GPS测量的主要误差来源及其影响(精)
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GPS测量误差在GPS测量中,影响观测精度的主要误差可分为以下三类:一、与GPS卫星有关的误差与GPS卫星有关的误差主要包括卫星的轨道误差和卫星钟的误差1. 卫星钟差由于卫星的位置是时间的函数,因此,GPS的观测量均发精密测时为依据,而与卫星位置相对应的信息,是通过卫星信号的编码信息传送给接收机的。
在GPS定位中,无论是码相位观测或是载波相位观测,均要求卫星钟与接收机时钟保持严格的同步。
实际上,以尽管GPS卫星均设有高精度的原子钟(铷钟和铯钟),但是它们与理想的GPS时之间,仍存在着难以避免的偏差和漂移。
这种偏差的总量约在1ms以内。
对于卫星钟的这种偏差,一般可由卫星的主控站,通过对卫星钟运行状态的连续监测确定,并通过卫星的导航电文提供给接收机。
经钟差改正后,各卫星之间的同步差,即可保持在20ns以内。
在相对定位中,卫星钟差可通过观测量求差(或差分)的方法消除。
2. 卫星轨道偏差估计与处理卫星的轨道偏差较为困难,其主要原因是,卫星在运行中要受到多种摄动力的复杂影响,而通过地面监测站,以难以充分可靠的测定这作用力,并掌握它们的作用规律,目前,卫星轨道信息是通过导航电文等到的。
应该说,卫星轨道误差是当前GPS测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。
在GPS定位测量中,处理卫星轨道误差有以下直种方法:1)忽略轨道误差这种方法以从导航电文中所获得的卫星轨道信息为准,不再考虑卫星轨道实际存在的误差,所以广泛的用于精度较低的实时单点定位工作中。
2)采用轨道改进法处理观测数据这种方法是在数据处理中,引入表征卫星轨道偏差的改正参数,并假设在短时间内这些参数为常量,将其与其它求知数一并求解。
3)同步观测值求差这一方法是利用在两个或多个观测站一同,对同一卫星的同步观测值求差。
以减弱卫星轨道误差的影响。
由于同一卫星的位置误差对不同观测站同步观测量的影响,具有系统误差性质,所以通过上述求差的方法,可以明显的减弱卫星轨道误差的影响,尤其当基线较短时,其效用更不明显。
GPS主要误差源及补偿方法学院:电子信息工程专业年级:自动化1306姓名:熊宇豪学号:13212054时间:2016年04月11日小组:熊峰、熊宇豪、张丹GPS主要误差源及补偿方法摘要GPS测量误差按其生产源可分3大部分:与卫星有关的误差,包括卫星时钟误差、卫星星历误差和相对论效应误差;与信号传播有关的误差,包括电离层折射误差、对流层折射误差和多路径效应误差;与接收机有关的误差,主要包括接收机时钟误差、接收机位置误差、接收机天线相位中心位置误差。
关键词:GPS,误差源。
一、GPS观测中的误差分类1)与卫星有关的误差:卫星时钟误差、卫星星历误差、相对论效应误差;2)与信号传播有关的误差:电离层折射误差、对流层折射误差、多路径效应误差;3)与接收机有关的误差:接收机时钟误差、接收机位置误差、接收机天线相位中心位置误差。
另外在进行高精度GPS测量定位时(进行地球动力学等方面的研究),通常还应该考虑与地球整体运动有关的误差,如地球自转和地球潮汐的影响等。
按误差的性质进行区分,上述各种误差有的属于系统误差、有的属于偶然误差。
例如,卫星星历误差、卫星时钟误差、接收机时钟误差和大气折射误差等都属于系统误差,而多路径效应误差等是属于偶然误差。
其中系统误差比偶然误差无论是从误差本身的大小或是其对测量定位结果影响程度来讲都要大得多,所以说系统误差应该是进行GPS 测量定位时的主要误差源。
二、消除或消弱上述误差影响的基本方法和措施1.建立误差改正模型对观测值进行改正,误差改正模型通常有理论模型、经验模型和综合模型。
理论模型是通过对误差产生的原因、性质及其对测量定位影响的规律进行研究和分析,并从理论上进行严格的推导而建立起来的误差改正模型。
经验模型则是通过对大量的观测数据进行统计分析和研究,并经过拟合而建立起来的误差改正模型。
而综合模型则是综合以上两种方法建立起来的误差改正模型。
2.选择较好的硬件和良好的观测条件,在GPS测量定位中,有的误差是无法利用误差改正模型进行改正的。
GPS定位系统在测绘中的误差及其校正近年,全球定位系统(GPS)在测绘领域广泛应用,成为现代测绘的重要工具。
然而,GPS定位系统的测量精度不可避免地存在一定的误差,这对于需要高精度测绘数据的应用来说,可能带来一系列问题。
