GPS测量中关于减少误差的研究

摘要：gps测量广泛用于各种工程测量，因其具有抗干扰性好、保密性强、测量范围广、效率高的特点，所以受到很多工程测量人员的青睐，本文重点分析了GPS测量中相关的测量误差问题，其中包括GPS测量误差产生的原因，应采取的应对措施，处理测量数据的方法，本文的分析研究成果可用于GPS的各种工程测量。

关键词：GPS测量；测量误差； 数据处理；研究

中图分类号： P2 文献标识码： A

GPS是指全球卫星定位系统( Global Positioning System)，这种技术最先由美国创立，它可以可向全球各地用户提供连续、实时、高精度的三维位置、速度及时间信息。利用这种GPS卫星导航定位系统，可以在任意时间及地点为你提供实时、连续的三维导航定位，并能够进行精确定位与高精度的时间传送。本文重点研讨了GPS测量中相关的测量误差问题，现把相关研究内容阐述如下.

一.GPS测量中误差原因的分析 GPS中出现的各种定位的误差，主要是系统误差与随机误差，这些误差都可以采取一定的措施加以防范并消除，具体分析又可分以下几种类型。

1.源自卫星的误差 ①星历所产生的误差：卫星所处的实际位置和卫星星历所给出的位置往往会存在一定偏差，这种误差称之为星历误差，其误差值与卫星定轨系统中定轨站的数量及其地理分布，观测值的数量与精度及所用软件的完善度密切相关，是由卫星定轨系统的质量所决定的。 ②卫星钟所产生的误差：卫星上安装有高精度的原子钟，但也会产生误差，其误差包括产生于钟差、钟速、频漂等偏差的系统误差，还有产生于钟的稳定度的随机误差，系统误差值相对于随机误差要大得多，此误差可采用检验的方式来确定且能通过修改模型进行纠正；③相对论效应类的星钟误差，其误差来源于卫星钟与接受钟所处的位置的运动速度与重力位的不同而产生两钟之间的数值之差。因其误差主要来源于卫星的运动速度与所处位置的重力位相对不同，且以卫星钟的误差形式呈现，故将其归类于卫星所导致的误差。

2 .信号传播过程中所产生的误差 ①离子层延迟：在高度为50―1000千米的大气层中，由于太阳紫外线、x射线、高能粒子等所起的作用，这一空气层的气体分子发生电离，电离层所产生的磁干扰必然会影响信号的传播精度，使其传播数据与路径发生改变，电离层延迟就会产生，电离层对信号传播的影响主要取决于该传播路径所处的空气层中总电子含量TEC的多少，同时也会受到太阳黑子等因素的影响，这样一来载波相位观测值和测码伪距观测值就会因电离层的影响而产生延迟。②对流层延迟，在高度为50千米以下的大气层中，集中了大气的百分之八九十的质量，卫星信号在这一空间的传播速度为 V = c／n（c为真空中的光速，n 为大气折射率），常常会因为气温、 气压与相对湿度等因素的影响，卫星信号的传播路径就会发生弯曲，因这一原因而导致的系统值误差称之为对流层延迟，这一因素对测码伪距和载波相位观测值的影响是同一方向的。③多路径导致的误差：从卫星所发出的的信号经常会与一些具有强反射特性的物体表面所反射的的信号相互干扰，这样就会产生系统测量数据的误差，我们常常称之为多路径误差，测码伪距观测值所受的多路径误差影响要大于对载波相位观测值的影响，多路径误差的产生主要决定于观测站所处的环境、观测时间及接受机的质量。

3 .接收机所导致的误差 ①接受机的钟误差，接受机的钟像卫星钟一样也会产生误差，接受机所安的钟多为石英钟，所以其误差更多的取决于钟的质量，也受到环境的决疣溃痈，误差也量更为明显，其误差对载波相位观测值及测码伪距观测值是同方向的。②接受机的位置误差，接受机的位置按设置要求进行设置的，但也存在差误差，并进而产生系统的误差，其误差对载波相位观测值及测码伪距观测值也是相同的，在进行GPS的计算时其中一个端点的近似坐标值也会让计算结果产生误差。③这项误差取决于各种不同作业环境与仪器的性能，但测量噪声所产生的误差值与以上各项误差相比较小，且观测的时间越长观测的噪声值越小学。常被忽略不计。

二. 采取相应措施减少误差，以上所述的各项误差对观测距的影响少则几十米，多则上百米，会大大影响定们精度，因此要采取方法关注误差所造成的测距影响主，其主要措施有以下几种：

1. 通过建立误差改正模型降低误差值，利用理论公式或经验公式修改误差，理论公式是在对误差产生的机制、特性及原因分析研究的基础上建立的，而经验公式则是在对观测数据的分析前提下拟定的，也可以采用这两种方法结合的方式建立起综合模型。利用电离层的色散效应而建立的双频电离的折射模型为理论公式；其它的对流层折射模型则属于综合模型。在误差修改模型中我们要注意运用改正效果较好的模型，如效果较好的如双频电离层折射修改模型修改后的残留误差为小于或等于总量的1%，效果一般的如对流层折射修改公式，其的残余误差约占总量的5％，效果差的如广播星历所提供的单频电离层的修改模型，其残余误差较高。

2.利用求差法减少误差

在实际观测过程中，我们可以利用误差对于观测值及定位结果之间的相关性，综合误差对观测结果的影响以求差的方法来降低误差值的方法，这种方法我们称之为求差法。如上面提到地广播星历的误差为5米左右，这种数据误差并不会影响观测数值，可以利用相距较近的两个观测站同步观测值实施定位时，因两测站到卫星的情况非常接近故星历误差对对两站坐标的影响也相似，这就可以在求坐标时产生共同影响的误差加以消除，它的残留误差则可用经验公式进行估算以消除。

三. 硬件与观测条件的选择

在实际观测的过程中，有些误差难以用以上的方法进行消除，如多路径误差采用求差及建立修改模型的都不能消除，那么要减少这种误差的最好的方法就是选择好的观测环境，测站的位置远离干扰源及反射物，在硬件上可采用质量较高的天线，这样来把该项压到最小。

综上所述，根据目前对 G P S 测量研究，如想得到高精度的观测结果，就应该从人为因素与自然因素两方面去考虑，然后采用相对应的措施来减轻误差对观测的影响，如要在测量中要精确的确定高程差异才能得到工程所要的正高，所以在GPS数据的处理中，我们要根据不同的情况采取相对应的措施来提高测量精度，满足工程的测量需求。

参考文献

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