關(guān)鍵詞：GPS;GPS測(cè)量 誤差

　　

　　一、GPS測(cè)量的誤差源和GPS定位網(wǎng)設(shè)計(jì)

　　

　　1. GPS測(cè)量的誤差源

　　GPS測(cè)量誤差按其生產(chǎn)源可分3大部分:①GPS信號(hào)的自身誤差，包括軌道誤差(星歷誤差)和SA，AS影響;②GPS信號(hào)的傳輸誤差，包括太陽光壓，電離層延遲，對(duì)流層延遲，多路徑傳播和由它們影響或其他原因產(chǎn)生的周跳;③GPS接收機(jī)的誤差，主要包括鐘誤差，通道間的偏差，鎖相環(huán)延遲，碼跟蹤環(huán)偏差，天線相位中心偏差等。

　　2. GPS定位網(wǎng)的設(shè)計(jì)

　　由GPS測(cè)量的誤差源可以看出， GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)已免除了測(cè)角、邊角同測(cè)和測(cè)邊網(wǎng)等的傳統(tǒng)要求。它不需要點(diǎn)間通視，也不需要考慮布設(shè)什么樣的圖形，也就更不需要考慮圖形強(qiáng)度，不需要設(shè)置在制高點(diǎn)上(哪里需要就可以設(shè)置在哪里)。所以GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)是非常靈活的。但也應(yīng)注意以下幾個(gè)問題:①除了特殊需要，一般GPS基線長(zhǎng)度相差不要過大，這樣可以使GPS測(cè)量的精度分布均勻;②GPS網(wǎng)不要有開放式的網(wǎng)型結(jié)構(gòu)，應(yīng)構(gòu)成封閉式閉合環(huán)和子環(huán)路;③應(yīng)盡量消除多路徑影響，防止GPS信號(hào)通過其他物體反射到GPS天線上，因此，應(yīng)避開強(qiáng)反射的地面，避開強(qiáng)反射環(huán)境，如山谷、山坡、建筑物等;④避開強(qiáng)電磁波干擾，設(shè)站應(yīng)遠(yuǎn)離雷達(dá)站、電臺(tái)、微波中繼站等。

　　

　　二、軌道誤差(星歷誤差)及解決方法

　　

　　1. 軌道誤差

　　有關(guān)部門提供一定精度的衛(wèi)星軌道，以廣播星歷形式發(fā)播給用戶使用，從而即可知觀測(cè)瞬間所觀測(cè)的衛(wèi)星位置，所以衛(wèi)星軌道誤差與星歷誤差是一個(gè)含義。衛(wèi)星星歷誤差又等效為偽距誤差。由于衛(wèi)星軌道受地球和日、月引力場(chǎng)、太陽光壓、潮汐等攝動(dòng)力及大氣阻力的影響，而不能精密確定，使衛(wèi)星軌道產(chǎn)生誤差�？刂凭W(wǎng)的靜態(tài)GPS測(cè)量是利用載波相位測(cè)量的原理，一般是將一個(gè)點(diǎn)設(shè)為已知點(diǎn)而與另一個(gè)待定點(diǎn)位同步觀測(cè)GPS衛(wèi)星，取得載波相位觀測(cè)值，從而得出待定點(diǎn)位的坐標(biāo)或兩點(diǎn)間的坐標(biāo)值，稱為基線測(cè)量，短基線測(cè)量可以消除SA影響。動(dòng)態(tài)測(cè)量解決SA影響的途徑是實(shí)時(shí)差分定位，即將已知坐標(biāo)的點(diǎn)布設(shè)為基準(zhǔn)點(diǎn)，通過基準(zhǔn)站取得誤差校正值，通過數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)傳給導(dǎo)航定位的移動(dòng)站，從而消除SA影響及兩站共同的誤差，提高了移動(dòng)站的導(dǎo)航定位精度。加濾波等處理的導(dǎo)航軟件以及組合導(dǎo)航系統(tǒng)，已使導(dǎo)航定位差分距離在100 km左右時(shí)精度達(dá)到亞米級(jí)，差分距離大于1 500 km時(shí)達(dá)到米級(jí)。

　　2. 確定GPS衛(wèi)星軌道是減少星歷誤差和消除ε技術(shù)影響的根本方法

　　利用區(qū)域性GPS跟蹤網(wǎng)可以確定GPS衛(wèi)星軌道。跟蹤站地心坐標(biāo)的誤差對(duì)衛(wèi)星軌道的影響是10倍或更大。因此，要提供優(yōu)于±2 m精度的衛(wèi)星軌道要求跟蹤站地心坐標(biāo)的精度優(yōu)于±0. 1 m。據(jù)介紹，采用強(qiáng)約束全球站松弛軌道的加權(quán)約束基準(zhǔn)方法，可以得出優(yōu)于±5 cm精度的相對(duì)坐標(biāo)值，基本上可以滿足我國(guó)現(xiàn)階段區(qū)域性定軌的需要。

