GPS同步觀測

GPS同步觀測,是指使用N台(N>=2)GPS接收機,同時在相同的時間段內連續跟蹤接收相同的衛星組的信號。通常稱同步觀測的時間段為時段或測段。

誤差分類

在GPS測量中,影響觀測精度的主要誤差可分為以下三類:

與GPS衛星有關的誤差

與GPS衛星有關的誤差主要包括衛星的軌道誤差和衛星鐘的誤差

1 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,目前,衛星軌道信息是通過導航電文等到的。

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。

與信號傳播有關的誤差

1 電離層折射

1)不改正使星站距離產生100多米誤差;

2)影響性質: (1)碼相位觀測與載波相位觀測的電離層折射大小相等,符號相反;(2)對相對定位的影響因相關性而大大減弱;

3)影響電離層折射的因素

(1)電磁波頻率

250MHz電磁波的折射數為1600MHz電磁波折射數的約30倍,L1載波與L2載波的折射數顯著不同。

(2)電磁波傳播路徑上的帶電離子密度及帶電粒子數:

電離層高度,200~400km時密度最大;地方時,白天是晚上的5倍,地方時11時最大;季節,夏天是冬天的4倍;測站緯度,赤道最高,南北極最低;年份,太陽黑子活動周期為11年,最高年份可達1016/m2,最低年份近於零。58,69,80,91,02年最高;衛星高度:高度越大,影響越小。

4)減弱措施:雙頻觀測(P95式6.16至6.20);模型改正;相對定位(殘餘誤差隨邊長的增大而增大) ;差分定位;載波相位觀測與碼相位觀測取平均。

2、對流層折射

1)對星站距離的影響達20米。

2)影響對流層折射的因素:溫度、氣壓、濕度、衛星高度。

3)措施:

(1)模型改正

90年代以前研究測距儀的大氣折射影響,90年代以後直到目前還在研究對流層對GPS定位的影響。

(2)作為未知數求解;

(3)相對定位(殘餘誤差隨邊長的增大而增大) 。

3、多路徑誤差

由衛星發射的電磁波經多條路逕到達接收機而引起的誤差,其中一條路徑是直接到達接收機,其它路徑是經多次反射後到達接收機。

措施:

1)靜態定位;

2)測站點避開反射物(建築物、光滑地面、水域等);

3)改善天線。

與接收機有關的誤差

1、接收機鐘差

2、接收機安置誤差

包括對中和整平誤差,觀測前應嚴格校正對點器。

3、觀測誤差:接收機對時間的觀測精度有限引起的誤差

4、天線相位中心位置偏差

即接收機天線的相位中心與幾何中心不一致。

性質:與信號強弱及到達接收機的方向有關。

措施:改進天線、相對定位時採用同一型號的接收機並使定向標誌朝北、觀測前檢驗接收機天線相位中心位置偏差。

處理誤差方法

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,其效用更為明顯。

這種方法對於精度相對定位,具有極其重要的意義。

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