4.3.1 电离层折射影响
GPS卫星信号与其电磁波信号一样，当其通过电离层时，将受到这一介质弥散特性的影响，其信号的传播路径发生变化（图4-2-2）。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。
图4-2-2 电离层折射
在地球上空距地面 50～100 km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。当GPS信号通过电离层时，与其他电磁波一样，信号的路径会发生弯曲，传播速度也会发生变化，从而使测量的距离发生偏差（图4-2-3）。对于电离层折射可用4种方法来减弱它的影响：
图4-2-3 对流动折射的影响
（1）用双频观测值。由于电离层的影响是信号频率的函数，所以利用不同频率的电磁波信号进行观测便能确定其影响，从而对观测量加以修正。电离层的影响是电磁波频率的函数。如果分别用两个频率f1和f2发射卫星信号，则两个不同频率的信号就会沿同一路径到达接收机，用双频接收机进行测量，就能根据电离层折射和信号频率的有关特性，求得电离层折射改正数。但是在太阳磁暴和耀斑爆发及太阳黑子活动的异常期，应避免观测。由于赤道和地极附近存在着严重的电离层赤道扰动和地极扰动，因而在赤道和地极附近一般不利用双频GPS接收机观测。双频GPS 接收机一般只适用于在没有电离层扰动的中纬度地区来进行电离层改正。
（2）利用电离层模型加以改正。对于单频GPS接收机，为了减弱电离层的影响，一般是采用导航电文提供的电离层模型，或其他适合的电离层模型对观测量加以修正，但是这种模型至今仍在完善之中，目前模型改正的有效率约为75%。
（3）用同步观测值求差。这一方法是利用两台或多台接收机，对同一卫星的同步观测求差，以减弱电离层折射的影响，尤其当观测站间的距离较近时（<20 km），由于卫星信号到达各观测站的路径相近，所经过的介质状况相似，因此通过各观测站对相同卫星信号的同步观测值求差，便可显著的减弱电离层折射影响，其残差将不会超过1 ppm（1 ppm=10－6）。对于单频GPS接收机而言，这种方法具有重要意义。
（4）差分处理。当测站间的距离相距不太远时（例如20 km以内），两测站上的电子密度相差不大，卫星的高度角相差不多，此时卫星信号到达不同观测站所经过的介质状况相似、路径相似，当利用两台或多台接收机对同一组卫星的同步观测值求差时，可以有效地减弱电离层折射的影响。
4.3.2 对流层折射的影响
对流层的高度为40 km以下的大气底层，其大气密度比电离层更大，大气状态也更复杂。对流层与地面接触并从地面得到辐射热能，其温度随高度的增加而降低。GPS信号通过对流层时，也使传播的路径发生弯曲，从而使测量距离产生偏差，这种现象称为对流层折射。减弱对流层折射的影响主要有3种措施：(www.xing528.com)
（1）采用对流层模型加以改正，其气象参数在测站直接测定。
（2）引入描述对流层影响的附加待估参数，在数据处理中一并求得；用同步观测量求差。
4.3.3 多路径效应
多路径效应亦称多路径误差，是指接收机天线除直接收到卫星发射的信号外，还可能收到经天线周围地物一次或多次反射的卫星信号，信号叠加将会引起测量参考点（相位中心点）位置的变化，从而使观测量产生误差，而且这种误差随天线周围反射面的性质而异，难以控制。实验资料表明，在一般反射环境下，多路径效应对测码伪距的影响可达到米级，对测相伪距的影响可达到厘米级。而在高反射环境下，不仅其影响将显著增大，而且常常导致接收的卫星信号失锁和使载波相位观测量产生周跳。因此，在精密GPS导航和测量中，多路径效应的影响是不可忽视的。
多路径效应测站周围的反射物所反射的卫星信号（反射波）进入接收机天线，将和直接来自卫星的信号（直接波）产生干涉，从而使观测值偏离，产生所谓的“多路径误差”。这种由于多路径的信号传播所引起的干涉延时效应被称作多路径效应（图4-2-4）。减弱多路径误差的方法主要有：
（1）选择合适的站址。应避开较强的反射面，测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中，应离开高层建筑物，如水面、平坦光滑的地面以及平整的建筑物表面等。
（2）选择较好的接收机天线，在天线中设置径板，抑制极化特性不同的反射信号。
（3）适当延长观测时间，削弱多路径效应的周期性影响。
（4）改善GPS接收机的电路设计，减弱多路径效应的影响。
图4-2-4 多路径效应
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