GPS卫星轨道误差对地铁GPS控制网基线解算影响
GPS基线向量解算及平差处理技巧
G P S基线向量解算及平差处理技巧-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN基线向量解算及平差软件特点与问题一、基本方法：1、基线清理数据量大的时候，基线解算比较耗时。
GPS观测接收机数量较多时，会因为自然同步产生许多长基线，即许多相距较远的点连接而成的基线。
这些长基线往往同步观测时间不长，属于不必要的基线，对于控制网质量也无多大益处，所以为了节省计算时间，应在基线解算前将其清理删除。
删除时可在图上选择，也可以在基线表中根据距离选择删除。
2、处理超限闭合环基线解算完成后，首先要检查环闭合差（同步或异步环），对于闭合差大的环，应该进行处理。
一般按相对精度≤1／20000估算，相对闭合差应小于50ppm。
所以大于50 ppm的环应进行处理。
闭合环超限处理是一项繁琐、耗时的工作，也是GPS控制网数据处理的主要内容，主要的技巧和方法可以归纳为：（1）、超限基线处理过程中一些基线要重新解算，解算后会影响到相关环闭合差，所以处理需要反复进行。
作为一般的原则，首先处理相对闭合差较大的环，然后处理环闭合差较小的环。
（2）、整理归纳超限闭合环，分析是否涉及到一条共同基线，例如几组超限闭合环（J012，J015，J016）、（J013，J015，J102）、…,（J012，J020，J015）就涉及到共同基线J012→J015，这条基线有问题的可能性就较大。
（3）、处理时首先分析可能有问题的基线是否必要，如果是连接两个不相邻的点，并且涉及到环甚多，则可以直接将其删除。
井研算例网形复杂回路众多，一般可直接删除不合格基线。
（4）、如果一个闭合差超限的环，相关基线均不能简单删除（删除后影响图形结构，减少了重要环路），应该改变基线解算参数，重新计算相关基线。
方法是在网图上选中重解基线，重新设置高度角，历元间隔、参考星等设置，点击“基线解算”→“解算选择基线”。
（5）、基线解算的精度指标rms和ratio是基线解算质量的参考指标，前者是中误差，后者是方差比(,rms越小，表明基线解算质量越高，ratio越大，表明整周未知数解算越可靠，所以重解基线，要关注这两项指标，但是这两项指标只作参考，最重要的指标还是闭合差。
卫星导航系统的误差分析和矫正技术
卫星导航系统的误差分析和矫正技术卫星导航技术可以说是信息时代中最重要的技术之一，它极大的影响了人类社会的许多方面。
GPS(Global Positioning System)卫星导航系统是全球范围内最为广泛使用的卫星导航系统之一，它被广泛应用于汽车导航、航海、军事、航空和石油勘探等领域。
然而，GPS系统并非完美无缺，其误差来自多方面，因此误差分析和矫正技术是至关重要的。
一、GPS误差来源GPS包括空间段和用户段两大部分，误差来源也分为空间段和用户段两类。
1.空间段误差（1）卫星轨道误差由于GPS卫星在轨道上含有不等大小的偏差，轨道参数不是完全精确的，因此卫星讯径的误差会对用户位置解算结果产生一定的影响。
（2）卫星钟差误差卫星钟的精度对GPS定位的影响也非常大。
卫星内部发生的微小摄动、温度变化和衰变等因素都会影响卫星钟的精度，导致GPS的误差。
2.用户段误差（1）电离层误差地球上的电离层是由于太阳辐射所激发的电离化气体层，这层大气对卫星信号传递的影响极大，对GPS定位精度影响较大。
（2）大气延迟误差细分为快速和慢速大气延迟误差，主要因为大气介质对GPS信号具有不同的传输特性，这种误差主要由各自设置的卫星轨道、时间信息实现矫正。
（3）信号多径误差信号多径效应指的是GPS接收器从多条径线接收同一信号所产生的误差，这种误差通常会与反射面有关，因此高楼、山谷等区域的多路径效应将会更加严重。
二、GPS误差分析误差分析是确定卫星导航系统精度和性能限制的重要方法。
通常，误差分析主要有以下三个步骤：1.卫星轨道的误差分析通过收集GPS卫星的实际运行数据和模拟数据等数据来分析和评估卫星轨道的误差。
