gps測量的誤差來源(2)(編輯修改稿)
2025-05-23 08:54 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 星歷） ?2星歷誤差對定位的影響 ?1）對單點(diǎn)定位的影響 ?2）對相對定位的影響 ? 1）建立自己的衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)獨(dú)立定軌 2）軌道松弛法 在平差模型中把衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星位置當(dāng)成未知數(shù)來處理，通過平差同時(shí)求得測站位置及軌道的改正數(shù)。 半短弧法：徑向誤差、切向誤差、法向誤差 短弧法： 6個(gè)軌道參數(shù)的改正值作為未知數(shù) ?軌道松弛法具有一定的局限性： 1采用這種方法時(shí)，測區(qū)必須具有一定的規(guī)模 2數(shù)據(jù)處理復(fù)雜 3采用這種方法時(shí)，其他誤差可能被吸收到星歷誤差中，得到的精度有虛假的成分。 ?3）相對定位 星歷誤差對兩個(gè)相距不太遠(yuǎn)的測站的影響基本相同。 ?二衛(wèi)星鐘誤差 GPS測量的精度和時(shí)鐘誤差有密切的關(guān)系。GPS衛(wèi)星上配有原子鐘，太空的外部環(huán)境對鐘的工作也十分有利。 衛(wèi)星鐘和 GPS時(shí)之間的誤差在 1ms以內(nèi)，而1ms的鐘差會引起 300km的測距誤差。 這種直接用衛(wèi)星鐘的讀數(shù)與 GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)相比而得出的誤差稱為 物理同步誤差 。 ?顯然，直接由主控站來對衛(wèi)星鐘進(jìn)行遙控調(diào)整遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了導(dǎo)航和定位的要求。衛(wèi)星鐘在時(shí)刻 t的改正數(shù)一般可表示為： 020 1 0 2 0( ) ( ) ( )ttt a a t t a t t y t d t? ? ? ? ? ? ? ?其中，最后一項(xiàng)是隨機(jī)項(xiàng)，只能通過鐘的穩(wěn)定度來描述其統(tǒng)計(jì)特性，但無法知道其具體數(shù)值。 ?鐘差、鐘速、鐘速的變率三個(gè)系數(shù)可由 GPS的地面控制系統(tǒng)根據(jù)前一段時(shí)間的跟蹤資料和 GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)推算出來，并在衛(wèi)星的導(dǎo)航電文中給出。 ?加上改正數(shù) 后的衛(wèi)星鐘讀數(shù)和 GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間之差稱為 數(shù)學(xué)同步誤差。 20 1 0 2 0( ) ( )t a a t t a t t? ? ? ? ? ??數(shù)學(xué)同步誤差估計(jì)約為 20ns左右（相當(dāng)于6m）的誤差，在導(dǎo)航中一般不再顧及數(shù)學(xué)同步誤差，在大地定位中則需采用在接收機(jī)間求一次差來進(jìn)一步消除它。 ?三相對論效應(yīng) 相對論效應(yīng)是由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所處的狀態(tài)（速度和重力位）不同而引起衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘產(chǎn)生相對鐘誤差的現(xiàn)象。 ?衛(wèi)星鐘被安置在高速運(yùn)動的衛(wèi)星中，按照狹義相對論的觀點(diǎn)會產(chǎn)生時(shí)間膨脹的現(xiàn)象，若衛(wèi)星在地心慣性坐標(biāo)系的運(yùn)動速度為 Vs，根據(jù)狹義相對論，安置在該衛(wèi)星的衛(wèi)星鐘的頻率 fs將變?yōu)椋? 22 1 / 2222[ 1 ( ) ] ( 1 )22ssssssvvf f fccvf f f fc? ? ? ?? ? ? ? ? ??將 GPS衛(wèi)星的平均速度 Vs=3874m/s，c=299792458m/s代入上式可得 100. 83 5 10sff ?? ? ? ? ?由于地球自轉(zhuǎn)接收機(jī)鐘也會產(chǎn)生一個(gè)相對論效應(yīng)，其數(shù)值取決于接收機(jī)的地理位置，但是由于其數(shù)值很小，而且在一個(gè)點(diǎn)上為常數(shù)，數(shù)據(jù)處理時(shí)會自動被吸收到接收機(jī)的鐘差中去，不必另行考慮。 ?廣義相對論則告訴我們，若衛(wèi)星所在處的重力位為 Ws，地面測站處的重力位為 WT，那么同一臺鐘放在衛(wèi)星和放在地面上時(shí)頻率將相差： 2 2sTWWffC?? ? ??因廣義相對論數(shù)量很小，在計(jì)算時(shí)可以把地球的重力位看作是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)位，同時(shí)略去日、月引力位，這樣可得到實(shí)用公式： 2 21 4 3 2102101211()3 .9 8 6 0 0 5 1 0 m / s , R6 3 7 8 k m r 2 6 5 6 0 k m5 .2 8 4 1 04 .4 4 9 1 0ffc R rfff f f f?????? ? ? ???? ? ?? ? ? ? ? ? ?其 中 ， 為 萬 有 引 力 常 數(shù) 和 地 球 的 質(zhì) 量 的 乘 積 ， 其 數(shù) 值為 為 接 收 機(jī) 至 地 心 的 距 離 ， 取 值為 ， 為 衛(wèi) 星 至 地 心 的 距 離 ， 為 ， 代 入 上 式 之 后得 出 ：總 的 相 對 論 效 應(yīng) 為?因此，解決相對論效應(yīng)最簡單的方法就是在制造衛(wèi)星鐘的頻率時(shí)預(yù)先將其頻率降低相應(yīng)的數(shù)量。 ?與接收機(jī)有關(guān)的誤差主要有：觀測誤差、接收機(jī)鐘誤差、接收機(jī)位置誤差、天線相位中心位置誤差和載波相位觀測的整周不確定性。 ?1觀測誤差 這類誤差除了觀測的分辨誤差之外，尚包括接收機(jī)天線相對測站點(diǎn)的安置誤差。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般認(rèn)為觀測的誤差約為信號波長的 1%。由此，對 GPS碼信號和載波信號的觀測精度，如下表所示： 碼相位與載波相位的分辨誤差 信號 波長 觀測誤差 P碼 C/A碼 293m 載波 L1 載
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