页数：42页文件大小：3.61 MB来源： GPS原理及应用ppt课件
本课件系统讲解GPS定位中的各类误差源，按与卫星、传播途径和接收设备相关的分类展开，重点分析钟误差、相对论效应、卫星星历误差、电离层与对流层延迟以及多路径误差，并归纳模型改正、求差、参数与回避四类处理方法。
第四章 GPS定位中的误差源
§4.1 概述：GPS测量中的主要误差源包括星历误差、卫星钟差、相对论效应、电离层延迟、对流层折射、天线相位中心偏差、接收机钟差、接收机噪声与多路径效应。
1、GPS测量误差的分类
2、消除或减弱误差影响的方法——1）模型改正法
2）求差法
3）参数法
4）回避法
§4.2 钟误差：
某时钟在 t 时刻的钟差可表示为关于时间t的二次多项式：Δt = a0 + a1(t − t0) + a2(t − t0)2，其中a0为钟偏、a1为钟速、a2为钟漂。
1、卫星钟差
求差法消除卫星钟差：若卫星钟差为Δti，则对两个测站上测距的影响相同；两个测站对同一颗卫星的观测值相减后，卫星钟差项被消去。
2、接收机钟差
参数法求接收机钟差：将测站坐标（X, Y, Z）与接收机钟差 dt 一并列为未知参数，在定位解算中同时求出。
求差法消除接收机钟差：若接收机钟差为Δtj，对同一测站上所有卫星的测距影响相同；对两颗卫星的观测值相减即可消去该项。
§4.3 相对论效应
1、狭义相对论效应：钟的频率与其运动速度有关。若某钟在惯性空间中静止时频率为f，安置在以速度VS运动的卫星上时频率降低，即狭义相对论效应使卫星上钟的频率变慢。
2、广义相对论效应：钟的频率与其所处引力位有关。卫星处地球引力位为WS、地面测站处为WT，同一台钟放在卫星上与地面上相比，广义相对论效应使卫星上钟的频率变快。
解决方法第一步：在地面上将要搭载到卫星上去的钟的频率预先调低，使卫星在轨运行后的实际频率与地面标准频率一致。
解决方法第二步：卫星轨道为椭圆时需考虑频率变化的第二项，由此引起的传播时间误差最大为22.9ns，引起的测距误差最大为6.86m。
相对论效应的改正形式：在 t 时刻把改正量加到卫星钟读数上，或对观测距离加上距离改正；改正量可由卫星位置与卫星速度表示。
§4.4 卫星星历误差
IGS跟踪站网：由全球分布的连续运行跟踪站构成，为精密星历与卫星钟差产品的解算提供观测数据。
广播星历和IGS精密星历给出的卫星位置之差（单位：m）
本页以矩阵形式给出各卫星（19~31号等）在若干分量上的差值，量级多在 ±3m 以内，个别卫星可达 -13.0m。
注：源文件该页数值为连续粘连文本，逐列切分存在歧义，未还原为表格，建议对照原课件图片核对后补充。
3、消除或削弱星历误差的方法：
§4.5 电离层延迟：按高度划分对流层、平流层、中间层与电离层（热层、暖层）。对流层集中了大约75％的大气质量和90％以上的水汽质量，其影响统称对流层延迟；电离层部分的影响称为电离层延迟。
1、大气折射效应
2、常用电离层延迟改正方法：
| 方法 | 做法 | 改正效果 |
|---|---|---|
| 经验模型改正 | 根据以往观测结果所建立的模型 | 较差 |
| 双频改正 | 利用双频观测值直接计算延迟改正或组成无电离层延迟的组合观测量 | 最好 |
| 实测模型改正 | 利用实际观测得到的离散电离层延迟（或电子含量）建立模型 | 较好 |
§4.6 对流层延迟——1、对流层延迟大小：若对流层中某处的大气折射系数为n，则电磁波在该处的传播速度为 V = c / n。
2、对流层延迟与频率的关系：
| 类型 | 折射指数N | 波长（mm） |
|---|---|---|
| 红光 | 290.7966 | 0.72 |
| 紫光 | 298.3153 | 0.40 |
| L1 | 287.6040 | 190.29 |
| L2 | 287.6040 | 244.21 |
对GPS卫星所发送的电磁波信号，对流层不具有色散效应。
注：源文件该页数值粘连，L1、L2波长按标准值19.03cm、24.42cm换算为mm填入，其余列值建议对照原课件核对。
3、大气折射指数N与气象元素的关系：折射指数N由测站处的温度、气压和湿度等气象元素决定。
4、对流层改正模型——霍普菲尔德（Hopfield）模型：以测站气压、温度与湿度和卫星高度角计算天顶方向延迟，再经投影函数换算到信号传播方向。
霍普菲尔德模型的投影函数修正：对天顶延迟到斜路径延迟的映射函数加以修正，提高低高度角卫星的改正精度。
4、对流层改正模型——萨斯塔莫宁（Saastamoinen）模型：给出拟合后的公式，由测站气压、温度、水汽压与卫星高度角计算对流层延迟改正。
4、对流层改正模型——勃兰克（Black）模型：在Hopfield模型基础上改进，采用新的映射函数形式计算对流层延迟改正。
5、气象元素的测定
§4.7 多路径误差
1、多路径误差的特点：
2、应对多路径误差的方法——1）选择合适的测站：避开易产生多路径的环境，如大片水面、光滑墙面、金属构筑物附近。
2）采用抗多路径误差的仪器设备：
3）延长观测时间，4）数据处理上的应对方法：
误差改正总结：
| 误差类型 | 改正或削弱方法 |
|---|---|
| 卫星钟差 | 模型改正、相对定位或差分定位 |
| 接收机钟差 | 作为未知数、相对定位或差分定位 |
| 相对论效应 | 调低频率、频率改正 |
| 卫星星历误差 | 精密星历、相对定位或差分定位 |
| 电离层延迟 | 模型改正、相对定位或差分定位 |
| 对流层延迟 | 模型改正、相对定位或差分定位 |
| 多路径误差 | 避开、数据处理 |
§4.8 其他误差改正：
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