GPS技术与应用6GPS定位误差.pptx

数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS定位误差定位误差第六章第六章 GPS定位误差定位误差主要内容主要内容:定位误差概述定位误差概述 与卫星有关的误差与卫星有关的误差 与信号传播有关的误差与信号传播有关的误差 与接收设备有关的误差与接收设备有关的误差 其它误差来源其它误差来源数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS定位误差定位误差定位误差概述定位误差概述6.1 6.1 定位误差概述定位误差概述与卫星有关的误差与卫星有关的误差卫星星历（轨道）误差卫星星历（轨道）误差卫星钟差卫星钟差相对论效应相对论效应与信号传播有关的误差与信号传播有关的误差电离层延迟电离层延迟对流层延迟对流层延迟多路径效应多路径效应与接收设备有关的误差与接收设备有关的误差接收机钟差接收机钟差接收机位置误差接收机位置误差天线相位中心偏差天线相位中心偏差数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS测量误差的性质测量误差的性质w偶然误差偶然误差n内容内容l卫星信号发生部分的随机噪声卫星信号发生部分的随机噪声l接收机信号接收处理部分的随机噪声接收机信号接收处理部分的随机噪声l其它外部某些具有随机特征的影响其它外部某些具有随机特征的影响n特点特点l随机随机l量级小量级小 毫米级毫米级6.1 6.1 定位误差概述定位误差概述GPS定位误差定位误差定位误差概述定位误差概述数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS测量误差的性质测量误差的性质w系统误差（偏差系统误差（偏差-Bias）n内容内容l其它具有某种系统性特征的误差其它具有某种系统性特征的误差n特点特点l具有某种系统性特征具有某种系统性特征l量级大量级大 最大可达数百米最大可达数百米6.1 6.1 定位误差概述定位误差概述GPS定位误差定位误差定位误差概述定位误差概述数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院消除或消弱各种误差影响的方法消除或消弱各种误差影响的方法6.1 6.1 定位误差概述定位误差概述GPS定位误差定位误差定位误差概述定位误差概述w模型改正法模型改正法n原理：利用模型计算出误差影响的大小，直接对原理：利用模型计算出误差影响的大小，直接对观测值进行修正观测值进行修正n适用情况：对误差的特性、机制及产生原因有较适用情况：对误差的特性、机制及产生原因有较深刻了解，能建立理论或经验公式深刻了解，能建立理论或经验公式n所针对的误差源所针对的误差源相对论效应；电离层延迟；对流层延迟；卫星钟差相对论效应；电离层延迟；对流层延迟；卫星钟差n限制：有些误差难以模型化限制：有些误差难以模型化数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院消除或消弱各种误差影响的方法消除或消弱各种误差影响的方法6.1 6.1 定位误差概述定位误差概述GPS定位误差定位误差定位误差概述定位误差概述w求差法求差法n原理：通过观测值间一定方式的相互求差，消去或原理：通过观测值间一定方式的相互求差，消去或消弱求差观测值中所包含的相同或相似的误差影响消弱求差观测值中所包含的相同或相似的误差影响n适用情况：误差具有较强的空间、时间或其它类型适用情况：误差具有较强的空间、时间或其它类型的相关性。的相关性。n所针对的误差源所针对的误差源电离层延迟；对流层延迟；卫星星历误差；电离层延迟；对流层延迟；卫星星历误差；n限制：空间相关性将随着测站间距离的增加而减弱限制：空间相关性将随着测站间距离的增加而减弱数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院消除或消弱各种误差影响的方法消除或消弱各种误差影响的方法6.1 6.1 定位误差概述定位误差概述GPS定位误差定位误差定位误差概述定位误差概述w参数法参数法n原理：采用参数估计的方法，求出系统性原理：采用参数估计的方法，求出系统性偏差偏差n适用情况：几乎适用于任何的情况适用情况：几乎适用于任何的情况n限制：不能同时将所有影响均作为参数来限制：不能同时将所有影响均作为参数来估计估计数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院消除或消弱各种误差影响的方法消除或消弱各种误差影响的方法6.1 6.1 定位误差概述定位误差概述GPS定位误差定位误差定位误差概述定位误差概述w回避法回避法n原理：选择合适的观测地点，避开易产生误差的环原理：选择合适的观测地点，避开易产生误差的环境；采用特殊的观测方法；采用特殊的硬件设备境；采用特殊的观测方法；采用特殊的硬件设备n适用情况：对误差产生的条件及原因有所了解；具适用情况：对误差产生的条件及原因有所了解；具有特殊的设备。有特殊的设备。