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概述

  GPS同步观测,是指使用N台(N>=2)GPS接收机,同时在相同的时间段内连续跟踪接收相同的卫星组的信号。通常称同步观测的时间段为时段或测段。

误差分类

  在GPS测量中,影响观测精度的主要误差可分为以下三类:

一、与GPS卫星有关的误差

  与GPS卫星有关的误差主要包括卫星的轨道误差和卫星钟的误差

  1 卫星钟差

  由于卫星的位置是时间的函数,因此,GPS的观测量均发精密测时为依据,而与卫星位置相对应的信息,是通过卫星信号的编码信息传送给接收机的。在GPS定位中,无论是码相位观测或是载波相位观测,均要求卫星钟与接收机时钟保持严格的同步。实际上,以尽管GPS卫星均设有高精度的原子钟(铷钟和铯钟),但是它们与理想的GPS时之间,仍存在着难以避免的偏差和漂移。这种偏差的总量约在1ms以内。

  对于卫星钟的这种偏差,一般可由卫星的主控站,通过对卫星钟运行状态的连续监测确定,并通过卫星的导航电文提供给接收机。经钟差改正后,各卫星之间的同步差,即可保持在20ns以内。

  在相对定位中,卫星钟差可通过观测量求差(或差分)的方法消除。

  2卫星轨道偏差

  估计与处理卫星的轨道偏差较为困难,其主要原因是,卫星在运行中要受到多种摄动力的复杂影响,而通过地面监测站,以难以充分可靠的测定这作用力,并掌握它们的作用规律,目前,卫星轨道信息是通过导航电文等到的。

  应该说,卫星轨道误差是当前GPS测量的主要误差来源之一。测量的基线长度越长,此项误差的影响就越大。

二、与信号传播有关的误差

  1 电离层折射

  1)不改正使星站距离产生100多米误差;

  2)影响性质: (1)码相位观测与载波相位观测的电离层折射大小相等,符号相反;(2)对相对定位的影响因相关性而大大减弱;

  3)影响电离层折射的因素

  (1)电磁波频率

  250MHz电磁波的折射数为1600MHz电磁波折射数的约30倍,L1载波与L2载波的折射数显著不同。

  (2)电磁波传播路径上的带电离子密度及带电粒子数:

  电离层高度,200~400km时密度最大;地方时,白天是晚上的5倍,地方时11时最大;季节,夏天是冬天的4倍;测站纬度,赤道最高,南北极最低;年份,太阳黑子活动周期为11年,最高年份可达1016/m2,最低年份近于零。58,69,80,91,02年最高;卫星高度:高度越大,影响越小。

  4)减弱措施:双频观测(P95式6.16至6.20);模型改正;相对定位(残余误差随边长的增大而增大);差分定位;载波相位观测与码相位观测取平均。

  2、对流层折射

  1)对星站距离的影响达20米。

  2)影响对流层折射的因素:温度、气压、湿度、卫星高度。

  3)措施:

  (1)模型改正

  90年代以前研究测距仪的大气折射影响,90年代以后直到目前还在研究对流层对GPS定位的影响。

  (2)作为未知数求解;

  (3)相对定位(残余误差随边长的增大而增大) 。

  3、多路径误差

  由卫星发射的电磁波经多条路径到达接收机而引起的误差,其中一条路径是直接到达接收机,其它路径是经多次反射后到达接收机。

  措施:

  1)静态定位;

  2)测站点避开反射物(建筑物、光滑地面、水域等);

  3)改善天线。

三、与接收机有关的误差

  1、接收机钟差

  2、接收机安置误差

  包括对中和整平误差,观测前应严格校正对点器。

  3、观测误差:接收机对时间的观测精度有限引起的误差

  4、天线相位中心位置偏差

  即接收机天线的相位中心与几何中心不一致。

  性质:与信号强弱及到达接收机的方向有关。

  措施:改进天线、相对定位时采用同一型号的接收机并使定向标志朝北、观测前检验接收机天线相位中心位置偏差。

处理误差的方法

  在GPS定位测量中,处理卫星轨道误差有以下几种方法:

  1) 忽略轨道误差

  这种方法以从导航电文中所获得的卫星轨道信息为准,不再考虑卫星轨道实际存在的误差,所以广泛的用于精度较低的实时单点定位工作中。

  2) 采用轨道改进法处理观测数据

  这种方法是在数据处理中,引入表征卫星轨道偏差的改正参数,并假设在短时间内这些参数为常量,将其与其它求知数一并求解。

  3) 同步观测值求差

  这一方法是利用在两个或多个观测站一同,对同一卫星的同步观测值求差。以减弱卫星轨道误差的影响。由于同一卫星的位置误差对不同观测站同步观测量的影响,具有系统误差性质,所以通过上述求差的方法,可以明显的减弱卫星轨道误差的影响,尤其当基线较短时,其效用更不明显。

  这种方法对于精度相对定位,具有极其重要的意义。

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