GPS伪距差分定位误差的残差分析
GPS测量误差分析
三差法就是于不同历元(tk和tk+1)同步观测同一组卫 星所得观测量的双差之差,即在接收机,卫星和历元 间求三次差. 三差法的主要优点在于解决前两种方法中存在的整 周未知数N0和整周跳变待定的问题. 三差模型中未知参数的数目较少,独立的观测量方 程的数目也明显减少,这对未知数的解算将产生不良 影响,使其精度降低. 因此，三差法结果仅用作前两种方法的初次解,实 际工作中采用双差法结果更为适宜。
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
减弱和修正系统误差的措施
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
对流层延迟
卫星导航定位中的对流层延迟通常是泛指电磁波信号在通过 高度在50km以下的未被电离的中性大气层时所产生的信号 延迟. 由于对流层折射的影响,在天顶方向(高度角为90 °)可使电 磁波的传播路径差达2.3m;当高度角为10°时高达20m. 通常将对流层折射对观测值的影响分为干分量和湿分量.其 中干分量主要与大气的温度与压力有关,它对距离观测值的 影响约占对流层影响的90%,且这种影响可以应用地面的大 气资料计算;而湿分量主要与信号传播路径上的大气湿度和 高度有关.湿分量的影响数值虽不大,但无法准确测定.因此当 要求定位精度较高或基线较长时,它将成为误差的主要来源.
电离层延迟改正方法
利用双频观测
利用双频修正,其消除电离层影响的有效性将不低于95%,
因此具有双频的GPS接收机,在精密定位工作中得到了广 泛的应用.
GPS测量误差分析分析
GPS测量误差的性质
❖ 减弱和修正系统误差的措施:
引入相应的未知参数,在数据处理上连同其他未 知数一并解算;
建立系统误差模型,对观测量加以修正; 将不同观测站对相同卫星的同步观测值求差,以
减弱或削弱系统误差的影响; 简单地忽略某些系统误差的影响;
减弱和修正系统误差的措施
❖ 参数法
原理：采用参数估计的方法，将系统性偏 差求定出来
测定卫星到接收机
天线的距离，并根据 ❖ 已知的GPS卫星瞬时
S
坐标，进行空间后方
距离交会，便获得接
收机的位置。
SR )
R
GPS定位的误差分类
❖ 根据误差的来源分：
与GPS卫星有关的误差； 与卫星信号传播有关的误差； 与用户（GPS接收机）有关的误差；
❖ 根据误差的性质分：
系统误差； 偶然误差；
限制：空间相关性将随着测站间距离的增加而 减弱
差分法形式
❖ 单差法； ❖ 双差法； ❖ 三差法；
单差
双差
三差
单差法
❖ 单差法,即在不同观测站(测站i和j)同步观测相同卫 星P所得到的观测量之差,也就是在两台接收机之间 求一次差.
❖ 由于基线长度与卫星高度相比，是一个微小的量， 因此两测站的大气折光影响和卫星星历误差的影响 具有良好的相关性，求单差时，削弱了这些误差的 影响，同时消除了卫星钟的误差；
❖ 因此，三差法结果仅用作前两种方法的初次解,实 际工作中采用双差法结果更为适宜。
求差法的缺陷
❖ 数据利用率低
只有同步数据才能进行差分
❖ 引入基线矢量替代了位置矢量 ❖ 差分观测值间具有了相关性，使处理问题复
杂化
参数估计时，观测值的权阵
❖ 某些参数无法求出
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误差及伪距定位汇总
说明：伪距观测值C1
观测文件：gage2860.98o
伪距观测值：C1= 23585247.70 m
步骤3.计算卫星到接收机的距离
3.2计算发射时刻的卫星坐标
PRN14 星历参数 (导航文件brdc2860.98n) 信号接收的时刻： 地固参考框架 Earth-fixed reference frame (CTS) 信号发射的时刻： 地固参考框架 Earth-fixed reference frame (CTS)
误差及伪距定位
outline
• 伪距定位观测方程的建模
1. 观测值 2. 误差来源 3. 误差改正
• 参数估计
一、伪距定位的模型构建以及误差来源
输入：伪距观测值 导航电文（卫星坐标和钟差等） 输出：接收机的坐标 接收机的钟差
观测方程--线性化
电离层、对流 层、TGD…
在一个先验近似坐标处进行泰勒级数展开
一个简单的模型
对流层延迟的倾斜因子
对流层改正项:倾斜，垂直
对定位的影响：Vertical
未使用对流层改正 使用对流层改正
对定位的影响：Horizontal
5 建模：Instrumental Delays
误差来源：卫星和接收机的天线，电缆，滤波器
接收机的硬件延迟假 定为零；因为包含在 接收机钟差的估计 卫星的硬件延迟 导航电文提供
多路径效应
多路径效应
二 伪距定位的实例
观测数据 gage2860.98o brdc2860.98n
手工计算以下距离观测值模型结果： PRN 14 at t=38230 sec (10h37m10s).