2.用户端误差分析比较常用的方法是通过实测精度与原理误差之间的比较来评估GPS测量系统的性能。
3.误差来源分析系统接收的信号来自多个来源，用于定位的测量数据包括多种误差。
因此，为了正确识别GPS测量系统的误差来源，需要使用数据处理和优化技术分析卫星导航信号产生的误差源，例如，BP神经网络、定位方程、贝叶斯网络等。
GPS测量中误差原因及精度控制
GPS测量中误差原因及精度控制摘要：GPS（Global Positioning System）系统全称全球定位系统，具有全球性、全天候、连续性等特点，通过地面接收设备对同一时刻接受多颗卫星发出的信息来计算其与这几颗卫星之间的距离，然后根据空间距离后方交会原理绘制三维坐标系，从而确定地面目标的位置，可为全球任何一个用户提供精确度非常高的时间、速度三维坐标等信息的技术参数。
本文针对GPS测量误差来源进行分析，并提出精度控制措施。
关键词：精度控制；测量；GPS1关于GPS定位系统1.1空间卫星群24颗卫星（轨道高度2.02万公里）组成的就是GPS空间卫星群，其分布在六个特定轨道上，各面间的交角是60°，而地球赤道和轨道的倾斜角是55°，卫星轨道运行的周期是11小时58分，也只有这样才能确保在任何地点、时间、地平线处能够最少收取到4颗卫星发出的信号。
1.2地面控制系统其主要是由3个注入站、1个主控站、5个监测站所组成的，其中注入站作用就是把主控站计算出的信息全部注进到卫星里；主控站作用就是通过GPS观测出的数据，对卫星钟改正参数以及将卫星星历计算出来，然后再将计算结果利用注入站传送到卫星当中；监控站作用是接收卫星所发出的信号，对卫星工作情况进行监测。
1.3用户部分GPS用户部分是由气象仪、计算机、数据处理软件以及接收器所组成的，用户部分的作用就是收取卫星所发出的信号，然后通过这些接收到的信号来定位导航。
随着科技的不断发展，也产生出了很多重量轻、易携带、体积小的GPS。
2 GPS测量中误差来源分析2.1卫星信号传播误差首先是电离层折射的影响。
分子在太阳的影响下会发生电离，那这也就让卫星信号在传播时发生一定延迟，这样的话测量结果也会有误差。
GPS卫星信号和其它电磁波信号一样，当其通过电离层时，将受到这一介质弥散特性的影响，使其信号的传播路径发生变化。
当GPS卫星处于天顶方向时，电离层折射对信号传播路径的影响最小，而当卫星接近地平线时，则影响最大。
GPS测量的误差来源及其影响解析
GPS测量的误差来源及其影响解析首先，卫星系统误差是由于GPS卫星系统本身存在的误差引起的。
这些误差主要包括星历误差、钟差误差和轨道偏移误差等。
星历误差是由于卫星轨道位置和速度参数的不准确性引起的，会导致卫星位置计算的误差。
钟差误差是由于卫星钟的不稳定性引起的，会导致卫星时间计算的误差。
轨道偏移误差是由于卫星轨道本身存在的变化引起的，会导致卫星位置计算的误差。
这些卫星系统误差会影响到GPS定位的准确性和精度。
接收机误差是由于GPS接收机自身存在的误差引起的。
这些误差主要包括接收机电路噪声、时钟稳定性、多径干扰等。
接收机电路噪声会影响到接收机对GPS信号的接收和处理过程，从而影响到定位的精度。
时钟稳定性误差是由于接收机内部时钟不稳定引起的，会导致定位结果的时钟误差。
多径干扰误差是由于信号在传播过程中经过反射、散射等现象引起的，会导致接收机接收到的信号中出现额外的信号路径，从而影响到定位的准确性。
大气误差是由于GPS信号在大气中的传播过程中受大气密度、湿度、折射等因素的影响引起的。
大气误差主要包括对流层延迟和电离层延迟两部分。
对流层延迟是由于大气密度的变化引起的，会导致GPS信号传输的时间延迟。
电离层延迟是由于电离层中电子密度的变化引起的，同样会导致GPS信号传输的时间延迟。
这些大气误差会导致定位的误差，尤其在高纬度地区或者大气环境变化较大的地方影响更加明显。
多径效应误差是由于GPS信号在传播过程中与地面或建筑物等物体发生反射，从而导致额外的信号路径引起的。
这些额外的信号路径会导致接收机接收到的信号中出现多个不同的信号，从而影响到定位的准确性和精度。
