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GPS误差的来源与解决方案

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:由于GPS 的定位是以卫星位置作为已知值进行推算待测点的位置,因此广播星历的误差必然影响定位的精度。另外,卫星时钟面时与GPS 时刻的差值也存在误差,这种误差称为卫星时钟误差。GPS 接收机时钟时与GPS 时钟的偏差是一种被称为接收机误差,这种误差随时间增大而增大,从而使得伪距测量误差随时间增大而增大。多路径效应误差主要是因为GPS 接收机天线周围的物体表面反射的卫星信号叠加进接收信号中而引起的误差。

GPS误差的来源与解决方案

GPS 定位的主要误差来源可分为三个方面:一是空间误差,主要包括卫星星历误差、星上设备延迟误差和时钟误差;二是用户终端接收机误差,包括用户接收机测量误差、量化误差、计算误差和用户时钟误差;三是信号传播路径误差,包括对流层信号传播延迟、电离层信号传播延迟和多路径效应(张国良和曾静,2008;董绪荣等,1998)。现将主要误差分析如下:

1. 空间误差

卫星在实际运行中会受到多种摄动力的复杂影响,因此预报星历必然存在误差。由于GPS 的定位是以卫星位置作为已知值进行推算待测点的位置,因此广播星历的误差必然影响定位的精度。另外,卫星时钟面时与GPS 时刻的差值也存在误差,这种误差称为卫星时钟误差。根据GPS 的测距定位原理可知,GPS 测距定位需要用到卫星时钟和用户时钟的误差来确定待测点的三维坐标,因此卫星时钟误差也必然会影响定位精度。而且,时钟本身还存在时钟漂移误差,这种随机漂移也同样影响GPS 定位精度。一般来说,可以将空间误差引起的等效测距误差视为白噪声。

2. 用户终端接收机误差(www.xing528.com)

用户终端接收机误差中产生测量误差,这种误差可以视为白噪声。用户接收机伪距的量化误差是可变的,但所选择的可变参数不会对误差造成影响,因此同样可以将其视为白噪声。在进行导航解算的计算处理过程中,计算机计算处理误差包括有限的计算机码位鉴别能力、数学近似、算法近似、在计算中执行或固有的计时延迟等误差,这部分误差也可视为白噪声。GPS 接收机时钟时与GPS 时钟的偏差是一种被称为接收机误差,这种误差随时间增大而增大,从而使得伪距测量误差随时间增大而增大。这项误差能通过对观测量求差分处理来消除。

3. 信号传播路径误差

在GPS 卫星信号传播的过程中,由于受电离层和对流层的影响,导致信号传播延迟,从而使所测量到的卫星信号传播时间产生误差,使GPS 定位产生误差。针对这种误差,国际上已经发展了许多实用的模型进行补偿改正。这些改正是采用先验的电离层传播延迟数学模型对电离层误差进行补偿,补偿后的残余误差可以视为白噪声;同样也可以采用一种和高度有关的数学模型来补偿对流层的传播延迟,补偿后的残余误差也可以视为白噪声。多路径效应误差主要是因为GPS 接收机天线周围的物体表面反射的卫星信号叠加进接收信号中而引起的误差。动态情况下多路径效应瞬时或偶尔发生。

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