本文将探讨GPS定位系统的误差来源及校正方法,以期提高测绘数据的准确性与可靠性。
一、GPS定位系统误差来源1. 大气层延迟误差:GPS信号在穿过大气层时会发生延迟,导致定位结果产生偏差。
这主要由大气层中的水汽含量、温度、压力等因素所引起。
2. 卫星发射钟误差:GPS卫星发射钟的精确度无法达到理论上的完美,钟的频率可能出现细微偏差,进而影响测量结果。
3. 卫星轨道误差:由于各颗卫星在轨道上的摄动等因素,其运行轨迹不会完全符合理论轨道,从而引起时间误差。
4. 多径效应:接收天线接收到的信号可能会经过多次反射,导致信号延迟,从而产生定位误差。
5. 接收机钟差:GPS接收机内部的时钟精度有限,存在一定的误差,会对定位结果造成影响。
二、GPS定位系统误差的校正方法1. 差分定位法:差分定位法是最常用和最有效的校正方法之一。
它通过同时观测参考站和待测站的GPS信号,利用参考站的已知坐标和观测数据,计算出两个站点间的差异,进而校正待测站点的定位误差。
2. 精密轨道确定法:通过利用卫星轨道参数提供的精密轨道数据,结合接收机的测量结果,计算卫星的真实位置,从而减小轨道误差对定位结果的影响。
3. 多频率接收机技术:多频率接收机可以利用不同频率的信号对多径效应进行抵消,从而提高定位精度。
4. 大气层延迟模型校正:根据大气层的温度、湿度、压力等参数,采用相应的模型对大气层延迟误差进行校正。
5. 时钟差校正:通过与参考源对比,校正接收机内部时钟的误差。
三、GPS定位系统误差校正的应用GPS定位系统的高精度测绘数据广泛应用于地图制作、土地测量、工程测量、导航定位等领域。
对于地图制作来说,GPS定位系统提供的高精度数据能够提高地图的准确性,并为城市规划、交通规划等提供重要依据。
测绘技术中常见的GPS测量误差及其处理方法GPS测量误差是测绘技术中常见的一个问题,它会对测量结果的准确性和可靠性产生一定的影响。
本文将从几个方面讨论GPS测量误差及其处理方法,以帮助读者更好地理解和运用GPS测量技术。
一、GPS测量误差的来源GPS测量误差主要来自以下几个方面:1. 星历误差:GPS卫星的轨道预报存在一定的误差,这会导致卫星位置的偏差。
从而引起接收器测量结果的不准确。
2. 电离层延迟:GPS信号在通过电离层时会发生传播速度变化,从而产生延迟。
这种延迟会导致测量结果的偏移。
3. 对流层延迟:GPS信号在通过对流层时也会发生传播速度变化,引起延迟。
这个延迟主要受天气条件的影响,如温度、湿度等,会导致测量误差的增大。
4. 多径效应:GPS信号在传输过程中可能会被建筑物、树林等障碍物反射,形成多个信号路径。
这些反射信号会与直达信号叠加,导致测量结果的偏差。
二、GPS测量误差的处理方法针对GPS测量误差,我们可以采取以下几种方法进行处理:1. 差分GPS测量:差分GPS测量是一种通过同时测量参考站和待测站的方式,消除大部分GPS测量误差的方法。
通过获取参考站与待测站之间的差异,可以得到相对准确的测量结果。
2. 排除异常值:在大量的GPS测量数据中,可能存在一些异常值,这些异常值可能是由于设备故障或环境因素引起的。
通过统计学方法,可以识别和排除这些异常值,提高测量数据的可靠性。
3. 数据平滑处理:由于GPS测量误差的存在,测量数据可能存在一定的波动和不稳定性。
通过对数据进行平滑处理,可以减小误差对结果的影响,得到更加平稳的测量结果。
4. 多基线处理:对于需要测量较大区域的工程,使用多个基准站进行GPS测量可以提高精度和可靠性。
通过基线向量之间的相互比较和校验,可以减小误差的累积效应。
5. 校正模型:根据GPS测量误差的特点,可以建立相应的校正模型。
通过对误差进行建模和拟合,可以对测量结果进行修正,提高准确性。
GPS在高程测量中的误差来源及应对措施【摘要】本文通过GPS在高程中的误差分析,对提高GPS测量高程精度的方法及措施进行了详细描述。
【关键词】GPS;大地高;正常高;高程拟合;高程异常一、引言众所周知,GPS作为现代化的三维测量工具,已被越来越广泛地运用到平面测量工作中去,如平面控制测量、地形测量、施工测量等。
但是GPS在实际的工作实践中,却较少运用于高程测量。
这是由于我国幅员辽阔,GPS测高受区域性大地水准面的限制以及仪器和外界条件等诸方面因素的影响,所测高程精度较低,无法满足各项工程建设的需要。
那么GPS测量高程的误差主要有哪些呢?我们又如何采取有效措施来提高高程测量精度呢?二、GPS高程测量原理利用GPS求得的是地面点在WGS-84坐标系中的大地高H84,而我国高程采用正常高。
