【正文】 差。誤 差 來 源衛(wèi)星—軌道誤差—鐘誤差信號傳播—對流層—電離層—多路效應(yīng)接收機—觀測誤差—相位中心變化對距離測量的影響～15m～15m～5m表5－1根據(jù)誤差的性質(zhì)，上述誤差尚可分為系統(tǒng)誤差與偶然誤差兩類： 系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差主要包括衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機鐘差以及大氣折射的誤差。為了減弱和修正系統(tǒng)誤差對觀測量的影響，以便根據(jù)系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因而采取不同的措施，其中包括：l 引入相應(yīng)的未知參數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中聯(lián)同其它未知參數(shù)一并解算；l 建立系統(tǒng)誤差模型，對觀測量加以修正；l 將不同觀測站對系統(tǒng)衛(wèi)星的同步觀測值求差，以減弱或消除系統(tǒng)誤差的影響；l 簡單地忽視某些系統(tǒng)誤差的影響。偶然誤差：偶然誤差主要包括信號的多路徑效應(yīng)引起的誤差和觀測誤差等。1)衛(wèi)星星歷誤差由廣播星歷或其它軌道信息所給出的衛(wèi)星位置與衛(wèi)星的實際位置之差稱為星歷誤差（也稱軌道誤差）。在一個觀測時間段中（1～3小時）它主要呈現(xiàn)系統(tǒng)誤差特性。星歷誤差的大小主要取決于衛(wèi)星跟蹤系統(tǒng)的質(zhì)量，如跟蹤站的數(shù)量及空間分布，觀測值的數(shù)量及格精度，軌道計算時所用的軌道模型及定軌軟件的完善程度等。此外和星歷的預(yù)報間隔（實測星歷的預(yù)報間隔可視為零）也有直接關(guān)系。由于美國政府的SA技術(shù)，星歷誤差中還引入了大量的由人為原因而造成的誤差，它們主要也呈系統(tǒng)誤差特性。衛(wèi)星星歷誤差是當(dāng)前利用GPS定位的重要來源之一。GPS衛(wèi)星距地面的最大距離約為25000km，如果基線測量的允許誤差為1cm，則當(dāng)基線長度不同時，允許的軌道誤差大致如表34所示，可見，在相對定位中隨著基線長度的增加，衛(wèi)星軌道誤差將成為影響定位精度的主要因素。 表 42基線長度（km）基線相對誤差（ppm）容許軌道誤差（m）10在GPS測量中，根據(jù)不同的要求，處理衛(wèi)星軌道的方法原則上有三種：? 忽略衛(wèi)星星歷誤差；?采用軌道改正法處理觀測數(shù)據(jù)；?同步觀測值求差，由于衛(wèi)星星歷誤差對相距不太遠(yuǎn)的兩個測站的定位結(jié)果產(chǎn)生的影響大體相同，所以通過求差的方法，可以明顯地減弱衛(wèi)星星歷的誤差，當(dāng)基線較短時，其有效性甚為顯著。2)衛(wèi)星鐘的鐘誤差衛(wèi)星上雖然使用了高精度的原子鐘，但它們?nèi)圆豢杀苊獾嘏c理想的GPS時之間存在著難以避免的偏差，這些偏差總量在1ms以內(nèi)，由此引起的等效距離誤差可達(dá)300km。這種偏差既包含著系統(tǒng)性誤差（由鐘差、頻偏、頻漂等產(chǎn)生的誤差），也包含著隨機誤差。系統(tǒng)誤差遠(yuǎn)比隨機誤差大，但前者可以通過模型來加以改正。這些數(shù)值由衛(wèi)星的主控站測定，并通過衛(wèi)星的導(dǎo)航電文提供給用戶。經(jīng)過以上的鐘差模型改正，各衛(wèi)星之間的同步差可保持在20ns以內(nèi)，由此引起的等效距離偏差將不會超過6m。而衛(wèi)星鐘差或經(jīng)過改正后的殘差，在相對定位中可以通過觀測量求差（或差分）的方法消除。因此隨機誤差也就成為衡量鐘的重要標(biāo)志。鐘差主要取決于鐘的質(zhì)量。SA技術(shù)實施后，衛(wèi)星鐘誤差中又引入了由于人為原因而造成的信號隨機抖動。兩個測站對衛(wèi)星進(jìn)行同步觀測時，衛(wèi)星鐘的誤差對兩站觀測值的影響是相同的。各個衛(wèi)星鐘的誤差預(yù)報也是看成是互相獨立的。3)相對論效應(yīng)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。所以嚴(yán)格地說，將其歸入與衛(wèi)星有關(guān)的誤差不完全準(zhǔn)確。