浅谈GPS的定位原理及误差分析

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浅谈GPS的定位原理及误差分析
张春雷王亮
(91245部队)
科学论坛
●I
【摘 要]简述了全球定位系统(GPS)的基本结构和测量原理，总结了GPS应用的特点，分析了影响GPS测量精度的误差来源， 并对减小误差的方法
进行了初步的探讨。
[关键词]GPS 定位原理误差分析
中图分类号：P228．4 文献标识码：A 文章编号”1 009—91 4X(2009)03(a)一0053—01
全球定位系统(简称GPS)是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统，
它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定
位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。
一
、GPS的定位原理
GPS定位是把卫星当成移动的控制点，且己知其瞬时坐标，通过观测
GPS卫星与接收机天线之间的距离，进行空间距离后方交汇以确定地面点
位置的技术。在已知空问GPS卫星的瞬时位置的前提下，GPS接收机只要
接收到3颗GPS卫星所发射的信号，测得卫星到测站点的几何距离，利用
后方交会原理就可以确定测站点的三维坐标。由于各种偏差的存在，GPS
接收机根据接收信号所确定的距离是带有一定偏差的伪几何距离一伪距。
伪距是通过测码或测相确定的， 即码相位观测量(测码伪距)和载波相位观
测量(测相伪距)。按照参考点位置不同可以分为单点定位和相对定位。
图l单点定位示意图 图2相对定位示意图
GPS定位方式按接收机所处状态不同可以分为静态定位和动态定位。
静态定位是指GPS接收机在进行定位时，待定点的位置相对其周围的点位
没有发生变化，天线处于同定不动的静止状态。动态定位指在定位过程
中，接收机位于运动着的载体，天线也处于运动状态的定位。
二、GPS涓量的误麓分析
GPS定位测量误差按其来源可分为j部分：与卫星有关的误差，卫星星
历误差(轨道误差)、卫星钟误差及相对论效应的影响等与信号传播有关的
误差，主要包括电离层折射、对流层折射以及多路径误差等；与接收机有关
的误差，主要包括接收机钟差，天线相位中心偏移误差和载波相位观测的整
周不稳定性影响。
(一)与卫星有关的误差
(I)轨道误差(星历误差)
在GPS测量中，由于卫星轨道受地球和日、月引力场、太阳光压、潮汐
等摄动力及大气阻力的影响，对卫星轨道产生误差，卫星轨迹误差使定位的
精度降低。
卫星轨道误差是当前GPSN量的主要误差来源之一。测量的基线长度越
长，此项误差的影响就越大。减小卫星轨道误差的影响，可采用以下措施：
在进行精度较低的实时单点定位时．由于多余观测较少，一股忽略轨道误
差：确定GPS卫星轨道足减小星历误差的基本方法，建立我国自己的卫星跟
踪网以便精密定轨：在进行相对定位或静态定位时，多余观测较多，可采用
轨道改进法或同步观测值求差等方法减小轨道误差。
(2) H星钟误差及相对论效应的影响
6PS的定位精度在很人程度上=取决于测时精度，无论足GPS伪距定位还
是载波相位测量，均要求卫星钟与接收机钟严格同步，实际上它与理想的
使汽车维修的水平始终处于领先位置：作为国家政府部门要不断完善汽车
维修质量保证体系，加强汽车维修企业的管理和科学引导。
参考文献：
[1] 佚名．200 7中国行业资讯大全汽车维修．第一版．年鉴社，
2007．
[2] 张京伟． 中国汽车维修业的发展趋势．职业技术，2007．
[3]佚名． 中国汽车维修行业深度评估及市场调查研究发展分析报告
GPS时间依然存在偏差， 为了改正这种偏差，可通过连续监测精确测定其
运行状态参数、用多项式拟合法予以改正，经改正后的卫星钟差大约还会
有3013 s，其等效距离误差为l 0m。这个精度对于导航已能满足，对于大
地测量来讲尚需通过相对定位数学模型进一步消除或者减小误差。
(二)与接收机有关的误差
(I)接收机钟差
GPS信号接收机，一般设有高精度石英钟。在单点定位时，钟差可作为
未知数求出。通常是将接收机钟差改正数作为未知参数，在数据处理时与测
站坐标一起解算。在静态相对定位中，可通过观测量求差的方法消除接收机
钟差。在定位精度要求很高的测量中，还可采用高精度的外界频标(如铷原
子钟和铯原子钟)，提高接收机的测时精度。
(2)天线相位中心偏移误差
在实际工作中，如果使用同一类型的天线，在相距不远的两个或多个观测
站上同步观测了同一组卫星，那么，就可通过观测值求差的方法削弱天线相
位中心偏移误差。不过，这时各观测站的天线均应按天线附有的方位标进行
定向，使之根据罗盘指向磁北极，在高精度定位测量中，使用扼流圈天线，可
以有效的消除天线相位中心偏移误差。此外，应用交换接收机进行所谓“对
向观测”的相对定位方法也可削弱，在外业工作中，务必量准天线高度，注
意天线的置平和对中。
(3)载波相位观测的整周未知数
载波相位观测是当前普遍采用的最精密的观测方法，由于接收机只能测
定载波相位非整周的小数部分，而无法直接测定整周数，因而存在整周不定
性问题。从卫星信号失锁到信号重新锁定，对载波相位非整周的小数部分并
无影响，仍和失锁前保持一致，但整周数却发生中断不再连续，所以周跳对
观测的影响与整周未知数的影响相似，在精密定位的数据处理中，整周未知
数和周跳都是关键性的问题。
三、结语
GPS定位是采用空间测距后方交会原理来定位的。通过以上分析GPS定
位精度与所采取的定位方式有关，选择静态定位还是动态定位、单点定位还
是相对定位将直接影响到定位的精度。定位过程中由于各种误差的影响，所
以在实际工作中必须严格按照测量规程要求进行操作，尽量减小和降低各项
误差， 提高定位精度。
参考文献：
[I]胡友健，罗昀，曾 ．全球定位系统(GPS)原理与应用[M]．北京：中国
地质大学出版社，2002．
[2]刘基余，李征航，王跃虎，桑吉章全球定位系统原理及其应用[M]．
北京：测绘出版社，1993．
[3]付水旺．浅谈Gps~O量与误差分析[J]世界采矿快报，2000，16(i0)：
406 — 407．
[4]王惠南GPS导航原理与应用[M]．北京：科学出版社，2003，(8)．
[5]常庆生，唐四元．GPs测量的误差及精度控制[J ，测绘通报，2000，
(4)：l32l5．
[6]兰贵亭．cPsN量多路径误差的分析[J]太原入学学报，2002，(3)：
54256．
2OO9／2Oi l年．北京国宏世纪图书有限公司，2008
[4] 佚名．2008年汽车行业七半年研究报告．2008．
[5] 刘建勋．我国汽车维修业发展趋势探讨．重庆交通学院学报
2006．
[6] 王宏威． 浅析我国汽车维修业现状及发展策略．科技资讯
2006．
[7] 王菊贞．浅谈汽车维修行业的现状及对策．现代商业，200 7
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2014-9-30 07:09 上传

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