要想使GPS高程在工程实际中得到应用,必须实现GPS大地高向我国正在使用的正常高的转化。
如图1所示。
有公式:Hr=H84-ζ由上式可知GPS高程测量的结果Hr误差主要由大地高H84的误差和高程异常ζ的误差的组成。
三、影响大地高H84的误差来源1.相位整周模糊度解算对GPS高程的影响。
相位整周模糊度解算是否可靠,直接影响三维坐标的精度。
在控制测量中,无论采用快速静态或实时动态测量技术,都必须精确解算得到相位整周数,然而相位整周数模糊度的解算常常会出现解算错误的可能性,从而会影响高程测量的精度。
2.多路径效应的制约因素:所谓多路径效应是指测站附近反射物反射来自卫星的信号与卫星直接发射的信号同时被接收机接受,这两种信号产生相互影响使其观测值偏离其真值,产生多路径误差。
多路径效应的影响分为直接的和间接的,并能对三维坐标产生分米级影响。
3.电离层延迟对高程测量量的影响:电离层对GPS测量的影响主要有:电离层群延(绝对测距误差);电离层载波相位超前(相对测距误差);电离层多普勒频移(距速误差);振幅闪烁信号衰减;磁暴、太阳耀斑等,这些电离层的变化都会延迟GPS信号的传播路线。
GPS测量坐标误差有多大GPS(全球定位系统)是一种利用卫星定位技术来获取地理位置信息的系统。
它广泛应用于导航、地理测量、军事和民用等领域。
然而,由于多种原因,GPS测量坐标会存在一定的误差。
误差来源GPS测量坐标的误差主要来自以下几个方面:1.卫星误差:卫星的精密轨道、钟差和天线相位中心等因素都会对测量结果产生影响。
虽然GPS系统会采取一系列措施来校正这些误差,但仍然无法完全消除。
2.大气延迟:由于GPS信号在穿过大气层时会受到大气介质的影响,导致信号传播速度发生变化。
这种大气延迟会导致测量结果与真实位置之间产生误差。
3.多路径效应:当GPS信号在到达接收机之前与建筑物、树木等障碍物发生反射后再次达到接收机时,会产生多路径效应。
这种效应会导致信号的传播路径变长,进而引起测量误差。
4.接收机误差:包括接收机的硬件设备、信号处理以及观测条件等因素,都会对测量结果产生影响。
接收机的性能越好,产生的误差就越小。
误差类型在GPS测量过程中,常见的误差类型包括:1.精度误差:指GPS测量结果与真实位置之间的差异。
通常以水平误差和垂直误差来衡量。
水平误差是指实际测量结果与真实位置在水平方向上的差距,垂直误差则是指在垂直方向上的差距。
2.相对误差:指同一测量点在不同时间或不同接收机进行测量时产生的误差。
相对误差可以通过对同一位置进行多次测量,并对结果进行比对来评估。
3.绝对误差:指GPS测量结果与真实位置之间的绝对差距。
由于无法得知真实位置,所以无法直接获得绝对误差。
通常通过测量点的相对误差和已知参考点的坐标来间接获得。
误差量化为了评估GPS测量坐标误差的大小,通常采用以下方法进行量化:1.信号强度指示(Signal Strength Indicator,SSI):SSI是衡量GPS信号强度的指标,通常以百分比或分贝表示。
信号强度越高,误差越小。
2.几何精度因子(Geometric Dilution of Precision,GDOP):GDOP是一种衡量卫星几何配置对GPS测量结果精度影响的量化指标。
误差影响定位精度10-30 m接收机天线相位中心的偏移和变化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改正后的观测值=原始观测值+模型改正•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消除或消弱各种误差影响的方法②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:不能同时将所有影响均作为参数来估计消除或消弱各种误差影响的方法④•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。
–所针对的误差源•电磁波干扰•多路径效应–限制:无法完全避免误差的影响,具有一定的盲目性6.1 GPS测量误差分类及对距离测量的影响与信号传播有关的误差与卫星有关的误差与接收机有关的误差其它误差•对流层折射•电离层折射•多路径效应•星历误差•卫星钟差•相对论效应•接收机钟差•位置误差•天线相位中心的偏差及变化•各通道间的信号延迟误差•地球潮汐1.5-15m1.5-15m1.5-5m1. m6.2 与信号传播有关的误差电离层折射对流层折射多路径误差电离层中的气体分子由于大气折射效应)利用电离层改正)(2cos P T t P-π∑3ϕαDC =5ns T P =14hαn 和βn :由导航tropion N δρδρλ++- 6.2.2对流层折射▪离地面高度40km 以下的大气层,是一种非电离大气层。
