GPS原理与应用GPS定位误差源1讲诉.pptx
《GPS原理与应用GPS定位误差源1讲诉.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《GPS原理与应用GPS定位误差源1讲诉.pptx(76页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第第5 5章章 GPSGPS定位的误差源定位的误差源2概概 述述1pGPSGPS定位中,影响观测量精度的主要误差源定位中,影响观测量精度的主要误差源n与与卫星卫星有关的误差有关的误差n与与信号传播信号传播有关的误差有关的误差n与与接收设备接收设备有关的误差有关的误差p 为了便于理解,通常均把各种误差的影响投影到站为了便于理解,通常均把各种误差的影响投影到站星距离上,以相应的距离误差表示,称为星距离上,以相应的距离误差表示,称为等效距离等效距离误差误差5.1.1 误差的分类误差的分类3测码伪距的等效距离误差(测码伪距的等效距离误差(m)误差来源误差来源P码码C/A码码卫星卫星星历与模型误差星历与
2、模型误差钟差与稳定度钟差与稳定度卫星摄动卫星摄动相位不确定性相位不确定性其它其它合计合计4.23.01.00.50.95.44.23.01.00.50.95.4信号传播信号传播电离层折射电离层折射对流层折射对流层折射多路径效应多路径效应其它其它合计合计2.32.01.20.53.35.0-10.02.01.20.55.5-10.3接收机接收机接收机噪声接收机噪声其它其它合计合计1.00.51.17.50.57.5总计总计6.410.8-13.6p(1 1)系系统统误误差差:主主要要包包括括卫卫星星的的轨轨道道误误差差、卫卫星星钟钟差差、接接收收机机钟钟差差、以以及及大大气气折折射射的的误误差差
3、等等。为为了了减减弱弱和和修修正正系系统统误误差差对对观观测测量量的的影影响响,一一般般根根据据系系统统误误差差产产生生的的原原因因而而采采取取不不同同的措施,包括:的措施,包括:n引入相应的引入相应的未知参数未知参数,在数据处理中联同其它未知参数一并求解。,在数据处理中联同其它未知参数一并求解。n建立建立系统误差系统误差模型模型,对观测量加以修正。,对观测量加以修正。n将将不不同同观观测测站站,对对相相同同卫卫星星的的同同步步观观测测值值求求差差,以以减减弱弱和和消消除除系系统统误误差的影响。差的影响。n简单地简单地忽略忽略某些系统误差某些系统误差的影响。的影响。p(2 2)偶然误差偶然误差
4、:包括多路径效应误差和观测误差等。:包括多路径效应误差和观测误差等。n选用较好的硬件和观测条件选用较好的硬件和观测条件n延长观测时间延长观测时间5.1.1 误差的分类(根据误差的性质分类)误差的分类(根据误差的性质分类)56与卫星有关的误差与卫星有关的误差2pGPS观测量均以观测量均以精密测时精密测时为依据。为依据。pGPS定位中,无论码相位观测还是载波相位观测,定位中,无论码相位观测还是载波相位观测,都要求卫星钟与接收机钟保持都要求卫星钟与接收机钟保持严格同步严格同步。p实际上,尽管卫星上设有高精度的原子钟,仍不可实际上,尽管卫星上设有高精度的原子钟,仍不可避免地存在避免地存在钟差钟差和和漂
5、移漂移,偏差总量约在,偏差总量约在1 ms内,引内,引起的等效距离误差可达起的等效距离误差可达300km。5.2.1 卫星钟差卫星钟差7p通过对卫星运行状态的连续监测精确地确定,通过对卫星运行状态的连续监测精确地确定,参数由参数由主控站测定,通过卫星的导航电文提供给用户主控站测定,通过卫星的导航电文提供给用户,并用二并用二阶多项式表示:阶多项式表示:5.2.1 卫星钟差卫星钟差8卫星钟钟速钟差常值卫星钟的钟速变率参考历元 经钟差模型改正后,各卫星钟之间的同步差保持在经钟差模型改正后,各卫星钟之间的同步差保持在510ns以内,引起的等效距离偏差不超过以内,引起的等效距离偏差不超过3m。p通过精密
