GPS系统误差的主要来源

2020-09-20 21:56:54 徕康小助手 3

利用GPS进行定位时,会受到各种各样因素的影响,从而造成定位误差。GPS系统的主要误差来源可分为三类:

与GPS卫星有关的误差;与信号传播有关的误差;与接收设备有关的误差。

1.与卫星有关的误差

(1)卫星星历误差

卫星星历误差是指卫星星历给出的卫星空间位置与卫星实际位置间的偏差,由于卫星空间位置是由地面监控系统根据卫星测轨结果计算求得的,所以又称之为卫星轨道误差。它是一种起始数据误差,其大小取决于卫星跟踪站的数量及空间分布、观测值的数量及精度、轨道计算时所用的轨道模型及定轨软件的完善程度等。星历误差是GPS 测量误差的重要来源.

(2)卫星钟差

卫星钟差是指GPS卫星上原子钟的钟面时与GPS标准时间的差别。为了保证时钟的精度,GPS卫星均采用高精度的原子钟,但它们与GPS标准时之间的偏差和漂移和漂移总量仍在1ms~0.1ms以内,由此引起的等效的定位误差将达到300km~30km。这是系统误差,必须加于修正。

(3)SA误差

SA(Selective Availability)政策即可用性选择政策,是美国军方为了限制非特许用户利用GPS进行高精度点定位而采用的减少系统精度的政策。它包括减少广播星历精度的ε技术和在卫星基本频率上附加一随机抖动的δ技术。实施SA技术后,SA误差已经成为影响GPS定位误差的主要因素。虽然美国在2000年5月1日取消了SA,但是战时或必要时,美国仍可能恢复或采用类似的干扰技术。

(4)相对论效应的影响

这是由于卫星钟和接收机所处的状态(运动速度和重力位)不同引起的卫星钟和接收机钟之间的相对误差。由于卫星钟和地面钟存在相对运动,相对于地面钟,卫星钟走得慢,这会影响电磁波传播时间的测定。

2.与传播途径有关的误差

(1)电离层延迟

在地球上空距地面50~100 km 之间的电离层中,气体分子受到太阳等天体各种射线辐射产生强烈电离,形成大量的自由电子和正离子。当GPS 信号通过电离层时,与其他电磁波一样,信号的路径要发生弯曲,传播速度也会发生变化,从而使测量

量产生偏差,这种现象称为对流层延迟。

(3)多路径效应

测站周围的反射物所反射的卫星信号(反射波)进入接收机天线,对直接来自卫星的信号(直接波) 产生干涉,从而使观测值偏离,产生所谓的“多路径误差”。这种由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应被称作多路径效应。

3.与GPS 接收机有关的误差

(1)接收机钟差

GPS接收机一般采用高精度的石英钟,接收机的钟面时与GPS 标准时之间的差异称为接收机钟差。

(2)接收机的位置误差

接收机天线相位中心相对测站标石中心位置的误差,称为接收机位置误差。

(3)接收机天线相位中心偏差

在GPS 测量时,观测值都是以接收机天线的相位中心位置为准的,天线的相位中心与其几何中心,在理论上应保持一致。但是观测时天线的相位中心随着信号输入的强度和方向不同而有所变化,这种差别叫天线相位中心的位置偏差。

这三类误差源主要影响电磁波传播时间的测量和卫星精确位置(即精密定位)的获得。所谓精密定位,就是利用各种模型、估算出各种误差,进而修正GPS定位结果的技术,它是GPS应用的前沿课题。

(借鉴其他资料,仅供相互学习)

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