試析GPS測量誤差的原因與控制措施

【摘要】現代的測量中普遍利用GPS技術，而且其精度能夠有所保障，對于正常的測量工作都可以順利完成。本文主要對GPS測量誤差的原因與控制措施進行了探討。

【關鍵詞】GPS；測量誤差；原因；控制措施

研發GPS全球定位系統的國家是美國而且于1994年將衛星導航以及定位系統正式予以投入使用。在進行測量中，GPS系統在進行工程測量、大地測量、航空攝影測量和地形測量等相關利于已經十分普遍。由于測量精度與測量誤差之間具有直接的聯系，因此一定要對GPS中如何出現的測量誤差進行全面了解并找到解決降低影響的方法。

1 GPS測量的誤差原因

1.1電離層折射誤差

在GPS信號從電離層經過的時候，將會改變衛星信號路徑，同時也會改變傳播的速度。所以經過信號傳播時間以及在真空中光速計算而得出的距離將和衛星到接收機具體的幾何距離之間出現偏差，這種偏差叫做電離層折射誤差。將電離層改為正數大小的程度影響的要素主要是電子總量以及信號頻率。在進行載波相位的測量過程中電離層折射改正以及偽距的測量應該保持一致的改正數，符號則對立，就GPS信號信號而言，天頂方向上這種距離的改正的最大限度為50 m，在靠近地平方向的時候（其高度角在20°上）有150 m，所以一定要認真修改定位的結果，以保證觀測值具有較高的精度。

1.2多路徑誤差

所謂的多路徑誤差就是GPS接收機不但能夠直接將對衛星上的信號予以接收，而且還能將接收機天線四周物體所反射出的信號進行接收，將兩種信號進行疊加之后，GPS信號的相位就會出現相應的變化，這樣就會出現測量誤差。多路徑誤差在對偽距進行測量的時候出現的誤差可大出數米，而載波相位的觀測量所產生的誤差有數厘米。即使多路徑所出現的誤差很小，然而多路徑誤差關系到所有的測站環境，并且都是以不規律的形式出現的。所以，它是其中的一個高精度GPS測量出現的常見誤差。

1.3衛星軌道偏差

估計以及讀衛星軌道的偏差進行處理是一件十分棘手的工作，主要是因為衛星在運行中影響的攝動力比較多而且十分復雜，在經過地面監測站的時候，要想真實地將相應的作用力予以測出同時對其得以把握是十分困難的。當下，獲取衛星軌道信息的渠道是導航電文，因此衛星軌道的誤差是影響當下GPS測量另外一個因素。測量中越長的基線長度，衛星軌道偏差就會更加嚴重的影響定位的結果。

1.4衛星軌道誤差

衛星軌道誤差就是計算所得出的衛星位置同具體的衛星位置之間錯產生的偏差。在衛星進行運行過程中因為各種不同的攝動力對其產生影響，衛星就會產生繁瑣的運行軌道，對所有的攝動力予以精確測定，并且將衛星運行的軌道予以準確預報方面具有很大的難度。當下，利用廣播星歷對衛星位置精度進行計算也只有5～10 m。差分相對定位并不是影響衛星軌道誤差的主要來源，但是在不斷變大的基線距離下，將會逐漸對其產生影響。對基線進行長距離的測量而言，一方面可以利用亞米的精密星歷，同時還可利用短弧法，把一些衛星軌道的參數當作未知數，并同基線向量放在一起進行解算。

1.5周跳誤差

在精密GPS的相對定位中主要利用相位觀測值進行觀測，相位觀測值為接收機本機通過振蕩而出現的相位同接收到的衛星載波相位之間出現的落差，在進行測量的過程中，僅僅可以測到在1周以內的小數方面（可精確至0.01周）。在條件完美的情況下，接收機將衛星予以鎖定之后能夠持續進行跟蹤，這樣就可以測量出整數部分在內的全部相位的變化量，所以全部的歷元的相位觀測量同接收機至衛星的距離之間所差的載波波長的一個整數倍數，它的值不是靈活可變的，此整數就是整周的模糊度，能夠在解算過程中同其他參數在一起求出。然而在具體的觀測中，接收機通常因為一些因素短時間對衛星短失去跟蹤，在此期間內就不會有效測出相位的變化，稱為周跳。在短距離進行GPS的基線定位的時候，將會基本將大氣軌道的誤差予以抵消，電離層以及對流層出現延遲的現象是因為它們具有相關性這樣就會將一些影響予以消除，周跳大小可以保證整數特性在一定數值上，進行處理的時候不會太復雜。

