每周专题－测量解算(20090606号)：GPS软件解算需考虑的误差源

hangchen1982

欢迎参与讨论的同志列出GPS软件L1单频静态解算中需考虑的误差来源。以短基线5公里以下为背景。请大家列出来，越多越好。如果有实验数据或者参考过资料，请列出各项误差源对卫星至接收机相位中心距离测定的影响大小。
此题作为后期探讨GPS定位精度的预备知识，供大家学习参考，欢迎大家踊跃参与。

hg

题目格式要改改，参照其他题目加上日期

jierui

我先说一些阿，不正确的地方欢迎专家指正：
1）卫星方面的误差：卫星播报的星历数据本身估计误差、卫星上的时钟误差
2）信号传输过程中的延迟误差：电离层、对流层引起的延迟误差
3）接收机本身噪声误差、多路径误差、接收机的时钟误差

hangchen1982

顶一下，你说的都是主要的大误差源。

hg

我觉得问题需要进一步阐述清楚：短基线<->L1单频静态解算<->卫星至接收机相位中心距离测定
这三者似乎不统一。
前两个像是差分解算，最后一个又像是单点定位。毕竟差分的和单点定位的机理并不一样，精度上没有直接联系。

hangchen1982

hg,你的意见提得有道理。
    解算机制发展的最终结果就是各种定位方式都没有了明确的界限，所以我出一个笼统的问题，让大家把自己理解的误差源都拿出来讨论，最后对误差源进行总结分类，才是我的根本意图。

fall_li

jierui基本上涵盖了所有的误差来源。对于星上误差，这个基本上是大系统整体误差，对于单点定位来说，星钟误差和星历参数误差我们是无法控制的，只能依据数学模型进行修正，同样，对于单点定位，传输误差也只能依靠数学模型。对于单点终端来说，大展拳脚的地方是接收机端的各种误差，大家各显神通，里面牵涉到非常多的技术。o(∩_∩)o...，不是一两句话能说透的

hangchen1982

fall_li，你对单点定位的理解很有深度。但是你的表述不太合适，纯粹的单点定位让搞科研的同志去研究吧，我们能做的是用改进的单点定位去工作，所以不能把大气层折射简单放到数学模型上面去，而最应该得到的结果是各项误差源对定位的影响大小。jierui的描述的虽然很全面，但是我个人觉得不够全面。还有继续补充的必要。。。。。
我补充几点：
1）卫星方面的误差：还有卫星钟稳定度（影响约为亚mm量级）、卫星摄动（不可控）等
2）信号传输过程中的延迟误差：还有相对论效应等。
3）接收机本身：还有接收机稳定度（影响约为亚mm到mm量级）等。
4）数据处理过程：模型、算法选取。其他请大家讨论
欢迎大家继续补充。

yanchao_heu

1# hangchen1982

作为载波相位到最后影响最大的就是模糊度的浮点解了！需要取近似很影响精度！

hangchen1982

估计同志们涉足单项误差影响的研究都比较少，主要是对GPS误差源进行量化这个方向太生僻了。
    回应楼上兄弟的观点，浮点解不能说不可靠。只能说从本质上讲，对单一星站距的测定肯定有误差，而对于每一颗卫星对应的星站距这个误差不见得比整周固定解得偏差大，而且每个星站距的影响都不一样，所以浮点解评定的精度在理论上也没有什么问题。而整周固定解在正确获得的情况，可以保证单一星站距的精度在载波波长之内，因此，整周解最终评定的精度是有一定可靠性的。但是由于每颗星的星站距存在相关性误差，所以最终成果仍然可能存在系统误差。
    对于数据处理来说，唯一能做的就是利用获得的数据尽可能获得可靠性高的成果，所以比浮点解多了正确性检核的整周固定解是首选。
   
