GPS测量误差及其影响GPS课件.ppt
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1、第第7 7章章GPSGPS测量误差处理测量误差处理主要内容主要内容7.1 7.1 误差的分类误差的分类7.2 7.2 与卫星有关的误差与卫星有关的误差7.3 7.3 与传播途径有关的误差与传播途径有关的误差7.4 7.4 与接收设备有关的误差与接收设备有关的误差7.5 7.5 其他误差其他误差( (因素因素) )7.1 7.1 误差的分类误差的分类7.1.1 7.1.1 按性质分类按性质分类v 系统误差v 偶然误差v 其它误差系统误差(影响)系统误差(影响)v系统误差(偏差 - Bias)内容具有某种系统性特征的误差钟差、对流层延迟、电离层延迟等特点具有某种系统性特征量级大 最大可达数百米v偶
2、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偶然误差(影响)偶然误差(影响) 特点随机量级小 毫米级偶然误差(观测噪声) - Noise一般优于波长/码元长度的1/100。C/A码伪距:0.3m -3mP(Y)码伪距:3cm -0.3m载波相位:0.2mm -2mm GPS定位中出现的各种误差,按误差性质可分为系统误差系统误差(偏差)和偶然误差偶然误差两大类。其中系统误差无论从误差的大小还是对定位结果的危害性讲都比偶然误差要大得多,而且有规律可循,可以采取一定措施来加以消除,因而是本章的主要内容 其它误差其它误差其它软件 模型误差GPS控
3、制系统7.1.2 7.1.2 按来源分类按来源分类v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v 与卫星有关的误差卫星轨道误差卫星钟差相对论效应v与接收设备有关的误差接收机天线相位中心的偏差和变化接收机钟差接收机内部噪声各类误差对导航定位的影响各类误差对导航定位的影响单位:米单位:米7.1.3 7.1.3 消除减弱上述系统误差的措施和方法消除减弱上述系统误差的措施和方法建立误差改正模型差分法参数估计法随机模型外部观测数据改正回避法 上述各项误差对测距的影响可达数十米,有时甚至可超过百米,比观测噪声大几个数量级。因此必须加以消除和削弱。消除或削弱这些误差所造成的影响的方法主要有: 建立误
4、差改正模型原理:采用模型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。如电离层延迟和对流层延迟改正模型等7.1.3 消除减弱上述系统误差的措施和方法消除减弱上述系统误差的措施和方法 误差改正模型既可以是通过对误差特性、机制以及产生的原因进行研究分析、推导而建立起来的理论公式理论公式(如利用电离层折射的大小与信号频率有关这一特性(即所谓的“电离层色散效应”)而建立起来的双频电离层折射改正模型基本上属于理论公式)。 也可以是通过大量观测数据的分析、拟合而建立起来的经验公式经验公式。在多数情况下是同时采用两种方法建立的综合模型(各种对流层折射模型则大体上属
5、于综合模型) 由于改正模型本身的误差(模型误差模型误差)以及所获取的改正模型各参数的误差(参数测参数测量误差量误差),仍会有一部分偏差残留在观测值中。这些残留的偏差通常仍比偶然误差要大得多。 误差模型的精度好坏不等误差模型的精度好坏不等。有的误差改正模型效果较好,例如双频电离层折射改正模型的残余偏差约为总量的1%左右或更小;有的效果一般,如多数对流层折射改正公式的残余偏差约为总量的510%左右;有的改正模型则效果较差,如由广播星历所提供的单频电离层折射改正模型,残余误差高达3040%。 随机模型法随机模型法 先利用经验模型进行改正,然后把残余的系统误差当成随机误差来处理,给观测值定义适当随机模
6、型,即给误差较大的观测值定较低权,以达到削弱这些误差参数估计影响的目的。 7.1.3 消除减弱上述系统误差的措施和方法消除减弱上述系统误差的措施和方法原理:原理:仔细分析误差对观测值或平差结果的影响,安排适当的观测方案和数据处理方法观测方案和数据处理方法(如同步观测,相对定位等),利用误差在观测值之间的相关性或在定位结果之间的相关性和相似性相关性和相似性,通过求差来消除或削弱其影响的方法称为差分法。适用情况:适用情况:误差具有较强的空间、时间或其它类型的相关性。如对流层延迟、对流层延迟、卫星轨道误差的影响等具有较强的空间相关性,就可以通过相距不远的不同地点的同步观测值相互求差,来消弱其影响差分
7、法差分法 例如,例如,当两站对同一卫星进行同步观测时,观测值中都包含了共同的卫星钟误差,将观测值在接收机间求差即可消除此项误差。同样,一台接收机对多颗卫星进行同步观测时,将观测值在卫星间求差即可消除接收机钟误差的影响。 又如又如,目前广播星历的误差可达数十米,这种误差属于起算数据的误差,并不影响观测值,不能通过观测值相减来消除。利用相距不太远的两个测站上的同步观测值进行相对定位时,由于两站至卫星的几何图形十分相似,因而星历误差对两站坐标的影响也很相似。利用这种相关性在求坐标差时就能把共同的坐标误差消除掉。其残余误差(即星历误差对相对定位的影响)一般可用下列经验公式估算:若轨道误差若轨道误差若轨
8、道误差若轨道误差2020米,基米,基米,基米,基线长度为线长度为线长度为线长度为2 2公里,则公里,则公里,则公里,则轨道误差带来的基线轨道误差带来的基线轨道误差带来的基线轨道误差带来的基线长度误差为长度误差为长度误差为长度误差为2 2毫米毫米毫米毫米参数法参数法原理:采用参数估计的方法,将系统性偏差求定出来适用情况:观测数据量较多时当观测量较少时,增加估计参数很容易导致方程病态,使解算结果不准确。回避法回避法原理: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。如对于电磁波干扰、多
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