GPS原理与应用GPS定位误差源1讲诉.pptx

第第5 5章章 GPSGPS定位的误差源定位的误差源2概概 述述1pGPSGPS定位中，影响观测量精度的主要误差源定位中，影响观测量精度的主要误差源n与与卫星卫星有关的误差有关的误差n与与信号传播信号传播有关的误差有关的误差n与与接收设备接收设备有关的误差有关的误差p 为了便于理解，通常均把各种误差的影响投影到站为了便于理解，通常均把各种误差的影响投影到站星距离上，以相应的距离误差表示，称为星距离上，以相应的距离误差表示，称为等效距离等效距离误差误差5.1.1 误差的分类误差的分类3测码伪距的等效距离误差（测码伪距的等效距离误差（m）误差来源误差来源P码码C/A码码卫星卫星星历与模型误差星历与模型误差钟差与稳定度钟差与稳定度卫星摄动卫星摄动相位不确定性相位不确定性其它其它合计合计4.23.01.00.50.95.44.23.01.00.50.95.4信号传播信号传播电离层折射电离层折射对流层折射对流层折射多路径效应多路径效应其它其它合计合计2.32.01.20.53.35.0-10.02.01.20.55.5-10.3接收机接收机接收机噪声接收机噪声其它其它合计合计1.00.51.17.50.57.5总计总计6.410.8-13.6p（1 1）系系统统误误差差：主主要要包包括括卫卫星星的的轨轨道道误误差差、卫卫星星钟钟差差、接接收收机机钟钟差差、以以及及大大气气折折射射的的误误差差等等。为为了了减减弱弱和和修修正正系系统统误误差差对对观观测测量量的的影影响响，一一般般根根据据系系统统误误差差产产生生的的原原因因而而采采取取不不同同的措施，包括：的措施，包括：n引入相应的引入相应的未知参数未知参数，在数据处理中联同其它未知参数一并求解。，在数据处理中联同其它未知参数一并求解。n建立建立系统误差系统误差模型模型，对观测量加以修正。，对观测量加以修正。n将将不不同同观观测测站站，对对相相同同卫卫星星的的同同步步观观测测值值求求差差，以以减减弱弱和和消消除除系系统统误误差的影响。差的影响。n简单地简单地忽略忽略某些系统误差某些系统误差的影响。的影响。p（2 2）偶然误差偶然误差：包括多路径效应误差和观测误差等。：包括多路径效应误差和观测误差等。n选用较好的硬件和观测条件选用较好的硬件和观测条件n延长观测时间延长观测时间5.1.1 误差的分类（根据误差的性质分类）误差的分类（根据误差的性质分类）56与卫星有关的误差与卫星有关的误差2pGPS观测量均以观测量均以精密测时精密测时为依据。为依据。pGPS定位中，无论码相位观测还是载波相位观测，定位中，无论码相位观测还是载波相位观测，都要求卫星钟与接收机钟保持都要求卫星钟与接收机钟保持严格同步严格同步。p实际上，尽管卫星上设有高精度的原子钟，仍不可实际上，尽管卫星上设有高精度的原子钟，仍不可避免地存在避免地存在钟差钟差和和漂移漂移，偏差总量约在，偏差总量约在1 ms内，引内，引起的等效距离误差可达起的等效距离误差可达300km。5.2.1 卫星钟差卫星钟差7p通过对卫星运行状态的连续监测精确地确定，通过对卫星运行状态的连续监测精确地确定，参数由参数由主控站测定，通过卫星的导航电文提供给用户主控站测定，通过卫星的导航电文提供给用户,并用二并用二阶多项式表示：阶多项式表示：5.2.1 卫星钟差卫星钟差8卫星钟钟速钟差常值卫星钟的钟速变率参考历元 经钟差模型改正后，各卫星钟之间的同步差保持在经钟差模型改正后，各卫星钟之间的同步差保持在510ns以内，引起的等效距离偏差不超过以内，引起的等效距离偏差不超过3m。