提高GPS定位精度的数据处理技术

【摘要】近十几年来，GPS的导航定位技术在军事方面及民用方面都得到了蓬勃发展，目前已广泛应用于工程测量、指挥控制、车辆定位、城市交通监控等众多领域。然而，由于GPS卫星多以固定的频率发射，并且发射的导航信号比较微弱，致使GPS接收机极易受到破坏因素的干扰，因此如何提高GPS定位精度已成为目前GPS定位技术的研究重点。

【关键词】GPS定位精度，处理技术，工程测量

中图分类号：P228文献标识码： A

一、前言

随着近几年来，GPS系统显示出了在我国越来越广泛的使用用途。GPS系统应用是一项渗透力非常强的技术，它还将牵引接收机制造业、通信设备制造业、地理信息产品行业的发展，成为信息产业新的经济增长点。因此，合理地应用GPS系统并尽可能地提高其定位精度可以为我国国防和国民经济提供更广的服务。

尽管全球定位系统(GPS)已经是目前精度最高、技术最为成熟的卫星导航系统，但仍有许多使用者不满足于GPS定位的原始精度，尤其在工程测量中，希望获得更高的定位精度以满足更多需求。由GPS进行数据采集了之后要经过一系列的数据处理之后才能得到可用的数据结果的。由于GPS接收机采集到的是地面接收天线到卫星的距离和卫星星历等与常规测量技术测量所得到的地面点间的相对关系不同的量，并且GPS测得的成果是基于WGS-84坐标系，这与使用者需要的地区的点位坐标不同，所以要得到有使用价值的量测定位成果，测量后的数据处理是极为复杂且不可缺少的。

二、GPS数据处理特点

1.数据量大

当GPS卫星在正常的进行工作时，卫星会不断的用1和0二进制码元组成的随机码发射导航电文。GPS卫星系统使用的伪码主要分为两种，一种是军用的P码与民用的C/A码，军用的频率10.23MHz，码间距0.1微秒。民用的C/A码，频率1.023MHz，重复周期一毫秒，码间距1微秒。GPS的导航电文主要包括工作状况、卫星星历、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。综上所述。GPS系统运行与接收数据量都是非常大的，是许多常规测量方法无法相比拟的。

2.数据处理复杂：采用数学模型，算法等形式多样，从采集到的原始数据到GPS 定位成果，整个处理过程十分复杂，每一过程的数据模型和就算方法各不相同，每一过程都需要对不同的数据进行有序的组织，检验和分析。

3 .数据处理对计算机性能要求较高：GPS终端采集的数据量大，且数据处理过程复杂，平台软件会根据用户的需要剔除不需要处理的数据进行保存，计算出用户需要的数据传输给用户，因此会耗费较大量的计算机性能资源，对计算机的性能要求较高。

三、影响GPS数据精度的因素

我们根据GPS定位的原理，综合分析了影响定位精度的主要因素，它主要来源于信号传播的过程、相应的时间定位精度和接收机误差，因此我们对定位误差的贡献因子主要包括大气层干扰、SA误差、大气层干扰、、对流层延迟改正后残差、大气层干扰及多路径效应误差。概括起来定位的主要误差来源可分为3类，即卫星误差、信号传播误差和接收误差。

1.卫星有关的误差

1.1.星历误差

GPS卫星的星历主要分为精密星历与广播星历两种，星历误差是指由历所给出的卫星在空间位置与实际位置之差。我们现在采用精密星历，对于静态清密定位中有着非常重要的作用。

1.2.卫星钟误差

卫星钟的误差分为两钟，这种误差是由卫星自身所造成的，其本身的精密程度无法被修正。这两种误差是指由钟差、频偏、频漂等产生的误差，也包括钟随机误差。

2.接收设备误差

2.1.接收机安置误差

测站标石中心的误差相对于接收机天线相位中心。包括天线整平、对中误差和量取天线高误差。精密定位时，操做时必须仔细进行，以期可以减少这种误差的对于总体的影响。

2.2.接收机计算误差

具有一定局限性的还有接收机所产生的噪声及接收机接收到的卫星们号传播的时间的精度控制问题。这就造成了接收机的计算位置出现了偏差。但是接收机所产生的误差，比信号在传输过程中所引起的误差要小很多。

2.3.接收机计算误差

由接收机自身的精度决定，无法进行改正。而接收机安置误差和卫星与接收机组成的几何形状的影响可以通过具体操作来解决。

3.与信号传播有关的误差

卫星信号从太空传输到接收机，要经过大气层中的电离层和对流层，它们会引起电磁波传播的延迟，使信号穿过大气层的速度不相同。接收卫星信号受周围环境的影响，可能会产生多路径效应。

3.1.对流层折射误差

信号的路径发生变化，这与地表上不同的气压与湿度等不一样相关，地表气体中所包含的水气会引起信号的反射；大气层的密度从上至下越来越大，这些问题得距离产生误差。卫星的高度角越大，对其产生的影也会越小，如果反之影响则会越大。为了消弱这种影响，对流层折射差，我们引入了对流层的模型，以期可以更好的测量正确的路径并将距离加以改正，

