什么是钟差
第十讲GPS误差来源及影响12分解
由卫星发射天线相位中心直接到达接收天 线相位中心
▪ 地面反射波 ▪ 星体反射波 间接波 ▪ 介质散射波
多路径误差
▪ GPS信号接收机所观测的GPS信号，是 直接波和间接波合成的合成波
▪ 多路径误差：间接波对直接波的破坏 性干涉而引起的站星距离误差
▪ 多路径误差的大小取决于间接波的强 弱和用户接收天线抗御间接波的能力
地面反射波
为影响多路径误差的主要因素 强弱取决于地面或地物的反射系数
不同地物对2GHz的微波信号的反射系数
水面
稻田
野地
森林山地
反射 损耗 反射 损耗 反射 损耗 反射 损耗 系数 （分贝） 系数 （分贝） 系数 （分贝） 系数 （分贝）
1.0
0
0.8
2
0.6 4
0.3 10
地面反射波（续）
▪ 反射信号经过的多路径长度称为“程差”，值为：
▪ 对于短基线（如小于20km）的效果尤 为明显
对流层
▪ 离地面高度40km以下的大气层，是 一种非电离大气层。温度随高度的上 升而降低
▪ 包括对流层和平流层
对流层（续）
地球大气层结构
对流层折射
▪ GPS信号通过对流层时，传播路径发生弯 曲，从而使测量距离产生偏差。
▪ 与信号的高度角有关，当在天顶方向（高 度角为90°），影响达2.3m；当在地面方 向（高度角为10° ），影响可达20m
▪ 电离层折射误差： GPS信号的传播时间乘以真空中光速得到的
距离与站星间的几何距离的偏差。
S = Ct + dion
站星之间的 信号传 真实距离 播时间
电离层改正项
dion
40.28 f2
S ' Neds
GPS测量误差
GPS测量误差在GPS测量中，影响观测精度的主要误差可分为以下三类：一、与GPS卫星有关的误差与GPS卫星有关的误差主要包括卫星的轨道误差和卫星钟的误差1.卫星钟差由于卫星的位置是时间的函数，因此，GPS的观测量均发精密测时为依据，而与卫星位置相对应的信息，是通过卫星信号的编码信息传送给接收机的。
在GPS定位中，无论是码相位观测或是载波相位观测，均要求卫星钟与接收机时钟保持严格的同步。
实际上，以尽管GPS卫星均设有高精度的原子钟（铷钟和铯钟），但是它们与理想的GPS时之间，仍存在着难以避免的偏差和漂移。
这种偏差的总量约在1ms以内。
对于卫星钟的这种偏差，一般可由卫星的主控站，通过对卫星钟运行状态的连续监测确定，并通过卫星的导航电文提供给接收机。
经钟差改正后，各卫星之间的同步差，即可保持在20ns以内。
在相对定位中，卫星钟差可通过观测量求差（或差分）的方法消除。
2.卫星轨道偏差估计与处理卫星的轨道偏差较为困难，其主要原因是，卫星在运行中要受到多种摄动力的复杂影响，而通过地面监测站，以难以充分可靠的测定这作用力，并掌握它们的作用规律，目前，卫星轨道信息是通过导航电文等到的。
应该说，卫星轨道误差是当前GPS测量的主要误差来源之一。
测量的基线长度越长，此项误差的影响就越大。
在GPS定位测量中，处理卫星轨道误差有以下直种方法:1）忽略轨道误差这种方法以从导航电文中所获得的卫星轨道信息为准，不再考虑卫星轨道实际存在的误差，所以广泛的用于精度较低的实时单点定位工作中。
2）采用轨道改进法处理观测数据这种方法是在数据处理中，引入表征卫星轨道偏差的改正参数，并假设在短时间内这些参数为常量，将其与其它求知数一并求解。
3）同步观测值求差这一方法是利用在两个或多个观测站一同，对同一卫星的同步观测值求差。
以减弱卫星轨道误差的影响。
由于同一卫星的位置误差对不同观测站同步观测量的影响，具有系统误差性质，所以通过上述求差的方法，可以明显的减弱卫星轨道误差的影响，尤其当基线较短时，其效用更不明显。
