具有測量時(shí)間短、精度高、全球、全天候等諸多優(yōu)點(diǎn)，在社會(huì )各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應用。但是由于各種各樣的因素，導致GPS系統在測量過(guò)程中有一定程度上的不穩定，從而導致了各種誤差。本文分析了GPS定位系統的組成部分，對其誤差來(lái)源做出了分析，并對相應的精度控制技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。[關(guān)鍵字] GPS測量測量誤差精度控制技術(shù)中圖分類(lèi)號: 0433文獻標識碼: A全球定位系統(GPS) 因為測量時(shí)間短、測量精度高、觀(guān)測站之間無(wú)需通視，可提供三維坐標，測量過(guò)程具有全球性、全天候性、連續性和實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)，在全球范圍內的各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的運用。任何先進(jìn)技術(shù)都不可避免的有些不盡人意或者有待改善的不足，GPS也不例外，具體表現在實(shí)際測量過(guò)程中有- -定程度上的不穩定，經(jīng)常由于- -種或者幾種因素導致測量結果出現誤差。為了改進(jìn)GPS的上述缺點(diǎn)，本文對GPS測量中的誤差以及誤差精度控制技術(shù)進(jìn)行分析。GPS定位系統的組成部分GPS定位系統是基于全球24顆定位人造衛星，向全球各個(gè)地方全天候地提供三維位置、三維速度信息的一一種無(wú)線(xiàn)電導航定位系統。它由空間衛星群、地面控制系統以及用戶(hù)裝置部分組成，民用的定位精度可達10米內。1.空間衛星群GPS的空間衛星群由24顆衛星(21 顆工作衛星: 3顆備用衛星)組成，衛星分布在.六個(gè)距地表20200 km的特定軌道上，每個(gè)軌道上有4顆衛星，各軌道面之間的交角60軌道傾角55°，衛星軌道運行的周期11 h 58 min，衛星的分部保證了在全球任何地點(diǎn)、時(shí)間、地平線(xiàn)能夠至少接收到4顆衛星的信號。中國煤化工MHCNMH G2.地面控制系統地面控制系統由由3個(gè)注入站、1個(gè)主控站、5個(gè)監測站所組成的。注入站把主控站計算出的信息全部注進(jìn)到衛星里;主控站通過(guò)觀(guān)測GPS衛星的運行數據，對衛星鐘進(jìn)行及時(shí)的參數修正，計算衛星星歷，然后再將計算結果利用注入站傳送到衛星當中;監控站則是接收衛星所發(fā)出的信號，對衛星工作情況進(jìn)行監測。3.用戶(hù)裝置部分GPS用戶(hù)部分即GPS信號接收機，由天線(xiàn)單元和接收單元兩部分組成。其作用就是收取衛星所發(fā)出的信號,然后通過(guò)這些接收到的信號計算出用戶(hù)所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時(shí)間等信息。隨著(zhù)科技的不斷發(fā)展，GPS 的用戶(hù)部分逐漸小型化，便于野外觀(guān)測使用。二、GPS的測量誤差與精度控制技術(shù)誤差按性質(zhì)可分為系統誤差與偶然誤差兩類(lèi)。這兩類(lèi)誤差中，系統誤差對測量結果的影響要遠比偶然誤差大的多，系統誤差是GPS測量的主要誤差來(lái)源，而且系統誤差存在一定的規律性,所以可以采用- -定的方法和措施來(lái)消除此項誤差。從GPS測量誤差的來(lái)源可分:衛星部分、信號傳播部分、信號接收部分和其他影響部分四個(gè)部分。2.1 衛星部分衛星部分誤差主要有衛星星歷誤差、衛星鐘誤差及相對論效應，衛星部分誤差對距離測量的影響約為1.5~15 米。衛星星歷誤差是衛星在空間的位置與實(shí)際位置之差，衛星星歷的數據來(lái)源有廣播星歷和實(shí)測星歷，廣播星歷由于SA政策，廣大用戶(hù)很難從系統的改善中獲得應有的精度，而實(shí)測星歷對導航和動(dòng)態(tài)定位無(wú)任何意義，對靜態(tài)定位有重要意義。