1、 武汉大学武汉大学 测绘学院测绘学院 GPSGPS原理及其应用课程组原理及其应用课程组14.1 概述概述GPS原理及其应用原理及其应用第四章第四章 GPS定位中的误差源定位中的误差源GPS原理及其应用原理及其应用2/17第四章第四章 GPS定位中的误差源定位中的误差源4.1 概述概述GPS原理及其应用原理及其应用3/174.1概述概述GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 概述概述GPS原理及其应用原理及其应用4/17 与卫星有关的误差 卫星轨道误差 卫星钟差 相对论效应 与传播途径有关的误差 电离层延迟 对流层延迟 多路径效应 与接收设备有关的误差 接收机天线相位中心的偏移和变化 接收机钟差
2、 接收机内部噪声GPS测量误差的来源测量误差的来源GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 概述概述 GPS测量误差的来源测量误差的来源GPS原理及其应用原理及其应用5/17GPS测量误差的性质测量误差的性质 误差按性质分类 粗差、偶然误差、系统误差 偶然误差 概念 相同条件下的测量过程中，观测量的误差在大小和符号上表现出偶然性，绝对值小，互相可以抵消；总体上有一定统计规律，这种误差称为偶然误差。 内容 卫星信号发生部分的随机噪声 接收机信号接收处理部分的随机噪声 其它外部某些具有随机特征的影响 特点 随机 量级小 毫米级GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 概述概述 GPS测量误差的性质测量
3、误差的性质GPS原理及其应用原理及其应用6/17GPS测量误差的性质测量误差的性质 偶然误差（续）分布统计 正态分布 其他分布均匀分布拉普拉斯分布GPS原理及其应用原理及其应用7/17GPS测量误差的性质测量误差的性质 系统误差（偏差 - Bias） 内容 其它具有某种系统性特征的误差 特点 具有某种系统性特征 可以用数学模型模拟其变化过程 量级大 最大可达数百米GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 概述概述 GPS测量误差的性质测量误差的性质GPS原理及其应用原理及其应用8/17GPS测量误差的性质测量误差的性质粗差（系统误差） 一般指测量过程中人为粗心或不注意而造成的比较大的、数据处理无
4、法自动改正的误差。 GPS测量中经常遇到的粗差有： 1）量错了天线高。 2）测量了错误的点 3）输入了错误的点名 4）输入了错误的坐标GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 概述概述 GPS测量误差的性质测量误差的性质GPS原理及其应用原理及其应用9/17 精密度和精确度，是完全不同的。1）精密度（Precision）：表达的概念是每一个观测量与另一个观测量、或与所有观测值的平均值的接近程度。而不考虑与真值的关系。2）精确度（Accuracy）：表达的概念是每一个观测量与真值接近程度的数量关系。 而不考虑每一个观测量与另一个观测量、或与所用观测值的平均值的接近程度。GPS测量定位的误差源测量定
5、位的误差源 概述概述 GPS测量误差的性质测量误差的性质测量精度分类测量精度分类GPS原理及其应用原理及其应用10/17 偶然误差的消除，提高观测值的精密度(Precision)。 只有消除了系统误差和粗差，才能提高观测值的精确度(Accuracy)。 GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 概述概述 GPS测量误差的性质测量误差的性质误差和精度的关系误差和精度的关系GPS原理及其应用原理及其应用11/17GPS测量误差的大小测量误差的大小 SPS（无（无SA）GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 概述概述 GPS测量误差的大小测量误差的大小1-sigma 误差，单位 m 误差来源 偏差 随