钟差误差是由于GPS卫星钟本身存在的不准确性引起的。
由于卫星钟的不稳定性，会导致卫星发射的信号中存在时间偏差，从而影响到定位的准确性。
信号传输延迟误差是由于GPS信号在传输过程中受到信号传输速度的影响引起的。
由于信号传输速度不是无限大，会导致GPS信号传输的时间延迟，从而影响到定位的准确性。
GPS 测量有哪些误差,可采取对策措施
GPS测量有哪些误，可采取对策措施GPS测量是通过地面接收设备接收卫星传送的信息来确定地面点的三维坐标。
测量结果的误差主要来源于GP卫星、卫星信号的传播过程和地面接收设备。
在高精度的GPS测量中（如地球动力学研究），还应注意到与地球整体运动有关的地球潮汐、负荷潮及相对论效应的影响。
如图1-1给出了GPS测量的误差分类。
图1-1为了便于理解，通常均把各种误差的影响投影到观测站至卫星的距离上，以相应的距离误差表示，并称为等效距离偏差。
图1-2中所列对观测距离的影响，即为与相应误差等效的距离偏差。
图1-2如果根据误差的性质，上述误差可分为系统误差与偶然误差一、系统误差系统误差主要包括卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差以及大气折射的误差等。
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而采取不同的措施，其中包括：（1）引入相应的未知参数，在数据处理中联同其它未知参数一并解算；（2）建立系统误差模型，对观测量加以修正；（3）将不同观测站对相同卫星的同步观测值求差，以减弱或消除系统误差的影响；（4）简单地忽略某些系统误差的影响。
二、偶然误差偶然误差主要包括信号的多路径效应引起的误差和观测误差等。
与卫星有关的误差与卫星本身有关的误差有卫星星历差、卫星钟差及相对论效应，它们的产生、影响、特征以及对策由下表可见。
卫星星历误差卫星钟的钟误差相对论效应产生广播星历误差：星历参数外推(模型误差+数据误差)实测星历误差：跟踪监测网数量；跟踪监测网空间分布；跟踪观测量及精度(模型误差+数据误差)；处理软件性能钟差：与GPS时间基准(USNO)偏差；频偏；频漂卫星钟与接收机钟状态(速度、引力)差异引起相对钟差影响5~10m10-7~-9s T〈1msP~300km T〈20ns P~6m特征系统误差偶然误差系统误差系统误差对策建立完善GPS卫星跟踪监测网精密定轨；相对定位：差分修正、差值解算钟差改正制造卫星钟降低频率4.449×10-10f与信号传播有关的误差与信号传播有关的误差有电离层折射误差、对流层折射误差及多路径效应误差，它们的产生、影响、特征以及对策由下表可见。
浅析GPS定位短基线存在误差及定位精度的提高
浅析GPS定位短基线存在误差及定位精度的提高摘要：近年来，我国在城市测量、精密工程测量，变形测量等领域工作中普遍采用了GPS 技术，对测绘数据资料的精度和加快工程的进度起到了不可替代的作用，但是在利用GPS进行定位测量时，也会受到诸多因素的影响，产生定位误差。
本文通过简要分析GPS 测量误差的来源，进而探讨了GPS定位短基线产生误差原因及提高定位精度的措施。
关键词：GPS定位；短基线；误差；精度Abstract: in recent years, our country in the city, precision engineering survey measurement, the measurement of deformation field work is popular in the GPS technology, for surveying and mapping data precision and speed up the progress of the projects have played an indispensable role, but in the use of GPS positioning measurement, is also under the influence of various factors, produce