淺談GPS定位器的精度控制
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- 2017-04-13 17:30:54
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1.GPS精度概念問題
度是單純的精密度的概念。GPS定位器的精度實(shí)際只是測(cè)量成果的隨機(jī)誤差甚至是部分隨機(jī)誤差特性的描述，更多的是對(duì)測(cè)量過程的部分精度損失量的估計(jì)，根本不是對(duì)測(cè)量成果的絕對(duì)誤差范圍的描述。
2.GPS精度控制
要控制精度首先要清楚了解影響GPS定位器精度的幾大要點(diǎn)，GPS測(cè)量誤差按其生產(chǎn)源可分三大部分：GPS信號(hào)的自身誤差，包括軌道誤差（星歷誤差）和SA，AS影響；GPS信號(hào)的傳輸誤差，包括太陽光壓，電離層延遲，對(duì)流層延遲，多路徑傳播和由它們影響貨其他原因產(chǎn)生的周跳；GPS接收機(jī)的誤差，主要是包括鐘誤差，通道間的偏差，鎖相環(huán)延遲，碼跟蹤環(huán)偏差，天線相位中心偏差等。
下面具體分析這三部分對(duì)GPS定位器的精度控制影響：
?。?）GPS信號(hào)的自身精度控制
GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)是非常靈活的。應(yīng)注意一下幾個(gè)問題：①除了特殊需要，一般GPS基線長(zhǎng)度相差不要太大，這樣可以使GPS測(cè)量的精度分布均勻；②GPS網(wǎng)不要有開放式的網(wǎng)站結(jié)構(gòu)，應(yīng)構(gòu)成封閉式閉合環(huán)和子環(huán)路；③應(yīng)盡量消除多路徑影響，防止GPS信號(hào)通過其他物體反射到GPS天線上，因此應(yīng)避開強(qiáng)反射的地面，避開強(qiáng)反射環(huán)境。
控制網(wǎng)的靜態(tài)GPS側(cè)倆個(gè)是利用載波相位測(cè)量，一般是由一個(gè)點(diǎn)設(shè)為一直點(diǎn)與一個(gè)待定點(diǎn)位同步觀測(cè)GPS衛(wèi)星，取得載波相位觀測(cè)值，從而得出待定點(diǎn)位的坐標(biāo)或兩點(diǎn)間的坐標(biāo)值，稱為基線測(cè)量，短基線測(cè)量可以消除SA影響。動(dòng)態(tài)測(cè)量解決SA影響的途徑是實(shí)時(shí)差分定位，即在已知坐標(biāo)點(diǎn)上布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)，通過基準(zhǔn)站去的誤差校正值，通過數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)傳給導(dǎo)航定位的移動(dòng)站，從而消除SA影響及兩站的各種共同的誤差，提亮了移動(dòng)站的導(dǎo)航定位精度。加濾波等處理的導(dǎo)航軟件以及組合導(dǎo)航系統(tǒng)，已使導(dǎo)航定位精度分差距離在100km左右時(shí)達(dá)到亞米級(jí)，差分距離遠(yuǎn)與1500km時(shí)達(dá)到米級(jí)。
?。?）GPS信號(hào)的傳輸精度控制
太陽光壓對(duì)衛(wèi)星產(chǎn)生攝動(dòng)影響衛(wèi)星的軌道，它是精密定軌的最主要誤差源。已有的太陽光壓改正模型有：標(biāo)準(zhǔn)光壓模型、多項(xiàng)式光壓模型和ROCK4光壓攝動(dòng)模型，這幾種光壓模型精度基本上相當(dāng)，可以滿足1m定軌的要求。最近有人提出，用附加隨機(jī)過程參數(shù)的方法或者對(duì)較長(zhǎng)的軌道用一階三角多項(xiàng)式逼近非模型化的長(zhǎng)期項(xiàng)影響，可得到更理想的結(jié)果，甚至可以滿足0.1~0.2m精度的定軌要求。
電離層引起碼信號(hào)傳播延遲，它與沿衛(wèi)星和用戶接收機(jī)視線方向上的電子密度有關(guān)，在垂直方向上延遲值在夜間平均可達(dá)3m左右，白天可達(dá)15m，在低仰角情況下分別可達(dá)9m和45m，在反常時(shí)期這個(gè)值還會(huì)加大。為了削弱電離層延遲所引起的定位精度損失，在長(zhǎng)基準(zhǔn)測(cè)量中用雙頻接收機(jī)采集GPS數(shù)據(jù)，對(duì)視測(cè)成果進(jìn)行實(shí)時(shí)電離層延遲改正，可以獲得很好的效果。對(duì)于單頻接收機(jī)的用戶，雖然可以用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行改正，但其殘差仍然很大。也可以用提高衛(wèi)星高度截至角減少其影響。
多路徑誤差是指GPS信號(hào)射至其他的物體上又反射到GPS接收天線上，對(duì)GPS信號(hào)直接射至GPS接受天線上的直接波的干擾。多路徑誤差的大小，取決于反射波的強(qiáng)弱和用戶天線抗衡反射波的能力。用戶天線附設(shè)仰徑板，當(dāng)仰徑板半徑為40cm，天線高于1~2m，可抑制多路徑影響。
接收機(jī)天線附近的水平面、垂直面和斜面都會(huì)使GPS信號(hào)產(chǎn)生鏡反射。天線附近的地形地物，例如道路、樹木、建筑物、池塘、水溝、沙灘、山谷、山坡等都能構(gòu)成鏡反射。因此，選擇GPS點(diǎn)位時(shí)應(yīng)特別注意避開這些地形地物，才去提高天線高度和其他防止多路徑誤差的措施。
?。?）GPS接收機(jī)的精度控制
GPS節(jié)后機(jī)常存在鐘誤差，通道間的偏差、鎖相環(huán)延遲、碼跟蹤環(huán)偏差、天線相位中心偏差等。所以必須先了解儀器性能、工作特性及其可能達(dá)到的精度水平。它是制定GPS作業(yè)計(jì)劃的依據(jù)，也是GPS定位測(cè)量順利完成的重要保證。也就是說對(duì)GPS測(cè)量?jī)x器必須先進(jìn)性作業(yè)前的檢驗(yàn)，沒有檢驗(yàn)的儀器是不能用于作業(yè)的。
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