对于钟表的走时误差
对于钟表的走时误差，现行行标中规定：日历机械手表I型（男表）走时瞬间误差范围为：优等品每24小时误差－30～＋45秒；一等品每24小时误差－40～＋75秒；合格品每24小时误差－60～＋105秒。
延续走时均大于等于36小时。
日历机械手表II型（中型表）走时瞬间误差范围为：优等品每24小时误差－35～＋65秒；一等品每24小时误差－50～＋95秒；合格品的走时瞬间误差范围为每24小时误差－70～＋135秒。
延续走时均大于等于35小时。
日历机械手表III型（坤表）走时瞬间误差范围为：优等品每24小时误差－40～＋85秒；一等品每24小时误差－60～＋115秒；合格品每24小时误差－80～＋165秒。
延续走时均大于等于34小时。
自动机械手表I型（男表）走时瞬间误差范围为：优等品每24小时误差－20～＋30秒；一等品每24小时误差－30～＋60秒；合格品每24小时误差－50～＋90秒。
延续走时均大于等于36小时。
自动机械手表II型（中型表）走时瞬间误差范围为：优等品每24小时误差－25～＋50秒；一等品每24小时误差－40～＋80秒；合格品每24小时误差－60～＋120秒。
延续走时均大于等于30小时。
自动机械手表III型（坤表）走时瞬间误差范围为：优等品每24小时误差－30～＋70秒；一等品每24小时误差－50～＋100秒；合格品每24小时误差－70～＋150秒。
延续走时均大于等于28小时。
石英表不分型号，走时瞬间误差范围为：优等品每24小时误差－0．5～＋0．5秒；一等品每24小时误差－1．0～＋1．0秒；合格品每24小时误差－1．5～＋1．5秒。
从上述标准中，可以看出，石英表由于是电子控制，所以走时精确度较高，而机械表由于靠机械摆动原理走时，故它的走时精确度相对要差些。
另外，机械表越大，走时精确度越高，反之，越小则精确度越低。
造成自动机械表走时不准的主要原因有两个，一是表本身的质量问题，如自动上弦失灵、摆锤失灵等都可以造成走时不准；二是消费者使用的问题。
关于钟差的认识
关于钟差的认识摘要：本文主要从钟差的产生及定义，造成钟差的因素，卫星钟差的估计，钟差改正（其中钟差改正包括精密卫星钟差估计中消除钟差的方法以及在GPS伪距测量中,解决接收机钟差的改正）等几个方面来讲述有关钟差的认识，通过此，来加深对钟差的理解，对GPS的学习。
关键字：卫星钟接收机精密估计一．有关钟差产生及定义卫星钟是用卫星上的信号作为统一的时间标准来定义的一种时间计时装置。
对于一个卫星来说，由于不同的接收地点，卫星信号的传输的距离不同，对于同一个速度，距离和时间成正比的，距离远时自然用时长，时间一点一点的过去，到达接收点时，自然跟时间的时间有一个差值的，这个差值即为卫星钟的钟差。
由于卫星的位置是时间的函数，因此，GPS的观测量均发精密测时为依据，而与卫星位置相对应的信息，是通过卫星信号的编码信息传送给接收机的。
在GPS定位中，无论是码相位观测或是载波相位观测，均要求卫星钟与接收机时钟保持严格的同步。
实际上，以尽管GPS卫星均设有高精度的原子钟（铷钟和铯钟），但是它们与理想的GPS时之间，仍存在着难以避免的偏差和漂移。
对于卫星钟的这种偏差，一般可由卫星的主控站，通过对卫星钟运行状态的连续监测确定，并通过卫星的导航电文提供给接收机。
经钟差改正后，各卫星之间的同步差，即可保持在20ns以内。
在相对定位中，卫星钟差可通过观测量求差（或差分）的方法消除。
GPS接收机的钟差也就是我们的设备与标准的卫星的时钟差。
