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GNSS导航定位误差分析

Error Analyses of GNSS Navigation and Positioning

主讲：李克昭

河南理工大学测绘学院《GNSS导航定位技术及应用》回顾

1. 如何得到卫星至接收机的距离？

2. 如何得到用户所需的坐标信息？GNSS伪随机码测距/

载波相位测距

（观测量）

GNSS伪距定位/载

波

相位定位

（模型）

G

N

S

S

定

位

关

键

问

题导入

知此知彼，百战不殆。

分析来源，逐一击破。本节内容

二、GNSS误差来源及消除或消弱方法一、GNSS误差分类一、GNSS误差分类

1.

按性质分类

2. 按误差来源分类（1）系统误差

（2）偶然误差

（3）其他误差（1）与卫星有关的误差

（2）与传播路径有关的误差

（3）与接收设备有关的误差

（4）其他误差一、GNSS误差分类

系统误差

特点具有某种系统特征具有随机特征

误差量级较大，（最大可达

百米级）较小，（最小可达

毫米级）

具体内容卫星星历（轨道）误

差；卫星钟差；大气

折射延迟；多路径效

应；天线相位中心偏

差；接收机钟差；信

道延迟等对准误差等观测误

差

消除消弱法模型法；求差法；参

数法；回避法；延长

观测时间法等精确对准、固定观

测墩等随机误差二、GNSS误差来源及消除或消弱方法

轨道误差

卫星钟差相对论效应

电离层折射

对流层折射

多路径效应

天线相位中心偏差

接收机钟差，信道延迟等（1）与卫星有关的误差

卫星星历（轨道）误差

卫星钟差

相对论效应

（2）与传播路径有关的误差

电离层延迟

对流层延迟

多路径效应

（3）与接收设备有关的误差

天线相位中心偏差

接收机钟差

信道延迟二、GNSS误差来源及消除或消弱方法

（1）与卫星有关的误差

卫星星历（轨道）误差

卫星跟踪网

高精度轨道计算模型

相对定位技术

卫星钟差

二次拟合模型

参数法

相对定位技术（测站之间求一次单差，可消除）

相对论效应

狭义相对论效应，使卫星钟变慢

广义相对论效应，使卫星钟变快

应对方法，事先调整卫星钟速

定义：由广播星历或其它轨道信息所给出的卫

星位置与卫星的实际位置之差称为卫星星历

（轨道）误差。二、GNSS误差来源及消除或消弱方法二、GNSS误差来源及消除或消弱方法

广播星历：3~5m。

精密星历：由国际GPS地球动力学服务组织（IGS）所

测算预报精密星历比美国军方测定的精密星历的精度要

高得多，卫星位置精度可达±3厘米。（目前，全球

GPS卫星跟踪站有260对个，我国20多个）二、GNSS误差来源及消除或消弱方法

卫星跟踪网

01022

0()()aattttat二、GNSS误差来源及消除或消弱方法

二次拟合模型

参数法

()()()(())()SSSSS

iiiiittccttItttTt二、GNSS误差来源及消除或消弱方法

()()()()()()SSSS

iiiiiSttcttcItttTt

11111111

11()()((()()))PPPPPttcttcttItTt相对定位技术（测站之间求一次单差，可消除）二、GNSS误差来源及消除或消弱方法

2121212112()()((()()))PPPPPttcttcttItTt

相对论效应是由于卫星钟和接收机钟所处的状态

（运动速度和重力位）不同而引起卫星钟和接收