p通过精密星历获得精确的卫星钟差值通过精密星历获得精确的卫星钟差值n e.g.PPP应用，应用，IGS给出给出0.1nsp卫星钟经过改正的残差，在相对定位中，可通过观测卫星钟经过改正的残差，在相对定位中，可通过观测量量求差（差分）求差（差分）方法消除。方法消除。5.2.1 卫星钟差卫星钟差9 3.4 GPS 3.4 GPS卫星星历卫星星历p 卫星星历卫星星历是描述卫星运动轨道的信息，是一组对应某是描述卫星运动轨道的信息，是一组对应某一时刻的轨道根数及其变率。一时刻的轨道根数及其变率。p根据卫星星历可以计算出任一时刻的卫星位置及其速根据卫星星历可以计算出任一时刻的卫星位置及其速度，精密的轨道信息是精密定位的基础。度，精密的轨道信息是精密定位的基础。pGPS卫星星历按照发布的时间卫星星历按照发布的时间n预报星历（广播星历）预报星历（广播星历）n后处理星历（精密星历）后处理星历（精密星历）105.2.2 卫星轨道偏差（星历误差）卫星轨道偏差（星历误差）p由由于于卫卫星星在在运运动动中中受受多多种种摄摄动动力力的的复复杂杂影影响响，而而通通过过地地面面监监测测站站又又难难以以可可靠靠地地测测定定这这些些作作用用力力并并掌掌握握其其作作用用规规律律，因因此此，卫卫星星轨轨道道误误差差的的估估计计和和处处理理一一般般较较困困难。难。p目目前前，通通过过导导航航电电文文所所得得的的卫卫星星轨轨道道信信息息，相相应应的的位位置误差约置误差约10m左右。左右。p随随着着摄摄动动力力模模型型和和定定轨轨技技术术的的不不断断完完善善，卫卫星星的的位位置置精度将可提高到精度将可提高到5m左右左右,精密轨道的精度为精密轨道的精度为5cm以内以内p卫星的轨道误差是当前卫星的轨道误差是当前GPS定位的重要误差来源之一定位的重要误差来源之一5.2.2 卫星轨道偏差（星历误差）卫星轨道偏差（星历误差）11p卫星轨道偏差对卫星轨道偏差对绝对定位绝对定位的影响可达几十米到一百米。的影响可达几十米到一百米。p而在相对定位中，由于相邻测站星历误差具有很强的相而在相对定位中，由于相邻测站星历误差具有很强的相关性，因此对相对定位的影响远远低于对绝对定位的影关性，因此对相对定位的影响远远低于对绝对定位的影响。不过，随着响。不过，随着基线距离的增加基线距离的增加，卫星轨道偏差引起的，卫星轨道偏差引起的基线误差基线误差将不断加大。将不断加大。5.2.2 卫星轨道偏差（星历误差）卫星轨道偏差（星历误差）125.2.2 卫星轨道偏差（星历误差）卫星轨道偏差（星历误差）13 星历误差对相对定位的影响一般采用星历误差对相对定位的影响一般采用下列公式估算：下列公式估算：卫星星历误差卫星星历误差所引起的基线所引起的基线误差误差基线长基线长星历误差星历误差卫星至测站的距卫星至测站的距离离基线长度基线长度基线相对误差基线相对误差容许轨道误差容许轨道误差1.0km110-5250.0m10.km110-625.0m100.0km110-72.5m1000.0km110-80.25m5.2.2 卫星轨道偏差（星历误差）卫星轨道偏差（星历误差）14nGPS卫星到地面观测站的最大距离约为25000km，基线测量的允许误差为1cm，则当基线长度不同时，允许的轨道误差大致如下表所示。n可见，在相对定位中，随着基线长度的增加，卫星轨道在相对定位中，随着基线长度的增加，卫星轨道误差将成为影响定位精度的主要因素。误差将成为影响定位精度的主要因素。在在GPSGPS定位中，根据不同要求，处理轨道误差方法定位中，根据不同要求，处理轨道误差方法:p忽略轨道误差：忽略轨道误差：广泛用于实时单点定位。广泛用于实时单点定位。