衛星鐘的鐘差包括由鐘差、頻偏、頻漂、鐘的隨機誤差，在GPS測量中，無(wú)論是碼相位觀(guān)測或載波相位觀(guān)測，都要求衛星鐘和接收機鐘保持嚴格同步。由于GPS衛星軌道的預測工作主要是通過(guò)GPS跟蹤網(wǎng)來(lái)實(shí)施的。其中對數據影響最大的是坐標誤差，較為嚴重的情況下，坐標誤差是其他誤差十倍之多。因此要特別注重跟蹤站地心坐標的精度，要求要優(yōu)于0.1m,當對基站松他軌道進(jìn)行加權時(shí)，要求其坐標值要優(yōu)于5m。只要能夠將跟蹤基站進(jìn)行數據分析，就能夠將軌道根數誤差修改而成為正值。通中國煤化工過(guò)以上手段，精密星歷就能夠傳送給客戶(hù)。YHCNMH G2.2信號傳播部分.信號傳播部分的誤差有電離層折射誤差、多路徑效應誤差以及對流層折射誤差，這些誤差對距離測量的影響為1.5~15 米，電離層折射誤差是由于GPS信號在通過(guò)電離層時(shí),信號的路徑發(fā)生彎曲、傳播速度發(fā)生變化。多路徑效應是指測站周?chē)姆瓷湮锓瓷湫l星信號進(jìn)入接收機天線(xiàn)，這時(shí)多個(gè)衛星信號產(chǎn)生干涉，而使觀(guān)測值偏離真值。GPS信號在通過(guò)對流層時(shí)，信號的路徑發(fā)生彎曲，對流層折射的誤差與信的高度角有關(guān)，當在地面方向(即高度角為10度)，影響可達到20米。GPS信號傳播過(guò)程造成的誤差可以從兩個(gè)方面進(jìn)行控制。第一，通過(guò)使用模型對GPS ,信號進(jìn)行更正，即通 過(guò)對氣象資料的分析研究而建立相應的模型，對流層折射所發(fā)生的誤差進(jìn)行預測，從而通過(guò)數據處理進(jìn)行更正。第二，通過(guò)同步觀(guān)測的方法來(lái)求差，從而消除流層對GPS信號傳播的影響。2.3信號接收和其他誤差部分與接收機有關(guān)的誤差主要有接收機鐘誤差、接收機位置誤差、天線(xiàn)相位中心位置誤差及幾何圖形強度誤差等，這- -些誤差對距離測量的影響為1.5~5 米，其他誤差主要為地球自轉的影響和地球潮汐改正，對距離測量的影響為1米。實(shí)際與接收機相關(guān)的誤差主要還是噪聲誤差(天線(xiàn)噪聲、傳輸線(xiàn)噪聲、接收機內部噪聲),如果接收機鐘與衛星鐘的同步差為1μs，由此引起的距離誤差約為300m，而接收機的位置誤差是天線(xiàn)相位中心與測站標石中心的誤差。就目前而言，對于信號接收和其他誤差部分，通常采用ROCK4模型、標準模型、多項式模型等模型進(jìn)行校正與預測，這幾種模型之間并無(wú)過(guò)大優(yōu)劣比較，預測精度的差距都不大，-般都能達到1m定規。為了能夠獲得更小的誤差數值，筆者認為可以將這幾種模型混合使用，從而得到更為精確的誤差值，甚至精度將會(huì )控制在0.1m以?xún)?。三、結束語(yǔ)為了降低GPS的測量誤差，需要對誤差的產(chǎn)生原因進(jìn)行深入分析，并且針對分析結果指定相應的解決措施;制定具體規范的操作規章制度，觀(guān)測過(guò)程嚴格章程執行，這樣才能保證測量結果的精確性。中國煤化工MHCNMH G參考文獻[1]胡輝,陳艷.GPS接收機的定位誤差分析[].河南師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) ,2010,38(6):68-71.[2]張葆,姚俊峰,高利民等.機載GPS測量定位技術(shù)研究U].光學(xué)精密工程,2009,17(1):172-178.[3]趙立坤.淺談GPS廣播星歷誤差及其對定位結果的影響U].城市建筑,2012,(17):233.[4] 王克曉,李鳳友,劉煥玲等.手持GPS定位精度與誤差的研究].全球定位系統,2011,36(6):83-86,91.中國煤化工YHCNMH G