实测星历根据实测资料进行拟合处理而直接得出的星历。
7第二节与卫星有关的误差2.星历误差对定位的影响单点定位星历误差的径向分量作为等价测距误差进入平差计算,配赋到星站坐标和接收机钟差改正数中去,具体配赋方式则与卫星的几何图形有关。
8第二节与卫星有关的误差2.星历误差对定位的影响相对定位利用两站的同步观测资料进行相对定位时,由于星历误差对两站的影响具有很强的相关性,所以在求坐标差时,共同的影响可自行消去,从而获得高精度的相对坐标。
第二节与卫星有关的误差2.星历误差对定位的影响根据一次观测的结果,可以导出星历误差对定位影响的估算式为:--- 基线长;db——卫星星历误差所引起的基线误差;p 一一卫星至测站的距离;ds——星历误差;ds——卫星星历的相对误差。
第二节与卫星有关的误差3.减弱星历误差影响的途径1)建立自己的GPS卫星跟踪网独立定轨2)相对定位3)轨道松弛法9第二节与卫星有关的误差二、卫星钟的钟误差卫星钟采用的是GPS时,但尽管GPS卫星均设有高精度的原子钟御钟和锥钟),它们与理想的GPS时之间仍存在着难以避免的频率偏差或频率漂移,也包含钟的随机误差。
这些偏差总量在Ims 以内,由此引起的等效距离可达300km o11第二节与卫星有关的误差二、卫星钟的钟误差卫星钟差的改正卫星钟差可通过下式得到改正:is aO al(t iff)日2(t W1)相对定位:利用两台或多台接收机对同一组卫星的同步观测值求差时可以有效地减弱电离层折射的影响,即使不对电离层折射进行改正,对基线成果的影响一般也不-6会超过IXIO O16第三节卫星信号传播误差2减弱电离层影响的有效措施2)双接收:如分别用两个已知频率fl和f2发射卫星信号,则两个不同频率的信号就会沿同一路径到达接收机。
公式中积分值虽然无法计算,但对两个频率的信号却是相同的。
第三节卫星信号传播误差二、对流层折射、对流层及其影响2、减弱对流层影响的措施3、用霍普非尔德公式进行对流层折射改正17第三节卫星信号传播误差1、对流层及其影响对流层是高度为50km以下的大气层,由于离地面更近,其大气密度比电离层更大,大气状态变化更复杂。
GPS系统的误差来源分析【摘要】本文主要对GPS系统的误差来源进行了分析。
在分别探讨了卫星时钟误差、星历误差、大气延迟误差、多路径效应以及接收机硬件误差对GPS系统精度的影响。
卫星时钟误差是由于卫星钟的不准确性导致的误差,星历误差则是由于卫星轨道预报的不准确性引起的误差。
大气延迟误差是由于信号穿过大气层时的折射和延迟引起的,而多路径效应则是由于信号被地面或建筑物反射导致的误差。
接收机硬件误差是由于接收机的设计和制造不准确而引起的误差。
通过对这些误差来源的分析,可以更好地理解GPS系统的精度问题,并为提高定位精度提供参考。
【关键词】GPS系统、误差来源、卫星时钟、星历、大气延迟、多路径效应、接收机硬件、分析、结论。
1. 引言1.1 GPS系统的误差来源分析全球定位系统(GPS)是一种通过利用地球上的一系列卫星来确定任意位置的技术。
在实际使用中,GPS系统存在着一些误差,这些误差会影响到GPS定位的准确性和可靠性。
对GPS系统的误差来源进行分析是至关重要的。
GPS系统的误差来源可以分为多个方面,包括卫星时钟误差、星历误差、大气延迟误差、多路径效应和接收机硬件误差。
这些误差来源会在不同程度上影响GPS系统的定位准确性,因此必须对它们进行深入的分析和研究。
在本文中,我们将重点分析以上几个误差来源,并探讨它们对GPS定位的影响以及可能的解决方法。
通过深入了解这些误差来源,我们可以有效地提高GPS系统的定位准确性,为用户提供更加可靠和精准的定位服务。
2. 正文2.1 卫星时钟误差卫星时钟误差是GPS系统中的一个重要误差来源。
GPS卫星通过其精确的原子钟来发送定时信号,接收器通过接收这些信号来计算距离。
即使是最精密的原子钟也会存在一定的误差。
这些误差主要由以下几个方面引起:1. 钟漂移:即时钟的固有不稳定性,导致钟频率随时间变化。
这种误差一般通过卫星上载数据进行修正。
3. 钟串扰:不同卫星之间的时钟可能存在相互影响,导致误差传递。