p采用精密星历采用精密星历 ：e.g.IGSe.g.IGSp同步观测值求差：同步观测值求差：由于同一卫星的位置误差对不同观测站同步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性。利用两个或多个观测站上对同一卫观测量的影响具有系统性。利用两个或多个观测站上对同一卫星的同步观测值求差，可减弱轨道误差影响。当基线较短时，星的同步观测值求差，可减弱轨道误差影响。当基线较短时，有效性尤其明显，而对精密相对定位，也有极其重要意义。有效性尤其明显，而对精密相对定位，也有极其重要意义。5.2.2 卫星轨道偏差（星历误差）卫星轨道偏差（星历误差）15p采采用用轨轨道道改改进进法法处处理理观观测测数数据据：卫卫星星轨轨道道的的偏偏差差由由各各种种摄摄动动力力综综合合作作用用产产生生，在在对对卫卫星星轨轨道道摄摄动动进进行行修修正正时时，所所采采用用的的各各摄摄动力模型精度也不一样。动力模型精度也不一样。p根据引入轨道偏差改正数的不同，分为根据引入轨道偏差改正数的不同，分为n短短弧弧法法：引引入入全全部部6个个轨轨道道偏偏差差改改正正，作作为为待待估估参参数数，在在数数据据处处理理中中与与其其它待估参数一并求解。可明显减弱轨道偏差影响，但计算工作量大。它待估参数一并求解。可明显减弱轨道偏差影响，但计算工作量大。n半半短短弧弧法法：根根据据摄摄动动力力对对轨轨道道参参数数的的不不同同影影响响，只只对对其其中中影影响响较较大大的的参参数数（如如轨轨道道切切向向、径径向向和和法法向向），引引入入相相应应的的改改正正数数作作为为待待估估参参数数。据据分析，目前该法修正的轨道偏差不超过分析，目前该法修正的轨道偏差不超过10m，而计算量明显减小。，而计算量明显减小。5.2.2 卫星轨道偏差（星历误差）卫星轨道偏差（星历误差）1617与卫星信号传播有关与卫星信号传播有关的误差的误差35.3.1 大气层与电磁波大气层与电磁波 地球大气结构及其性质地球大气结构及其性质p对流层对流层n0 040km40kmn各种气体元素、水蒸气和各种气体元素、水蒸气和尘埃等尘埃等n非弥散介质（电磁波的传非弥散介质（电磁波的传播速度与频率无关）播速度与频率无关）p电离层电离层n约约70km70km以上以上n带电粒子带电粒子n弥散介质（电磁波的传播弥散介质（电磁波的传播速度与频率有关）速度与频率有关）18p弥散介质弥散介质：根据大气物理学，如果电磁波在某种介质：根据大气物理学，如果电磁波在某种介质中的中的传播速度与频率有关传播速度与频率有关，则该介质成为弥散介质。，则该介质成为弥散介质。p群波群波：如果把具有不同频率的多种波叠加，所形成的：如果把具有不同频率的多种波叠加，所形成的复合波称为群波。复合波称为群波。p在具有速度弥散现象的介质中，在具有速度弥散现象的介质中，单一频率正弦波单一频率正弦波的传的传播与群波的传播是不同的。播与群波的传播是不同的。5.3.1 大气层与电磁波大气层与电磁波 19p信号传播信号传播n非弥散介质非弥散介质对流层对流层与大气压力、温度、湿度有关与大气压力、温度、湿度有关n弥散介质弥散介质电离层电离层与电子密度有关与电子密度有关n单一相波单一相波载波相位载波相位n群波群波测距码测距码5.3.1 大气层与电磁波大气层与电磁波 20p在电离层中，由于太阳和其它天体的强烈辐射，大部在电离层中，由于太阳和其它天体的强烈辐射，大部分气体分子被电离，产生了密度很高的自由电子，在分气体分子被电离，产生了密度很高的自由电子，在离子化的大气中，单一频率正弦波相折射率的弥散公离子化的大气中，单一频率正弦波相折射率的弥散公式：式：式中式中e