the positioning error. This article through the analysis of GPS measurement error sources, and then discusses the GPS positioning error produces short baseline reason and improve the precision of the measures.Keywords: GPS positioning; The short baseline; Error; precision一、GPS 测量产生误差原因GPS定位测量时影响GPS定位精度的因素主要包括：与GPS 卫星有关的信号误差、卫星星历误差、卫星钟差、卫星信号发射天线相位中心偏差等；与传播途径有关的电离层延迟、对流层延迟、多路径效应；与接收机有关的接收机钟差、接收机天线相位中心偏差、接收机软件和硬件造成的误差、接收机的位置误差、周跳对点位坐标的影响等；以及控制网布设不合理或起算数据利用不合理引起的误差、GPS 控制部分人为或计算机造成的影响、由于GPS 控制部分的问题或用户在进行数据处理时引入的误差等。
第五章 GPS测量的误差来源及其影响
经上述钟差改正后，各卫星钟之间的同步差可保持在 20ns以内，由此引起的等效距离偏差不超过6m。卫星钟 差或经改正后的残差，在相对定位中可通过差分法在一 次求差中得到消除。
GPS测量定位技术 测量定位技术
三、相对论效应
相对论效应是由于卫星钟和接收机钟所处的状态不同而引 起的卫星钟和接收机钟之间产生相对钟误差的现象。GPS卫星 在高20200km的轨道上运行，卫星钟受狭义相对论效应和广义 相对论效应的影响，其频率与地面静止钟相比，将发生频率偏 移，这是精密定位中必须顾及的一种误差影响因素。 首先，根据狭义相对论的观点，一个频率 f0为的振荡器安装 在飞行速度为v的载体上，由于载体的运动，对地面观测者来说 将产生频率变化，其改变量为
（1）建立自己的卫星跟踪网独立定轨 为了不受美国政府有意降低卫星星历精度的影响，可以建立 自己的GPS卫星跟踪网，进行独立定轨。如果跟踪站的数量和分 布选择得当，实测星历有可能达到10-7 的精度，这对提高精密定 位的精度将起显著作用。根据实测星历外推，还可为实时定位 用户提供较为准确的预报星历。 （2）相对定位 也称为同步观测值求差，这一方法是利用在两个或多个观测 站上，对同一卫星的同步观测值求差，因为星历误差对相距不 太远的两个测站的影响基本相同，所以对于确定两个测站之间 的相对位置，可以减弱卫星星历误差的影响。
GPS测量定位技术 测量定位技术
第五章 GPS测量的误差来源及其影响 GPS测量的误差来源及其影响
•学习目标 •第一节 GPS测量的主要误差分类 •第二节 与卫星有关的误差 •第三节 卫星信号传播误差 •第四节 接收设备误差与图形强度 •第五节 整周跳变分析与整周未知 数的确定 •本章小结 •思考题与习题
∆ f
1
=
快速星历与精密星历对基线解算和平差结果的影响
收稿日期:20050119第一作者简介:丁克良(1968—),男,1991年毕业于华东地质学院测量专业,工程师。
快速星历与精密星历对基线解算和平差结果的影响丁克良1,4 陈 义2 王 勇1,4 杨一挺3(11中国科学院测量与地球物理研究所,武汉430072;21同济大学测量与国土信息工程系,上海200092;31浙江省第一测绘院,杭州310012;41中国科学院研究生院,北京100038)I mpacts of GPS Rapi d Ephe meredes and Prec ise Ephe meredes on the Baseli n es Processi n g and Network Adjust mentD ing Keliang Chen Yi W ang Yong Yang Yiting 摘 要 在数据处理中,为求得高精度的点位坐标,基线解算一般采用精密星历。
精密星历要在观测两周后才能得到,而快速星历在观测17h 后就能得到。
