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摘要 尽管GPS已成为高精度的导航定位系统，但它存在一些重大误差。只有理解这些误差，才能削弱这些误差，从而提高GPS进行导航和定位的精度。
关键词 GPS 误差分析
0. 前言
尽管GPS现已发展成为高精度的全球导航定位系统，十多年来已广泛用于我国导航定位各领域，为国家经济建设和国防建设作出了巨大贡献。但是它仍然存在重大的误差。只有深刻理解这些误差的性质，大小及其影响，才能在制定技术方案和实测时，采用必要措施将其削弱，从而提高观测成果的可靠性和精确性。
1、 GPS误差来源
GPS定位测量的主要误差来源有三个方面：与GPS卫星有关的误差；与信息传播有关的误差；与接收设备有关的误差。误差种类如下表所示，其中卫星星历误差，电离层折射误差，对流层折射误差是影响GPS定位精度的主要因素。
误差来源 误差种类 对距离的影响（m）
GPS卫星
卫星星历误差
卫星钟误差
相对论效应
1.5—15
信号传播 电离层折射误差
对流层折射误差
多路径误差
1.5—15
接收设备 接收机钟误差
相位中心位置误差 1.5—5
2、GPS定位误差减弱措施
如前所述，GPS定位误差的主要误差为卫星星历误差、电离层折射误差和对流层折射误差，本文主要讨论这三种误差以及如何减弱或消除这些误差。
2．1卫星星历误差
某一瞬间的卫星位置，是由卫星星历提供的。所以卫星星历误差实际上就是卫星位置的确定误差。星历误差是一种起始数据误差，其大小主要取决于卫星跟踪站的数量，及空间分布，观测量的数量及精度，轨道计算时所采用的轨道模型及定轨软件的完善性质。
卫星星历的数据来源有两类：
（1）广播星历 广播星历是卫星电文中所携带的主要信息。它是根据美国GPS控制中心跟踪站的观测数据进行外推，通过GPS卫星发播的一种预报星历。共含17个参数，每小时更新一次。由这17个星历参数确定的卫星位置精度为20到40米，有时可达到80米。
（2）实测星历 它是根据实测资料进行拟舍处理，而直接得到的星历。它需要在一些已知精确位置的点上跟踪卫星来计算观测瞬间的卫星的真实位置，从而获得可靠准确的精密星历。这种星历在观测1至2个星期之后才能得到，这对导航和动态定位无任何意义，但是在静态精密定位中具有重要作用。
减弱星历误差影响的途径
（1）、建立卫星跟踪网独立定轨
为了使我国用户不受美国政府有意降低卫星星历精度的影响，可以建立自己的GPS卫星跟踪网，进行独立定轨。如果跟踪站的数量和分布选择得当，实测星历可达到10-7的精度，这对提高精密定位的精度将起到显著作用。根据实测星历外推，还可求得较为准确的预报星历，供实时定位用户使用。
（2）相对定位
因为星历误差对相距不太远的两个测站的影响基本相同，所以对于确定两个测站空间的相对位置，基本上不受星历误差的影响。
（3）轨道松弛法
所谓轨道松弛法，就是在平差模型中把卫星星历给出的卫星轨道视为初始值，将其改正数作为未知数，通过平差同时求得测站位置及轨道改正数。不过这种方法不适用小范围的测区。此外，数据处理相当复杂，工作量在大为增加，不宜在作业单位普遍推广。
2．2电离层折射误差
由于电离层中存在自由电子，GPS信号在电离层中传播时将产生时延，时延值同电子数成正比。就一阶项而言，此时延值也同载波频率平方的倒数成正比增长。设计载波平滑的滤波器时应顾及此特性。通常，温带地区的电离层变化比较平稳，而赤道和两极的附近，电离层变化较大。
减弱电离层折射误差的途径：
（1），采用时延周日模型
要改正受电离层时延影响的观测值，最简单的办法是采用时延周日模型，即利用时延在一周或一日的变化规律来对观测值进行改正，从而提高观测值的精度。
（2），采用双频接收机
利用L1/L2频率的观测值可直接解算电离层时延。L1和L2到过时间之差可直接进行代数的解算。一台质量较好的双频接收机，在基本消除电离层时延后，能够提供1到2米的测距精度。
2．3对流层折射误差
GPS信号经过对流层时，受到气温气压等的影响，将使GPS信号的传播方向和速度都发生变化，同样产生时延，影响GPS定位的精度。不过对于多数用户，在一般环境下，采用较好的对流层改正模型，有效精度可达到1米甚至更高。
3、 结束语
本文定性的分析了GPS定位误差的来源以及影响GPS定位精度的主要因素以及减弱和消除这些因素、影响的措施，得出了一些有益的结论，这些必将有利于GPS的研究与应用。
参考文献
（1） 刘基余等著：《全球定位系统原理及其应用》，测绘出版社，1993
（2） 周忠漠，易杰军著：《GPS卫星测量原理与应用》，测绘出版社，1992
（3） 张凤举，王宝山编：《GPS定位技术》，煤炭工业出版社，1997
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雷达卡
发表于 2011-9-13 19:33
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