gps测量实验报告GPS测量实验报告引言:全球定位系统(Global Positioning System,简称GPS)是一种利用卫星定位技术,实现地理位置测量的系统。
它在军事、航空、航海、地理测量、车辆导航等领域有着广泛的应用。
本实验旨在通过使用GPS设备,探索其测量原理和精度,并对测量结果进行分析和讨论。
一、实验目的本实验的主要目的是通过GPS设备进行位置测量,并分析其精度和误差来源。
具体目标如下:1. 理解GPS测量原理和工作机制;2. 学习使用GPS设备进行位置测量;3. 分析GPS测量结果的精度和误差来源。
二、实验装置与方法1. 实验装置:GPS接收器、计算机、地图软件;2. 实验方法:a) 配置GPS接收器并将其与计算机连接;b) 打开地图软件,选择合适的地区和地图;c) 在地图上选择合适的位置,并记录其经纬度坐标;d) 使用GPS接收器进行位置测量,并记录测量结果;e) 将测量结果与地图上的实际位置进行比较,并分析误差来源。
三、实验结果与分析1. 实验结果:在实验中,我们选择了实验室所在的位置进行GPS测量。
经过多次测量,得到的经纬度坐标如下:纬度:39.908°经度:116.397°2. 分析与讨论:a) 精度分析:通过多次测量可以发现,得到的经纬度坐标存在一定的测量误差。
这是由于GPS测量受到多种因素的影响,如天线高度、大气条件、卫星位置等。
因此,对于需要高精度定位的应用,需要采取一定的校正措施,如差分GPS等。
b) 误差来源分析:GPS测量误差的主要来源包括信号传播延迟、多路径效应、钟差误差等。
其中,信号传播延迟是最主要的误差来源,它受到大气层和电离层的影响。
多路径效应是指信号在传播过程中受到地面反射等因素的影响,导致接收器接收到多个信号源的信号。
钟差误差是由于GPS卫星钟的不精确导致的误差。
c) 误差减小方法:为了降低GPS测量误差,可以采取以下方法:- 使用差分GPS技术,通过与参考站进行差分计算,减小误差;- 增加接收器的天线高度,减少信号传播延迟;- 使用多频率接收器,减少多路径效应的影响;- 定期校准GPS接收器的钟差。
GPS测量的误差来源及其影响
2. 卫星轨道误差(Satellite Orbit Error):GPS接收机通过接收
多颗卫星的信号以计算自身的位置。
然而,卫星的轨道并非绝对准确,存
在一定的误差。
这些误差包括卫星轨道偏移、轨道不规则性等。
影响是,
卫星轨道误差会导致位置计算的不准确,从而影响GPS测量结果的精度。
3. 钟差误差(Clock Error):为了对GPS信号进行定位计算,接收
机需要与卫星的时间进行同步。
然而,GPS卫星上的钟不可能完全精确,
存在一定的时间漂移和偏差。
这将导致接收机对时间进行不准确的计算,
从而造成测量误差。
影响是,测量结果的时间信息会受到钟差误差的影响,进而影响测量精度。
4. 大气延迟(Atmospheric Delay):GPS信号从卫星到达接收机的
过程中,会经过大气层,而大气层中的水汽和电离层的影响会引起信号的
传播速度变化,从而产生测量误差。
影响是,大气延迟会导致距离测量值
的不准确,进而影响位置计算的精度。
5. 多路径效应(Multipath Effect):当GPS信号与建筑物、地形
等物体反射或折射后到达接收机时,会产生多个信号路径,这会干扰接收
机对信号的处理。
影响是,多路径效应会导致信号的延迟和失真,从而影
响距离测量的准确性。
§5.4 精密水准测量的主要误差来源及其影响在进行精密水准测量时,会受到各种误差的影响,在这一节中就几种主要的误差进行分析,并讨论对精密水准测量观测成果的影响。
5.4.1 视准轴与水准轴不平行的误差1.i 角的误差影响虽然经过i 角的检验校正,但要使两轴完全保持平行是困难的,因此,当水准气泡居中时,视准轴仍不能保持水平,使水准标尺上的读数产生误差,并且与视距成正比。
图5-20图5-20中,前s ,后s 为前后视距,由于存在i 角,并假设i 角不变的情况下,在前后水准标尺上的读数误差分别为ρ''⋅''1前s i 和ρ''''1.后s i ,对高差的误差影响为 ρδ''-''=1)(前后s s i s (5-1)对于两个水准点之间一个测段的高差总和的误差影响为ρδ''-''=∑∑∑1)(前后s s i s (5-2)由此可见,在i 角保持不变的情况下,一个测站上的前后视距相等或一个测段的前后视距总和相等,则在观测高差中由于i 角的误差影响可以得到消除。
但在实际作业中,要求前后视距完全相等是困难的。