et t为电荷量为电荷量（库仑）（库仑），m me e为电荷质量为电荷质量（kgkg），N Ne e为电子密度为电子密度(m(m3)3)，0 0为真空介质常数为真空介质常数(库仑库仑2 2/牛顿牛顿m m2 2）5.3.2 电离层的影响与改正电离层的影响与改正 21p相折射率的弥散公式：相折射率的弥散公式：式中式中et为电荷量为电荷量/c，me为电荷质量为电荷质量/kg，Ne为电子密为电子密度度/m-3，0为真空介质常数为真空介质常数/c2kg-1m-3s2。当当取常数值取常数值et=1.6021 10-19，me=9.11 10-31，0=8.859 10-12，并略去二次微小项，可得：并略去二次微小项，可得：5.3.2 电离层的影响与改正电离层的影响与改正 22p在电离层中，单一频率正弦波相折射率的弥散公式，在电离层中，单一频率正弦波相折射率的弥散公式，并略去二次微小项，可得：并略去二次微小项，可得：p根据群折射率与相折射率的关系，可得根据群折射率与相折射率的关系，可得 5.3.2 电离层的影响与改正电离层的影响与改正 23p相折射率与群折射率：相折射率与群折射率：n 相折射率相折射率np与群折射率与群折射率ng二者不同二者不同n 当当f f确定后，确定后，n n取决于取决于 N Ne e；n 载波相位和码相位修正量分别采用载波相位和码相位修正量分别采用n np p和和n ng gp当当电电磁磁波波沿沿天天顶顶方方向向通通过过电电离离层层时时，由由于于折折射射率率的的变变化化而引起的传播路径距离差和相位延迟，一般可写为：而引起的传播路径距离差和相位延迟，一般可写为：5.3.2 电离层的影响与改正电离层的影响与改正 245.3.2 电离层的影响与改正电离层的影响与改正 p由由相折射率相折射率和和群折射率群折射率引起的路径传播误差引起的路径传播误差(m)和和时间延迟时间延迟(ns)分别为分别为5.3.2 电离层的影响与改正电离层的影响与改正 26电离层地球柱体底面积为1 m25.3.2 电离层的影响与改正电离层的影响与改正 27载波相位测量与伪距测量的电离层改正大小相等、符号相反载波相位测量与伪距测量的电离层改正大小相等、符号相反电离层产生的各延迟量，为信号频率和电子总量的函数电离层产生的各延迟量，为信号频率和电子总量的函数 当信号频率当信号频率f f确定后，取决于确定后，取决于电子总量电子总量 N N 电离层的电子密度与以下因素有关：电离层的电子密度与以下因素有关：太阳辐射强度太阳辐射强度，尤其太阳黑子活动强度（活动高峰期为低峰期，尤其太阳黑子活动强度（活动高峰期为低峰期4 4倍）倍）季节季节（冬季与夏季相差可达（冬季与夏季相差可达4 4倍）倍）时间时间 （白天约为夜间的（白天约为夜间的5 5倍）倍）偏离天顶方向偏离天顶方向 e.g.e.g.沿天顶方向沿天顶方向50m50m，沿水平方向最大可达，沿水平方向最大可达150m150m电子密度与大气高度的关系电子密度与大气高度的关系5.3.2 电离层的影响与改正电离层的影响与改正 28电子含量与地方时的关系电子含量与地方时的关系5.3.2 电离层的影响与改正电离层的影响与改正 29电子含量与太阳活动情况的关系电子含量与太阳活动情况的关系p与太阳活动密切相关，太阳与太阳活动密切相关，太阳活动剧烈时，电子含量增加活动剧烈时，电子含量增加p太阳活动周期约为太阳活动周期约为11年年1700年年 1995年太阳黑子数年太阳黑子数30电子含量与地理位置的关系电子含量与地理位置的关系2002.5.15 0:00 24:00 2小时间隔全球小时间隔全球TEC分布分布31p利用双频观测利用双频观测n方法：利用不同频率电磁波信号进行观测，对观测量方法：利用不同频率电磁波信号进行观测，对观测量加以修正。