二．造成钟差的因素卫星钟差：卫星钟差是GPS卫星上所安装的原子钟的钟面时与GPS标准时间的误差。
卫星钟的钟差包括由钟差、频偏、频漂等产生的误差，也包含钟的随机误差。
在GPS测量中，无论是码相位观测，还是载波相位观测，均要求卫星钟和接收机钟保持严格同步。
尽管GPS卫星采用的是原子钟（铯钟和铷钟），但由于上述因素的影响，卫星钟的钟面时与理想的GPS时之间存在着偏差或漂移。
这些偏差的总量可达1MS，产生的等效距离误差可达30KM。
gnss 伪距 钟差 -回复
gnss 伪距钟差-回复GNSS是全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System）的缩写，目前应用最广泛的是美国的GPS系统（Global Positioning System），同时还有俄罗斯的GLONASS系统、欧洲的Galileo系统以及中国的北斗系统。
这些系统通过一系列的卫星，提供全球范围内的定位、测量和导航服务。
在GNSS中，伪距是指接收机测量的信号从卫星到达接收机的时间间隔乘以光速所得到的距离。
以GPS为例，伪距是通过接收卫星发送的信号的到达时间与接收机中预设的接收时间之间的差值来计算得到的。
而钟差，则是指卫星和接收机钟表之间的时间差。
伪距和钟差是GNSS中必须要考虑的两个重要因素。
随着信号在大气层中的传播延迟和接收机钟表的不准确性，伪距的精度会受到一定程度的影响。
为了提高伪距的准确性，通常需要应用精密的测量技术和算法进行伪距解算。
同时，为了消除钟差带来的误差，接收机和卫星都使用了高稳定性的原子钟或石英钟。
具体来说，GNSS系统通过接收卫星发送的信号，并测量接收信号的到达时间，然后根据测量的时间间隔乘以光速来计算得到伪距。
这个伪距值会包含卫星钟差以及信号在大气中传播的延迟。
为了获得更准确的位置信息，接收机需要首先准确地估计卫星钟差，并校正伪距。
这通常通过接收多颗卫星的信号，将测量得到的信号延迟值与已知的卫星轨道信息进行比较来实现。
接下来，接收机需要计算出自己与每颗卫星之间的距离。
这需要考虑到地球的形状和卫星的轨道参数。
一种常用的方法是使用测距方程，将伪距与与卫星的几何参数进行联立求解，从而推导得出接收机与卫星之间的距离。
然而，伪距的测量误差和钟差的影响使得实际的距离计算存在一定的误差。
为了减小这些误差，并提高定位的精度，需要采用一些辅助措施。
例如，差分定位技术可以通过同时接收一个已知位置的参考站和未知位置的用户站的信号，进一步校正和消除伪距和钟差的误差。
航海学天文定位第四篇第4章(2)
• （3）赤纬差数△：天体每小时的赤纬 变化量，有“±”。 • 太阳和行星的赤纬差数各不相同，但 每日变化甚小，故每日各给出一值， 列在每日天体位置表的最后。 • 月亮赤纬差数日变化量显著故按小时 给出，列在整小时月亮赤纬的右侧。 • 当赤纬差数一天中有“+”和“—”两种 符号时，其变号的地方就是赤纬变号 的地方，查表时应注意。
第六节
求测天世界时
• 一、天文钟 • 天文钟是一种构造精细、走时准确 的计时仪器，它指示世界时UT1。
• 1、天文钟钟差CE • CE=GMT-CT
• 2、无线电对时 • 钟差CE是通过无线电对时测定的。 • 世界各国均设有专门播发无线电对时信 号的授时台，它们的位置、呼号、工作 频率、播发时间、信号性质以及播发方 式可以从英版《无线电信号表》第二卷 或我国《航海天文历》附表中查得。
• 4．利用《航海天文历》求恒星 的地方时角LHA和赤纬Dec E • LHA=GHAΥ+SHA W • 按查表步骤，求恒星地方时角的 计算式可写成： E • LHA=GHAΥ’+m.s+SHA W
