005第三章GPS定位中的误差3.1概述3.2钟误差3.3相对论效应 (2)解析
GPS系统误差的主要来源
GPS系统误差的主要来源利用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降低系统精度的政策。
它包括降低广播星历精度的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定位误差的最主要因素。
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,从而使测量的距离发生偏差,这种影响称为电离层延迟。
GPS系统误差来源的分析
GPS系统误差来源的分析GPS系统误差是实际测量值和理论值之间的差异，其来源多种多样。
本文对GPS系统误差及其来源做了详细的分析。
GPS系统误差的种类GPS系统误差可以分为以下几种:1.时间误差：GPS卫星所用的原子钟是非常准确的，但是由于信号传输的延迟，因此接收到的时间并不完全准确。
时间误差是GPS系统误差中最大的误差之一，但是它对绝大多数应用没有太大的影响。
2.位置误差：GPS接收器既会受到卫星的信号，也会受到周围的干扰，从而导致位置误差。
位于建筑物、树林或其他高墙障碍物下，会影响GPS接收器接收卫星信号的质量。
3.大气误差：大气对GPS信号的传播有影响，特别是在低空位置。
大气误差可分为两类：大气延迟和大气层折射。
4.稳健性误差：稳健性误差是由于GPS接收器由于物理性质而引起的误差。
GPS系统误差来源的分析时间误差时间误差主要来自于卫星的钟差和接收器的钟差。
卫星的原子钟是非常精确的，但是在太空中也会受到各种因素的影响，比如温度变化和微小的摩擦。
接收机的时钟则存在由于计时电路的误差而导致的钟差。
因此，时间误差可能会发生在卫星的发射端和接收器的接收端。
位置误差位置误差可能会受到以下几个因素的影响：•卫星几何，即卫星在天空中的位置;•多径传播，即信号从卫星到接收器的过程中经历的多路径散射;•区域位置和地形，包括建筑物、树木等构成的障碍物;•反射，如信号被地面反射，可能会导致误差。
大气误差大气误差是指信号在穿过大气层时，由于大气密度和温度的变化，从而改变导致信号传输速度，导致信号传播路径异常。
具体来说，大气误差包括:1.电离层误差：正电离层和负电离层之间的电荷分布不同，因此GPS信号的速度会在这两个层之间产生不可预测的变化。
2.大气折射：大气中的密度变化会导致信号弯曲，因此可能会导致接收器计算的位置不准确。
稳健性误差稳健性误差是由于GPS接收器本身的物理特性和其它处理方式的固有差异而产生的误差。
这些误差包括:1.系统噪声：包括前置放大器、混频器、数据转换电路等使接收器噪声功率增加的部分。
gps测坐标点误差多少
GPS测坐标点误差多少GPS（全球定位系统）是一种用于测量地球上特定位置坐标的技术。
在现代社会中，GPS已广泛应用于导航、地理测量和定位等领域。
然而，由于各种因素的影响，GPS测量出的坐标点会存在一定误差。
本文将探讨GPS测坐标点的误差范围和可能的因素。
GPS测量原理GPS系统由一组在地球轨道上运行的卫星和接收器组成。
接收器通过接收来自卫星的信号，并利用信号的传播时间来计算与卫星之间的距离。
通过同时接收多个卫星的信号，接收器可以利用三角测量原理确定自身的位置。
然而，GPS测量并非完美，存在着多种因素可能导致测量误差。
GPS测量误差因素1. 系统误差GPS系统本身含有一定的系统误差。
这些误差主要来自卫星的精度限制、电离层和大气对信号的影响，以及地球引力场的影响等。
虽然这些系统误差经过修正，但仍然会对测量结果产生一定的影响。
2. 接收误差接收器的精度也会影响GPS测量的准确性。
不同品牌和型号的接收器在接收和处理卫星信号的能力上存在差异，因此其误差范围也会有所不同。
一般而言，高端接收器的测量误差要小于低端接收器。
3. 环境因素GPS测量的准确性还受到环境因素的影响。
例如，地形和建筑物可能会影响信号的传播和接收。
在山区或城市高楼密集的地区，GPS信号的强度和稳定性可能会受到一定程度的削弱，从而导致测量误差增大。
4. 定位几何GPS定位几何指的是接收器和卫星之间的相对位置关系。
当接收器与卫星的相对位置处于最佳状态时，定位几何效果最好，测量误差相对较小。
但当接收器靠近地平线、处于低俯角或接收卫星较少时，定位几何效果变差，测量误差相对增大。
GPS测量误差范围根据上述因素的影响，GPS测量点的误差范围一般在几米到几十米之间。
在理想的条件下，接受到信号较强、定位几何效果良好的情况下，测量误差通常在几米以内。
但在恶劣的环境下或使用较低精度的接收器时，测量误差可能超过几十米。
需要注意的是，GPS测量误差通常是随机的，并非固定的偏差。
GPS定位系统在测绘中的误差及其校正
GPS定位系统在测绘中的误差及其校正近年，全球定位系统（GPS）在测绘领域广泛应用，成为现代测绘的重要工具。
