GPS測(cè)量的誤差分析邢寶奇遼寧省冶金地質(zhì)勘查局四O- -隊(duì)114005[摘要] GPS具有測(cè)量時(shí)間短、精度高、全球、全天候等諸多優(yōu)點(diǎn)，在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于各種各樣的因素，導(dǎo)致GPS系統(tǒng)在測(cè)量過(guò)程中有一定程度上的不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致了各種誤差。本文分析了GPS定位系統(tǒng)的組成部分，對(duì)其誤差來(lái)源做出了分析，并對(duì)相應(yīng)的精度控制技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。[關(guān)鍵字] GPS測(cè)量測(cè)量誤差精度控制技術(shù)中圖分類號(hào): 0433文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A全球定位系統(tǒng)(GPS) 因?yàn)闇y(cè)量時(shí)間短、測(cè)量精度高、觀測(cè)站之間無(wú)需通視，可提供三維坐標(biāo)，測(cè)量過(guò)程具有全球性、全天候性、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)，在全球范圍內(nèi)的各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的運(yùn)用。任何先進(jìn)技術(shù)都不可避免的有些不盡人意或者有待改善的不足，GPS也不例外，具體表現(xiàn)在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中有- -定程度上的不穩(wěn)定，經(jīng)常由于- -種或者幾種因素導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差。為了改進(jìn)GPS的上述缺點(diǎn)，本文對(duì)GPS測(cè)量中的誤差以及誤差精度控制技術(shù)進(jìn)行分析。GPS定位系統(tǒng)的組成部分GPS定位系統(tǒng)是基于全球24顆定位人造衛(wèi)星，向全球各個(gè)地方全天候地提供三維位置、三維速度信息的一一種無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。它由空間衛(wèi)星群、地面控制系統(tǒng)以及用戶裝置部分組成，民用的定位精度可達(dá)10米內(nèi)。1.空間衛(wèi)星群GPS的空間衛(wèi)星群由24顆衛(wèi)星(21 顆工作衛(wèi)星: 3顆備用衛(wèi)星)組成，衛(wèi)星分布在.六個(gè)距地表20200 km的特定軌道上，每個(gè)軌道上有4顆衛(wèi)星，各軌道面之間的交角60軌道傾角55°，衛(wèi)星軌道運(yùn)行的周期11 h 58 min，衛(wèi)星的分部保證了在全球任何地點(diǎn)、時(shí)間、地平線能夠至少接收到4顆衛(wèi)星的信號(hào)。中國(guó)煤化工MHCNMH G2.地面控制系統(tǒng)地面控制系統(tǒng)由由3個(gè)注入站、1個(gè)主控站、5個(gè)監(jiān)測(cè)站所組成的。注入站把主控站計(jì)算出的信息全部注進(jìn)到衛(wèi)星里;主控站通過(guò)觀測(cè)GPS衛(wèi)星的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)衛(wèi)星鐘進(jìn)行及時(shí)的參數(shù)修正，計(jì)算衛(wèi)星星歷，然后再將計(jì)算結(jié)果利用注入站傳送到衛(wèi)星當(dāng)中;監(jiān)控站則是接收衛(wèi)星所發(fā)出的信號(hào)，對(duì)衛(wèi)星工作情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。3.用戶裝置部分GPS用戶部分即GPS信號(hào)接收機(jī)，由天線單元和接收單元兩部分組成。其作用就是收取衛(wèi)星所發(fā)出的信號(hào),然后通過(guò)這些接收到的信號(hào)計(jì)算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時(shí)間等信息。隨著科技的不斷發(fā)展，GPS 的用戶部分逐漸小型化，便于野外觀測(cè)使用。二、GPS的測(cè)量誤差與精度控制技術(shù)誤差按性質(zhì)可分為系統(tǒng)誤差與偶然誤差兩類。這兩類誤差中，系統(tǒng)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響要遠(yuǎn)比偶然誤差大的多，系統(tǒng)誤差是GPS測(cè)量的主要誤差來(lái)源，而且系統(tǒng)誤差存在一定的規(guī)律性,所以可以采用- -定的方法和措施來(lái)消除此項(xiàng)誤差。從GPS測(cè)量誤差的來(lái)源可分:衛(wèi)星部分、信號(hào)傳播部分、信號(hào)接收部分和其他影響部分四個(gè)部分。2.1 衛(wèi)星部分衛(wèi)星部分誤差主要有衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘誤差及相對(duì)論效應(yīng)，衛(wèi)星部分誤差對(duì)距離測(cè)量的影響約為1.5~15 米。