分析了两种星历误差对基线解算、网平差计算结果的影响,结果表明,对于一般的工程控制网而言,快速星历能够达到与精密星历同样的效果。
关键词 星历误差 快速星历 精密星历 基线解算 工程控制网一般规模较小,边长较短(短于100k m ),在同样观测时间内,快速星历能否达到精密星历的解算效果,值得进行考虑。
本文首先对I GS 提供的广播星历、快速星历、精密星历的精度进行分析,从理论上探讨其对定位精度的影响;比较快速星历、精密星历差异。
最后,根据1个工程实例,比较了两种星历对基线解算,GPS 网平差的影响。
1 卫星星历来源及其精度目前,国际I GS 服务局无偿向全球用户提供GPS 的各种信息,如GPS 卫星星历、I GS 站坐标及其运动速率、I GS 站所接收GPS 信号的相位和伪距数据、地球自转速率等。
这些信息在大地测量和地球动力学方面支持了无数的科学项目,包括电离层、气象、参考框架、精密时间传递、地壳运动等项研究[1]。
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GPS卫星轨道误差对地铁GPS控制网基线解算的影响
摘要：介绍了gps卫星轨道误差对基线解算的影响, 采用gamit
软件解算某地铁gps控制网基线。通过改变gamit软件中处理模式
参数的设置来讨论gps卫星轨道误差对地铁控制网基线解算的影
响，对城市地铁gps控制网的布设提出了一些新的看法。
关键词：gamit；gps控制网；基线解算；地铁；gps卫星轨道
误差
1引言
目前我国在扩大内需的情况下各地都在修建地铁和轻轨项目，
gps控制测量在平面控制测量方面具有极大优势，而作为高精度gps
数据处理软件之一的gamit软件也开始展现其独特的优势。本文中
的地铁线项目由西向东贯穿长沙市区,西起汽车西站，过湘江后沿
五一大道向东行进，下穿长沙火车站后沿荷花路向东经古曲路、白
沙湾路至体育新城，再到武广新长沙站，穿越浏阳河至线路终点站
光达站，线路全长21.925公里，布设gps控制网作为首级控制是
最佳选择。下文将通过理论分析gps卫星轨道误差对基线解算的影
响并结合该地铁项目来具体讨论gps卫星轨道误差对地铁gps控制
网基线解算的影响。
2 gps卫星轨道误差及对基线解算的影响
gps卫星轨道误差是实时定位和基线解算的主要误差源之一。
gps卫星轨道误差对基线解算结果的影响可用下式估算：
（1）
式中，为轨道误差，d为基线长，r为卫星至地球表面距离，大
约为20200km， 为基线误差[1]。gps卫星轨道误差对基线解算结
果的影响的理论值如表1：
表1 gps卫星轨道误差对基线解算结果的影响
轨道误差 基线长度 基线解算基线误差（mm） 基线解算相对
误差（ppm）
2.5m
2.5m
2.5m
2.5m 1km
10km
100km
1000km 0.1mm
1mm
10mm
100mm 0.1ppm
0.1ppm
0.1ppm
0.1ppm
为了具体分析，在这里我们采用igs站的观测数据，将igs精
密轨道视为准确值，广播星历作为带有误差的卫星轨道，分别用广
播星历和igs精密星历提供的轨道来解算出相同基线的长度并求
差，得到广播星历误差对基线解算结果的影响。在这里采用的igs
站点为bjfs，daej，osn1，pimo，usud。组成的基线为daej-osn1，
osn1-bjfs，bjfs-usud，usud-pimo，长度分别约为82km，1011km，
2001km和2912 km。计算出2008年年积日204天到218天共15天
的广播星历解算基线的误差如图1所示。
图1 采用广播星历解算不同长度基线的误差
由图1我们可以得出，随着基线长度的增加，由广播星历解算
基线的误差也随之增大。当基线长度在100km之内（如daej-osn1）
时，其解算误差稳定在毫米级；基线长度在3000km之内时，其解
算误差稳定在厘米级。可见对于一般的工程控制网gps轨道误差对
基线解算的影响很小。
3 实例分析
以2009年10月8日布设的gps控制网为例，gps控制网外业施