加以修正。n改正效果：其有效率不低于改正效果：其有效率不低于95%p利用电离层模型加以改正利用电离层模型加以改正n方法：对单频接收机，由导航电文提供的或其它适宜方法：对单频接收机，由导航电文提供的或其它适宜电离层模型对观测量进行改正。电离层模型对观测量进行改正。n效果：目前模型改正的有效率约为效果：目前模型改正的有效率约为75%，仍在完善，仍在完善p利用同步观测值求差利用同步观测值求差n方法：当观测站间的距离较近（小于方法：当观测站间的距离较近（小于20km）时，卫星）时，卫星信号到达不同观测站的路径相近，通过同步求差，残信号到达不同观测站的路径相近，通过同步求差，残差不超过差不超过10-6。n效果：改正效果最好效果：改正效果最好5.3.2 电离层的改正电离层的改正-方法分类方法分类 3233电离层延迟的双频改正电离层延迟的双频改正电离层改正的经验模型简介电离层改正的经验模型简介 Bent模型由美国的R.B.Bent提出描述电子密度是经纬度、时间、季节和太阳辐射流量的函数国际参考电离层模型（IRI International Reference Ionosphere）由国际无线电科学联盟（URSI International Union of Radio Science）和空间研究委员会（COSPAR-Committee on Space Research）提出描述高度为50km-2000km的区间内电子密度、电子温度、电离层温度、电离层的成分等以地点、时间、日期等为参数电离层改正的经验模型简介电离层改正的经验模型简介Klobuchar(克罗布歇)模型由美国的J.A.Klobuchar提出描述电离层的时延广泛地用于GPS导航定位中GPS卫星的导航电文中播发其模型参数供用户使用KlobucharKlobuchar模型模型中心电离层电离层地球约350km中心电离层电离层穿刺点 IP天顶方向ZKlobucharKlobuchar模型模型模型算法电离层地球约 350km中心电离层电离层穿刺点IP天顶方向ZKlobucharKlobuchar模型模型模型算法（续）改正效果：可改正60左右地地5.3.3 对流层的影响与改正对流层的影响与改正 395.3.3 对流层的影响与改正对流层的影响与改正 p在对流层中，折射率略大于在对流层中，折射率略大于1 1，随着高度的增加逐，随着高度的增加逐渐减小：渐减小：n当接近对流层顶部时，其值接近于当接近对流层顶部时，其值接近于1 1。n对流层的折射影响，在天顶方向（高度角对流层的折射影响，在天顶方向（高度角90900 0）可产生）可产生2.3m2.3m的电磁波传播路径误差的电磁波传播路径误差n当高度角为当高度角为10100 0时，传播路径误差可达时，传播路径误差可达20m20m。在精密定位。在精密定位中，对流层的影响必须顾及。中，对流层的影响必须顾及。p对流层的折射率与对流层的折射率与大气压力、温度大气压力、温度和和湿度湿度关系密切关系密切n变化复杂，对变化复杂，对n n的变化和影响，难以精确模型化。的变化和影响，难以精确模型化。