GNSS定位中的源误差

这是一篇关于GNSS定位中的源误差的思维导图，带我们从概述、相对论效应、钟误差、卫星星历误差、对流层误差、电流层延迟、多路径效应、其它误差改正这八个方面进行学习。

GNSS定位中的误差源

• • 1. 概述
    • • 误差分类与性质
        • 系统误差
          • 主要包括卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差、以及大气折射的误差等。
        • 偶然误差
          • 包括观测误差等。
        • GPS定位误差
          • 与卫星有关的误差
          • 与信号传播有关的误差
          • 与接收设备有关的误差
  • 2. 相对论效应
    • 狭义相对论
      • 性质
        • 运动将使时间、空间和物质的质量发生变化
      • 原理
        • 时间膨胀。钟的频率与其运动速度有关
      • 结论
        • 在狭义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变慢
    • 广义相对论
      • 性质
        • 将相对论与引力论进行了统一
      • 原理
        • 钟的频率与其所处的重力位有关
      • 结论
        • 在广义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变快
    • 解决相对论效应对卫星钟影响的方法
      • 首先考虑假定卫星轨道为圆轨道的情况；然后考虑卫星轨道为椭圆轨道的情况
      • 第一步：在地面上调低将要搭载到卫星上去的中的频率
      • 第二步：在时刻t时，在卫星钟读数上加上改正数
  • 3. 钟误差
    • 接收机钟差
      • 定义
        • GPS接收机一般采用石英钟，接收机钟与理想的GPS时之间存在的偏差和漂移。
      • 改正方法
        • 参数求解
        • 差分法：星间差分
        • 多项式拟合（二次、三次、四次多项式）
        • 测码伪距单点定位，精度0.1~0.2us
    • 卫星钟误差
      • 偏差
        • GPS定位中，无论码相位观测还是载波相位观测，都要求卫星钟与接收机钟 保持严格同步。实际上，尽管卫星上设有高精度的原子钟，仍不可避免地存在钟差和漂移，偏差总量约在1 ms内，引起的等效距离误差可达300km。
      • 改正方法
        • 通过对卫星运行状态的连续监测精确地确定，参数由主控站测定，通过卫星的导航电文提供给用户， 经钟差模型改正后，各卫星钟之间的同步差保持在5~10ns以内，引起的等效距离偏差不超过3m。
      • 获取
        • 通过精密星历获得精确的卫星钟差值
  • 4. 卫星星历误差
    • 定义
      • 星历误差 = 实际位置 - 星历所给位置
    • 原因
      • 摄动力
    • 大小
      • 跟踪站数量、分布
      • 观测值数量、精度
      • 轨道模型、定轨软件
    • 影响
      • 单点定位
      • 精密相对定位
    • 处理轨道误差方法
      • 忽略轨道误差
      • 采用轨道改进法处理观测数据
      • 采用精密星历
      • 采用轨道改进法处理观测数据
• • 5. 对流层误差
    • 对流层大气折射分类
      • 千分量：地面的大气压力和温度
      • 湿分量；传播路径上的水汽状况
    • 改正模型
      • 改正Hopfield模型
    • 折射数随高度的变化
      • 在对流层中，n 略大于1，随着高度的增加逐渐减小
    • 对流层影响处理方法
      • 定位精度要求不高时，忽略不计
      • 采用对流层模型加以改正
      • 引入描述对流层的附加待估参数，在数据处理中求解
      • 观测量求差
  • 6. 电离层延迟
    • 信号传播
      • 弥散介质→电离层→与电子密度有关
        • 根据大气物理学，如果电磁波在某种介质中的传播速度与频率有关，则该介质成为弥散介质
      • 非弥散介质→对流层→与大气压力、温度、湿度有关
      • 单一相波→载波相位
    • 电离层
      • 电离层折射影响，主要取决于信号频率和传播路径上的电子总量 ，通常采取的减弱措施
        • 利用两种不同的频率进行观测
        • 利用电离层模型加以修正
        • 利用同步观测值求差
          • 小于20km
    • 瞬时北天极、瞬时天球赤道、瞬时春分点
  • 7. 多路径效应
    • 定义
      • 接收机天线除直接收到卫星发射的信号外，还可能收到经天线周围地物一次或多次反射的卫星信号。两种信号迭加，将引起测量参考点位置变化，使观测量产生误差，称为多路径误差，也称多路径效应。
        • 对测码伪距的影响达米及级，对侧相伪距影响达厘米级。
    • 原因
      • 与测站环境有关
      • 与反射体性质有关
      • 与接收机结构、性能有关
    • 措施
      • 观测上
        • 选择合适的测站，避开易产生多路径的环境
      • 硬件上
        • 采用抗多路径误差的仪器设备
      • 数据处理上
        • 加权
        • 参数法
        • 滤波法
        • 信号分析法
  • 8. 其它误差改正
    • 天线相位中心位置偏差
    • 地球自转影响