005第三章GPS定位中的误差3.1概述3.2钟误差3.3相对论效应 (2)解析

GPS定位测量技术与应用第三章GPS定位中的误差源§3.1概述§3.2钟误差§3.3相对论效应GPS定位测量技术与应用§3.1概述GPS测量定位的误差源概述GPS定位测量技术与应用•与卫星有关的误差–卫星轨道误差–卫星钟差–相对论效应•与传播途径有关的误差–电离层延迟–对流层延迟–多路径效应•与接收设备有关的误差–接收机天线相位中心的偏移和变化–接收机钟差–接收机内部噪声GPS测量误差的来源GPS测量定位的误差源概述GPS测量误差的来源GPS定位测量技术与应用GPS测量误差的性质①•偶然误差–内容•卫星信号发生部分的随机噪声•接收机信号接收处理部分的随机噪声•其它外部某些具有随机特征的影响–特点•随机•量级小–毫米级GPS测量定位的误差源概述GPS测量误差的性质GPS定位测量技术与应用GPS测量误差的性质②•系统误差（偏差）(主要)–内容•其它具有某种系统性特征的误差–特点•具有某种系统性特征•量级大–最大可达数百米GPS测量定位的误差源概述GPS测量误差的性质GPS定位测量技术与应用消除或消弱各种误差影响的方法①•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•相对论效应•电离层延迟•对流层延迟•卫星钟差–限制：有些误差难以模型化GPS测量定位的误差源概述消除或消弱各种误差影响的方法改正后的观测值=原始观测值+模型改正GPS定位测量技术与应用消除或消弱各种误差影响的方法②•求差法–原理：通过观测值间一定方式的相互求差，消去或消弱求差观测值中所包含的相同或相似的误差影响–适用情况：误差具有较强的空间、时间或其它类型的相关性。–所针对的误差源•电离层延迟•对流层延迟•卫星轨道误差•…–限制：空间相关性将随着测站间距离的增加而减弱GPS测量定位的误差源概述消除或消弱各种误差影响的方法GPS定位测量技术与应用消除或消弱各种误差影响的方法③•参数法–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GPS测量定位的误差源概述消除或消弱各种误差影响的方法GPS定位测量技术与应用消除或消弱各种误差影响的方法④•回避法–原理：选择合适的观测地点，避开易产生误差的环境；采用特殊的观测方法；采用特殊的硬件设备，消除或减弱误差的影响–适用情况：对误差产生的条件及原因有所了解；具有特殊的设备。–所针对的误差源•电磁波干扰•多路径效应–限制：无法完全避免误差的影响，具有一定的盲目性GPS测量定位的误差源概述消除或消弱各种误差影响的方法GPS定位测量技术与应用§3.2钟误差GPS定位测量技术与应用卫星钟差•定义物理同步误差数学同步误差•应对方法–模型改正钟差改正多项式其中a0为ts时刻的时钟偏差，a1为钟的漂移，a2为老化率。toc为参考历元（参考时刻），ts为观测历元。–相对定位或差分定位2210ocsocstttattaasGPS测量定位的误差源概述卫星钟差GPS定位测量技术与应用接收机钟差•定义GPS接收机一般采用石英钟，接收机钟与理想的GPS时之间存在的偏差和漂移。•应对方法–作为未知数处理–相对定位或差分定位GPS测量定位的误差源概述接收机钟差GPS定位测量技术与应用§3.3相对论效应•狭义相对论效应•广义相对论效应GPS定位测量技术与应用3.3相对论效应GPS测量定位的误差源相对论效应GPS定位测量技术与应用狭义相对论和广义相对论•狭义相对论–1905–运动将使时间、空间和物质的质量发生变化•广义相对论–1915–将相对论与引力论进行了统一GPS测量定位的误差源相对论效应狭义相对论和广义相对论GPS定位测量技术与应用相对论效应对卫星钟的影响①•狭义相对论–原理：时间膨胀。钟的频率与其运动速度有关。–对GPS卫星钟的影响：–结论：在狭义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变慢221222210[1()](1)2238742997924580.83510sssssssssssVffVVfffccfVffffcGPSVmscmsff若卫星在地心惯性坐标系中的运动速度为，则在地面频率为的钟若安置到卫星上，其频率将变为：即两者的频率差为考虑到卫星的平均运动速度和真空中的光速，则GPS测量定位的误差源相对论效应相对论效应对卫星钟的影响GPS定位测量技术与应用相对论效应对卫星钟的影响②•广义相对论–原理：钟的频率与其所处的重力位有关–对GPS卫星钟的影响：–结论：在广义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变快ffkmkmRsmrRfcfcWWffWWTsTs1022314222210284.526560637810986005.3)11(，则卫星的地心距近似取，近似取，若地面处的地心距其中为：将的差异与放在地面上时钟频率则同一台钟放在卫星上，为，地面测站处的重力位为若卫星所在处的重力位GPS测量定位的误差源相对论效应相对论效应对卫星钟的影响GPS定位测量技术与应用相对论效应对卫星钟的影响③•相对论效应对卫星钟的影响–狭义相对论＋广义相对论fffff102110449.4:为上时总的变化量钟频率相对于其在地面用下，卫星上义相对论效应的共同作在狭义相对论效应和广sff1令：GPS测量定位的误差源相对论效应相对论效应对卫星钟的影响GPS定位测量技术与应用解决相对论效应对卫星钟影响的方法将GPS卫星钟的频率降低4.449×10-10f，使得GPS卫星钟标准频率10.23MHz调整为10.22999999545MHz，以降低相对论效应的影响。经上述改正后仍有残差，它对GPS时的影响最大可达70ns，对精密定位仍不可忽略。GPS测量定位的误差源相对论效应解决方法