40对流层延迟对流层延迟(tropospheric delay)tropospheric delay)大气折射率大气折射率N N与气象元素的关系与气象元素的关系大气折射率N与温度、气压和湿度的关系Smith和Weintranb，1954对流层延迟与大气折射率N霍普菲尔德（霍普菲尔德（HopfieldHopfield）改正模型）改正模型对流层折射模型萨斯塔莫宁（萨斯塔莫宁（SaastamoinenSaastamoinen）改正模型）改正模型原始模型萨斯塔莫宁（萨斯塔莫宁（SaastamoinenSaastamoinen）改正模型）改正模型拟合后的公式勃兰克（勃兰克（BlackBlack）改正模型）改正模型对流层改正模型综述对流层改正模型综述不同模型所算出的高度角30以上方向的延迟差异不大Black模型可以看作是Hopfield模型的修正形式Saastamoinen模型与Hopfield模型的差异要大于Black模型与Hopfield模型的差异气象元素的测定气象元素的测定气象元素干温、湿温、气压干温、相对湿度、气压测定方法普通仪器：通风干湿温度表、空盒气压计自动化的电子仪器气象元素的测定气象元素的测定水气压es的计算方法由相对湿度RH计算由干温、湿温和气压计算对流层模型改正的误差分析对流层模型改正的误差分析模型误差模型本身的误差气象元素误差量测误差仪器误差读数误差测站气象元素的代表性误差实际大气状态与大气模型间的差异p分为干分量和湿分量：分为干分量和湿分量：n干分量干分量主要与大气温度和压力有关主要与大气温度和压力有关n湿分量湿分量主要与信号传播路径上的大气湿度和高度有关，湿主要与信号传播路径上的大气湿度和高度有关，湿分量的影响尚无法准确确定。分量的影响尚无法准确确定。p对流层影响的处理方法：对流层影响的处理方法：n定位精度要求不高时，定位精度要求不高时，忽略忽略不计不计n采用采用对流层对流层模型模型加以改正加以改正n引入描述对流层的附加引入描述对流层的附加待估参数待估参数，在数据处理中求解，在数据处理中求解n观测量观测量求差求差对流层的影响与改正对流层的影响与改正小结小结 51p目目前前采采用用的的各各种种对对流流层层模模型型，即即使使应应用用实实时时测测量量的的气气象象资资料料，电电磁磁波波的的传传播播路路径径，经经过过对对流流层层折折射射改改正正后后的的残残差差，仍仍保保持持在在对流层影响的对流层影响的5%5%左右。左右。p减弱对流层折射改正项残差影响主要措施：减弱对流层折射改正项残差影响主要措施：n充分地掌握观测站周围地区的充分地掌握观测站周围地区的实时气象资料实时气象资料n利利用用水水汽汽辐辐射射计计，准准确确地地测测定定电电磁磁波波传传播播路路径径上上的的水水汽汽积积累累量量，以以便便精精确确的的计计算算大大气气湿湿分分量量的的改改正正项项。但但设设备备庞庞大大价价格格昂昂贵贵，难难以以普普遍遍采采用用n当当基基线线较较短短时时(20km)(20km)，稳稳定定的的大大气气条条件件下下，利利用用差差分分法法来来减减弱弱大大气气折折射的影响射的影响n完善对流层大气折射的完善对流层大气折射的改正模型改正模型对流层的影响与改正对流层的影响与改正小结小结 52p接收机天线除直接收到卫星发射的信号外，还可能收到经天线周围地物接收机天线除直接收到卫星发射的信号外，还可能收到经天线周围地物一次或多次反射的卫星信号。两种信号迭加，将引起测量参考点位置变一次或多次反射的卫星信号。两种信号迭加，将引起测量参考点位置变化，使观测量产生误差。化，使观测量产生误差。n在一般反射环境下，对测码伪距的影响达米级，对测相伪距影响达在一般反射环境下，对测码伪距的影响达米级，对测相伪距影响达厘米级。厘米级。