但是由于相對論效應(yīng)主要取決于衛(wèi)星的運動速度和重力位，并且是以衛(wèi)星鐘的誤差這一形式出現(xiàn)的，所以將其歸入此類誤差。與衛(wèi)星有關(guān)的誤差對偽距測量和載波相位測量造成的影響相同。1)電離層折射電磁波信號通過電離層時傳播速度會產(chǎn)生變化，致使量測結(jié)果產(chǎn)生系統(tǒng)性的偏離，這種現(xiàn)象稱為電離層折射。電離層折射的大小取決于外界條件（時間、太陽黑子數(shù)、地點等）和信號頻率。在衛(wèi)星處于天頂方向時，電離層對距離的影響將小于5m；而在日間正午前后，當(dāng)衛(wèi)星接近地平線時，其影響可能大于150m。為了減小電離層的影響，在GPS測量中通常采取以下措施：?利用雙頻觀測，由于電離層的影響是信號頻率的函數(shù)，所以利用不同頻率的電磁波信號進(jìn)行觀測，便可能確定其影響的大小，以便對觀測量進(jìn)行改正。?利用電離層模型進(jìn)行改正，對于具有單頻接收機的用戶，為了減弱電離層的影響，一般是采用由導(dǎo)航電文所提供的電離層模型或其它適宜的電離層模型加以改正。但是，這種的數(shù)學(xué)模型還在完善中。?利用同步觀測值求差，這一方法是利用兩臺或多臺接收機對同一組衛(wèi)星的同步觀測值求差，以減弱電離層折射的影響。2)對流層折射衛(wèi)星信號通過對對流層時傳播速度要發(fā)生變化，從而使測量結(jié)果產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。對流層折射的大小取決于外界條件（氣溫、氣壓、溫度等）。對流層折射對偽距測量和載波相位測量的影響相同。3)多路徑效應(yīng)經(jīng)某些物體表面反射后到達(dá)接收機的信號，將和直接來自衛(wèi)星的信號疊加進(jìn)入接收機，使測量值產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，這就是所謂的多路徑誤差。多路徑誤差對偽距測量的影響較載波相位測量的影響更為嚴(yán)重。該項誤差取決于測站周圍的環(huán)境和接收天線的性能。載波相位測量中殘留在觀測值中的整周跳變（未被發(fā)現(xiàn)或錯誤地進(jìn)行修復(fù)所造成的）以及整周未知數(shù)確定的不正確，都會使載波測量值中產(chǎn)生系統(tǒng)的誤差，它們通常也被歸入與傳播有關(guān)的誤差中。1)接收機鐘的誤差。與衛(wèi)星鐘一樣接收機鐘也有鐘誤差。而且接收機中一般使用精度較低的石英鐘，因而鐘誤差更為嚴(yán)重。該項誤差的大小主要取決于鐘的質(zhì)量，和使用環(huán)境也有一定關(guān)系。它對偽距測量和載波相位測量的影響是相同的。同一臺接收機對多顆衛(wèi)星進(jìn)行同步觀測時，接收機鐘差對各相應(yīng)觀測值的影響是相同的，且各接收機的鐘差之間可視為相互獨立。2)接收機的位置誤差在進(jìn)行授時和定軌時，接收機的位置（指接收機天線的相位中心）是已知值，它們的誤差將使授時和定軌的結(jié)果產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。該項誤差對偽距測量和載波相位測量的影響也相同。3)載波相位觀測的整周待定值在載波相位觀測法中，接收機只能測定載波相位差非整周的小數(shù)部分和從某一起始?xì)v元至觀測歷元間載波相位變化的整周數(shù)，而無法直接測定載波相位相應(yīng)該起始?xì)v元在傳播路徑上變化的整周數(shù)。因而，在測相偽距觀測值中，將存在整周待定值的影響。另外，已知載波相位觀測除了存在上述整周待定值之外，在觀測過程中還可能發(fā)生整周變跳的問題。當(dāng)用戶接收機收到衛(wèi)星信號并進(jìn)行實時跟蹤（鎖定）后，載波信號的整周數(shù)便可有接收機自動地計數(shù)。而當(dāng)衛(wèi)星信被重新鎖定后，被測載波相位的小數(shù)部分將仍和未發(fā)生中斷的情形一樣，是連續(xù)的，但這時整周數(shù)不再是連續(xù)的。這種情況稱為整周變跳。周跳現(xiàn)象在載波相位測量中經(jīng)常發(fā)生，它對距離觀測的影響與整周待定解相似，在精密定位的數(shù)據(jù)處理中，都是一個非常重要的問題。4)天線的相位中心位置偏差在GPS測量中，無論是測碼偽距或測相偽距，觀測值都是一接收機天線的相位中心位置為準(zhǔn)的，而天線的相位中心與其幾何中心，在理論上應(yīng)保持一致?？墒菍嶋H上天線的相位中心隨著信號輸入的強度和方向的不同而有變化，即觀測時相位中心的瞬時位置（一般稱視相位中心）與理論上的相位中心將有所不同。