然而，GPS定位系统的测量精度不可避免地存在一定的误差，这对于需要高精度测绘数据的应用来说，可能带来一系列问题。
本文将探讨GPS定位系统的误差来源及校正方法，以期提高测绘数据的准确性与可靠性。
一、GPS定位系统误差来源1. 大气层延迟误差：GPS信号在穿过大气层时会发生延迟，导致定位结果产生偏差。
这主要由大气层中的水汽含量、温度、压力等因素所引起。
2. 卫星发射钟误差：GPS卫星发射钟的精确度无法达到理论上的完美，钟的频率可能出现细微偏差，进而影响测量结果。
3. 卫星轨道误差：由于各颗卫星在轨道上的摄动等因素，其运行轨迹不会完全符合理论轨道，从而引起时间误差。
4. 多径效应：接收天线接收到的信号可能会经过多次反射，导致信号延迟，从而产生定位误差。
5. 接收机钟差：GPS接收机内部的时钟精度有限，存在一定的误差，会对定位结果造成影响。
二、GPS定位系统误差的校正方法1. 差分定位法：差分定位法是最常用和最有效的校正方法之一。
它通过同时观测参考站和待测站的GPS信号，利用参考站的已知坐标和观测数据，计算出两个站点间的差异，进而校正待测站点的定位误差。
2. 精密轨道确定法：通过利用卫星轨道参数提供的精密轨道数据，结合接收机的测量结果，计算卫星的真实位置，从而减小轨道误差对定位结果的影响。
3. 多频率接收机技术：多频率接收机可以利用不同频率的信号对多径效应进行抵消，从而提高定位精度。
4. 大气层延迟模型校正：根据大气层的温度、湿度、压力等参数，采用相应的模型对大气层延迟误差进行校正。
5. 时钟差校正：通过与参考源对比，校正接收机内部时钟的误差。
三、GPS定位系统误差校正的应用GPS定位系统的高精度测绘数据广泛应用于地图制作、土地测量、工程测量、导航定位等领域。
对于地图制作来说，GPS定位系统提供的高精度数据能够提高地图的准确性，并为城市规划、交通规划等提供重要依据。
GPS定位的误差分析
GPS定位的误差分析4.1误差的分类在GPS测量中，影响观测量精度的主要误差来源分为三类：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。
如果根据误差的性质，上述误差尚可分为系统误差与偶然误差。
系统误差主要包括卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机种差以及大气折射误差等。
为了减弱和修正系统误差对观测量的影响，一般根据系统误差产生的原因采取不同的措施，其中包括：引入相应的未知参数，在数据处理中连同其他未知参数一并解算、建立系统误差模型，对观测量加以修正、将不同的观测站对相同的卫星的同步观测值求差，以减弱或者消除系统误差的影响、简单的忽略某些系统误差的影响。
偶然误差主要包括信号的多路径效应引起的误差和观测量等。
4.2 与卫星有关的误差与GPS卫星有关的误差，主要包括卫星轨道误差和卫星钟的误差。
4.2.1卫星钟差由于卫星的位置是时间的函数，所以GPS的观测量均以精密测时为依据。
而与卫星位置相应的的时间信息是通过卫星信号的编码信息传送给用户的。
在GPS测量中，无论是码相位观测或者载波相位观测，均要求卫星钟与接收机保持严格的同步。
实际上，尽管GPS 卫星均设有高精度的原子钟，但是它们与理想的GPS时之间仍然存在着难以避免的偏差或者漂移。
这些偏差总量均在1ms以内，由此引起的等效距离误差约可达300km。
4.2.2轨道偏差卫星的轨道误差是当前利用GPS定位的重要误差来源之一。
GPS 卫星距离地面观测站的最大距离约25000km，如果基线测量的允许误差为1cm，则当基线长度不同时，允许的轨道误差大致如表5-2所示，可见，在相对定位中随着基线长度的增加，卫星轨道误差将成为影响定位精度的主要因素。
4.3 卫星信号的传播误差与卫星信号传播有关的误差主要包括大气折射误差和多路径效应。
4.3.1 电离层折射的影响GPS卫星信号和其他电磁波信号一样，当通过电离层时将受到这一介质弥散特性的影响，使信号的传播路径产生变化。
GPS定位误差的产生原因分析与减小方法
GPS定位误差的产生原因分析与减小方法引言：在现代社会，全球定位系统（Global Positioning System，GPS）已经成为了人们生活中不可或缺的一部分。
无论是导航、交通监控还是地理信息系统等领域都离不开GPS定位技术。
然而，随着GPS定位的广泛应用，人们也逐渐发现定位误差问题的存在。
本文将从GPS定位误差产生的原因入手，探讨解决这一问题的方法。
一、GPS定位误差的原因分析：1. GPS系统误差：GPS系统本身存在着一些系统误差，例如卫星钟差、伪距观测误差、大气延迟等。
这些误差会直接影响到GPS定位的准确性。
2. 空间几何因素：GPS定位需要至少4颗卫星进行定位计算，卫星的位置和空间几何分布对定位精度有着重要影响。
当卫星分布不均匀或存在遮挡物时，会导致定位误差增大。