3.2.多路径效应误差

GPS信号也会受到反射。我们所设置的地面信号接收设备，它接收了来自卫星所传递的信息之外，还接收来自地表高大建筑或山体或是水域所传递的干扰的信号，多路径的信号传播称为路径效应。而接收机所接收的所有信号里，这些出现的干扰信号会阻碍接收机接收GPS的原始信号，这些都造成了我们对于位置的计算偏差,这些原因是影响GPS定位精度的重要误差源。

四、提高GPS数据处理精度措施

1.减小接收机误差的措施

1.1.接收机安置误差

我们需要加强对于人员的培训力度，使得仪器的操作人员可以熟练的常握操作的全过程。仪器的量取、仪器对中整平等会直接影响定位精度，另外，对于不同的仪器的动态与静态的切换、电量的衬时检测对观测结果也很重要。

1.2.仪器对中整平

仪器对中设备的精度直接影响控制网的点位精度和边长相对精度，需要在测前对仪器进行立体的检验，脚架是否稳定，基座对中部位在互为180。的方向上，对中精度偏离控制在1mm之内。

1.3.仪器高量取

用三次平均值进行测定，精确仪器高量取，盒尺精度要有保证，最后取结果。

2．削弱信号传播误差的措施

2.1.电离层折射误差

我们通过采用双频的接收机，用来计算可以有效减弱电离层折射的影响的大气层，经较GPS卫星的信号L1与L2载波。

2.2.对流层折射误差

我们通过对接收机角度的控制来减少，接收机角度对于对流层折射的影响。

2.3.多路径效应误差

多路径误差具的复杂性特点，我们无法对他进行改正，我们只能对其进行削弱的办法。在接收机选择点位的时候，我们应该尽量避免选择那种大面积积的反射性平面物体等；并且应该远高汽车的停靠位置；而且不能选择低洼地区安装接收机，以免信号反射到空中。

3.削弱信号干扰误差的措施

我们通过选择合适的点位，用来消除信号的干扰情况，在进行实地选点的过程中，应考虑多方面的因素，避开可能产生信号干扰的区域；首先，远离大功率的发射源，其次，接收机的周围不应产生无线电信号，这些信号会影响接收机；最后在视场内应减少障碍物，以免信号被遮挡，失去连续性。

4.削弱与控制网布设有关的误差

我们已知的点位的分布选择情况时，我们应该尽量选择大边长，尽量的减速少方位的边出现短边的情况。我们为了相对精度提高了大边的长度；应该按照C级网进行布设，已知2个点之间进行连接的独立闭合环数应小于等于6，在点位分布超过此要求时，控制网的精度得不到保证，在我们进行布网时，应该尽量的减少独立的闭合环数，以提高对其网的控制精度。

5、提高GPS网的可靠性

增加观测时段数、增加独立基线数，保证一定的重复设站次数，保证每个测站至少与三条以上的独立基线相连，这样可以使得测站具有较高的可靠性在布网时要使网中所有最简异步环的边数不要过多，对网中距离较近的点一定要进行同步观测，以获得直接观测基线。可以在全面网之上建立框架网，以框架网作为整个GPS网的骨架。在布网时要使网中所有最简异步环的边数要过多。在建立GPS网时，引入高精度激光测距边，作为观测值与GPS观测值一同进行联合平差，或将它们作为起算边长。

五、GPS数据处理精度的提高在电厂建设工程中的体现

将GPS系统应用于电厂建设测量工程中，在很多方面相较于传统测量仪器，在初级控制网及次级控制网的建立、辅助厂房轴线定位、地形测量等方面，具有定位精度高、观测时间短、作业费用低等特点，具体特点及功能表现如下：

1、定位精度高。

电厂建设工程中，需要建立不同精度等级的控制网，使用静态定位方式，进行厂区内初级控制网及次级控制网的布测，通过提高GPS数据处理精度的措施，通过与上一次控制网点的联测，最终控制网点相对点位中误差可以达到2mmm级别，很好得满足电厂建设重要厂房定位的需要。

2．观测时间短。

随着GPS系统的不断完善软件的不断更新，目前相对静态定位仅需30～45分钟就可以满足建立厂区控制网的精度要求；如果进行地形测量，使用实时动态定位技术（RTK）定位测量时，流动站完成一个点的观测时间只需1～3秒钟。基于这种短时间的操作特点，GPS技术使用时可以快速地完成厂区地形测量工作。无需传统全站仪测量方式下的点间通视及查找棱镜目标，提高工作效率，效缩短了外业作业时间。

3．作业费用低。

GPS测量不要求测站之间互相通视只需测站上空开阔即可，因此可节省大量的造标及转点费用，以测量一幅面积为50万平米的1：500的大比例尺电厂厂区地形图为例，如采用全站仪测量方案，使用一套全站仪，一个小组3-4人，大概需要7-8天可以完成外业数据采集，如采用GPS实时动态定位技术的测量方案，仅需1-2人，局部上空不开阔的图根点配合使用全站仪补测，4天左右即可完成数据采集工作，有效降低了作业费用。

结束语

通过对影响定位精度因素的分析，分清各项误差的来源，进而有针对性地采取防范措施，把外界因素对信号的干扰降到最低程度，为接收高质量的卫星信号打下基础，可以有效保证GPS数据处理技术精度的提高。

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