• 右页部分：列出整小时世界时所 对应的春分点格林时角，月亮的 格林时角和赤纬，晨光始和昏影 终时刻，日、月出没时刻。另外 还列出一些与天文航海有关的数 据，如中天时刻、时差、地平视 差等等。
• ②恒星视位置表：该表按月份列出159 颗航用恒星每月月中的共轭赤经和赤纬。 为使用方便，对常用的44颗航用恒星另 列一表称为《航海常用恒星视位置表》， 印成活页。 • ③历书中还列有“北极星高度求纬度 表”、“北极星方位角表”、“四星纪 要”等与天文航海有关的其它表。
• （2）附表：该表可长期使用。 它包括“时角、赤纬内插表”、 “星图”、“区时图”、“高度 改正表”和“无线电时号表”等 等。
关于钟差的认识
关于钟差的认识摘要：本文主要从钟差的产生及定义，造成钟差的因素，卫星钟差的估计，钟差改正（其中钟差改正包括精密卫星钟差估计中消除钟差的方法以及在GPS伪距测量中,解决接收机钟差的改正）等几个方面来讲述有关钟差的认识，通过此，来加深对钟差的理解，对GPS的学习。
关键字：卫星钟接收机精密估计一．有关钟差产生及定义卫星钟是用卫星上的信号作为统一的时间标准来定义的一种时间计时装置。
对于一个卫星来说，由于不同的接收地点，卫星信号的传输的距离不同，对于同一个速度，距离和时间成正比的，距离远时自然用时长，时间一点一点的过去，到达接收点时，自然跟时间的时间有一个差值的，这个差值即为卫星钟的钟差。
由于卫星的位置是时间的函数，因此，GPS的观测量均发精密测时为依据，而与卫星位置相对应的信息，是通过卫星信号的编码信息传送给接收机的。
在GPS定位中，无论是码相位观测或是载波相位观测，均要求卫星钟与接收机时钟保持严格的同步。
实际上，以尽管GPS卫星均设有高精度的原子钟（铷钟和铯钟），但是它们与理想的GPS时之间，仍存在着难以避免的偏差和漂移。
对于卫星钟的这种偏差，一般可由卫星的主控站，通过对卫星钟运行状态的连续监测确定，并通过卫星的导航电文提供给接收机。
经钟差改正后，各卫星之间的同步差，即可保持在20ns以内。
在相对定位中，卫星钟差可通过观测量求差（或差分）的方法消除。
GPS接收机的钟差也就是我们的设备与标准的卫星的时钟差。
二．造成钟差的因素卫星钟差：卫星钟差是GPS卫星上所安装的原子钟的钟面时与GPS标准时间的误差。
卫星钟的钟差包括由钟差、频偏、频漂等产生的误差，也包含钟的随机误差。
在GPS测量中，无论是码相位观测，还是载波相位观测，均要求卫星钟和接收机钟保持严格同步。
尽管GPS卫星采用的是原子钟（铯钟和铷钟），但由于上述因素的影响，卫星钟的钟面时与理想的GPS时之间存在着偏差或漂移。
这些偏差的总量可达1MS，产生的等效距离误差可达30KM。
GPS测量中的钟差分析与校正方法
GPS测量中的钟差分析与校正方法导语：全球定位系统（GPS）作为一种广泛应用于测量、导航和定位的技术，已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
然而，在GPS测量中，由于钟差的存在，会对测量结果产生较大的影响。
因此，研究GPS测量中的钟差分析与校正方法，对于提高测量精度和准确性具有重要意义。
一、GPS钟差的概念与影响钟差是指卫星钟和地面接收机钟之间的时间差。
由于卫星钟和地面接收机钟的精度不完全相同，且在转运和存储过程中会受到一系列因素的影响，导致钟差的产生。
GPS信号的传播时间是依靠测量卫星钟和地面接收机钟的差值来进行计算的，而钟差就是这个差值。