2 GPS測量誤差的控制措施

2.1將電離層出現誤差而引起的影響予以降低的措施

（1）采用雙頻觀測。雙頻觀測主要是通過P1以及P2碼將兩個偽距予以測量，按照電離層的折射以及信號頻率相應特性，在對這兩個偽距進行觀測所得值中可以將電離層的折射改正數求出，進而觀測結果所出現的誤差就可以改正。（2）通過電離層改正的模型進行修正。（3）通過同步觀測值進行求差。利用用兩臺接收機于基線兩端同步進行觀測而且取其觀測量之間的差，能夠將電離層折射而帶來的影響予以有效降低。如果兩觀測站之間的距離相對較近的情況下，因為衛星到兩觀測站電磁波傳播的路程上大氣狀況相差無幾，所以大氣狀況在系統影響方面就能夠利用同步觀測量之間的差值予以降低。

2.2將多路徑誤差的影響予以降低的措施

（1）站點選擇要合理。多路徑誤差及關系到衛星信號的方向以及反射的系數，同時還關系到反射物與測站之間的距離，因此在實際進行定位測量工作過程一定要利用有效的措施將誤差帶來的影響予以降低。測站要距大面積平靜水面一段距離，而對于灌木叢、草以及其他地面植被而言可以有效的地對微波信號的能量予以吸收，在設站地址的選材中是最為理想的情況。土地經過翻耕之后與其他粗糙不平的地面之間具有很差的反射能力，在此設置站點同樣為最佳選擇。同時，在進行選擇測站的時候應該避開山坡、山谷以及盆地，防止反射信號由天線抑徑板的頂端進入到天線內，出現多路徑的誤差情況。（2）接收機天線方面應該注意的問題。接收天線在各個極化特性的反射信號中的抑制作用應該較強。在進行靜態定位過程中在長期進行觀測之后，將大大降低多路徑誤差所帶來的影響。

2.3確定GPS的衛星軌道

通過區域性的GPS跟蹤網將對GPS衛星軌道予以確定。跟蹤站地心的坐標出現的誤差影響的衛星軌道為10倍甚至以上。所以，應利用2 m以上精度的衛星軌道一定保證跟蹤站坐標精度在大于0.1 m。從研究資料看來，通過強約束全球站松弛軌道的加權約束基準的辦法，所取得的相對坐標值將在5 cm以上，基本上達到我國現目前進行區域性定軌的要求。

2.4探測以及修復周跳

對周跳進行處理可分作兩步進行：在觀測數據內將所有的周跳進行探測并予以修復處理，進行探測以及修復周跳過程中均應該在觀測數據進行預處理的過程中進行。在GPS相對定位中進行處理周跳是非常繁瑣的工作，所以要盡量防止出現周跳現象。這樣，就應該利用儀器來檢定儀器的本身，進行測定之后保證其質量之后才可以進行測量作業，進行測量作業的時候要避免多路徑對其產生影響，防止出現失周的情況。

2.5安置測站

在進行測站的選擇的時候應該避免山坡、山谷以及盆地，要與大面積平靜水面以及高層建筑物和廣告牌等（就是凈空）離開一段距離。最佳的測站為具有較差的反射能力下的粗糙地面，這樣，可將多路徑的誤差予以降低。同時，長時間進行觀測，所選的接收天線配有抑徑板同樣能夠將多路徑誤差予以有效降低。所選的截止高度角應該合理，就可以對電離予以延遲以及限制。

3結語

簡而言之，在進行實際的測量工作中應該根據相應的要求進行。因為進行測量階段主要出現的誤差為多路徑效應，點位中出現的對中誤差，在進行作業的過程中應盡量避開同時降低這些誤差，以保證成果的可靠性以及精確性予以提高。

參考文獻

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