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GPS系統(tǒng)誤差的主要來源
2014/7/13 9:13:42    

利用GPS進(jìn)行定位時,會受到各種各樣因素的影響,從而造成定位誤差。GPS系統(tǒng)的主要誤差來源可分為三類:與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差;與信號傳播有關(guān)的誤差;與接收設(shè)備有關(guān)的誤差。

1.與衛(wèi)星有關(guān)的誤差

(1)衛(wèi)星星歷誤差:衛(wèi)星星歷誤差是指衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星空間位置與衛(wèi)星實(shí)際位置間的偏差,由于衛(wèi)星空間位置是由地面監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星測軌結(jié)果計(jì)算求得的,所以又稱之為衛(wèi)星軌道誤差。它是一種起始數(shù)據(jù)誤差,其大小取決于衛(wèi)星跟蹤站的數(shù)量及空間分布、觀測值的數(shù)量及精度、軌道計(jì)算時所用的軌道模型及定軌軟件的完善程度等。星歷誤差是GPS測量誤差的重要來源。

(2)衛(wèi)星鐘差:衛(wèi)星鐘差是指GPS衛(wèi)星上原子鐘的鐘面時與GPS標(biāo)準(zhǔn)時間的差別。為了保證時鐘的精度,GPS衛(wèi)星均采用高精度的原子鐘,但它們與GPS標(biāo)準(zhǔn)時之間的偏差和漂移和漂移總量仍在1-0.1ms以內(nèi),由此引起的等效的定位誤差將達(dá)到300-30km。這是系統(tǒng)誤差,必須加于修正。

(3)SA誤差:SA(Selective Availability)政策即可用性選擇政策,是美國軍方為了限制非特許用戶利用GPS進(jìn)行高精度點(diǎn)定位而采用的降低系統(tǒng)精度的政策。它包括降低廣播星歷精度的ε技術(shù)和在衛(wèi)星基本頻率上附加一隨機(jī)抖動的技術(shù)。實(shí)施SA技術(shù)后,SA誤差已經(jīng)成為影響GPS定位誤差的最主要因素。雖然美國在2000年5月1日取消了SA,但是戰(zhàn)時或必要時,美國仍可能恢復(fù)或采用類似的干擾技術(shù)。

(4)相對論效應(yīng)的影響:這是由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)所處的狀態(tài)(運(yùn)動速度和重力位)不同引起的衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘之間的相對誤差。由于衛(wèi)星鐘和地面鐘存在相對運(yùn)動,相對于地面鐘,衛(wèi)星鐘走得慢,這會影響電磁波傳播時間的測定。

2.與傳播途徑有關(guān)的誤差

(1)電離層延遲:在地球上空距地面50-100km之間的電離層中,氣體分子受到太陽等天體各種射線輻射產(chǎn)生強(qiáng)烈電離,形成大量的自由電子和正離子。當(dāng)GPS信號通過電離層時,與其他電磁波一樣,信號的路徑要發(fā)生彎曲,傳播速度也會發(fā)生變化,從而使測量的距離發(fā)生偏差,這種影響稱為電離層延遲。
(2)對流層延遲:對流層的大氣密度比電離層大,大氣狀態(tài)也復(fù)雜。GPS信號通過對流層時,信號的傳播路徑會發(fā)生彎曲,從而令距離測量產(chǎn)生偏差,這種現(xiàn)象稱為對流層延遲。
(3)多路徑效應(yīng):測站周圍的反射物所反射的衛(wèi)星信號(反射波)進(jìn)入接收機(jī)天線,對直接來自衛(wèi)星的信號(直接波)產(chǎn)生干涉,從而使觀測值偏離,產(chǎn)生所謂的“多路徑誤差”。這種由于多路徑的信號傳播所引起的干涉時延效應(yīng)被稱作多路徑效應(yīng)。

3. 與GPS接收機(jī)有關(guān)的誤差

(1)接收機(jī)鐘差:GPS接收機(jī)一般采用高精度的石英鐘,接收機(jī)的鐘面時與GPS標(biāo)準(zhǔn)時之間的差異稱為接收機(jī)鐘差。
(2)接收機(jī)的位置誤差:接收機(jī)天線相位中心相對測站標(biāo)石中心位置的誤差,稱為接收機(jī)位置誤差。
(3)接收機(jī)天線相位中心偏差:在GPS測量時,觀測值都是以接收機(jī)天線的相位中心位置為準(zhǔn)的,天線的相位中心與其幾何中心,在理論上應(yīng)保持一致。但是觀測時天線的相位中心隨著信號輸入的強(qiáng)度和方向不同而有所變化,這種差別叫天線相位中心的位置偏差。

這三類誤差源主要影響電磁波傳播時間的測量和衛(wèi)星精確位置(即精密定位)的獲得。所謂精密定位,就是利用各種模型、估算出各種誤差,進(jìn)而修正GPS定位結(jié)果的技術(shù),它是GPS應(yīng)用的前沿課題。查詢進(jìn)一步信息,請?jiān)L問官方網(wǎng)站http://industry.beidou.gov.cn。

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