测时量取天线高方法统一到天线参考点（arp－antenna reference
point），外业观测完毕后，用teqc软件检核观测质量并将数据统
一转换为rinex格式，根据外业记录手簿输入点号、仪器型号、天
线型号等。采用gamit软件解算基线时，在准备好所需各类文件后
对gamit软件核心控制文件sestbl.文件的参数设置如下表2所示：
表2 sestbl.文件的参数设置
参数 设置
处理模式 choice of experiment = relax / baseline
观测量的选取 choice of observable = lc_autcln
批处理迭代方案 type of analysis = 1-iteration
天顶延迟参数个数 number zen = 4
l文件更新设置 update tolerance = .3 m
光压模型 radiation model for arc = berne
数据筛选 clean option = autcln
arc 参考系统 reference system for orbit = itr93
惯性框架 inertial frame = j2000
该gps控制网共设9个控制点，分别设置处理模式为relax和
baseline进行基线解算，各得到基线45条及相应的基线解算结果
o文件。处理模式设为relax时表明对卫星轨道参数的约束为松弛
约束，处理模式设为baseline时表明固定轨道进行基线解算。由o
文件中的均方根误差nrms我们可以得到单天解基线的质量，前者
的nrms=0.20150，后者的nrms=0.20148，他们的均方根误差都小
于0.5表明解算过程中不存在大的周跳或参数解算存在较大偏差等
情况。在处理模式为relax和baseline情况下基线分量改正分布
情况如下表3所示：
表3 基线分量改正分布表
处理模式 改正项 1mm～5mm 6mm～10mm 11mm～15mm
choice of experiment = relax. x改正量 73.3% 26.7%
0.0%
y改正量 0.0% 40.0% 60.0%
z改正量 11.1% 88.9% 0.0%
长度改正量 100．0% 0.0% 0.0%
choice of experiment = baseline x改正量 73.3% 26.7%
0.0%
y改正量 0.0% 40.0% 60.0%
z改正量 6.7% 93.3% 0.0%
长度改正量 100．0% 0.0% 0.0%
通过表3可知对gps卫星轨道采取松弛和固定模式对基线的结
算精度影响不大，都能够完全能满足控制网三维坐标平差的要求。
目前gps卫星广播星历精度可达5m左右，精密星历精度达到5cm
左右，因此一般情况下，地铁gps工程控制网卫星轨道误差对基线
解算影响不大，但在太阳活动强烈发生磁暴时太阳发射的高能粒子
会冲击太阳能帆板并使得卫星元器件温度异常，造成广播星历轨道
gps卫星轨道误差变大，会对基线解算产生影响。
4总结
地铁gps控制网由于布设在市区，高楼林立，多路径效应造成
的误差不可忽视，在控制网选点时因尽量选择四周开阔、高楼较少
的地方，在观测时还要安装抑径板以减少多路径效应的影响。
由于gps控制网对基线的相对精度要求较高，而地铁控制网中
某些边长较短，难以满足精度要求，此时可以采用以gps测量为主，
少量短边用全站仪测边符合的方法进行联合布网，可以大大提供整
个地铁控制网的精度。
参考文献：
李征航,黄劲松。gps测量与数据处理[m]。武汉：武汉大学出版
社，2005年.
igs central bureau.igs
products[eb/ol].ftp://igscb.jpl.nasa.gov/pub/product/.200
9年2月19日.
阳仁贵，欧吉坤，闻德保，gps广播星历误差及对定位结果的影
响[j]。武汉：测绘信息与工程。2006，31(1)：1-3.
注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。