GPS测量的误差分析

GPS测量的误差分析邢宝奇辽宁省冶金地质勘查局四O- -队114005[摘要] GPS具有测量时间短、精度高、全球、全天候等诸多优点，在社会各个领域都得到了广泛的应用。但是由于各种各样的因素，导致GPS系统在测量过程中有一定程度上的不稳定，从而导致了各种误差。本文分析了GPS定位系统的组成部分，对其误差来源做出了分析，并对相应的精度控制技术进行了简单介绍。[关键字] GPS测量测量误差精度控制技术中图分类号: 0433文献标识码: A全球定位系统(GPS) 因为测量时间短、测量精度高、观测站之间无需通视，可提供三维坐标，测量过程具有全球性、全天候性、连续性和实时性等优点，在全球范围内的各个领域都得到了广泛的运用。任何先进技术都不可避免的有些不尽人意或者有待改善的不足，GPS也不例外，具体表现在实际测量过程中有- -定程度上的不稳定，经常由于- -种或者几种因素导致测量结果出现误差。为了改进GPS的上述缺点，本文对GPS测量中的误差以及误差精度控制技术进行分析。GPS定位系统的组成部分GPS定位系统是基于全球24颗定位人造卫星，向全球各个地方全天候地提供三维位置、三维速度信息的一一种无线电导航定位系统。它由空间卫星群、地面控制系统以及用户装置部分组成，民用的定位精度可达10米内。1.空间卫星群GPS的空间卫星群由24颗卫星(21 颗工作卫星: 3颗备用卫星)组成，卫星分布在.六个距地表20200 km的特定轨道上，每个轨道上有4颗卫星，各轨道面之间的交角60轨道倾角55°，卫星轨道运行的周期11 h 58 min，卫星的分部保证了在全球任何地点、时间、地平线能够至少接收到4颗卫星的信号。中国煤化工MHCNMH G2.地面控制系统地面控制系统由由3个注入站、1个主控站、5个监测站所组成的。注入站把主控站计算出的信息全部注进到卫星里;主控站通过观测GPS卫星的运行数据，对卫星钟进行及时的参数修正，计算卫星星历，然后再将计算结果利用注入站传送到卫星当中;监控站则是接收卫星所发出的信号，对卫星工作情况进行监测。3.用户装置部分GPS用户部分即GPS信号接收机，由天线单元和接收单元两部分组成。其作用就是收取卫星所发出的信号,然后通过这些接收到的信号计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。随着科技的不断发展，GPS 的用户部分逐渐小型化，便于野外观测使用。二、GPS的测量误差与精度控制技术误差按性质可分为系统误差与偶然误差两类。这两类误差中，系统误差对测量结果的影响要远比偶然误差大的多，系统误差是GPS测量的主要误差来源，而且系统误差存在一定的规律性,所以可以采用- -定的方法和措施来消除此项误差。从GPS测量误差的来源可分:卫星部分、信号传播部分、信号接收部分和其他影响部分四个部分。2.1 卫星部分卫星部分误差主要有卫星星历误差、卫星钟误差及相对论效应，卫星部分误差对距离测量的影响约为1.5~15 米。卫星星历误差是卫星在空间的位置与实际位置之差，卫星星历的数据来源有广播星历和实测星历，广播星历由于SA政策，广大用户很难从系统的改善中获得应有的精度，而实测星历对导航和动态定位无任何意义，对静态定位有重要意义。卫星钟的钟差包括由钟差、频偏、频漂、钟的随机误差，在GPS测量中，无论是码相位观测或载波相位观测，都要求卫星钟和接收机钟保持严格同步。由于GPS卫星轨道的预测工作主要是通过GPS跟踪网来实施的。其中对数据影响最大的是坐标误差，较为严重的情况下，坐标误差是其他误差十倍之多。因此要特别注重跟踪站地心坐标的精度，要求要优于0.1m,当对基站松他轨道进行加权时，要求其坐标值要优于5m。只要能够将跟踪基站进行数据分析，就能够将轨道根数误差修改而成为正值。通中国煤化工过以上手段，精密星历就能够传送给客户。YHCNMH G2.2信号传播部分.信号传播部分的误差有电离层折射误差、多路径效应误差以及对流层折射误差，这些误差对距离测量的影响为1.5~15 米，电离层折射误差是由于GPS信号在通过电离层时,信号的路径发生弯曲、传播速度发生变化。多路径效应是指测站周围的反射物反射卫星信号进入接收机天线，这时多个卫星信号产生干涉，而使观测值偏离真值。GPS信号在通过对流层时，信号的路径发生弯曲，对流层折射的误差与信的高度角有关，当在地面方向(即高度角为10度)，影响可达到20米。GPS信号传播过程造成的误差可以从两个方面进行控制。第一，通过使用模型对GPS ,信号进行更正，即通 过对气象资料的分析研究而建立相应的模型，对流层折射所发生的误差进行预测，从而通过数据处理进行更正。第二，通过同步观测的方法来求差，从而消除流层对GPS信号传播的影响。2.3信号接收和其他误差部分与接收机有关的误差主要有接收机钟误差、接收机位置误差、天线相位中心位置误差及几何图形强度误差等，这- -些误差对距离测量的影响为1.5~5 米，其他误差主要为地球自转的影响和地球潮汐改正，对距离测量的影响为1米。实际与接收机相关的误差主要还是噪声误差(天线噪声、传输线噪声、接收机内部噪声),如果接收机钟与卫星钟的同步差为1μs，由此引起的距离误差约为300m，而接收机的位置误差是天线相位中心与测站标石中心的误差。就目前而言，对于信号接收和其他误差部分，通常采用ROCK4模型、标准模型、多项式模型等模型进行校正与预测，这几种模型之间并无过大优劣比较，预测精度的差距都不大，-般都能达到1m定规。为了能够获得更小的误差数值，笔者认为可以将这几种模型混合使用，从而得到更为精确的误差值，甚至精度将会控制在0.1m以内。三、结束语为了降低GPS的测量误差，需要对误差的产生原因进行深入分析，并且针对分析结果指定相应的解决措施;制定具体规范的操作规章制度，观测过程严格章程执行，这样才能保证测量结果的精确性。中国煤化工MHCNMH G参考文献[1]胡辉,陈艳.GPS接收机的定位误差分析[].河南师范大学学报(自然科学版) ,2010,38(6):68-71.[2]张葆,姚俊峰,高利民等.机载GPS测量定位技术研究U].光学精密工程,2009,17(1):172-178.[3]赵立坤.浅谈GPS广播星历误差及其对定位结果的影响U].城市建筑,2012,(17):233.[4] 王克晓,李凤友,刘焕玲等.手持GPS定位精度与误差的研究].全球定位系统,2011,36(6):83-86,91.中国煤化工YHCNMH G