6、星历获得精确的卫星钟差值通过精密星历获得精确的卫星钟差值n e.g.PPP应用,应用,IGS给出给出0.1nsp卫星钟经过改正的残差,在相对定位中,可通过观测卫星钟经过改正的残差,在相对定位中,可通过观测量量求差(差分)求差(差分)方法消除。方法消除。5.2.1 卫星钟差卫星钟差9 3.4 GPS 3.4 GPS卫星星历卫星星历p 卫星星历卫星星历是描述卫星运动轨道的信息,是一组对应某是描述卫星运动轨道的信息,是一组对应某一时刻的轨道根数及其变率。一时刻的轨道根数及其变率。p根据卫星星历可以计算出任一时刻的卫星位置及其速根据卫星星历可以计算出任一时刻的卫星位置及其速度,精密的轨道信息是精密定位
7、的基础。度,精密的轨道信息是精密定位的基础。pGPS卫星星历按照发布的时间卫星星历按照发布的时间n预报星历(广播星历)预报星历(广播星历)n后处理星历(精密星历)后处理星历(精密星历)105.2.2 卫星轨道偏差(星历误差)卫星轨道偏差(星历误差)p由由于于卫卫星星在在运运动动中中受受多多种种摄摄动动力力的的复复杂杂影影响响,而而通通过过地地面面监监测测站站又又难难以以可可靠靠地地测测定定这这些些作作用用力力并并掌掌握握其其作作用用规规律律,因因此此,卫卫星星轨轨道道误误差差的的估估计计和和处处理理一一般般较较困困难。难。p目目前前,通通过过导导航航电电文文所所得得的的卫卫星星轨轨道道信信息息
8、,相相应应的的位位置误差约置误差约10m左右。左右。p随随着着摄摄动动力力模模型型和和定定轨轨技技术术的的不不断断完完善善,卫卫星星的的位位置置精度将可提高到精度将可提高到5m左右左右,精密轨道的精度为精密轨道的精度为5cm以内以内p卫星的轨道误差是当前卫星的轨道误差是当前GPS定位的重要误差来源之一定位的重要误差来源之一5.2.2 卫星轨道偏差(星历误差)卫星轨道偏差(星历误差)11p卫星轨道偏差对卫星轨道偏差对绝对定位绝对定位的影响可达几十米到一百米。的影响可达几十米到一百米。p而在相对定位中,由于相邻测站星历误差具有很强的相而在相对定位中,由于相邻测站星历误差具有很强的相关性,因此对相对
9、定位的影响远远低于对绝对定位的影关性,因此对相对定位的影响远远低于对绝对定位的影响。不过,随着响。不过,随着基线距离的增加基线距离的增加,卫星轨道偏差引起的,卫星轨道偏差引起的基线误差基线误差将不断加大。将不断加大。5.2.2 卫星轨道偏差(星历误差)卫星轨道偏差(星历误差)125.2.2 卫星轨道偏差(星历误差)卫星轨道偏差(星历误差)13 星历误差对相对定位的影响一般采用星历误差对相对定位的影响一般采用下列公式估算:下列公式估算:卫星星历误差卫星星历误差所引起的基线所引起的基线误差误差基线长基线长星历误差星历误差卫星至测站的距卫星至测站的距离离基线长度基线长度基线相对误差基线相对误差容许轨
10、道误差容许轨道误差1.0km110-5250.0m10.km110-625.0m100.0km110-72.5m1000.0km110-80.25m5.2.2 卫星轨道偏差(星历误差)卫星轨道偏差(星历误差)14nGPS卫星到地面观测站的最大距离约为25000km,基线测量的允许误差为1cm,则当基线长度不同时,允许的轨道误差大致如下表所示。n可见,在相对定位中,随着基线长度的增加,卫星轨道在相对定位中,随着基线长度的增加,卫星轨道误差将成为影响定位精度的主要因素。误差将成为影响定位精度的主要因素。在在GPSGPS定位中,根据不同要求,处理轨道误差方法定位中,根据不同要求,处理轨道误差方法:p