钟之间产生相对钟误差的现象。二、GNSS误差来源及消除或消弱方法二、GNSS误差来源及消除或消弱方法

（2）与传播路径有关的误差

电离层延迟误差

模型改正

双频技术法

相对定位技术

对流层延迟误差

模型改正

相对定位技术

多路径效应

选择测站法（回避法）

长时间观测法

软硬件方面提高信号的接收性能

Bent模型

由美国的R.B.Bent提出

描述电子密度

是经纬度、时间、季节和太阳辐射流量的函数

国际参考电离层模型（IRI）

由国际无线电科学联盟（URSI）和空间研究委员会

（COSPAR）提出

描述高度为50km-2000km的区间内电子密度、电子温度、

电离层温度、电离层的成分等

以地点、时间、日期等为参数电离层延迟误差模型改正二、GNSS误差来源及消除或消弱方法

在GPS测量中，被测站附近

的物体所反射的卫星信号

（反射波）被接收机天线所

接收，与直接来自卫星的信

号（直接波）产生干涉，从

而使观测值偏离真值产生所

谓的“多路径误差”。多路径效应二、GNSS误差来源及消除或消弱方法

硬件上

采用抗多路径误差的仪器设备

•抗多路径的天线：带抑径板或抑径圈的天线，极化天线

•抗多路径的接收机：窄相关技术MEDLL(Multipath

Estimating Delay Lock Loop)等多路径效应二、GNSS误差来源及消除或消弱方法

数据处理上

•加权

•参数法

•滤波法

•信号分析法多路径效应二、GNSS误差来源及消除或消弱方法二、GNSS误差来源及消除或消弱方法

（3）与接收设备有关的误差

接收机钟差

模型法

参数法

相对定位技术（卫星间求差可消除）天线相位中心偏差

研制水平

模型法

精确对准

信道延迟误差从软硬件方面提高接收机的信号接收性能

()()()()()()SSSS

iiiiS

ittccttItTttt

1111111111()()()()()()PPPPPttcctttTttIt接收机钟差-相对定位技术（卫星间求差可消除）

1111111111()()()()()()QQQQQttcctttTttIt二、GNSS误差来源及消除或消弱方法二、GNSS误差来源及消除或消弱方法

（4）其他误差

软件地球潮汐

固体潮

负荷潮海洋负荷潮大气负荷潮本节总结

二、GNSS误差来源及消除或消弱方法一、GNSS误差分类

1. 按性质分类

2. 按误差来源分类

（1）与卫星有关的误差

（2）与传播路径有关的误差

（3）与接收设备有关的误差

（4）其他误差电离层延迟

对流层延迟

多路径效应



天线相位中心偏差

接收机钟差

信道延迟

卫星星历（轨道）误差

卫星钟差

相对论效应

重点、难点课后思考

载波相位定位的精

度高，若

发生一个整周计数错误，将

产生0.2m

误差。

重建载波

混频计数周跳

t

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GNSS

GNSS

中国科技期刊数据库 工业C

2015年29期 331 GNSS控制网起算点的选择及分析

周宏

新疆水利水电勘测设计研究院测绘工程院，新疆 昌吉 831100

摘要：GNSS网起算点的兼容性及其分布对平差结果有较大的影响。通过选择起算点的分布方式，采用平面四参数坐标转换法对起算点进行精度分析，剔除粗差点后进行约束平差，可有效提高GNSS控制网的精度。

关键词：GNSS控制网；起算点；选择分析 中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)29-0331-03