钟差对GPS测量结果的影响是很大的。
首先，钟差会导致定位结果的误差，从而影响导航精度；其次，钟差还会产生测距误差，使得测量结果的精度下降。
二、钟差分析方法在GPS测量中，钟差分析是一项基础工作，可以通过对各个卫星钟差进行分析来获得更加准确的测量结果。
1. 基于卫星轨道数据的钟差分析卫星轨道是描述卫星位置和运动状态的重要参数，通过对卫星轨道的分析，可以得到卫星钟差的近似值。
利用卫星轨道数据，可以计算出预测的钟差值，从而在GPS测量中进行校正。
2. 基于接收机测量数据的钟差分析接收机测量数据中包含了卫星信号的到达时间和接收机钟的读数，通过对接收机测量数据的分析，可以计算出实际的钟差值。
这种方法相对精确，但需要进行复杂的算法计算。
3. 综合分析法综合分析法是一种将卫星轨道数据和接收机测量数据进行综合分析的方法，可以得到更加准确的钟差值。
通过将两者的数据进行整合和比较，可以排除各自的误差，从而提高钟差的准确性。
三、钟差校正方法在得到钟差值之后，需要进行校正以提高GPS测量的准确性。
1. 即时校正法即时校正法是指在GPS测量过程中，根据实时的钟差值对测量结果进行修正。
这种方法实时性强，但精度相对较低。
2. 分析校正法分析校正法是指在GPS测量后，通过对钟差进行进一步分析，得到更加准确的校正值。
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方程的改进就是将根据时间差求的的距离（d）减去因钟差带来的误差C*（Vti—Vt0）。这样就可以实现GPS精确定位了。
卫星钟的钟差包括由钟差、频偏、频漂等产生的误差，也包含钟的随机误差。在GPS测量中，无论是码相位观测，还是载波相位观测，均要求卫星钟和接收机钟保持严格同步。尽管GPS卫星采用的是原子钟（铠钟和铷钟），但由于上述因素的影响，卫星钟的钟面时与理想的GPS时之间存在着偏差或漂移。这些偏差的总量可达1MS，产生的等效距离误差可达30KM。
方程式为Vi = - l iVX - miVY - niVZ - cV tR + L i . ( 1)
2、什么是电离层延迟？有什么特性？在定位中怎么样消除或减弱其影响？
电离层延迟是影响GPS绝对定位的最主要因素，由于电离层本身的不稳定，加上目前对其物理特性的了解还有一定的模糊性，还只能采用精度有限的经验模型对其进行描述。分析了两种常用经验电离层模型的使用特点和改正精度，并利用4个IGS站多天GPS实测数据，研究了两种常用经验电离层模型应用于GPS用户定位时的改正效果，为GPS用户修正电离层延迟，选择合适的电离层模型提供了参考性建议。
原来，大家忽略了一件事情，那就是时间。先来看一颗卫星，它在一个规定的时间发送一组信号到地面，比如说每天8：00整开始发送一组信号，如果地面接收机就在8点零2秒收到了这一组信号，那么就是说信号从卫星到接收机的距离是电波花2秒能够跑到的距离，由于这颗卫星的位置和电波的速度已知，那么就可以肯定接收机就在以卫星为球心的一个球面上，那么再多测2个卫星的距离，就可以得到3个空间球，3个空间球的焦点只有2个，那么逻辑排出一个不在地球表面的，剩下的就是接收机的位置。这就是我们所想象的三颗卫星可以定位的情形。但是，这只是假象的情况，卫星和接收机的距离如此之近，以至于卫星和接收机的时钟必须完全同步和准确，否则距离偏差会很大。实际上，如果接收机这端不配备一个銫原子钟的话，定出来的位置肯定差了个十万八千里。銫原子钟的价格我也不太清楚，反正肯定是比你坐的汽车要贵了。所以，由于时间需要校准，这就需要四颗卫星。可以从方程里看到，时间都不是绝对时间，都是以卫星之间的钟差来计量的