11、忽略轨道误差:忽略轨道误差:广泛用于实时单点定位。广泛用于实时单点定位。p采用精密星历采用精密星历 :e.g.IGSe.g.IGSp同步观测值求差:同步观测值求差:由于同一卫星的位置误差对不同观测站同步由于同一卫星的位置误差对不同观测站同步观测量的影响具有系统性。利用两个或多个观测站上对同一卫观测量的影响具有系统性。利用两个或多个观测站上对同一卫星的同步观测值求差,可减弱轨道误差影响。当基线较短时,星的同步观测值求差,可减弱轨道误差影响。当基线较短时,有效性尤其明显,而对精密相对定位,也有极其重要意义。有效性尤其明显,而对精密相对定位,也有极其重要意义。5.2.2 卫星轨道偏差(星历误差)卫星
12、轨道偏差(星历误差)15p采采用用轨轨道道改改进进法法处处理理观观测测数数据据:卫卫星星轨轨道道的的偏偏差差由由各各种种摄摄动动力力综综合合作作用用产产生生,在在对对卫卫星星轨轨道道摄摄动动进进行行修修正正时时,所所采采用用的的各各摄摄动力模型精度也不一样。动力模型精度也不一样。p根据引入轨道偏差改正数的不同,分为根据引入轨道偏差改正数的不同,分为n短短弧弧法法:引引入入全全部部6个个轨轨道道偏偏差差改改正正,作作为为待待估估参参数数,在在数数据据处处理理中中与与其其它待估参数一并求解。可明显减弱轨道偏差影响,但计算工作量大。它待估参数一并求解。可明显减弱轨道偏差影响,但计算工作量大。n半半短
13、短弧弧法法:根根据据摄摄动动力力对对轨轨道道参参数数的的不不同同影影响响,只只对对其其中中影影响响较较大大的的参参数数(如如轨轨道道切切向向、径径向向和和法法向向),引引入入相相应应的的改改正正数数作作为为待待估估参参数数。据据分析,目前该法修正的轨道偏差不超过分析,目前该法修正的轨道偏差不超过10m,而计算量明显减小。,而计算量明显减小。5.2.2 卫星轨道偏差(星历误差)卫星轨道偏差(星历误差)1617与卫星信号传播有关与卫星信号传播有关的误差的误差35.3.1 大气层与电磁波大气层与电磁波 地球大气结构及其性质地球大气结构及其性质p对流层对流层n0 040km40kmn各种气体元素、水蒸
14、气和各种气体元素、水蒸气和尘埃等尘埃等n非弥散介质(电磁波的传非弥散介质(电磁波的传播速度与频率无关)播速度与频率无关)p电离层电离层n约约70km70km以上以上n带电粒子带电粒子n弥散介质(电磁波的传播弥散介质(电磁波的传播速度与频率有关)速度与频率有关)18p弥散介质弥散介质:根据大气物理学,如果电磁波在某种介质:根据大气物理学,如果电磁波在某种介质中的中的传播速度与频率有关传播速度与频率有关,则该介质成为弥散介质。,则该介质成为弥散介质。p群波群波:如果把具有不同频率的多种波叠加,所形成的:如果把具有不同频率的多种波叠加,所形成的复合波称为群波。复合波称为群波。p在具有速度弥散现象的介
15、质中,在具有速度弥散现象的介质中,单一频率正弦波单一频率正弦波的传的传播与群波的传播是不同的。播与群波的传播是不同的。5.3.1 大气层与电磁波大气层与电磁波 19p信号传播信号传播n非弥散介质非弥散介质对流层对流层与大气压力、温度、湿度有关与大气压力、温度、湿度有关n弥散介质弥散介质电离层电离层与电子密度有关与电子密度有关n单一相波单一相波载波相位载波相位n群波群波测距码测距码5.3.1 大气层与电磁波大气层与电磁波 20p在电离层中,由于太阳和其它天体的强烈辐射,大部在电离层中,由于太阳和其它天体的强烈辐射,大部分气体分子被电离,产生了密度很高的自由电子,在分气体分子被电离,产生了密度很高