　　

　　三、電離層的信號(hào)傳播延遲

　　

　　電離層引起碼信號(hào)傳播延遲，它與沿衛(wèi)星和用戶接收機(jī)視線方向上的電子密度有關(guān)，在垂直方向上延遲值在夜間平均可達(dá)3 m左右，白天可達(dá)15 m，在低仰角情況下分別可達(dá)9 m和45 m，在反常時(shí)期這個(gè)值還會(huì)加大。為了削弱電離層延遲所引起的定位精度損失，在長(zhǎng)基準(zhǔn)測(cè)量中用雙頻接收機(jī)采集GPS數(shù)據(jù)，對(duì)觀測(cè)成果進(jìn)行實(shí)時(shí)電離層延遲改正，可以獲得很好的效果。對(duì)于單頻收機(jī)的用戶，雖然可以用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行改正，但其殘差仍然很大。也可以用提高衛(wèi)星高度截止角的辦法減少其影響。在赤道和地極附近存在著嚴(yán)重的電離層赤道擾動(dòng)和地極擾動(dòng)。因而，利用雙頻GPS接收機(jī)觀測(cè)，只適用于沒有電離層擾動(dòng)的中緯度地區(qū)進(jìn)行電離層改正。赤道擾動(dòng)。最壞的電離層影響是在赤道附近。強(qiáng)烈影響大概在±10°以內(nèi)的區(qū)域，此影響可延續(xù)至赤道兩邊的±30°。擾動(dòng)一般在日落到午夜發(fā)生，延續(xù)到第二天黎明。它是由電離層中電子含量小規(guī)模無規(guī)律引起的，它有幾米到幾千米的波長(zhǎng)，這些無規(guī)律的電子密度能夠產(chǎn)生衍射和反射效應(yīng)，接收的信號(hào)能使相位和振幅變異，它能妨礙GPS衛(wèi)星信號(hào)跟蹤，引起周跳。甚至基線在10 km以內(nèi)時(shí)，強(qiáng)烈的電子水平分布梯度能使模糊度解算不能進(jìn)行。地極擾動(dòng)。它沒有赤道附近那么強(qiáng)烈，它的發(fā)生與磁暴活動(dòng)有關(guān)，它主要是位于磁緯的69°~70°的極光帶。在強(qiáng)磁暴期間，這些極光影響能延伸到中緯度地區(qū)，使周跳數(shù)增多。

　　

　　四、對(duì)流層的信號(hào)傳播延遲

　　

　　對(duì)流層延遲是電磁波信號(hào)通過對(duì)流層時(shí)其傳播速度不同于真空中光速所引起的。分干大氣分量和濕大氣分量。在低仰角時(shí)它可以達(dá)到20 m。其中干大氣分量約占80% ~90%，可以用一定的模型使大部分改正掉。濕大氣分量數(shù)值雖不大，但它隨緯度和高度的變化呈現(xiàn)出很大的變化，而且隨時(shí)間變化得非�？�。由于空氣中的水汽和干氣難以預(yù)測(cè)，所以測(cè)量中往往測(cè)量的是干、濕分量混合體，故難以得到它的準(zhǔn)確值。到目前為止已開發(fā)出來許多計(jì)算濕對(duì)流層延遲的實(shí)用模型，但對(duì)流層延遲仍為主要誤差源。對(duì)流層延遲與電離層延遲一樣，主要影響天頂方向，由于它們的相關(guān)性，在短基線測(cè)量中會(huì)很好地消除，在長(zhǎng)基線測(cè)量中采取雙頻接收機(jī)也能很好地減少其影響。對(duì)于對(duì)流層延遲，多用隨機(jī)過程模擬和濾波方法進(jìn)行參數(shù)估算及函數(shù)逼近方法模擬改正。

　　

　　五、結(jié)束語

　　

　　對(duì)于GPS控制網(wǎng)基線測(cè)量，在基線長(zhǎng)度較短的情況下(10 km左右，最大不超過20~30 km)，GPS的軌道誤差(星歷誤差)、太陽光壓影響及美國(guó)SA技術(shù)基本對(duì)測(cè)量精度不產(chǎn)生影響(它只能影響單點(diǎn)定位和長(zhǎng)基線測(cè)量結(jié)果)。在作業(yè)過程中，當(dāng)GPS接收機(jī)滿足作業(yè)精度要求的時(shí)候，測(cè)量的主要誤差源是多路徑誤差、周跳和點(diǎn)位的對(duì)中誤差。

　　

　　參考文獻(xiàn):

　　[1]許其鳳.GPS衛(wèi)星導(dǎo)航與精密定位[M].北京:解放軍出版社， 2009.

　　[2]李毓麟.在長(zhǎng)距離GPS相對(duì)定位中的失周處理[C]∥高精度靜態(tài)GPS定位技術(shù)研究論文集.北京:測(cè)繪出版社，2010.