下面讨论前后视距不等差的容许值问题。
设51''=i ,要求s δ对高差的影响小到可以忽略不计的程度,如s δ=0.lmm,那么前后视距之差的容许值可由(5-1)式算得,即m i s s s 4.1)(≈''''≤-ρδ前后为了顾及观测时各种外界因素的影响,所以规定,二等水准测量前后视距差应≤1m 。
为了使各种误差不致累积起来,还规定由测段第一个测站开始至每一测站前后视距累积差,对于二等水准测量而言应≤3m 。
2.ϕ角误差的影响当仪器不存在i 角,则在仪器的垂直轴严格垂直时,交叉误差ϕ并不影响在水准标尺上的读数,因为仪器在水平方向转动时,视准轴与水准轴在垂直面上的投影仍保持互相平行,因此对水准测量并无不利影响。
2008年硕士研究生入学考试试题一、术语解释(每小题 2分,共 20分)1、数字地图2、大地水准面3、空间信息可视化4、高程5、工程测量学6、1985国家高程基准7、中误差8、间接平差9、空间关系10、3S技术二、问答题(每小题 10 分,共 50 分)1简述GPS测量误差的主要来源及减弱(以至消除)其影响的措施。
2简述地物符号计算机自动绘制中,面状符号自动绘制的算法步骤。
3试分析水准仪视准轴与水准管轴不平行对观测高差的影响规律,以及减弱(以至消除)其影响的措施。
4简述地形图分幅与编号的目的、原则及方法。
5简述等高线的定义、分类、特性以及计算机自动绘制等高线的算法步骤。
三、计算题(20分)1 试述高斯投影的特点?若我国某点的高斯坐标为:x= 3824211.862m,y = 36585356.716m,则该坐标值是按几度带投影计算求得的?该点位于第几带?该带中央子午线的经度是多少?该点位于中央子午线的哪一侧?到中央子午线的距离是多少?该点到赤道的距离是多少?2 已知某三角形的测角中误差为±6",若将其内角观测值按三角形闭合差进行调整,试计算调整后三角形内角的中误差?若其内角用J6经纬仪观测一测回的测角中误差为±8.5",欲使所测角的中误差达到±6",需要观测几个测回?四、推证题(10分)设),21(n ,,i L i ⋅⋅⋅=为某量的观测值,且各自独立,其权为),,2,1(n i p i ⋅⋅⋅=,中误差为),,2,1(n i m i ⋅⋅⋅=,试根据最小二乘准则证明nn n p p p L p L p L p x +⋅⋅⋅+++⋅⋅⋅++=212211~ 为该量的最或是值。
五、论述题(考生自选2个题目,给出正确答案)(每小题25分,共50分)1、试述全站仪大比例尺数字地形图测绘的基本程序及内容。
2、论述大比例尺数字地形图测绘的发展概况、面临的问题及研究的方向。
第五章GPS卫星定位系统误差来源及影响第五章GPS卫星定位系统误差来源及影响了解卫星星历误差,卫星钟差及相对论效应。
理解接收机钟误差,相位中心位臵误差的产生与消减方法。
掌握电离层折射误差、对流层折射误差、多路径误差的产生与消减方法。
第五章GPS卫星定位系统误差来源及影响第一节GPS定位的误差概述第二节与卫星有关的误差第三节卫星信号传播误差第四节接收设备误差第五节卫星几何图形强度3第一节GPS定位的误差概述4第二节与卫星有关的误差一、卫星星历误差二、卫星钟差三、相对论效应GPS卫星的发射第二节与卫星有关的误差一、卫星星历误差1.星历来源2.星历误差对定位的影响3.减弱星历误差影响的途径GPS卫星工作星座第二节与卫星有关的误差1.星历来源卫星星历误差某一瞬间的卫星位臵,是由卫星星历提供的,卫星星历误差就是卫星位臵的确定误差。
星历误差来源其大小主要取决于卫星跟踪站的数量及空间分布、观测值的数量及精度、轨道计算时所用的轨道模型及定轨软件的完善程度。
第二节与卫星有关的误差1.星历来源星历(1)广播星历(2)实测星历广播星历根据美国GPS控制中心跟踪站的观测数据进行外推,通过GPS卫星发播的一种预报星历。
实测星历根据实测资料进行拟合处理而直接得出的星历。
7第二节与卫星有关的误差2.星历误差对定位的影响单点定位星历误差的径向分量作为等价测距误差进入平差计算,配赋到星站坐标和接收机钟差改正数中去,具体配赋方式则与卫星的几何图形有关。
8第二节与卫星有关的误差2.星历误差对定位的影响相对定位利用两站的同步观测资料进行相对定位时,由于星历误差对两站的影响具有很强的相关性,所以在求坐标差时,共同的影响可自行消去,从而获得高精度的相对坐标。
第二节与卫星有关的误差2.星历误差对定位的影响根据一次观测的结果,可以导出星历误差对定位影响的估算式为:dbds b b ——基线长;db ——卫星星历误差所引起的基线误差;p ——卫星至测站的距离;ds ——星历误差;ds——卫星星历的相对误差。