n所针对的误差源所针对的误差源电磁波干扰；多路径效应电磁波干扰；多路径效应n限制：无法完全避免误差影响，具有一定的盲目性限制：无法完全避免误差影响，具有一定的盲目性数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院卫星星历卫星星历（轨道）（轨道）误差误差6.2 6.2 与卫星有关的误差与卫星有关的误差GPS定位误差定位误差与卫星有关的误差与卫星有关的误差w定义定义由卫星星历给出的卫星在空间的位置与卫由卫星星历给出的卫星在空间的位置与卫星的实际位置之差星的实际位置之差w应对方法应对方法n建立自己的卫星跟踪网独立定轨建立自己的卫星跟踪网独立定轨n模型改正精密定轨模型改正精密定轨(后处理后处理)n相对定位或差分定位相对定位或差分定位数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院卫星钟差卫星钟差6.2 6.2 与卫星有关的误差与卫星有关的误差GPS定位误差定位误差与卫星有关的误差与卫星有关的误差w定义定义卫星原子钟时与理想的卫星原子钟时与理想的GPS时的差值时的差值1ms（300km）20ns(6m)改正数改正数t差分差分 w应对方法应对方法n模型改正模型改正钟差改正多项式钟差改正多项式n相对定位或差分定位相对定位或差分定位数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院相对论效应相对论效应6.2 6.2 与卫星有关的误差与卫星有关的误差GPS定位误差定位误差与卫星有关的误差与卫星有关的误差w狭义相对论狭义相对论1905n运动将使时间、运动将使时间、空间和物质的质空间和物质的质量发生变化量发生变化w广义相对论广义相对论1915n将相对论与引力将相对论与引力论进行了统一论进行了统一数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院相对论效应相对论效应6.2 6.2 与卫星有关的误差与卫星有关的误差GPS定位误差定位误差与卫星有关的误差与卫星有关的误差w定义定义由于卫星钟和接收机钟所处的状态（运动速度由于卫星钟和接收机钟所处的状态（运动速度和重力位）不同而引起卫星钟和接收机钟之间和重力位）不同而引起卫星钟和接收机钟之间产生相对钟误差的现象。产生相对钟误差的现象。总的相对论效应影响：总的相对论效应影响：卫星上钟的频率将变快卫星上钟的频率将变快w应对方法应对方法n厂家生产时，将卫星钟的标准频率（厂家生产时，将卫星钟的标准频率（10.23MHZ）减小约减小约4.449e-10MHZ。数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院地球大气层的结构地球大气层的结构6.3 6.3 与信号传播有关的误差与信号传播有关的误差GPS定位误差定位误差与信号传播有关的误差与信号传播有关的误差数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院电离层折射电离层折射6.3 6.3 与信号传播有关的误差与信号传播有关的误差GPS定位误差定位误差与信号传播有关的误差与信号传播有关的误差w定义定义当当GPS信号穿过电离层时，其速度发生变信号穿过电离层时，其速度发生变化，路径发生弯曲，这种偏差称为电离层化，路径发生弯曲，这种偏差称为电离层折射。折射。w应对方法应对方法n利用双频观测利用双频观测n利用电离层模型进行改正利用电离层模型进行改正n利用同步观测值求差利用同步观测值求差数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院对流层折射对流层折射6.3 6.3 与信号传播有关的误差与信号传播有关的误差GPS定位误差定位误差与信号传播有关的误差与信号传播有关的误差w定义定义当当GPS信号穿过对流层时产生折射，其速度发生信号穿过对流层时产生折射，其速度发生变化，这种变化称为对流层折射。从而使测得的变化，这种变化称为对流层折射。从而使测得的距离产生系统性偏差。距离产生系统性偏差。w应对方法应对方法n模型改正定位精度要求不高时，可以简单忽略模型改正定位精度要求不高时，可以简单忽略n利用对流层模型加以改正利用对流层模型加以改正n引入描述对流层影响的附加待估参数并求解引入描述对流层影响的附加待估参数并求解n利用同步观测值求差利用同步观测值求差数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院多路径误差多路径误差6.3 6.3 与信号传播有关的误差与信号传播有关的误差GPS定位误差定位误差与信号传播有关的误差与信号传播有关的误差数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院多路径误差多路径误差6.3 6.3 与信号传播有关的误差与信号传播有关的误差GPS定位误差定位误差与信号传播有关的误差与信号传播有关的误差w定义：卫星定义：卫星在在GPS测量中，测站附近的物测量中，测站附近的物体所反射的卫星信号（反射波）被接收机体所反射的卫星信号（反射波）被接收机天线所接收，与直接来自卫星的信号（直天线所接收，与直接来自卫星的信号（直接波）产生干涉，从而使观测值偏离真值接波）产生干涉，从而使观测值偏离真值产生所谓的产生所谓的“多路径误差多路径误差”。w多路径效应多路径效应 由于多路径的信号传播所引起的干涉时延由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应称为多路径效应。效应称为多路径效应。数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院多路径误差多路径误差6.3 6.3 与信号传播有关的误差与信号传播有关的误差GPS定位误差定位误差与信号传播有关的误差与信号传播有关的误差w应对方法应对方法n观测上观测上：选择合适的测站，避开易产生多路径的环境选择合适的测站，避开易产生多路径的环境数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院多路径误差多路径误差6.3 6.3 与信号传播有关的误差与信号传播有关的误差GPS定位误差定位误差与信号传播有关的误差与信号传播有关的误差w应对方法应对方法n观测上观测上：选择合适的测站，避开易产生多路径的环境选择合适的测站，避开易产生多路径的环境 a.