第二節(jié) 消除、削弱誤差影響的措施上述各項誤差對測距的影響可達(dá)數(shù)十米，有時甚至可超過百米，比觀測噪聲大幾個數(shù)量級。因此必須設(shè)法加以清除和削弱，否則將會對定位精度造成極大的損害。消除或大幅度削弱這些誤差所造成的影響的主要方法有：這些誤差改正模型既可以是通過對誤差的特性、機制以及產(chǎn)生的原因進(jìn)行研究分析，推導(dǎo)而建立起來的理論公式。也可以是通過對大量觀測數(shù)據(jù)的分析，擬合而建立起來的經(jīng)驗公式。在多數(shù)情況下則是同時采用兩種方法而建立的綜合模型。利用電離層折射的大小與信號頻率有關(guān)這一特性（即所謂的“電離層色散效應(yīng)”）而建立起來的雙頻電離層折射改正模型基本上屬于理論公式。而各種對流層折射模型則大體上屬于綜合模型。如果每個誤差改正都是十分完善嚴(yán)密的，模型中所需的數(shù)據(jù)都是準(zhǔn)確無誤的，在這種理想情況下，經(jīng)各誤差模型改正后包含在觀測值中的系統(tǒng)誤差將被消除干凈，而只留下偶然誤差。然而由于改正模型本身的誤差以及所獲取的改正模型中所需的各參數(shù)的誤差，仍會有一部分偏差殘留在觀測值中。這些殘留的偏差通常仍比偶然誤差要大得多，從而嚴(yán)重影響GPS定位的極大。誤差模型的精度好壞不等。有的誤差模型效果較好，例如雙頻電離層折射改正模型的殘余偏差約為總量的1％左右或更少；有的效果一般，如多數(shù)對流層折射改正公式的殘余誤差為總量的5～10％左右；有的改正模型效果更差，如由廣播星歷所提供的單頻電離層折射改正模型，殘余誤差高達(dá)30～40％。仔細(xì)分析誤差對觀測值或平差結(jié)果的影響，安排適當(dāng)?shù)挠^測綱要和數(shù)據(jù)處理方法（如同步觀測，相對定位等），利用誤差在觀測值之間的相關(guān)性或在定位結(jié)果之間的相關(guān)性，通過求差來消除或大幅度地削弱其影響的方法稱為求差法。例如，當(dāng)兩站對同一衛(wèi)星進(jìn)行同步觀測時，觀測值中都包含了共同的衛(wèi)星鐘，將觀測值在接收機間求差即可消除此項誤差。同樣，一臺接收機對多顆衛(wèi)星進(jìn)行同步觀測時，將觀測值在衛(wèi)星間求差即可消除接收機鐘誤差的影響。又如，目前廣播星歷的誤差可達(dá)數(shù)十米，這種誤差屬于起算數(shù)據(jù)的誤差，并不影響觀測值，當(dāng)然不能通過觀測值相減來消除。利用相距不太遠(yuǎn)的兩個測站上的同步觀測值進(jìn)行相對定時，由于兩站至衛(wèi)星的幾何圖形十分相似，因而星歷誤差對兩站坐標(biāo)的影響也很相似。利用這種相關(guān)性在求坐標(biāo)差時就能把共同的坐標(biāo)誤差消除掉。其殘余誤差（即星歷誤差對相對定位的影響）一般可用下列的經(jīng)驗公式估算：。當(dāng)基線的長度，測站至衛(wèi)星的距離時，即使衛(wèi)星星歷誤差的絕對值較大，例如，但它對基線的影響很小，只有1cm。有的誤差，如多路徑誤差，即不能采用求差的方法來解決也不無法距離改正模型，削弱它的唯一辦法是選用較好的天線，仔細(xì)選擇測站，遠(yuǎn)離反射物和干擾源。上述方法也可結(jié)合使用，例如采用大氣傳播延遲改正模型進(jìn)行改正，再用求差法來消除無法用模型改正卻具有相關(guān)性的哪些殘余誤差。后 記經(jīng)過近兩個月的時間，在即將完成這篇論文、離開美麗的校園的時候，我十分感謝四年來在我的生活、學(xué)習(xí)和工作中給了我知識、教會我做人的各位老師，在查閱資料、做實驗、撰寫論文的過程中，我深刻得體會到這些知識對我來說是多麼的重要，而自己也深深感到所學(xué)知識的有限，我想我在將來的學(xué)習(xí)、工作和生活中一定會堅持不懈的學(xué)習(xí)，不斷充實自己的頭腦，更加努力的工作，以此來報答各位老師的教導(dǎo)之恩。在此論文完成的過程中，我得到了教研室的各位老師和南方測繪儀器公司王永泉碩士、陳克政工程師的細(xì)心指導(dǎo)，在此一并表示感謝。參考文獻(xiàn)l 周忠謨：《GPS衛(wèi)星測量與應(yīng)用》，測繪出版社，1997年第二版。l 劉基余：《全球定位系統(tǒng)原理及其應(yīng)用》，測繪出版社，1993年第一版l 鄧中衛(wèi)：《GPS技術(shù)、應(yīng)用與市場》，航空工業(yè)出版社，1996年第一版l 南方測繪儀器公司：《NGS200使用說明書》1999年 41