3. 电离层和大气影响：电离层和大气中的湿度、温度等因素都会对GPS信号产生影响，导致信号传播延迟或折射，从而引起定位误差。
4. 载波相位等伪距测量误差：GPS定位是通过测量卫星发射的信号和接收器接收的信号之间的时间差来计算位置的。
然而，由于载波相位的波长较短，测量精度更高，但受到多普勒效应的影响，会产生伪距测量误差。
二、减小GPS定位误差的方法：1. 多路径效应抑制：多路径效应是指GPS信号在传播过程中发生反射、散射等现象，致使接收器接收到多个信号，在信号合成过程中引入误差。
为了减小多路径效应，可以利用天线设计和信号处理技术，选择适合的接收天线和增加抗多路径干扰的算法。
2. 差分定位：差分定位是通过引入一个参考站与基准站的距离进行辅助定位，利用参考站的精确位置和信号传播速度信息来对GPS定位结果进行修正。
差分定位可以大幅度减小系统误差和信号传播误差的影响，提高定位精度。
3. 增加卫星数量和分布：通过增加卫星数量和改善卫星的空间分布，可以提高GPS定位的可见卫星数目和几何配置，从而减小定位误差。
可以使用卫星信噪比、可视卫星数等指标来优选卫星，并避开存在遮挡物的区域。
GPS测量中坐标纠正与误差分析
GPS测量中坐标纠正与误差分析GPS（Global Positioning System，全球定位系统）已经成为现代测量领域中不可或缺的工具。
通过接收卫星发射的信号，GPS可以准确测量出地球上某一点的经纬度坐标。
然而，在实际应用中，由于多种因素的影响，GPS测量的坐标可能存在一定的误差。
因此，对GPS测量中的坐标进行纠正与误差分析，对于提高测量精度和可靠性至关重要。
首先，我们需要了解GPS测量中可能存在的误差来源。
一般来说，GPS测量误差主要包括：卫星钟差、电离层延迟、大气延迟、多径效应、接收机钟差、观测数据产生与处理中的误差等。
卫星钟差指的是卫星发射信号的时间与卫星自身的时间存在一定的偏差，导致测量结果不准确。
电离层延迟是由于卫星信号在经过大气电离层时受到电离层的影响，造成信号传播速度变化，从而引起测量误差。
大气延迟是由于信号经过大气层时受到大气密度变化的影响，导致测量结果出现偏移。
多径效应指的是卫星信号在传播过程中，除了直接到达接收机外，还存在与地面或建筑物反射后到达接收机的信号，这些多路径信号会导致测量结果产生误差。
接收机钟差是指接收机内部时钟与GPS系统时间存在一定的差异，也会影响到测量结果的精度。
针对以上误差来源，我们可以采取一系列纠正措施来提高GPS测量的准确性。
首先，卫星钟差可以通过测量多颗卫星的信号并进行差分处理来纠正。
差分GPS技术能够消除卫星钟差对测量结果的影响，提高测量的准确性。
其次，电离层延迟和大气延迟可以通过接收机和卫星信号之间的差分处理来消除。
接收机将两颗卫星的信号之间的差异作为电离层和大气延迟的参考，从而进行纠正。
此外，采用多路径抑制技术可以降低多径效应对测量结果的影响。
这种技术包括选择合适的接收机和天线，减少信号的反射和干扰。
最后，接收机钟差可以通过接收机内部的校正机制进行补偿。
除了进行误差纠正，我们还需要进行误差分析，了解测量结果的可信程度和误差范围。
误差分析是通过对测量数据进行统计分析，得出误差的概率分布和置信区间。
GPS测量误差分析
GPS测量误差分析GPS（全球定位系统）是一种利用卫星技术来测量和定位地球上任意点的系统。
然而，由于多种因素的影响，GPS测量结果存在一定的误差。
本文将对GPS测量误差进行分析，包括系统误差、环境误差和接收机误差。
首先，系统误差是由GPS系统的设计和运行过程中的不完善或不准确引起的误差。
其中最主要的系统误差是钟差误差和轨道误差。
GPS卫星的钟差在运行过程中会有微小的漂移，这会引起定位结果的偏差。
轨道误差意味着GPS卫星实际运行轨道与理论轨道之间的偏差，这也会导致定位结果的误差。
为了解决这些问题，GPS系统会通过改正模型对钟差误差和轨道误差进行校正，但这些模型仍然不是完美的，仍然存在一定的误差。
其次，环境误差是由卫星信号在传播过程中遇到的大气和电离层等环境因素引起的误差。
大气和电离层对GPS信号的传播会产生折射、延迟和衰减等影响，这些影响会导致测量结果的不准确。
为了减小环境误差，GPS系统引入了差分定位技术，即通过同步接收到的卫星信号来消除环境误差。
最后，接收机误差是由GPS接收机本身的性能和工作状态引起的误差。
接收机的性能包括接收机的灵敏度、动态范围和抗多径干扰能力。
灵敏度决定接收机是否能接收到较弱的卫星信号；动态范围决定接收机能否同时处理较强和较弱的信号；抗多径干扰能力决定接收机能否在多路径信号情况下准确测量。
此外，接收机的工作状态也会影响测量结果的准确性，如接收机的周围环境、天线安装的位置和姿态等。
为了减小GPS测量误差，一般可以采取以下方法：1.多路径抑制技术：通过优化天线设计和使用接收机的多路径抑制算法，减小多路径干扰对测量结果的影响。