1 GNSS控制系统概述

GNSS系统--GNSS是GlobalNavigationSatelliteSystem

的缩写。很长时间以来，它有两个译名：全球卫星导航系统

和全球导航卫星系统。早在20世纪90年代中期开始，欧盟

为了打破美国在卫星定位、导航、授时市场中的垄断地位，

获取巨大的市场利益，增加欧洲人的就业机会，一直在致力

于一个雄心勃勃的民用全球导航卫星系统计划，称之为

GlobalNavigationSatelliteSystem。该计划分两步实施：

第一步是建立一个综合利用美国的GPS系统和俄罗斯的

GLONASS系统的第一代全球导航卫星系统（当时称为GNSS-1，

即后来建成的EGNOS）；第二步是建立一个完全独立于美国的

GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统之外的第二代全球导航卫

星系统，即正在建设中的Galileo卫星导航定位系统。由此

可见，GNSS从一问世起，就不是一个单一星座系统，而是一

个包括GPS、GLONASS等在内的综合星座系统。近年来，GPS

接收机制造厂商纷纷推出高性能GNSS接收机。如PENTAX的

Smart78/88、Smart8800，后者更是可以升级到72通道，成

为真正意义上的GNSS接收机。综上所述，GNSS的中文译名

应为全球导航卫星系统。

起卫星定位导航系统，人们就会想到GPS，但是现在，

GNSS实验报告

GNSS实验报告

GNSS原理及应用实验报告

课程名称： GNSS原理及应用

专业班级：

姓名学号：

小组组号：

2

实验一 GNSS接收机的认识及操作

一、目的

实验目的：巩固卫星定位测量原理。认识GNSS接收机构造及各部件功能，练习GNSS接收机使用方法。

内容及要求：1，GNSS认识实验，熟悉操作步骤。

2，了解仪器构造，认识各部件名称及使用方法。

3，练习安置、整平、与参数设置。

结果和数据：观测一组数据并记录

二、仪器及用具

中海达RTK一套，三脚架一个，钢卷尺一把，记录手簿一本

三、测区图及测点实拍图

测区图

3

点位图

四、实验步骤

1，实验前，熟悉中海达RTK的各项技术指标，熟悉接收机的构造各部件的名称、功能和作用

2，实验中，电源（电池）的安装，安装电池时，先松开固连螺旋，按电源盒上的提示安装上电池；GPS接收机安装，将GPS接收机固定安装在三脚架基座上，对中整平。

3，实验时，GPS接收机操作，开机，参数输入（静态模式），数据接收30分钟以上，状态面板，关机

4，实验后，数据的下载传输与保存分析

五、实验感想和体会

1，注意小心使用仪器，防潮防湿

2，对中整平气泡必严格对中，选点选在开阔处，避免建筑物遮挡信号

3，操作过程中，注意各指示灯的情况，避免因电池电量不足带来的实验问题

4，实验之前必须熟悉实验内容与步骤

4

GNSS外业观测记录表

接收机型号及编号 3052 测点号 ---------

班级及组号 天气 晴

小组成员

观测日期 2017年 10 月 14 日 观测者 小组成员

时 段 号 1 开始时间 14时 15 分 结束时间 14时 50 分

时 段 号 2 开始时间 时 分 结束时间 时 分

时 段 号 3 开始时间 时 分 结束时间 时 分

GNSS 2

GNSS 2

Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｌｅｃｔｕｒｅｓ　

……………・・导航讲座　

Ｇ　ＮＳＳ信号接收机的构件初识　

ＧＮＳＳ导航信号的收发问题之十　

刘基余　

（武汉大学测绘学院，武汉４３００７９）　

摘要：ＧＮＳＳ信号接收机是ＧＮＳＳ导航卫星的用户设备，是实现ＧＮＳＳ＿￣－星导航定位的终端仪器。它是一种能够接　收、跟踪、变换和测量ＧＮＳＳ＿－￣．星导航定位信号的无线电接收设备，既具有常用无线电接收设备的共性，又具有捕获、　跟踪和处理弱达３．５Ｅ一１６ｗ～２．５Ｅ－１７Ｗ＿￣．星微弱信号的特性。为此，ＧＮＳＳ信号接收机的构件必须满足这种捕获、跟　

踪和测量ＧＮＳＳ信号的需求。　

关键词：ＧＮＳＳ信号接收机；ＧＮＳＳ信号；信号波道　

ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１６７２—７２７４．２０１５．０２．００１　

中图分类号：ＴＮ９６　文献标识码：Ａ　文章编码：１６７２—７２７４（２０１５）０２－０００１—０６　

Ｔｈｅ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｓｔａｔｕｓ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｎ　Ｒｅｆｉｎｉｎｇ　ＧＮＳＳ　Ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ　ｂｙ　Ｍｅａｎｓ　ｏｆ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｌａｓｅｒ　Ｒａｎｇｉｎｇ　