测站应远离大面积平静的水面；测站应远离大面积平静的水面；b.测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中；测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中；c.测站应离开高层建筑物，观测时汽车也不测站应离开高层建筑物，观测时汽车也不要停放得离测站过近。要停放得离测站过近。数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院多路径误差多路径误差6.3 6.3 与信号传播有关的误差与信号传播有关的误差GPS定位误差定位误差与信号传播有关的误差与信号传播有关的误差w应对方法应对方法n硬件上：采用抗多路径误差的仪器设备硬件上：采用抗多路径误差的仪器设备抗多路径效应的天线抗多路径效应的天线数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院多路径误差多路径误差6.3 6.3 与信号传播有关的误差与信号传播有关的误差GPS定位误差定位误差与信号传播有关的误差与信号传播有关的误差w应对方法应对方法n适当延长观测时间，削弱多路径效应适当延长观测时间，削弱多路径效应的周期性影响的周期性影响n数据处理上，采用加权、参数法、滤数据处理上，采用加权、参数法、滤波法和信号分析法等减弱其影响波法和信号分析法等减弱其影响数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院接收机钟差接收机钟差6.4 6.4 与接收设备有关的误差与接收设备有关的误差GPS定位误差定位误差与接收设备有关的误差与接收设备有关的误差w定义定义接收机钟与理想的接收机钟与理想的GPS时之间存在的偏时之间存在的偏差差 （300m）w应对方法应对方法n在每个观测站上，引入一个钟差参数，作为在每个观测站上，引入一个钟差参数，作为未知数，在数据处理中一并求解；未知数，在数据处理中一并求解；n同步观测值求差同步观测值求差数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院接收机位置误差接收机位置误差6.4 6.4 与接收设备有关的误差与接收设备有关的误差GPS定位误差定位误差与接收设备有关的误差与接收设备有关的误差w定义：接收机天线的相位中心相对测站标定义：接收机天线的相位中心相对测站标石中心位置的偏差石中心位置的偏差。w应对方法应对方法 正确的对中整平；采用强制对中装置（变形监测）正确的对中整平；采用强制对中装置（变形监测）数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院天线相位中心偏差天线相位中心偏差6.4 6.4 与接收设备有关的误差与接收设备有关的误差GPS定位误差定位误差与接收设备有关的误差与接收设备有关的误差w定义定义观测时接收机天线相位中心随着信号输入观测时接收机天线相位中心随着信号输入的强度与方位不同而有变化，往往偏离天的强度与方位不同而有变化，往往偏离天线的几何中心。线的几何中心。w应对方法应对方法n应按天线附有的方向标进行定向，使之根据罗应按天线附有的方向标进行定向，使之根据罗盘指向磁北极；盘指向磁北极；n同步观测值求差。同步观测值求差。数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院地球自转的影响地球自转的影响 当卫星信号传播到观测站时，与地球相固当卫星信号传播到观测站时，与地球相固连的协议地球系相对卫星的瞬时位置已产生了连的协议地球系相对卫星的瞬时位置已产生了旋转。旋转。地球潮汐改正地球潮汐改正 在日月引力的作用下，固体地球会产生周在日月引力的作用下，固体地球会产生周期性的弹性形变，引起测站位移。期性的弹性形变，引起测站位移。6.5 6.5 其它误差源其它误差源GPS定位误差定位误差其它误差源其它误差源数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS定位误差定位误差重点回顾重点回顾 本节课重点内容回顾本节课重点内容回顾 重点内容重点内容:定位误差概述定位误差概述了解了解GPSGPS误差的分类误差的分类定位误差定位误差熟练掌握时钟误差、星历误差与熟练掌握时钟误差、星历误差与多路径误差，了解消除、减弱误差多路径误差，了解消除、减弱误差的措施和方法的措施和方法数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS定位误差定位误差作业作业作业作业 详述详述GPSGPS定位误差的分类？定位误差的分类？什么多路径误差？如何减弱什么多路径误差？如何减弱其影响？其影响？数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS定位原理与应用定位原理与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS定位误差定位误差预习预习下节课预习内容下节课预习内容 GPS网技术设计网技术设计 GPS网图形设计网图形设计 GPS外业工作外业工作