16、的自由电子,在离子化的大气中,单一频率正弦波相折射率的弥散公离子化的大气中,单一频率正弦波相折射率的弥散公式:式:式中式中e et t为电荷量为电荷量(库仑)(库仑),m me e为电荷质量为电荷质量(kgkg),N Ne e为电子密度为电子密度(m(m3)3),0 0为真空介质常数为真空介质常数(库仑库仑2 2/牛顿牛顿m m2 2)5.3.2 电离层的影响与改正电离层的影响与改正 21p相折射率的弥散公式:相折射率的弥散公式:式中式中et为电荷量为电荷量/c,me为电荷质量为电荷质量/kg,Ne为电子密为电子密度度/m-3,0为真空介质常数为真空介质常数/c2kg-1m-3s2。当当取常数
17、值取常数值et=1.6021 10-19,me=9.11 10-31,0=8.859 10-12,并略去二次微小项,可得:并略去二次微小项,可得:5.3.2 电离层的影响与改正电离层的影响与改正 22p在电离层中,单一频率正弦波相折射率的弥散公式,在电离层中,单一频率正弦波相折射率的弥散公式,并略去二次微小项,可得:并略去二次微小项,可得:p根据群折射率与相折射率的关系,可得根据群折射率与相折射率的关系,可得 5.3.2 电离层的影响与改正电离层的影响与改正 23p相折射率与群折射率:相折射率与群折射率:n 相折射率相折射率np与群折射率与群折射率ng二者不同二者不同n 当当f f确定后,确定
18、后,n n取决于取决于 N Ne e;n 载波相位和码相位修正量分别采用载波相位和码相位修正量分别采用n np p和和n ng gp当当电电磁磁波波沿沿天天顶顶方方向向通通过过电电离离层层时时,由由于于折折射射率率的的变变化化而引起的传播路径距离差和相位延迟,一般可写为:而引起的传播路径距离差和相位延迟,一般可写为:5.3.2 电离层的影响与改正电离层的影响与改正 245.3.2 电离层的影响与改正电离层的影响与改正 p由由相折射率相折射率和和群折射率群折射率引起的路径传播误差引起的路径传播误差(m)和和时间延迟时间延迟(ns)分别为分别为5.3.2 电离层的影响与改正电离层的影响与改正 26
19、电离层地球柱体底面积为1 m25.3.2 电离层的影响与改正电离层的影响与改正 27载波相位测量与伪距测量的电离层改正大小相等、符号相反载波相位测量与伪距测量的电离层改正大小相等、符号相反电离层产生的各延迟量,为信号频率和电子总量的函数电离层产生的各延迟量,为信号频率和电子总量的函数 当信号频率当信号频率f f确定后,取决于确定后,取决于电子总量电子总量 N N 电离层的电子密度与以下因素有关:电离层的电子密度与以下因素有关:太阳辐射强度太阳辐射强度,尤其太阳黑子活动强度(活动高峰期为低峰期,尤其太阳黑子活动强度(活动高峰期为低峰期4 4倍)倍)季节季节(冬季与夏季相差可达(冬季与夏季相差可达
20、4 4倍)倍)时间时间 (白天约为夜间的(白天约为夜间的5 5倍)倍)偏离天顶方向偏离天顶方向 e.g.e.g.沿天顶方向沿天顶方向50m50m,沿水平方向最大可达,沿水平方向最大可达150m150m电子密度与大气高度的关系电子密度与大气高度的关系5.3.2 电离层的影响与改正电离层的影响与改正 28电子含量与地方时的关系电子含量与地方时的关系5.3.2 电离层的影响与改正电离层的影响与改正 29电子含量与太阳活动情况的关系电子含量与太阳活动情况的关系p与太阳活动密切相关,太阳与太阳活动密切相关,太阳活动剧烈时,电子含量增加活动剧烈时,电子含量增加p太阳活动周期约为太阳活动周期约为11年年17
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- GPS 原理 应用 定位 误差
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【丰****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【丰****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。