如何减小GPS测量误差？

7.3.3.1　测量误差源

GPS测量误差可以分为三类。

(1)与卫星有关的误差：卫星时钟误差；卫星星历误差。卫星时钟误差是由晶振噪声的累计效应引起的；卫星星历误差可以简单认为是地面控制段对卫星位置的预测误差。

(2)与信号传播有关的误差：电离层误差；对流层误差。电离层分布在地球表面上的50～1 000 km处,对流层分布在地球表面上约12 km处,卫星信号在电离层中受到自由电子作用而发生折射,在对流层中受到气体影响而发生折射,会产生传播延迟。

(3)与接收机有关的误差：多路径效应。如果接收机除了接收到指定卫星发射的信号外,还接收到其反射的信号,就会产生多路径干扰。与高仰角卫星相比,低仰角卫星通常存在更强的多路径干扰。

7.3.3.2 差分GPS

星历预测误差、卫星时钟误差、电离层误差、对流层误差的残差导致的测距误差会随时间和位置变化,因此可采用差分GPS,利用已知位置的参考站,比较伪距观测量,来消除相关测距误差,提高导航解算精度。(www.xing528.com)

差分GPS的具体原理为：将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测；根据基准站的已知精密坐标,计算出基准站到卫星的距离改正数,并由基准站实时将这一数据发送出去；接收机在进行GPS观测的同时,也接收到基准站发出的改正数,并对其定位结果进行改正,从而提高定位精度。

根据差分GPS基准站发送的信息方式,可将差分GPS分为三类,即位置差分、伪距差分和相位差分。

位置差分,是指安装在基准站上的GPS接收机观测4颗卫星后便可进行三维定位,解算出基准站的坐标。基准站利用数据链将此改正数发送出去,由用户站接收,并且对其解算的用户站坐标进行改正。最后得到的改正后的用户坐标已消除了基准站和用户站的共同误差。采用位置差分的先决条件是基准站和用户站观测同一组卫星。位置差分适用于用户与基准站间距离在100 km以内的情况。

伪距差分是目前应用得最广的一种技术。在基准站上的接收机要计算出它与可见卫星的距离,并将此距离与含有误差的测量值加以比较,然后利用一个α-β滤波器将此差值滤波并求出其偏差,将所有卫星的测距误差传输给用户,用户利用此测距误差来改正测量的伪距。最后,用户利用改正后的伪距来解出本身的位置,就可消除公共误差,从而提高定位精度。与位置差分相似,伪距差分能将两站的公共误差抵消,但随着用户到基准站距离的增加会出现系统误差,这种误差用任何差分法都不能消除。用户和基准站之间的距离对精度有决定性影响。

基于载波相位的差分系统通常具有更高的定位精度,可以用来实现精密定位。这是由于载波相位测量值中包含了整周模糊度信息。一般来说,基于伪距的差分系统可以获得分米级的定位精度,而基于载波相位的差分系统的定位精度能达到毫米。

按照基站的布置个数和范围,差分GPS又可分为单基站差分、多基站的局域差分和广域差分。