n在高反射环境中，影响显著增大，且常常导致卫星失锁和产生周跳在高反射环境中，影响显著增大，且常常导致卫星失锁和产生周跳5.3.4 多路径效应（多路径误差）多路径效应（多路径误差）53反射波反射波反射波的几何特性反射波的物理特性反射系数a极化特性GPS信号为右旋极化反射信号为左旋极化多路径误差多路径误差受多路径效应影响的情况下的接收信号多路径误差多路径误差多路径误差多路径误差多路径的数值特性受多个反射信号影响的情况多路径误差的多路径误差的特点特点与测站环境有关与反射体性质有关与接收机结构、性能有关应对多路径误差的方法应对多路径误差的方法观测上选择合适的测站，避开易产生多路径的环境易发生多路径的环境易发生多路径的环境应对多路径误差的方法应对多路径误差的方法硬件上采用抗多路径误差的仪器设备抗多路径的天线：带抑径板或抑径圈的天线，极化天线抗多路径的接收机：窄相关技术MEDLL(Multipath Estimating Delay Lock Loop)等抗多路径效应的天线抗多路径效应的天线p安置接收机天线的环境应避开较强发射面，如水面、安置接收机天线的环境应避开较强发射面，如水面、平坦光滑的地面和建筑表面。平坦光滑的地面和建筑表面。p选择造型适宜且屏蔽良好的天线如扼流圈天线。选择造型适宜且屏蔽良好的天线如扼流圈天线。p适当延长观测时间，削弱周期性影响。适当延长观测时间，削弱周期性影响。p改善接收机的电路设计。改善接收机的电路设计。应对多路径误差的方法小结6162与接收设备有关的误差与接收设备有关的误差4p主要包括观测误差、接收机钟差、天线相位中心误差主要包括观测误差、接收机钟差、天线相位中心误差和载波相位观测的整周不确定性影响。和载波相位观测的整周不确定性影响。（1 1）观测误差观测误差：分辨误差：分辨误差、安置误差。安置误差。p分辨误差一般认为约为信号波长的分辨误差一般认为约为信号波长的1%1%。p安置误差主要有天线的置平与对中误差和量取天线相位中心高安置误差主要有天线的置平与对中误差和量取天线相位中心高度（天线高）误差。度（天线高）误差。n例如当天线高例如当天线高1.6m,1.6m,置平误差置平误差0.10.10 0，则对中误差为，则对中误差为2.8mm2.8mm。5.4.1 观测误差观测误差 63码相位与载波相位的分辨误差码相位与载波相位的分辨误差信号波长观测误差P码29.3m0.3mC/A码293m2.9m载波L119.05cm2.0mm载波L224.45cm2.5mm5.4.1 观测误差观测误差 64pGPSGPS接收机一般设有高精度的接收机一般设有高精度的石英钟石英钟，日频率稳定度，日频率稳定度约为约为1010-11-11。如果接收机钟与卫星钟之间的同步差为。如果接收机钟与卫星钟之间的同步差为1 1 s s，则引起的等效距离误差为，则引起的等效距离误差为300m300m。p处理接收机钟差的方法：处理接收机钟差的方法：n作为作为未知数未知数，在数据处理中求解。，在数据处理中求解。n利用观测值利用观测值求差求差方法，减弱接收机钟差影响。方法，减弱接收机钟差影响。n定位精度要求较高时，可采用定位精度要求较高时，可采用外接频标外接频标，如铷、铯原子钟，如铷、铯原子钟，提高接收机时间标准精度。提高接收机时间标准精度。5.4.2 接收机钟差接收机钟差 65p无法直接确定载波相位相应起始历元在传播路径上变无法直接确定载波相位相应起始历元在传播路径上变化的整周数。化的整周数。p同时存在因卫星信号被阻挡和受到干扰，而产生信号同时存在因卫星信号被阻挡和受到干扰，而产生信号跟踪中断和整周变跳。跟踪中断和整周变跳。5.4.3 载波相位观测的整周未知数载波相位观测的整周未知数 66pGPSGPS定位中，观测值都是以接收机天线的相位中心位置为准，定位中，观测值都是以接收机天线的相位中心位置为准，在理论上，天线相位中心与仪器的几何中心应保持一致。在理论上，天线相位中心与仪器的几何中心应保持一致。