第二节与卫星有关的误差3.减弱星历误差影响的途径(1)建立自己的GPS卫星跟踪网独立定轨(2)相对定位(3)轨道松弛法9第二节与卫星有关的误差二、卫星钟的钟误差卫星钟采用的是GPS 时,但尽管GPS卫星均设有高精度的原子钟(铷钟和铯钟),它们与理想的GPS时之间仍存在着难以避免的频率偏差或频率漂移,也包含钟的随机误差。
这些偏差总量在1ms以内,由此引起的等效距离可达300km。
11第二节与卫星有关的误差二、卫星钟的钟误差卫星钟差的改正卫星钟差可通过下式得到改正:ts a0a1(t t0)a2(t t0)211第二节与卫星有关的误差经上述钟差改正后,各卫星钟之间的同步差可保持在20ns以内,由此引起的等效距离偏差不超过6m。
卫星钟差或经改正后的残差,在相对定位中可通过差分法在一次求差中得到消除。
第二节与卫星有关的误差三、相对论效应相对论效应是由于卫星钟和接收机钟所处的状态不同而引起的卫星钟和接收机钟之间产生相对钟差的现象。
狭义相对论观点——一个频率为f0的振荡器安装飞行速度为v的载体上,由于载体的运动,对地面观测者来说将产生频率变化。
12第二节三、相对论效应广义相对论观点——处于不同等位面的振荡器,其频率将由于引力位不同而发生变化。
相对论效应的影响并非常数,经改正后仍有残差,它对GPS时的影响最大可达70ns,对精密定位仍不可忽略。
第三节卫星信号传播误差一、电离层折射二、对流层折射三、多路径误差13第三节卫星信号传播误差一、电离层折射1.电离层及其影响电离层——地球上空大气圈的上层,距离地面高度在50~1000km之间的大气层。
当GPS信号通过电离层时,信号的传播路径会发生弯曲,使其传播速度发生变化,由此产生的距离差对测量的精度影响较大,必须采取有效措施削弱其影响。
15第三节卫星信号传播误差1.电离层及其影响应该明确,电离层中的相对折射率与群折射率是不同的。
码相位测量和载波相位测量应分别采用群折射率和相折射率。
所以,载波相位测量时的电离层折射改正数和伪距测量时的改正数是不同的,两者大小相等,符号相反。
第三节卫星信号传播误差2、减弱电离层影响的有效措施(1)相对定位:利用两台或多台接收机对同一组卫星的同步观测值求差时可以有效地减弱电离层折射的影响,即使不对电离层折射进行改正,对基线成果的影响一般也不-6会超过1×10。
16第三节卫星信号传播误差2、减弱电离层影响的有效措施(2)双频接收:如分别用两个已知频率f1和f2发射卫星信号,则两个不同频率的信号就会沿同一路径到达接收机。
公式中积分值虽然无法计算,但对两个频率的信号却是相同的。
第三节卫星信号传播误差二、对流层折射1、对流层及其影响2、减弱对流层影响的措施3、用霍普非尔德公式进行对流层折射改正17第三节卫星信号传播误差1、对流层及其影响对流层是高度为50km以下的大气层,由于离地面更近,其大气密度比电离层更大,大气状态变化更复杂。
对流层与地面接触并从地面得到辐射热能,其温度随高度的上升而降低。
对流层中虽有少量带电离子,但对电磁波传播影响不大。
18第三节卫星信号传播误差2、减弱对流层影响的措施用改正模型进行对流层改正利用同步观测值求差20第三节卫星信号传播误差2、减弱对流层影响的措施用改正模型进行对流层改正该方法设备简单,方法易行,但由于水气在空间的分布不均匀,不同时间、不同地点水气含量相差甚远,用通一模型很难准确描述,所以,对流层改正的湿气部分精度较低,只能将湿分量消去80%~90%。
21第三节卫星信号传播误差2、减弱对流层影响的措施利用同步观测值求差与电离层的影响类型相似,当两观测站相距不太远时(例如<20km),由于信号通过对流层的路径大体相同,所以,对同一卫星的同步观测值求差,可以明显地减弱对流层折射的影响。
这一方法在精密相对定位中被广泛应用。
22第三节卫星信号传播误差2、减弱对流层影响的措施利用同步观测值求差不过,随着同步观测站之间距离的增大,大气状况的相关性减弱,当距离>50~100km时,对流层折射的影响就成为制约GPS定位精度提高的重要因素。
第三节卫星信号传播误差多路径是指卫星信号通过多个不同路径传到接收到卫星信号的同时,还可能收到经天线周围地物反射的卫星信号,多种信号叠加就会引起测量参考点(相对中心)的位臵变化,这种由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应称为多路径效应。
