与gps优缺点_【GPS测量】GPS测量误差来源分析

随着GPS测量精度不断提高，已广泛应用施工测量，从静态控制测量到动态施工放样。GPS测量已成为施工测量必不可少的工具，下面分下GPS误差来源。

一、与卫星有关的误差

与卫星有关的误差包括卫星星历误差、卫星钟误差、地球自转的影响和相对论效应的影响等。

1、卫星星历误差

由星历所计算得到的卫星的空间位置与实际位置之差称为卫星星历误差。卫星星历是由地面监控站跟踪监测卫星求定的。由于卫星运行中要受到多种摄动力的复杂影响，而通过地面监控站又难以充分可靠地测定这些作用力或掌握其作用规律，因此在星历预报时会产生较大的误差。在一个观测时间段内，星历误差属于系统误差，是一种起算数据误差。它不仅严重影响单点定位的精度，也是精密相对定位的重要误差来源。

2、卫星钟误差

卫星钟的钟差包括由钟差、频偏、频漂等产生的误差，也包含钟的随机误差。在GPS测量中，无论是码相位观测，还是载波相位观测，均要求卫星钟和接收机钟保持严格同步。尽管GPS卫星采用的是原子钟(铠钟和铷钟)，但由于上述因素的影响，卫星钟的钟面时与理想的GPS时之间存在着偏差或漂移。这些偏差的总量可达1ms，产生的等效距离误差可达300Km。

3、相对论效应的影响

卫星钟与静止在地球上的同类钟存在时间差异，进行定位计算存在一定误差，称之为相对论效应误差。

二、与信号传播有关的误差

与卫星信号传播有关的误差有电离层折射误差、对流层折射误差和多路径效应误差。

1、电离层折射误差

距地面50-1000Km范围的大气层为电离层。由于受到太阳等天体的各种射线辐射，电离层中的气体分子发生电离，形成大量的自由电子和正离子。当GPS信号通过电离层时，信号的路径会发生弯曲，传播速度也会发生变化。所以，信号的传播时间与真空中光速的乘积并不等于卫星至接收机的几何距离，该偏差称为电离层折射误差。

2、对流层折射误差

高度为40Km以下的大气底层为对流层，其大气密度比电离层大，大气状态也更复杂。由于地面辐射热能的影响，对流层的温度随高度的上升而降低，当GPS信号通过对流层时，传播的路径则发生弯曲，从而使测量距离产生偏差，这种偏差称为对流层折射误差。

3、多路径效应误差

GPS卫星信号从2000Km高空向地面发射，若接收机天线周围有高大建筑物或水面，建筑物和水面对于电磁波具有强反射作用，由此产生的反射波进入接收机无线时与直接来自卫星的信号(直接波)产生干涉，从而使观测值偏离真值产生误差，这种误差称为多路径效应误差。

多路径效应的影响是GPS测量的重要误差源，将严重损害GPS测量的精度，严重时还将引起信号的失锁。

三、与接收机有关的误差

与接收机有关的误差包括接收机钟误差、接收机安置误差、天线相位中心位置误差以及几何图形强度误差等。

1、接收机钟误差

GPS接收机内时标一般采用石英晶体振荡器，其稳定度约为0.000001。若采用恒温晶体振荡器，其稳定度可达到0.000000001.假设接收机钟与卫星钟间的同步差为1μm，则由此引起的等效距离误差约为300m。由此可见，接收机钟差对测量成果的精度影响极大。

2、接收机安置误差

接收机天线相位中心相对于测站标石中心位置的偏差称为接收机安置误差。它包括天线的整平和对中误差以及天线高的量测误差。若天线高为1.6m，整平误差为0.1°，则会产3mm的对中误差。因此，在精密定位中，必须认真操作，昼量减少这种误差的影响。在GPS变形监测中，应采用有强制对中装置的观测墩。

3、天线相位中心位置偏差

GPS测量是以接收机天线的相位中心位置为准的，天线的相位中心与其几何中心在理论上应保持一致。然而，天线的相位中心实际上是随信号输入的强度和方向不同而变化的，即观测时相位中心的瞬时位置(一般称相位中心)与理论上的相位中心将不一致，这种偏差称为天线相位中心位置偏差。这种偏差的影响可达数毫米至数厘米，所以如何减少天线相位中心位置偏差是天线设计中的一个重要问题。

在实际工作中，若在相距不远的两个或多个测站采用同一类型的天线进行同步观测，则可以通过观测值的求差削弱天线相位中心偏移的影响。不过，此时应注意各测站的天线须按附有的方位标志进行定向。

GPS测量除含有上述各种误差外，卫星钟和接收机钟振荡器的随机误差、大气折射模型误差和卫星轨道摄动模型误差等也都会对GPS的观测值产生影响。随着工程定位精度要求越来越高，了解这些误差来源是提高测量定位精度的前提。

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