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GPS系統誤差的主要來源
文章來源: 發布時間:2012-09-06 字體大?。骸?a href="javascript:doZoom(16)">大
 

利用GPS進行定位時,會受到各種各樣因素的影響,從而造成定位誤差。GPS系統的主要誤差來源可分為三類:與GPS衛星有關的誤差;與信號傳播有關的誤差;與接收設備有關的誤差。

1.與衛星有關的誤差

(1)衛星星歷誤差

衛星星歷誤差是指衛星星歷給出的衛星空間位置與衛星實際位置間的偏差,由于衛星空間位置是由地面監控系統根據衛星測軌結果計算求得的,所以又稱之為衛星軌道誤差。它是一種起始數據誤差,其大小取決于衛星跟蹤站的數量及空間分布、觀測值的數量及精度、軌道計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)衛星鐘差

衛星鐘差是指GPS衛星上原子鐘的鐘面時與GPS標準時間的差別。為了保證時鐘的精度,GPS衛星均采用高精度的原子鐘,但它們與GPS標準時之間的偏差和漂移和漂移總量仍在1ms~0.1ms以內,由此引起的等效的定位誤差將達到300km~30km。這是系統誤差,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進行高精度點定位而采用的降低系統精度的政策。它包括降低廣播星歷精度的ε技術和在衛星基本頻率上附加一隨機抖動的δ技術。實施SA技術后,SA誤差已經成為影響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,但是戰時或必要時,美國仍可能恢復或采用類似的干擾技術。

(4)相對論效應的影響

這是由于衛星鐘和接收機所處的狀態(運動速度和重力位)不同引起的衛星鐘和接收機鐘之間的相對誤差。由于衛星鐘和地面鐘存在相對運動,相對于地面鐘,衛星鐘走得慢,這會影響電磁波傳播時間的測定。

2.與傳播途徑有關的誤差

(1)電離層延遲

在地球上空距地面50~100 km 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生強烈電離,形成大量的自由電子和正離子。當GPS 信號通過電離層時,與其他電磁波一樣,信號的路徑要發生彎曲,傳播速度也會發生變化,從而使測量的距離發生偏差,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,大氣狀態也復雜。GPS 信號通過對流層時,信號的傳播路徑會發生彎曲,從而令距離測量產生偏差,這種現象稱為對流層延遲。

(3)多路徑效應

測站周圍的反射物所反射的衛星信號(反射波)進入接收機天線,對直接來自衛星的信號(直接波) 產生干涉,從而使觀測值偏離,產生所謂的“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被稱作多路徑效應。

3.與GPS 接收機有關的誤差

(1)接收機鐘差

GPS接收機一般采用高精度的石英鐘,接收機的鐘面時與GPS 標準時之間的差異稱為接收機鐘差。

(2)接收機的位置誤差

接收機天線相位中心相對測站標石中心位置的誤差,稱為接收機位置誤差。

(3)接收機天線相位中心偏差

在GPS 測量時,觀測值都是以接收機天線的相位中心位置為準的,天線的相位中心與其幾何中心,在理論上應保持一致。但是觀測時天線的相位中心隨著信號輸入的強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,進而修正GPS定位結果的技術,它是GPS應用的前沿課題。

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