直接信号反射物23第三节卫星信号传播误差三、多路径误差多路径误差不仅与反射系数有关,也和反射物离测站的距离及卫星信号方向有关,无法建立准确的误差改正模型,只能恰当地选择站址,避开信号反射物。
24第三节卫星信号传播误差三、多路径误差例如:①选设点位时应远离大面积平静的水面,较好的站址可选在地面有草丛、农作物等植被能较好吸收微波信号的能量的地方;②测站附近不应有高层建筑物,观测时测站附近也不要停放汽车;③测站不宜选在山坡、山谷和盆地中。
第四节:接收设备误差与图形强度一、接收机钟误差二、天线相位中心位臵误差三、等效距离误差四、几何图形强度25第四节:接收设备误差与图形强度一、接收机钟误差在GPS测量时,为了保证随时导航定位的需要,卫星钟必须具有极好的长期稳定度。
而接收机钟则只需要在一次定位的期间内保持稳定,所以,一般使用短期稳定交好、便宜轻便的石英钟,其稳定度约为10-10。
如果接收机钟与卫星钟间的同步差为1μs,则由此引起的等效距离差约为300m。
26第四节:接收设备误差与图形强度一、接收机钟误差减弱接收机钟差比较有效的方法是:把每个观测时刻的接收机钟差当作一个独立的未知数,在数据处理中与观测站的位臵参数一并求解。
伪距测量的数据处理就是根据这一原理进行的。
第四节:接收设备误差与图形强度在静态绝对定位中,可以认为各观测时刻的接收机钟差是相关的,设法建立一个钟误差模型,在平差计算中求解多项式系数。
不过接收机钟的稳定性较差,钟差模型不易反映真实情况,难以充分消除其误差影响。
此外,还可以通过在卫星间求一次差来削弱接收机钟差的影响。
27第四节:接收设备误差与图形强度二、天线相位中心位臵误差在GPS测量中,观测值都是以接收机天线的相位中心位臵为准的,所以天线的相位中心该与其几何中心保持一致。
但实际天线的相位中心位臵随信号输入的强度和方向不同会发生变化,使其偏离几何中心。
这种偏差视天线性能的好坏可达数毫米至数厘米,对精密相对定位也是不容忽视的。
天宝4800GPS结构图28第四节:接收设备误差与图形强度二、天线相位中心位臵误差实际工作中如果使用同一类型天线,在相距不远的两个或多个测站同步观测同一组卫星,可以通过观测值求差来减弱相位中心偏移的影响。
不过这时各测站的天线均应按天线附有的方位标志进行定向,根据仪器说明书的要求,罗盘指向磁北极,其定向偏差应在3o以内。
29第四节:接收设备误差与图形强度三、等效距离误差等效距离误差——各项误差投影到测站至卫星方向的具体数值。
如果认为各项误差之间相互独立,就可以求出总的等效距离误差,并用σ0表示。
从而σ0就可以作GPS定位时衡量观测精度的客观标准。
30第四节:接收设备误差与图形强度四、几何图形强度GPS定位的精度除了取决于等效距离误差σ0以外,还取决于空间后方交会的几何图形强度。
31第四节:接收设备误差与图形强度四、几何图形强度GPS星座与测站所构成的几何图形不同,权系数的数值亦不同,此时,即使相同精度的观测值所求得的电位精度也会相同。
为此需要研究卫星星座几何图形与定位精度的关系。
通常用图形强度因子DOP来表示几何图形强度,其定义是第四节:接收设备误差与图形强度四、几何图形强度mx DOP0式中σ0 ——等效距离的标准差mx ——某定位元素的标准差DOP——实际是权系数阵中主对角线元素的函数32第四节:接收设备误差与图形强度四、几何图形强度图形强度因子是一个直接影响定位精度、但又独立于观测值和其他误差之外的一个量。
其值恒大于1,最大值1,其大小随时间和测站位臵而变化。
在GPS测量中,希望DOP值越小越好。
第四节:接收设备误差与图形强度四、几何图形强度在实际工作中,常根据不同的要求采用不同的评价模型和相应的图形强度因子。
①平面位臵图形强度因子HDOP及其相应的平面位臵精度HDOP33第四节:接收设备误差与图形强度四、几何图形强度②高程图形强度因子VDOP及相应的高程精度VDOP mV VDOP034第四节:接收设备误差与图形强度四、几何图形强度③空间位臵的图形强度因子PDOP及其相应的三维定位精度PDOP mP PDOP035第四节:接收设备误差与图形强度四、几何图形强度④接收机钟差图形强度因子TDOP及其钟差精度TDOP mT TDOP036第四节:接收设备误差与图形强度四、几何图形强度⑤几何图形强度因子GDOP及其三维坐标和时间误差的综合影响GDOP mG GDOP0第四节:接收设备误差与图形强度四、几何图形强度如果测站与4颗卫星构成一个六面体时,图形强度因子GDOP与该六面体体积成反比。