－－Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ／ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ　Ｉｓｓｕｅ（１０）ｏｆ　ＧＮＳＳ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｓｉｇｎａｌｓ　

Ｌｉｕ　Ｊｉｙｕ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｇｅｏｄｅｓｙ　ａｎｄ　Ｇｅｏｍａｔｉｃｓ，Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ，４３００７９）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ＧＮＳＳ　ｓｉｇｎａｌ　ｒｅｃｅｉｖｅｒ　ｉＳ　ＧＮＳＳ　ｕｓｅｒ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｅｒｍｉｎａｌ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｒｅａｌｉｚｉｎｇ　ＧＮＳＳ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ／ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ．Ｉｔ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｒａｄｉｏ　ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｔｈａｔ　ｉｓ　ａｂｌｅ　ｔｏ　ｒｅｃｅｉｖｅ，ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｒａｃｋ　ａｎｄ　ｍｅａｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ＧＮＳＳ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｓｉｇｎａｌｓ．Ｉｔ　ｈａｓ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒａｄｉｏ　ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｆｏｒ　ａｃｑｕｉｒｉｎｇ，ｔｒａｃｋｉｎｇ　ａｎｄ　ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ｔｈｅ　ｗｅａｋ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｓｉｇｎａｌｓ　ｏｆ　３．５Ｅ一１６Ｗ￣２．５Ｅ－ｌ７　Ｗ．Ｆｏｒ　ｔｈｉｓ　ｒｅａｓｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｏｆ　ＧＮＳＳ　ｓｉｇｎａｌ　ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ　ｍｕｓｔ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｎｅｅｄｓ　ｔｏ　ｃａｐｔｕｒｅ，ｔｒａｃｋ，ａｎｄ　ｍｅａｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ＧＮＳＳ　ｓｉｇｎａｌｓ．　

GNSS 3

GNSS 3

评估方法

格拉斯哥昏迷指数的评估有睁眼反应、语言反应和肢体运动三个方面，三个方面的分数加总即为昏迷指数。

睁眼反应（E, Eye opening）

4分：自然睁眼（spontaneous）：靠近患者时，患者能自主睁眼，术者不应说话、不应接触患者。

3分：呼唤会睁眼（to speech）：正常音量呼叫患者，或高音量呼叫，不能接触患者。

2分：有刺激或痛楚会睁眼（to pain）：先轻拍或摇晃患者，无反应后予强刺激，如：以笔尖刺激患者第2或第3指外侧，并在10秒内增加刺激至最大，强刺激睁眼评2分，若仅皱眉、闭眼、痛苦表情，不能评2分。

1分：对于刺激无反应（none）

C分：如因眼肿、骨折等不能睁眼，应以“C”（closed）表示。

语言反应（V, Verbal response）

5分：说话有条理（oriented）：定向能力正确，能清晰表达自己的名字、居住城市或当前所在地点、当年年份和月份。

4分：可应答，但有答非所问的情形（confused）：定向能力障碍，有答错情况。

3分：可说出单字（inappropriate words）：完全不能进行对话，只能说简短句或单个字。

2分：可发出声音（unintelligible sounds）：对疼痛刺激仅能发出无意义叫声。

1分：无任何反应（none）。

T分：因气管插管或切开而无法正常发声，以“T”（tube）表示。

D分：平素有言语障碍史，以“D”（dysphasic）表示。

肢体运动（M, Motor response）

6分：可依指令动作（obey commands）：按指令完成2次不同的动作。 5分：施以刺激时，可定位出疼痛位置（localize）：予疼痛刺激时，患者能移动肢体尝试去除刺激。疼痛刺激以压眶上神经为金标准。

4分：对疼痛刺激有反应，肢体会回缩（withdrawal）。

3分：对疼痛刺激有反应，肢体会弯曲（decorticate flexion）：呈“去皮质强直”姿势。