步骤
1. 选择接近38230sec的轨道参数 2. 计算卫星钟差 3. 计算卫星-接收机的近似几何距离 3.1 根据接收时间和伪距计算信号发射时间 3.2 计算发射时刻的卫星坐标 3.3 计算近似几何距离 4 计算卫星的硬件延迟(TGD) 5. 计算卫星时钟的相对论效应改正 6. 计算对流层延迟 7. 计算电离层延迟 8. 计算伪距的模型值
GPS在测量过程中定位的误差分析
GPS在测量过程中定位的误差分析摘要：GPS卫星定位测量是研究运用GPS系统解决大地测量问题的一项空间技术。
伴随着全球卫星定位系统(GPS)技术的迅速发展，GPS定位技术被广泛运用到现代绘测当中。
它的出现为工程放样、地形测图，多种掌控测量创造了新的方向，极大的提升了外业工作的效率。
但尽管GPS已成为高精度的导航定位系统，但它仍存在一些定位误差。
GPS 系统的定位误差直接影响着GPS定位精度，本文对其产生的来源和性质进行了初步分析。
关键词：误差精度信号GPS定位误差按其产生来源可分为3大部分：1.GPS信号的自身误差，包括轨道误差和SA干扰误差影响；2.GPS信号的传输误差，包括电离层折射，对流层折射，多路径效应和由它们影响或其他原因产生的周跳；3.GPS接收机的误差，主要包括钟误差，接收机的位置误差，接收机天线相位中心偏差等；一，星历误差和SA干扰误差1.星历误差：卫星星历误差又等效为伪距误差。
由于卫星轨道受地球和日、月引力场、太阳光压、潮汐等摄动力及大气阻力的影响，而其中有的是随机影响，而不能精密确定，使卫星轨道产生误差。
目前，GPS卫星轨道误差的等效伪距误差为4.2m。
美国的SA政策和AS政策人为地使导航定位的精度降低，点位误差有时达到100m。
短基线测量可以消除SA影响。
动态测量解决SA影响的途径是实时差分定位,即在已知坐标点上布设基准点，通过基准站取得误差校正值，通过数据链实时传给导航定位的移动站，从而消除SA影响及两站的各种共同的误差，提高了移动站的导航定位精度。
2.SA干扰误差：SA误差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，简称SA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。
二，GPS信号的传输误差1.电离层折射：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。
GPS测量的误差分析
信号 P码 C/A码 载波L1 载波L2
波长 29.3m 293m 19.05cm 24.45cm
观测误差 0.3m 2.9m 2.0mm 2.5mm
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（2）接收机钟差
GPS接收机一般设有高精度的石英钟，日频率稳 定度约为10-11。如果接收机钟与卫星钟之间的 同步差为1s，则引起的等效距离误差为300m。 处理接收机钟差的方法：
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卫星轨道偏差对绝对定位的影响可达几十米到一百米。
而在相对定位中，由于相邻测站星历误差具有很强的相关 性，因此对相对定位的影响远远低于对绝对定位的影响， 不过，随着基线距离的增加，卫星轨道偏差引起的基线 误差将不断加大。GPS卫星到地面观测站的最大距离约 为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下表所示。从表 中可见，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。
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根据广义相对论，处于不同等位面的震荡器，其频率f0将 由于引力位不同而产生变化，称引力频移。大小按下
式估算：
f2 c W 2 f0
W gm a (1a R m s)
在狭义和广义相对论的综合影响下，卫星频率的变化为：
ff1f2gc2m a(13 2a R m s)f0
因GPS卫星钟的标准频率为10.23MHz，可得 f=0.00455Hz。
基线长度
