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靜態(tài)gps的原理探討與研制-閱讀頁

2025-07-03 02:24本頁面
  

【正文】 2 1 3 Q0092041Q0482048 5 7 3 Q0072041Q0482048 3 17 6 Q0092052Q0492052 1 2 6 Q0362041Q0412041 0 4 1 Q0362042Q0412042 1 2 2 Q0362042Q0492048 1 2 4 Q0362051Q0492053 4 7 13 Q0362041Q0502048 0 0 0 Q0412042Q0492048 1 1 3 Q0412041Q0502048 0 1 1 點(diǎn)名 經(jīng)度及中誤差 緯度及中誤差   高程及中誤差 (度:分:秒) (厘米) (度:分:秒) (厘米) (米) (厘米) Q007 30:34: 104:16: Q009 30:34: 104:17: Q036 30:34: 104:13: Q041 30:33: 104:14: Q048 30:35: 104:18: Q049 30:33: 104:16: Q050 30:34: 104:13: 二 維 約 束 平 差 x向平移: ,  y向平移: 比  例: , 旋  轉(zhuǎn): 點(diǎn)名 北向坐標(biāo)及中誤差 東向坐標(biāo)及中誤差 誤 差 橢 圓    (米)  (厘米) (米)   (厘米) E(厘米)F(厘米) ET(度:分:秒) Q007 168:46: Q009 7:25: Q036 175:19: Q041 5:53: Q048 157:29: Q049 0:26: Q050 156:00: 高 程 擬 合 H = H0 + A 點(diǎn)名 高   程   高 程 中 誤 差      (米)      (厘米) Q007 Q009 Q036 Q041 Q048 Q049 Q050 第五章 GPS測量的誤差來源及其影響第一節(jié) GPS測量誤差分類在GPS測量中,觀測量精度的主要來源可分為三類:;;。為了便于理解,通常均把各種誤差的影響投影到觀測站至衛(wèi)星的距離上,以相應(yīng)的距離誤差表示,并稱為等效距離偏差。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(jī)—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(jī)鐘差以及大氣折射的誤差。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。在一個(gè)觀測時(shí)間段中(1~3小時(shí))它主要呈現(xiàn)系統(tǒng)誤差特性。此外和星歷的預(yù)報(bào)間隔(實(shí)測星歷的預(yù)報(bào)間隔可視為零)也有直接關(guān)系。衛(wèi)星星歷誤差是當(dāng)前利用GPS定位的重要來源之一。 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(gè)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(shí),其有效性甚為顯著。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(jī)誤差。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。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。鐘差主要取決于鐘的質(zhì)量。兩個(gè)測站對衛(wèi)星進(jìn)行同步觀測時(shí),衛(wèi)星鐘的誤差對兩站觀測值的影響是相同的。3)相對論效應(yīng)相對論效應(yīng)是由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所處的狀態(tài)(運(yùn)動(dòng)速度和重力位)不同而引起衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘之間產(chǎn)生相對鐘誤差的現(xiàn)象。但是由于相對論效應(yīng)主要取決于衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)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。1)電離層折射電磁波信號通過電離層時(shí)傳播速度會(huì)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。在衛(wèi)星處于天頂方向時(shí),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(shí),其影響可能大于150m。?利用電離層模型進(jìn)行改正,對于具有單頻接收機(jī)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。?利用同步觀測值求差,這一方法是利用兩臺(tái)或多臺(tái)接收機(jī)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。對流層折射的大小取決于外界條件(氣溫、氣壓、溫度等)。3)多路徑效應(yīng)經(jīng)某些物體表面反射后到達(dá)接收機(jī)的信號,將和直接來自衛(wèi)星的信號疊加進(jìn)入接收機(jī),使測量值產(chǎn)生系統(tǒng)誤差,這就是所謂的多路徑誤差。該項(xiàng)誤差取決于測站周圍的環(huán)境和接收天線的性能。1)接收機(jī)鐘的誤差。而且接收機(jī)中一般使用精度較低的石英鐘,因而鐘誤差更為嚴(yán)重。它對偽距測量和載波相位測量的影響是相同的。2)接收機(jī)的位置誤差在進(jìn)行授時(shí)和定軌時(shí),接收機(jī)的位置(指接收機(jī)天線的相位中心)是已知值,它們的誤差將使授時(shí)和定軌的結(jié)果產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。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(jī)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)。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。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(shí)整周數(shù)不再是連續(xù)的。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(gè)非常重要的問題??墒菍?shí)際上天線的相位中心隨著信號輸入的強(qiáng)度和方向的不同而有變化,即觀測時(shí)相位中心的瞬時(shí)位置(一般稱視相位中心)與理論上的相位中心將有所不同。因此必須設(shè)法加以清除和削弱,否則將會(huì)對定位精度造成極大的損害。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(yàn)公式。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。如果每個(gè)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。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。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%。例如,當(dāng)兩站對同一衛(wèi)星進(jìn)行同步觀測時(shí),觀測值中都包含了共同的衛(wèi)星鐘,將觀測值在接收機(jī)間求差即可消除此項(xiàng)誤差。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。利用這種相關(guān)性在求坐標(biāo)差時(shí)就能把共同的坐標(biāo)誤差消除掉。當(dāng)基線的長度,測站至衛(wèi)星的距離時(shí),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。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。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。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
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