雙差相位觀測

雙差相位觀測

雙差相位觀測是在gps站間單差的基礎進一步消除了與接收機有關的載波相位及其鐘差項,也叫星際差。在衛星定位中,兩站對兩顆衛星所作的單差相位觀測值之差 。

gps誤差分類及解決方法

衛星鐘差

由於衛星的位置是時間的函式,因此,GPS的觀測量均發精密測時為依據,而與衛星位置相對應的信息,是通過衛星信號的編碼信息傳送給接收機的。在GPS定位中,無論是碼相位觀測或是載波相位觀測,均要求衛星鐘與接收機時鐘保持嚴格的同步。實際上,以儘管GPS衛星均設有高精度的原子鐘(銣鍾和銫鐘),但是它們與理想的GPS時之間,仍存在著難以避免的偏差和漂移。這種偏差的總量約在1ms以內。
對於衛星鐘的這種偏差,一般可由衛星的主控站,通過對衛星鐘運行狀態的連續監測確定,並通過衛星的導航電文提供給接收機。經鐘差改正後,各衛星之間的同步差,即可保持在20ns以內。
在相對定位中,衛星鐘差可通過觀測量求差(或差分)的方法消除。
2.衛星軌道偏差
估計與處理衛星的軌道偏差較為困難,其主要原因是,衛星在運行中要受到多種攝動力的複雜影響,而通過地面監測站,以難以充分可靠的測定這作用力,並掌握它們的作用規律。現今,衛星軌道信息是通過對導航電文的解算等得到的。
應該說,衛星軌道誤差是當前GPS測量的主要誤差來源之一。測量的基線長度越長,此項誤差的影響就越大。
在GPS定位測量中,處理衛星軌道誤差有以下幾種方法:
1) 忽略軌道誤差
這種方法以從導航電文中所獲得的衛星軌道信息為準,不再考慮衛星軌道實際存在的誤差,所以廣泛的用於精度較低的實時單點定位工作中。
2) 採用軌道改進法處理觀測數據
這種方法是在數據處理中,引入表征衛星軌道偏差的改正參數,並假設在短時間內這些參數為常量,將其與其它求知數一併求解。
3) 同步觀測值求差
這一方法是利用在兩個或多個觀測站一同,對同一衛星的同步觀測值求差。以減弱衛星軌道誤差的影響。由於同一衛星的位置誤差對不同觀測站同步觀測量的影響,具有系統誤差性質,所以通過上述求差的方法,可以明顯的減弱衛星軌道誤差的影響,尤其當基線較短時,其效用更不明顯。
這種方法對於精度相對定位,具有極其重要的意義。

與衛星信號傳播有關的誤差

與衛星信號有關的誤差主要包括大氣折射誤差和多路徑效應
1.電離層折射的影響
GPS衛星信號的其它電磁波信號一樣,當其通過電離層時,將受到這一介質彌散特性的影響,便其信號的傳播路徑發生變化。當GPS衛星處於天頂方向時,電離層折射對信號傳播路徑的影響最小,而當衛星接近地平線時,則影響最大。
為了減弱電離層的影響,在GPS定位中通常採用下面措施
(1)利用雙頻觀測
由於電離層的影響是信號頻率的函式,所以利用不同頻率的電磁波信號進行觀測。便能多確定其影響,而對觀測量加以修正。因此,具有雙頻的GPS接收機,在精密定位中測量中得到廣泛的套用。不過應當明確指出,在太陽輻射的正午或在太陽黑子活動的異常期,應儘量避免觀測。在尤其是精密定位測量。
(2)利用電離層模型加以修正
對於單頻GPS接收機,為了減弱電記屋的影響,一般是採用導航電文提供的電離層模型,或其它適合的電離層模型對觀測量加以修正,但是這種模型至今仍在完善之中,現今,模型改正的有效率約為75%。
(3)利用同步觀測值求差
這一方法是利用兩台或多台接收機,對同一衛星的同步觀測的求差,以減弱電離層折射的影響,尤其當觀測站間的距離較近時(<20km),由於衛星信號到達各觀測站的路徑相近,所經過的介質狀況相似,因此通過各觀測站對相同衛星信號的同步觀測值求差,便可顯著的減弱電離層折射影響,其殘差將不會超過0.000001。對於單頻GPS接收機而言,這種方法的重要意義尤為明顯。
2.對流層折射的影響
對流層折射對觀測值的影響,可分為乾分量與濕分量。乾分量主要與大氣的濕度與壓力有關,而濕分量主要與信號傳播路徑上的大氣濕度有關。對於乾分量的影響,可通過地面的大氣資料計算;分量目前尚無法準確測定。對於輸送短的基線(<50km),濕分量的影響較小。
關於對流層折射的影響,一般有以下幾種處理方法:
(1)定位精度要求不高時,可不考慮其影響。
(2)採用對流層模型進行改正;
(3)採用觀測量求差的方法。與電離層的影響相類似,當觀測站間相距不遠(<20km)時,由於信號通過對流層的路徑相近,對流層的物理特性相近,所以對同一衛星的同步觀測值求差,可以明顯的減弱對流層折射的影響。

3.多徑效應

電磁波經不同路徑傳播後,各分量場到達接收端時間不同,按各自相位相互疊加而造成干擾,使得原來的信號失真,或者產生錯誤。多徑誤差與天線周圍的環境密切相關,不同位置的接收機受到的多徑干擾影響是不同的,各個接收機之間的多徑衰落特性沒有相關性,所以很難通過差分方法將其減弱或者消除 。

與接收機有關的誤差

1、接收機鐘差,可採用接收機間一次差消除

雙差相位觀測目的

雙差相位觀測目的是消除衛星鐘誤差、衛星軌道誤差和接收機中誤差

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