基线相对误差 容许轨道误差
1.0km
1010-6
250.0m
10.km
110-6
25.0m
100.0km
0.110-6
2.5m
GPS伪距差分技术研究
于时间差再加差分信息抵达使用者站点至使用者站点使用这一信号之间的 时问（ｔ３一ｔ２）（如图）。ｔ３一ｔ２的最大值是用户收到差分信息时间点至用 户收到下一个差分信息时间点之间的时问．
讯麓
＿－・＿・＿＾＿＿＿＿－－・＿・＿・－・・＿・。－＿‘。‘。’。。’。●
耐闯麓
一２∽＋识肛 ｐ，＝∽＋识卢
Ｐ＝ＩⅣ＋矽肛 由以上公式町以计算出近似整周数五Ⅳ。（距离单位）
可达距离３００１ｍ，其高定位精度已经控制在３ｍ以内。使用者只要配备一台 Ｒ洲接收设备和ＤＣＰＳ接收设备就町利用ＲＢＮ台站发送的信息进行差分定位和 导航。 局域差分ＧＰＳ存在其自身的优越性．所以国内外研究人员就针对如何 提高差分精度研究方面’。直没有问隙。怎么样去处理影响芹分定位精度宅 问、时问相关件问题，一直足ＧＰＳ大量数据处理的难点，有待解决。 ３相位平滑伪置差分技术 因为载波相化技术测』｜｝精度远远高于比码相位的测景精度，载波辖周 模糊度对伪距观测景影响比较人，而获取载波整周模糊度的相关数据则较 为州难，冈此一般都采用载波多普勒频率汁数替代相笑的数据。载波多普 勒测量的精度非常高，它能够精确展求ｍ载波相位变化信息，能够允分这 个技术，可以很好的加强码伪距观测量的精确度，这种测晕辅助思想也叫 相位平滑伪距测晕。 ３．１载波多普勒平滑伪距 从以往的差分定位错误分析来看，差分定位所产生的错误大部分是由 于随机误差累加而导致，因此想要提高差分定位精度，就一定要尽量避免 定位中产生的随机误差。而相关的研究表明，随机误差产生的原因人部分 是由ｒ接收机噪声导致的，其中Ｃ／Ａ码的码元宽度决定随机误差的鼍级。 在ＧＰＳ导航的动态活动中，相关的卫星也足处于不断运动中，闪此存每个 时间点伪距值部不一样，无法实现同一点的重复测鼍，误差较大。因此如 果采用载波多普勒技术辅助测量，可以人幅度降ｔＥＣ／＾码在伪距测量中的 产，｝．的随机误差．加强数据精确度。 载波的积分多普勒观测鼍Ｎｄ是距离差的实际反映，而多普勒频移ｆｄ则 是距离变化率的实际反映：
GPS测量误差因素分析与消除措施
GPS测量误差因素分析与消除措施摘要：GPS测量出现误差是在工程中容易出现的现象，造成误差的因素有很多，如何消除测量误差，得到精准、稳定的测量结果，是本文研究的重点。
关键词：GPS、RTK测量、误差因素、消除措施随着社会科技的发展，GPS-RTK测量技术在地形测量、工程测量等专业测量中的应用越来越广泛，下面是我在GPS-RTK测量工作中对测量误差因素的产生及消除措施的一点心得体会。
一、GPS-RTK测量误差的因素分析1、转换参数造成的误差由于GPS测量采用WGS- 84坐标系统, 而我国目前所采用的坐标系统为1954北京坐标系(或1980国家大地坐标系统等) , 所以GPS-RTK测量时必须先求转换参数, 以便将WGS-84坐标转换到1954北京坐标系、1980国家大地坐标系等。
转换参数的求解是RTK测量的基础, 转换参数的精确程度是影响RTK测量精度的关键因素。
2、测量作业的控制区域测量作业范围受转换控制点的约束。
一般应在转换控制点的控制圆区域内作业, 超过一定范围, 测量精度就大受影响。
3、卫星信号的影响由于卫星分布随着时间的变化而变化, 不同时段卫星数量和位置都不同。
在卫星数量较多和位置图形较佳时, 天线接收的信号较好,初始化时间就短, 精度较好; 反之, 在卫星数量较少和位置较差时, 虽然天空中有五颗甚至五颗以上的卫星, 但因为基准站和流动站没有能同时接收到足够的卫星信号, 使初始化时间很长, 测量精度很差, 甚至不能解算出固定解。
同时, 由于基准站或流动站选择的位置不当, 还会产生部分卫星信号被高楼等建筑阻挡, 出现卫星数量不足; 或卫星信号被周围物体反射再接收而产生“多路径效应”, 使测量出现错误。
另外, 卫星信号还会由于电离层、对流层影响, 其他莫名的遮蔽、中断等原因而产生失锁和整体移位、数据出错现象。
二、消除GPS RTK测量误差的措施1、转换参数的合理求解一般转换参数求解时，尽量用高等级的控制点作为转换控制点，且转换控制点尽量分布均匀、包含整个测区。