    到此，这个讨论题该是结题的时候了。因为列出再多的误差源，最终也只是为了量化定位精度，而这项工作涉及的知识面太宽，学科的交叉很严重，所以并没有那么简单。
我用个人观点总结一下：单点定位的思想是最具代表性的GPS误差衡定标准，其他方式都可以归纳为数据处理手段。GPS测量的各种方式从根本上说，是没有本质区别的。通用的数据处理方法可以互相交错，以消除和削弱误差为根本。最终目标，获得可靠的、正确的、高精度的定位结果。

hzmhhp0421

这是我总结的如下：
误差来源于整个过程
1.与GPS卫星有关的误差：星历误差  钟差误差  相对论效应
解决星历误差方法：
建立自己的卫星跟踪网、独立定轨
轨道松驰法 在平差模型中将星历给出的轨道作初始值,改正数作未知量,通过平差同时求得测站位置和轨道改正数.这种方法称轨道松驰法。
半短弧法 仅将轨道切向 、径向和法向的三个改正数作未知数.计算简单.
短弧法  六个轨道偏差改正数都作未知数,通过轨道模型来建立观测值与改正数的关系.计算量大，精度与半短弧法相当.
钟差误差的解决方法：
包括钟差、频移、频漂等产生之二误差及随机误差.
  卫星钟与接收机钟保持严格同步自然是最理想的. 但卫星上的原子钟与理想的GPS时间仍存在偏差或漂移.尽管误差总量在1ms以内,但等效距离误差可达300km.偏差可表为:      Δts=a0+a1(t-t0)+a2(t-t0)2  经改正后各卫星钟的同步差可保持在20ns之内。
残余误差的消除则采用：接收机间求一次差。
解决相对论效应的方法：
解决办法最简单的就是在制造卫星钟时，预先将频率降低4.449*10-10f  ，对于卫星基频10.23MHz ，应降为10.23(1－4.449*10-10) = 10.2999999545  MHZ，                                (自然这以圆形轨道、匀速状态为例) ，仍有残余误差，最大影响可达70ns 。
2.与信号传播有关的误差：电离层 对流层折射影响  多路径效应
减弱电离层影响措施：
利用双频观测
电离层影响是信号频率的函数,因此利用不同频率的电磁波信号进行观测，可以研究其影响的大小,便于对数据作出改正
利用电离层改正模型加以修正
Fritzk,Brunner等人提出电离层延迟的改正模型(考虑了折射率n中的高阶项影响及地磁场影响,沿信号传播路径来积分)  优于2mm.
利用同步观测值求差
利用两台接收机在基线两端同步观测并取测量值之差.若两测站距离不远则卫星信号到两测站路径相近,大气介质情况相似,故可通过求差减弱其影响.在短基线(<20km)观测中尤其明显.残差一般不超过1ppm.
减少对流层折射影响的措施：
由于情况复杂一般用改正模型进行消弱，如：Hopfield公式、Saastamoinen公式和Black公式。
减少多径效应的措施：
多路径误差与卫星信号方向有关,与反射物反射系数有关,与离测站距离有关. 但无法建立改正模型。选择合适的站址：避开大而平静的水面(平坦光滑表面);选择灌木丛 草丛等植被区  翻过的土地也可; 不宜选择在山坡 山谷 盆地中;离开高层建筑 汽车。
对天线的要求：在天线中设置抑径板 : 对极化特性不同的信号应有较强的抑制作用。
3.与信号设备(接收)有关的误差：钟差 位置误差  天线相位中心变化
钟差的解决办法：
将每个观测时刻的钟差作为一独立未知数, 数据处理时一并求解；将接收机钟差表示为时间多项式，平差计算中求解其系数；在卫星间求一次差。
位置误差解决方法：
仔细操作；采用有强制对中装置的观测墩。
天线相位中心变化解决办法：
实际工作中使用同一类型天线，可用差分法来削弱这种偏移的影响。但要在安置天线时按方位标定向(指向磁北极),定位偏差保持在3°之内。
4.其他影响   地球潮汐  负荷潮等
固体潮(弹性形变)和负荷潮汐(海潮)引起测站位移，可达80cm ，巳知测站形变量
δ=[δλ δφδγ ] 后，将其投影到测站至卫星方向求出改正数就可以。

hangchen1982

11# hzmhhp0421
这是这个专题的回复里面最全面、最有深度的回复。
笔者有相当、非常、异常深厚的GPS解算理论基础和深刻的认识，基本上这个回复可以作为总结性很强的GPS单点定位误差提纲供大家参考。强烈称赞。

kouwenlong

高人,学习啦.