p实际上，随着信号输入的强度和方向不同而有所变化，同时实际上，随着信号输入的强度和方向不同而有所变化，同时与天线的质量有关，可达数毫米至数厘米与天线的质量有关，可达数毫米至数厘米p现在已经有仪器生产厂家提供具体改正数现在已经有仪器生产厂家提供具体改正数5.4.1 天线相位中心位置偏差天线相位中心位置偏差 6768其他误差来源其他误差来源5p地球自转影响地球自转影响：当卫星信号传播到观测站时，与地球：当卫星信号传播到观测站时，与地球相固联的协议地球坐标系相对卫星的瞬时位置已产生相固联的协议地球坐标系相对卫星的瞬时位置已产生旋转（绕旋转（绕Z Z轴）。若取轴）。若取 为地球的自转速度，则旋转的为地球的自转速度，则旋转的角度为角度为 =ijij。ijij为卫星信号传播到观测站的时为卫星信号传播到观测站的时间延迟。由此引起卫星在上述坐标系中坐标的变化为：间延迟。由此引起卫星在上述坐标系中坐标的变化为：5.5.1 地球自转的影响地球自转的影响 695.5.2 相对论效应相对论效应 狭义相对论1905运动将使时间、空间和物质的质量发生变化广义相对论1915将相对论与引力论进行了统一1879.3.141955.4.18相对论效应对卫星钟的影响相对论效应对卫星钟的影响狭义相对论原理：时间膨胀。钟的频率与其运动速度有关。对GPS卫星钟的影响：结论：在狭义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变慢相对论效应对卫星钟的影响相对论效应对卫星钟的影响广义相对论原理：钟的频率与其所处的重力位有关对GPS卫星钟的影响：结论：在广义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变快相对论效应对卫星钟的影响相对论效应对卫星钟的影响相对论效应对卫星钟的影响狭义相对论广义相对论因因GPSGPS卫卫星星钟钟的的标标准准频频率率为为10.23MHz10.23MHz，可可得得 f=0.00455Hzf=0.00455Hz。说说明明GPSGPS卫卫星星钟钟比比其其安安设设在在地地面面上上走走的的快快，每每秒秒约约差差0.45ms0.45ms。解决相对论效应对卫星钟影响的方法解决相对论效应对卫星钟影响的方法方法（分两步）：首先考虑假定卫星轨道为圆轨道的情况；然后考虑卫星轨道为椭圆轨道的情况第一步：第二步：因为：因为：p数数字字分分析析表表明明，上上述述残残差差对对GPSGPS的的影影响响最最大大可可达达70ns70ns，对对卫卫星星钟钟速速的的影影响响可可达达0.01ns/s0.01ns/s，显显然然此此影影响响对对精精密密定定位位不不能忽略。能忽略。p在在GPSGPS定定位位中中，除除了了上上述述各各种种误误差差外外，卫卫星星钟钟和和接接收收机机钟钟震震荡荡器器的的随随机机误误差差、大大气气折折射射模模型型和和卫卫星星轨轨道道摄摄动动模模型型误误差差、地地球球潮潮汐汐以以及及信信号号传传播播的的相相对对论论效效应应等等都都会会对对观观测测量量产生影响。产生影响。p为为提提高高长长距距离离相相对对定定位位的的精精度度，满满足足地地球球动动力力学学研研究究要要求求，研研究究这这些些误误差差来来源源，并并确确定定它它们们的的影影响响规规律律和和改改正正方方法法，有重要意义。有重要意义。5.5.3 其他影响与消除其他影响与消除 75小小 结结p掌握观测量的误差源分类及其消除方法掌握观测量的误差源分类及其消除方法n对流层折射误差对流层折射误差n电离层折射误差电离层折射误差n多路径传播效应多路径传播效应n卫星钟差卫星钟差76