第8章-gnss測量與定位(編輯修改稿)
2024-09-03 11:09 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 對實驗者、測量儀器、被測物理量的影響而產(chǎn)生的。 8/27/2022 與 衛(wèi)星有關(guān)的誤差 （ 1） 衛(wèi)星鐘差 ?GPS觀測量均以精密測時為依據(jù)。 GPS定位中，無論碼相位觀測還是載波相位觀測，都要求衛(wèi)星鐘與接收機鐘保持嚴(yán)格同步。 實際上，盡管衛(wèi)星上設(shè)有高精度的原子鐘，仍不可避免地存在鐘差和漂移 ，偏差總量約在 1 ms內(nèi)，引起的等效距離誤差可達 300km。 ?衛(wèi)星鐘的偏差一般可通過對衛(wèi)星運行狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)測精確地確定，并用二階多項式表示： ?tj=a0+a1(tt0e)+a2(tt0e)2。式中的參數(shù)由主控站測定，通過衛(wèi)星的導(dǎo)航電文提供給用戶。 8/27/2022 （ 2） 衛(wèi)星軌道偏差 ： ?由于 衛(wèi)星在運動中受多種攝動力的復(fù)雜影響 ，而通過地面監(jiān)測站又難以可靠地測定這些作用力并掌握其作用規(guī)律，因此，衛(wèi)星軌道誤差的估計和處理一般較困難 。 ?目前 ， 通過導(dǎo)航電文所得的衛(wèi)星軌道信息，相應(yīng)的位置誤差約 2040m。 ?隨著 攝動力模型和定軌技術(shù)的不斷完善，衛(wèi)星的位置精度將可提高到 510m。 ?衛(wèi)星 的軌道誤差是當(dāng)前 GPS定位的重要誤差來源之一 。 8/27/2022 8/27/2022 ? 相對論效應(yīng) 是由于衛(wèi)星鐘和接收機鐘所處的狀態(tài)（運動速度和重力位）不同而引起衛(wèi)星鐘和接收機鐘之間產(chǎn)生相對鐘誤差的現(xiàn)象 。 ? 一 臺在慣性坐標(biāo)系中頻率為 f 的鐘，安置在 GPS衛(wèi)星上后，根據(jù)狹義相對論的觀點將產(chǎn)生 df1= 1010f 的頻率偏差，根據(jù)廣義相對論的觀點，又將產(chǎn)生 df2= 1010f 的引力頻移，則總的相對論效應(yīng)影響為df= df1+ df2= 1010f。 ? 克服相對論效應(yīng)的簡單方法是，在廠家在制造衛(wèi)星鐘時預(yù)先將頻率降低 1010f，這樣當(dāng)衛(wèi)星鐘進入軌道受到相對論效應(yīng)的影響后，其頻率正好變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)頻率 。 （ 3）相對論效應(yīng)導(dǎo)致的誤差 衛(wèi)星 信號傳播誤差 8/27/2022 ? 對于 GPS而言 ， 衛(wèi)星的電磁波信號從信號發(fā)射天線傳播到地面 GPS接收機天線 ， 其傳播路徑并非真空 ， 而是要穿過性質(zhì)與狀態(tài)各異 、 且不穩(wěn)定的大氣層 ， 使其傳播的方向 、 速度和強度發(fā)生變化 ， 這種現(xiàn)象稱為 大氣折射 。 ? 大氣折射 對 GPS觀測結(jié)果的影響 ， 往往超過 GPS精密定位所容許的誤差范圍 ， 因此在數(shù)據(jù)處理過程中必須考慮 。 根據(jù)對電磁波傳播的不同影響 ， 一般將大氣層分為對流層和電離層 。 （ 1） 電離層折射影響 ：主要取決于 信號頻率和傳播路徑上的電子總量 。通常采取的措施： ? 利用 雙頻觀測 ：電離層影響是信號頻率的函數(shù)，利用不同頻率電磁波信號進行觀測，可確定其影響大小，并對觀測量加以修正。其有效性不低于 95%. ? 利用 電離層模型加以修正 ：對單頻接收機，一般采用由導(dǎo)航電文提供的或其它適宜電離層模型對觀測量進行改正。目前模型改正的有效性約為 75%，至今仍在完善中。 ? 利用 同步觀測值求差 ：當(dāng)觀測站間的距離較近（小于 20km） 時，衛(wèi)星信號到達不同觀測站的路徑相近，通過同步求差，殘差不超過 106。 8/27/2022 （ 2） 對流層的影響 ?對流層折射對觀測量的影響可分為干分量和濕分量兩部分 。 ?干 分量主要與大氣溫度和壓力 有關(guān) 。 ?濕 分量主要與信號傳播路徑上的大氣濕度和高度有關(guān)。目前濕分量的影響尚無法準(zhǔn)確確定 。 ?對流層 影響的處理方法： ? 定位 精度要求不高時，忽略不計。 ? 采用 對流層模型加以改正。 ? 引入 描述對流層的附加待估參數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中求解。 ? 觀測 量求差。 8/27/2022 （ 3） 多徑效應(yīng) ： ? 接收機 天線除直接收到衛(wèi)星發(fā)射的信號外，還可能收到經(jīng)天線周圍地物一次或多次反射的衛(wèi)星信號 。兩種 信號迭加，將引起測量參考點位置變化，使觀測量產(chǎn)生誤差 。 ? 在 一般反射環(huán)境下，對測碼偽距的影響達米級，對測相偽距影響達厘米級。在高反射環(huán)境中，影響顯著增大，且常常導(dǎo)致 衛(wèi)星 信號 失鎖 和產(chǎn)生周跳 。 8/27/2022 8/27/2022 ? 措施： ? 安置接收機天線的環(huán)境應(yīng)避開較強發(fā)射面，如水面、平坦光滑的地面和建筑表面。 ? 選擇造型適宜且屏蔽良好的天線如扼流圈天線。 ? 適當(dāng)延長觀測時間，削弱周期性影響。 ? 改善接收機的電路設(shè)計。 接收 設(shè)備有關(guān)的誤差 主要包括 觀測誤差、接收機鐘差、天線相位中心誤差和載波相位觀測的整周不確定性影響 。 8/27/2022 （ 1） 觀測誤差 包括分辨誤差和接收天線相對測站點的安置誤差。 ? 分辨誤差一般認為約為信號波長的 1%。 ? 安置誤差主要有天線的置平與對中誤差和量取天線相位中心高度（天線高）誤差。 （ 2） 接收機 鐘差 ? GPS接收機一般設(shè)有高精度的石英鐘，日頻率穩(wěn)定度約為 1011。如果接收機鐘與衛(wèi)星鐘之間的同步差為1?s， 則引起的等效距離誤差為 300m。 ? 處理 接收機鐘差的方法： ? 作為 未知數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中求解。 ? 利用 觀測值求差方法 ，減弱接收機鐘差影響。 ? 定位 精度要求較高時，可采用外
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