论GPS测量的误差及精度控制分析

论GPS测量的误差及精度控制分析

作者：齐利强

来源：《科技创新与应用》2013年第01期

摘 要：本文结合笔者多年实践工作经验，针对在GPS测量过程当中所出现的主要误差源，以及所出现的影响做出阐述。并且对GPS使用的精度控制问题也做出相关分析，与大家共同探讨。

关键词：GPS测量；误差源；精度控制 1 GPS 测量的误差源和GPS 定位网设计 1.1 GPS 测量的误差源

在实际项目中使用GPS进行测量，按照生产源可以将其所出现的误差有效的分成三部分：首先，GPS本身信号所导致的误差；其次，信号在传输的过程当中出现了误差；最后，GPS接收机出现误差。这三大部分出现误差，其中又包含诸多细小的问题所产生的影响。 1.2 GPS 定位网的设计

GPS在实践测量的过程中，我们根据其所呈现出来的误差可以有效的看出，GPS网的设计将过去传统的测角以及边角等，都进行了有效的免除。点间通视在实践中也给予了摒弃，针对所需要尽心布置的图形工作人员也不需要过多的进行考虑，对于图形强度的考虑则就相应的可以给予忽略，在使用中也不需要刻意的设置制高点。因此，项目中使用GPS网的设计，在一定程度上显得非常方便，工作人员能够灵活的进行正常使用。 2 电离层的信号传播延迟

信号在传播的过程中引起延迟的原因是电离层，其主要是和沿用卫星与用户使用的接收机视线方向所呈现出来的电子密度有关，接收视线方向如果处于垂直视线，那么所体现出来的延迟值在夜间平均可以达到三米，在白天的时候延迟值可以达到十五米，然而在低仰视角度情况中，所出现的延迟值分别是九米和四十五米，并且在反常时期所出现的延迟值还会进一步增加。

在实践中使用双频GPS接收机观测，在赤道和极低附近不使用此接收机观测，因为这些地区存在严重的电离层赤道扰动以及地极扰动，对使用GPS接收机观测有着极大的影响。 3 对流层的信号传播延迟

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出现对流层延迟的原因，主要是电磁波信号在通过对流层的时候，其传播速度和真空中光的传播速度不同所引起的。其中又分为干大气分量和湿大气分量，在低仰角的时候其能够达到20米。其中干大气分量大概占有80%至90%，这点能够利用模型将其大部分进行改正。大气分量所占用的数值虽然不大，但是它随着纬度和高度出现的变化，而随之变化。也就是说纬度和高度越高，其变化值也随之相应的变高，并且除此之外还随着时间变化的非常快。在实践中对于空气中的水汽与干气非常的难以预测，因此在实践当中进行大气测试，通常都是干气和湿气两者融合在一起的数值，所以对于准确性就显得难以做出有效的判断。然而在电流层延迟和电离层延迟之间没有多大的变化，所出现的主要影响是天顶方向。由于他们之间具有相关性，在短基线测量中，对此能够很好的进行消除，在长基线测量中采取双频接收机也能很好的减少其影响。 4 多路径误差

多路径误差是指GPS 信号射至其他的物体上又反射到GPS 接收天线上，对GPS 信号直接射至GPS 接收天线上的直接波的干扰。多路径误差的大小，取决于反射波的强弱和用户天线抗衡反射波的能力。用户天线附设仰径板，当仰径板半径为40 cm，天线高于1m至2m，可抑制多路径影响。接收机天线附近的水平面、垂直面和斜面都会使GPS 信号产生镜反射。因此，选择GPS 点位时应特别注意避开这些地形地物，采取提高天线高度和其他防止多路径误差的措施。 5 周跳

5.1 周跳和周跳的产生

周跳也被称之为失周。精密的GPS在相对定位中，所采用的观测值都是相位观测值。相位观测值，就是接收机本身震荡所产生的相位与接收到的卫星载波，两者之间所形成的相位差。在实践进行测量的时候，所测量的部分只能测到不足1周的小数。周跳产生的原因，可以分成外部原因和接收机质量问题。在进行动态测量的时候，由于载体在运动的过程中速度太快，或者由于天线偏向歪斜导致信号丢失等等因素是其外部原因体现。主要是由于卫星信号在接收机电路中受到其他介质的干扰，由此导致所接受的信号丢失，还有就是接收机本身信号处理单元质量不合格等等是接收机质量问题，因此在实际中需要这两个方面因素进行充分考虑，尽量避免此问题在工作中产生。 5.2 周跳对点位坐标的影响

GPS在相位测量的时候，观测数据如果大于10周的周跳，那么在处理数据的时候很容易被发现，能够将其给予取消。但是，如果周跳小余10周，尤其周跳是显示在1至5周的时候，那么在处理的过程当中就很难被发现。所以，对于坐标的精确度就会产生严重的影响。根据拉碴佩利所做出的统计，一个周跳针对经纬度还有高程的影响为：

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ΔL=0.03m～0.06m ΔB=0.10m～0.18m Δh=0.14m～0.16m

因此，我们可以看出，哪怕一颗卫星只存在一个周跳，那么在观测中也将会产生几厘米的误差。

6 GPS 测量仪器的质量检定

综合上文笔者针对GPS接收机的诸多误差进行分析，然而我们首先需要了解的却还是所使用仪器本身的性能，以及工作特性，并且其在观测中所能够达到的精度水平。在使用GPS进行作业的时候，其是主要的计划依据体现，然而在GPS定位测量中是否能够全面有力的保障其顺利的完成项目作业，也有着重要的作用。由此，我们可以将其看成是，在实践工作中针对GPS测量仪器，首先必须要做的就是事先进行有效的检验，倘若没有高效的检验仪器，那么在实践作业过程当中便无法有效的完成作业，GPS也无法起到实际作用。 7 总结

综上所述，在实践中利用GPS进行作业测量，我们需要对其所体现出来的所有误差进行全面有效的分析，综合考虑各方面因素对GPS所造成的负面影响。然而在实践作业中，想要有效的满足GPS接收机的作业精度，那么其主要的误差也便是上文所阐述出现的问题，所以我们专业的工作人员在实践中对于产生这些问题的可能性，应当采取有效的措施尽量的给予避免问题发生，减少项目作业中的误差出现，只有这样才能够更好的使用GPS进行测量，保证其测量数据的精确性。 参考文献

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