6、机误差 总误差 星历数据 2 .1 0.0 2.1 卫星钟 2.0 0.7 2.1 电离层 4.0 0.5 4.0 对流层 0.5 0.5 0.7 多路径 1.0 1.0 1.4 接收机观测 0.5 0.2 0.5 用户等效距离误差(UERE), rms 5.1 1.4 5.3 滤波后的 UERE，rms 5.1 0.4 5.1 1-sigma 垂直误差VDOP = 2.5 12.8 1-sigma 水平误差HDOP = 2.0 10.2 GPS原理及其应用原理及其应用12/17GPS测量误差的大小测量误差的大小 SPS（有（有SA）(11-02)GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 概述概
7、述 GPS测量误差的大小测量误差的大小1-sigma 误差，单位 m 误差来源 偏差 随机误差 总误差 星历数据 2 .1 0.0 2.1 卫星钟 20.0 0.7 20.0 电离层 4.0 0.5 4.0 对流层 0.5 0.5 0.7 多路径 1.0 1.0 1.4 接收机观测 0.5 0.2 0.5 用户等效距离误差(UERE), rms 20.5 1.4 20.6 滤波后的 UERE，rms 20.5 0.4 20.5 1-sigma 垂直误差VDOP = 2.5 51.4 1-sigma 水平误差HDOP = 2.0 41.1 GPS原理及其应用原理及其应用13/17GPS测量误差的
8、大小测量误差的大小 PPS，双频，双频，P/Y-码码GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 概述概述 GPS测量误差的大小测量误差的大小1-sigma 误差，单位 m 误差来源 偏差 随机误差 总误差 星历数据 2 .1 0.0 2.1 卫星钟 2.0 0.7 2.1 电离层 1.0 0.7 1.2 对流层 0.5 0.5 0.7 多路径 1.0 1.0 1.4 接收机观测 0.5 0.2 0.5 用户等效距离误差(UERE), rms 3.3 1.5 3.6 滤波后的 UERE，rms 3.3 0.4 3.3 1-sigma 垂直误差VDOP = 2.5 8.3 1-sigma 水平误差HD
9、OP = 2.0 6.6 GPS原理及其应用原理及其应用14/17消除或消弱各种误差影响的方法消除或消弱各种误差影响的方法 （1）模型改正法 原理：利用模型计算出误差影响的大小，直接对观测值进行修正 适用情况：对误差的特性、机制及产生原因有较深刻了解，能建立理论或经验公式 所针对的误差源 相对论效应 电离层延迟 对流层延迟 卫星钟差 限制：有些误差难以模型化GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 概述概述 消除或消弱各种误差影响的方法消除或消弱各种误差影响的方法 改正后的观测值=原始观测值+模型改正GPS原理及其应用原理及其应用15/17消除或消弱各种误差影响的方法消除或消弱各种误差影响的方法
10、 （2）求差法 原理：通过观测值间一定方式的相互求差，消去或消弱求差观测值中所包含的相同或相似的误差影响 适用情况：误差具有较强的空间、时间或其它类型的相关性。 所针对的误差源 电离层延迟 对流层延迟 卫星轨道误差 限制：空间相关性将随着测站间距离的增加而减弱GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 概述概述 消除或消弱各种误差影响的方法消除或消弱各种误差影响的方法 11()410sbb GPS原理及其应用原理及其应用16/17消除或消弱各种误差影响的方法消除或消弱各种误差影响的方法 （3）参数法 原理：采用参数估计的方法，将系统性偏差求定出来 适用情况：几乎适用于任何的情况 限制：不能同时将所
11、有影响均作为参数来估计GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 概述概述 消除或消弱各种误差影响的方法消除或消弱各种误差影响的方法 GPS原理及其应用原理及其应用17/17消除或消弱各种误差影响的方法消除或消弱各种误差影响的方法 （4）回避法-选择较好的观测条件和硬件 原理：选择合适的观测地点，避开易产生误差的环境；采用特殊的观测方法；采用特殊的硬件设备，消除或减弱误差的影响 适用情况：对误差产生的条件及原因有所了解；具有特殊的设备。 所针对的误差源 电磁波干扰 多路径效应 限制：无法完全避免误差影响，具有一定的盲目性GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 概述概述 消除或消弱各种误差影响的方法消除或消弱各种误差影响的方法
