GPS原理及其应用 (五)

第三章 GPS定位中的误差源 §3.1 概述 §3.2 钟误差 §3.3 相对论效应

GPS测量定位的误差源 > 概述 §3.1 概述

GPS测量误差的来源 与卫星有关的误差 与传播途径有关的误差 与接收设备有关的误差 卫星轨道误差 卫星钟差 相对论效应 电离层延迟 GPS测量定位的误差源 > 概述 > GPS测量误差的来源 GPS测量误差的来源 与卫星有关的误差 卫星轨道误差 卫星钟差 相对论效应 与传播途径有关的误差 电离层延迟 对流层延迟 多路径效应 与接收设备有关的误差 接收机天线相位中心的偏移和变化 接收机钟差 接收机内部噪声

GPS测量误差的性质① 偶然误差 内容 特点 卫星信号发生部分的随机噪声 接收机信号接收处理部分的随机噪声 其它外部某些具有随机特征的影响 GPS测量定位的误差源 > 概述 > GPS测量误差的性质 GPS测量误差的性质① 偶然误差 内容 卫星信号发生部分的随机噪声 接收机信号接收处理部分的随机噪声 其它外部某些具有随机特征的影响 特点 随机 量级小 – 毫米级

GPS测量误差的性质② 系统误差（偏差 - Bias） 内容 特点 其它具有某种系统性特征的误差 具有某种系统性特征 GPS测量定位的误差源 > 概述 > GPS测量误差的性质 GPS测量误差的性质② 系统误差（偏差 - Bias） 内容 其它具有某种系统性特征的误差 特点 具有某种系统性特征 量级大 – 最大可达数百米

GPS测量定位的误差源 > 概述 > GPS测量误差的大小 SPS（无SA）

GPS测量定位的误差源 > 概述 > GPS测量误差的大小 SPS（有SA）

GPS测量定位的误差源 > 概述 > GPS测量误差的大小 PPS，双频，P/Y-码

消除或消弱各种误差影响的方法① 模型改正法 原理：利用模型计算出误差影响的大小，直接对观测值进行修正 GPS测量定位的误差源 > 概述 > 消除或消弱各种误差影响的方法 消除或消弱各种误差影响的方法① 模型改正法 原理：利用模型计算出误差影响的大小，直接对观测值进行修正 适用情况：对误差的特性、机制及产生原因有较深刻了解，能建立理论或经验公式 所针对的误差源 相对论效应 电离层延迟 对流层延迟 卫星钟差 限制：有些误差难以模型化

消除或消弱各种误差影响的方法② 求差法 原理：通过观测值间一定方式的相互求差，消去或消弱求差观测值中所包含的相同或相似的误差影响 GPS测量定位的误差源 > 概述 > 消除或消弱各种误差影响的方法 消除或消弱各种误差影响的方法② 求差法 原理：通过观测值间一定方式的相互求差，消去或消弱求差观测值中所包含的相同或相似的误差影响 适用情况：误差具有较强的空间、时间或其它类型的相关性。 所针对的误差源 电离层延迟 对流层延迟 卫星轨道误差 … 限制：空间相关性将随着测站间距离的增加而减弱

消除或消弱各种误差影响的方法③ 参数法 原理：采用参数估计的方法，将系统性偏差求定出来 适用情况：几乎适用于任何的情况 GPS测量定位的误差源 > 概述 > 消除或消弱各种误差影响的方法 消除或消弱各种误差影响的方法③ 参数法 原理：采用参数估计的方法，将系统性偏差求定出来 适用情况：几乎适用于任何的情况 限制：不能同时将所有影响均作为参数来估计

GPS测量定位的误差源 > 概述 > 消除或消弱各种误差影响的方法 消除或消弱各种误差影响的方法④ 回避法 原理：选择合适的观测地点，避开易产生误差的环境；采用特殊的观测方法；采用特殊的硬件设备，消除或减弱误差的影响 适用情况：对误差产生的条件及原因有所了解；具有特殊的设备。 所针对的误差源 电磁波干扰 多路径效应 限制：无法完全避免误差的影响，具有一定的盲目性

§3.2 钟误差

卫星钟差 定义 物理同步误差 数学同步误差 应对方法 模型改正 钟差改正多项式 其中a0为ts时刻的时钟偏差，a1为钟的漂移，a2为老化率。 GPS测量定位的误差源 > 概述 > 卫星钟差 卫星钟差 定义 物理同步误差 数学同步误差 应对方法 模型改正 钟差改正多项式 其中a0为ts时刻的时钟偏差，a1为钟的漂移，a2为老化率。 相对定位或差分定位

接收机钟差 定义 GPS接收机一般采用石英钟，接收机钟与理想的GPS时之间存在的偏差和漂移。 应对方法 作为未知数处理 相对定位或差分定位 [节] 要点 GPS的特性 受美国控制 卫星系统 作用是用于导航、定位和授时 全天侯、连续、实时、三维

§3.3 相对论效应 狭义相对论效应 广义相对论效应

GPS测量定位的误差源 > 相对论效应 3. 3相对论效应

狭义相对论和广义相对论 狭义相对论 广义相对论 1905 运动将使时间、空间和物质的质量发生变化 1915 将相对论与引力论进行了统一 GPS测量定位的误差源 > 相对论效应 > 狭义相对论和广义相对论 狭义相对论和广义相对论 狭义相对论 1905 运动将使时间、空间和物质的质量发生变化 广义相对论 1915 将相对论与引力论进行了统一

相对论效应对卫星钟的影响① 狭义相对论 原理：时间膨胀。钟的频率与其运动速度有关。 对GPS卫星钟的影响： 结论：在狭义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变慢

相对论效应对卫星钟的影响② 广义相对论 原理：钟的频率与其所处的重力位有关 对GPS卫星钟的影响： 结论：在广义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变快

相对论效应对卫星钟的影响③ 相对论效应对卫星钟的影响 狭义相对论＋广义相对论 GPS测量定位的误差源 > 相对论效应 > 相对论效应对卫星钟的影响 相对论效应对卫星钟的影响③ 相对论效应对卫星钟的影响 狭义相对论＋广义相对论 令：

解决相对论效应对卫星钟影响的方法 方法（分两步）：首先考虑假定卫星轨道为圆轨道的情况；然后考虑卫星轨道为椭圆轨道的情况。 第一步： 第二步： GPS测量定位的误差源 > 相对论效应 > 解决方法 解决相对论效应对卫星钟影响的方法 方法（分两步）：首先考虑假定卫星轨道为圆轨道的情况；然后考虑卫星轨道为椭圆轨道的情况。 第一步： 第二步： 课本上为： 因为：