由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z 和接收机的钟差Vto。
这时候就有人说了，干嘛要四颗卫星呢，三颗不就够了吗？想想还蛮有道理的，三个球面，交汇于一点，不就可以定出接收机所在的位置了吗？但是实际上，GPS接收器在仅接收到三颗卫星的有效信号的情况下只能确定二维坐标即经度和纬度，只有收到四颗或四颗以上的有效GPS卫星信号时，才能完成包含高度的3D定位。这是为什么呢？
1、什么是钟差？钟差有什么特性？卫星钟差与接收机有什么处理方式？
钟差,在GPS定位系统中是一个非常重要的概念，它直接影响到GPS定位系统的精度。
我们知道在地球上每一个实体都有三维坐标，从理论上讲三维坐标（x，y，z）三个未知数求解需要三个方程,这三个方程是立体几何里面学的，三个方向上的坐标差的平方和再开方就是直线距离了。当然想到的就是三个卫星确定三个方程了。
卫星钟，是用卫星上的信号作为统一的时间标准来定义的一种时间计时装置。
对一个卫星来说，由于在不同的接收地点，卫星信号的传输距离是不一样的，所以我们就容易理解了，电磁波跑得再快，也是有限的。对于同一个速度，距离和时间是成正比的，距离远自然用时长，信号在传输过程中，时间在一点儿点儿过去，而电磁波所携带的时间信号却不能随之改变，到达接收点，自然就跟实际的时间有一个差值，而这个差值，又随着接收点的地理位置不同和不同的接收设备而存在不同的信号处理差别，自然就存在不同的时间差了。
GPS是通过地面监控站对卫星监测，测试卫星钟的偏差，并使用二项式模拟卫星的误差，保证卫星钟与标准GPS时间同步，进一步消弱剩余卫星钟残差后，使用差分技术来实现定位的一种方法。定住时在伪距单点定位、载波相位测量和整周跳变等方面都存在一定的误差。因此，对于分析其误差来源．进而采用正确的数据采集与处理方法．确保定位的精度具有十分重要有意义。
接收机钟误差的计算
在此,首先把每个观测时刻的接收机钟差当作
一个独立的未知数, 在数据处理中与观测站的位置
参数一并求解。所以, 在利用伪距单点定位的方法
求出各个时刻的接收机钟误差后,再根据这些误差
值与时间的关系来建立改正模型[ 5]。
利用单点定位计算点位误差改正数 VX、 VY、 VZ
及观测时刻接收机钟的钟差改正数V tR所用的误差
如图所示：
假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式：
上述四个方程式中x、y、z为待测点坐标，Vto为接收机的钟差为未知参数，其中di=c△ti，(i=1、2、3、4)，di分别为卫星ｉ到接收机之间的距离，△ti 分别为卫星ｉ的信号到达接收机所经历的时间，xi 、yi 、zi为卫星ｉ在t时刻的空间直角坐标，Vti为卫星钟的钟差，c为光速。
GPS采用L1和L2两种载波，其中L1载波的频率f1=1575.42MHZ，L2载波的频率f2=1227.6MHZ。GPS卫星在发射信号色散效应，根据双频观测可以得到信号在传播过程中电离层延迟大小。
GPS系统的硬件延迟是利用双频GPS观测值估计电离层延迟的一个关键问题，通常认为GPS卫星所发射的双频信号到达接收机是严格同步的，但实际上双频信号在发射时间上存在差异，这种差异称为卫星L1/L2信号延迟误差。同样，对于GPS接收机来说，接收L1，L2信号也存在信号延迟偏差（因为L1，L2信号必须在接收机中通过不同的硬件和电子线路），称为接收机信号延迟偏差。卫星和接收机信号延迟偏差之和又称为GPS硬件延迟误差。