2.差分定位技术：通过同时接收到的参考站信号来校正环境误差，提高定位结果的准确性。
3.接收机选择：选择性能较好的GPS接收机，具备较高的灵敏度、动态范围和抗干扰能力。
4.多星定位：接收来自多颗卫星的信号进行定位，提高测量结果的准确性。
综上所述，GPS测量误差是由系统误差、环境误差和接收机误差共同引起的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
GPS定位测量技术与应用
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：
• • • • 相对论效应 电离层延迟 对流层延迟 卫星钟差
改正后的观测值=原始观测值+模型改正
– 限制：有些误差难以模型化
GPS定位测量技术与应用
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
GPS定位测量技术与应用
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
2
其中a0为ts时刻的时钟偏差，a1为钟的漂移，a2为老化 率。toc为参考历元（参考时刻），ts为观测历元 。 – 相对定位或差分定位
GPS定位测量技术与应用
GPS测量定位的误差源 > 概述 > 接收机钟差
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。
– 结论：在广义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变 快
GPS定位测量技术与应用
– 结论：在狭义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变 慢
GPS定位测量技术与应用
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：
若卫星所在处的重力位 为Ws，地面测站处的重力位 为WT， 则同一台钟放在卫星上 与放在地面上时钟频率 将的差异f 2为： Ws WT 1 1 f f ( ) c2 c2 R r 其中 3.986005 1014 m3 s 2 ，若地面处的地心距 R近似取6378 km， f 2 卫星的地心距近似取 26560 km，则 f 2 5.2841010 f
• 应对方法
– 作为未知数处理 – 相对定位或差分定位
GPS定位测量技术与应用
§3.3
相对论效应
• 狭义相对论效应 • 广义相对论效应
GPS定位测量技术与应用
GPS测量定位的误差源 > 相对论效应
3. 3相对论效应
GPS定位测量技术与应用
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
• 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定位测量技术与应用
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 ）(主要)
– 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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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定位测量技术与应用
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
GPS定位测量技术与应用
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定位测量技术与应用
GPS测量定位的误差源 > 概述
§3.1
概述
GPS定位测量技术与应用
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
• 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
GPS定位测量技术与应用
§3.2
钟误差
GPS定位测量技术与应用
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
ts a0 a1 ts toc a2 ts toc
– 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定位测量技术与应用
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
GPS定位测量技术与应用
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