衛(wèi)星星歷誤差是衛(wèi)星在空間的位置與實(shí)際位置之差，衛(wèi)星星歷的數(shù)據(jù)來(lái)源有廣播星歷和實(shí)測(cè)星歷，廣播星歷由于SA政策，廣大用戶很難從系統(tǒng)的改善中獲得應(yīng)有的精度，而實(shí)測(cè)星歷對(duì)導(dǎo)航和動(dòng)態(tài)定位無(wú)任何意義，對(duì)靜態(tài)定位有重要意義。衛(wèi)星鐘的鐘差包括由鐘差、頻偏、頻漂、鐘的隨機(jī)誤差，在GPS測(cè)量中，無(wú)論是碼相位觀測(cè)或載波相位觀測(cè)，都要求衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘保持嚴(yán)格同步。由于GPS衛(wèi)星軌道的預(yù)測(cè)工作主要是通過(guò)GPS跟蹤網(wǎng)來(lái)實(shí)施的。其中對(duì)數(shù)據(jù)影響最大的是坐標(biāo)誤差，較為嚴(yán)重的情況下，坐標(biāo)誤差是其他誤差十倍之多。因此要特別注重跟蹤站地心坐標(biāo)的精度，要求要優(yōu)于0.1m,當(dāng)對(duì)基站松他軌道進(jìn)行加權(quán)時(shí)，要求其坐標(biāo)值要優(yōu)于5m。只要能夠?qū)⒏櫥具M(jìn)行數(shù)據(jù)分析，就能夠?qū)④壍栏鶖?shù)誤差修改而成為正值。通中國(guó)煤化工過(guò)以上手段，精密星歷就能夠傳送給客戶。YHCNMH G2.2信號(hào)傳播部分.信號(hào)傳播部分的誤差有電離層折射誤差、多路徑效應(yīng)誤差以及對(duì)流層折射誤差，這些誤差對(duì)距離測(cè)量的影響為1.5~15 米，電離層折射誤差是由于GPS信號(hào)在通過(guò)電離層時(shí),信號(hào)的路徑發(fā)生彎曲、傳播速度發(fā)生變化。多路徑效應(yīng)是指測(cè)站周圍的反射物反射衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)天線，這時(shí)多個(gè)衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生干涉，而使觀測(cè)值偏離真值。GPS信號(hào)在通過(guò)對(duì)流層時(shí)，信號(hào)的路徑發(fā)生彎曲，對(duì)流層折射的誤差與信的高度角有關(guān)，當(dāng)在地面方向(即高度角為10度)，影響可達(dá)到20米。GPS信號(hào)傳播過(guò)程造成的誤差可以從兩個(gè)方面進(jìn)行控制。第一，通過(guò)使用模型對(duì)GPS ,信號(hào)進(jìn)行更正，即通 過(guò)對(duì)氣象資料的分析研究而建立相應(yīng)的模型，對(duì)流層折射所發(fā)生的誤差進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而通過(guò)數(shù)據(jù)處理進(jìn)行更正。第二，通過(guò)同步觀測(cè)的方法來(lái)求差，從而消除流層對(duì)GPS信號(hào)傳播的影響。2.3信號(hào)接收和其他誤差部分與接收機(jī)有關(guān)的誤差主要有接收機(jī)鐘誤差、接收機(jī)位置誤差、天線相位中心位置誤差及幾何圖形強(qiáng)度誤差等，這- -些誤差對(duì)距離測(cè)量的影響為1.5~5 米，其他誤差主要為地球自轉(zhuǎn)的影響和地球潮汐改正，對(duì)距離測(cè)量的影響為1米。實(shí)際與接收機(jī)相關(guān)的誤差主要還是噪聲誤差(天線噪聲、傳輸線噪聲、接收機(jī)內(nèi)部噪聲),如果接收機(jī)鐘與衛(wèi)星鐘的同步差為1μs，由此引起的距離誤差約為300m，而接收機(jī)的位置誤差是天線相位中心與測(cè)站標(biāo)石中心的誤差。就目前而言，對(duì)于信號(hào)接收和其他誤差部分，通常采用ROCK4模型、標(biāo)準(zhǔn)模型、多項(xiàng)式模型等模型進(jìn)行校正與預(yù)測(cè)，這幾種模型之間并無(wú)過(guò)大優(yōu)劣比較，預(yù)測(cè)精度的差距都不大，-般都能達(dá)到1m定規(guī)。為了能夠獲得更小的誤差數(shù)值，筆者認(rèn)為可以將這幾種模型混合使用，從而得到更為精確的誤差值，甚至精度將會(huì)控制在0.1m以內(nèi)。三、結(jié)束語(yǔ)為了降低GPS的測(cè)量誤差，需要對(duì)誤差的產(chǎn)生原因進(jìn)行深入分析，并且針對(duì)分析結(jié)果指定相應(yīng)的解決措施;制定具體規(guī)范的操作規(guī)章制度，觀測(cè)過(guò)程嚴(yán)格章程執(zhí)行，這樣才能保證測(cè)量結(jié)果的精確性。中國(guó)煤化工MHCNMH G參考文獻(xiàn)[1]胡輝,陳艷.GPS接收機(jī)的定位誤差分析[].河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) ,2010,38(6):68-71.[2]張葆,姚俊峰,高利民等.機(jī)載GPS測(cè)量定位技術(shù)研究U].光學(xué)精密工程,2009,17(1):172-178.[3]趙立坤.淺談GPS廣播星歷誤差及其對(duì)定位結(jié)果的影響U].城市建筑,2012,(17):233.[4] 王克曉,李鳳友,劉煥玲等.手持GPS定位精度與誤差的研究].全球定位系統(tǒng),2011,36(6):83-86,91.中國(guó)煤化工YHCNMH G