第三章GPS定位中的误差源3.

武汉大学测绘学院GPS原理及其应用课程组GPS原理及其应用(七)GPS原理及其应用第三章GPS定位中的误差源§3.6对流层延迟§3.7多路径误差§3.8其他误差改正GPS原理及其应用§3.6对流层延迟GPS原理及其应用3.6对流层延迟GPS测量定位的误差源对流层延迟GPS原理及其应用对流层（Troposphere）GPS测量定位的误差源对流层延迟对流层GPS原理及其应用对流层延迟00(1)(1)1(1)[1(1)](1)(1)1(1(1))1Kkttttktttskkkcvnnrefractiveindexofatmosphereccvdtdtdtcndtnncndtcdtcndtctndsxxx称为大气折射系数（）设为信号传播的真实距离，则当时，有故：称6(1)(1)(1)10ssndsndsNnatmosphericrefractivity：为对流层延迟，对流层改正。通常令：，称其为大气折射率（）GPS测量定位的误差源对流层延迟对流层延迟GPS原理及其应用对流层的色散效应•对流层的色散效应–折射率与信号波长的关系–对流层对不同波长的波的折射效应–结论•对于GPS卫星所发送的电磁波信号，对流层不具有色散效应4260136.06288.1604.28710N波长N*10e6红光0.72290.7966紫光0.40298.3153L11902936.728287.6040L22442102.134287.6040GPS测量定位的误差源对流层延迟对流层的色散效应GPS原理及其应用大气折射率N与气象元素的关系•大气折射率N与温度、气压和湿度的关系–Smith和Weintranb，1954•对流层延迟与大气折射率N。为水气压，单位；单位为气温，为绝对温度，；为大气压，单位称为湿气分量；称为干气分量；其中：mbareKTmbarPNNTeTPNNNwdwd248106.776.77swsdsdsNdsNNdss161616101010GPS测量定位的误差源对流层延迟大气折射率N与气象元素的关系GPS原理及其应用霍普菲尔德（Hopfield）改正模型①•出发点–导出折射率与高度的关系–沿高度进行积分，导出垂直方向上的延迟–通过投影（映射）函数，得出信号方向上的延迟1100016.27372.14840136)()()()(44wsdswwswsddsdwddhThshhhhNhhhhNNNNMRCRTPVgdhdPdhdT）（；的量表示为测站上的值含下标其中：；；；GPS测量定位的误差源对流层延迟霍普菲尔德（Hopfield）改正模型GPS原理及其应用霍普菲尔德（Hopfield）改正模型②•对流层折射模型为水气压）（swsdswsswsdssdwdwdehThhheTKhhTPKEKEKsss1100016.27372.14840136)(4810102.155)(102.155)25.2sin()25.6sin(277212212GPS测量定位的误差源对流层延迟霍普菲尔德（Hopfield）改正模型GPS原理及其应用霍普菲尔德（Hopfield）改正模型③•投影函数的修正高度等有关的量。是与测站气压、温度、其中321321,,sinsin1aaaaEatgEaEmGPS测量定位的误差源对流层延迟霍普菲尔德（Hopfield）改正模型GPS原理及其应用萨斯塔莫宁（Saastamoinen）改正模型①•原始模型有关，可查表获得。和与有关，可查表获得；与其中：sssssssshERhBhhWRhWEtgBeTPEs00028.02cos0026.01),(),(])05.01255([sin002277.02GPS测量定位的误差源对流层延迟萨斯塔莫宁（Saastamoinen）改正模型GPS原理及其应用萨斯塔莫宁（Saastamoinen）改正模型②•拟合后的公式283210716.01015.016.1)4810(16'])05.01255(['sin002277.0sssssssshhactgEeTPTEEEEEtgaeTPEs其中：GPS测量定位的误差源对流层延迟萨斯塔莫宁（Saastamoinen）改正模型GPS原理及其应用勃兰克（Black）改正模型20.0)69.3(002312.013000)96.3(98.148)6.0(92.1)]273(00015.0076.0[833.0)())1(1cos(1)())1(1cos(1123.002020wsssdwsdEswwsddKTPTKhThEbTlEbhhlEKEbhhlEKs其中：GPS测量定位的误差源对流层延迟勃兰克（Black）改正模型GPS原理及其应用对流层改正模型综述•不同模型所算出的高度角30以上方向的延迟差异不大•Black模型可以看作是Hopfield模型的修正形式•Saastamoinen模型与Hopfield模型的差异要大于Black模型与Hopfield模型的差异GPS测量定位的误差源对流层延迟对流层改正模型综述GPS原理及其应用气象元素的测定①•气象元素–干温、湿温、气压–干温、相对湿度、气压•测定方法–普通仪器：通风干湿温度表、空盒气压计–自动化的电子仪器GPS测量定位的误差源对流层延迟气象元素的测定GPS原理及其应用气象元素的测定②•水气压es的计算方法–由相对湿度RH计算–由干温、湿温和气压计算)000256908.0213166.02465.37(2sTsTeRHessPwTsTwTweseWTgWTgWTgwTgwTgeTeww)()31068.11(4105.4)(3)(2)(1)()(02808.5)16.373(246.1013GPS测量定位的误差源对流层延迟气象元素的测定1)16.3731(1205.26)116.373(03945.87321101813.3)()1(0187265.0)()116.373(19728.18)(wTwTeTgeTgTTg原理及其应用对流层模型改正的误差分析•模型误差–模型本身的误差•气象元素误差–量测误差•仪器误差•读数误差–测站气象元素的代表性误差–实际大气状态与大气模型间的差异GPS测量定位的误差源对流层延迟对流层模型改正的误差分析GPS原理及其应用§3.7多路径误差GPS原理及其应用3.7多路径误差GPS测量定位的误差源多路径误差GPS原理及其应用多路径误差与多路径效应•多路径（Multipath）误差–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–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。GPS测量定位的误差源多路径误差多路径误差与多路径效应GPS原理及其应用反射波•反射波的几何特性•反射波的物理特性–反射系数a–极化特性•GPS信号为右旋极化•反射信号为左旋极化zHzHzzHzzHzGAzGAGAOAGAsin42sin2))sin21(1(sin)2cos1(sin)2cos1(2cos2为：号的相位差反射信号相对于直接信为：号多经过的路径长度反射信号相对于直接信HAOGS'SS'zz2zGPS测量定位的误差源多路径误差反射波GPS原理及其应用多路径误差①•受多路径效应影响的情况下的接收信号tUtUtUtUtUStUatUatUatUatUtUatUSSStUaStUSrdrdsin)sin(cos)cos(sinsincoscos)cos(sin)sin(cos)cos1(sinsincoscoscos)cos(cos)cos(cos为：因为接收信号也可表示实际接收信号：反射信号：直接信号：GPS测量定位的误差源多路径误差多路径误差GPS原理及其应用)cos1sin(cos1sincos21)sin()cos()cos21(sin))cos(cos21(sincos1sinsincoscos1222222222aaarctgaatgaaaaaaaaaaa得：除以第二式，有将上面两式中的第一式得：）（）（）（有对上面两式求平方和，则有：多路径误差②GPS测量定位的误差源多路径误差多路径误差GPS原理及其应用多路径误差③•多路径的数值特性•受多个反射信号影响的情况aaaaaaaaaaaaaddarcsin;)arccos(0)sincos1)(cos1(cos)cos1(sincos)cos1()cos1sin(11max2222取得极值时，则，当)cos1sin(11niiiniiiaaarctgGPS测量定位的误差源多路径误差多路径误差GPS原理及其应用多路径误差的特点•与测站环境有关•与反射体性质有关•与接收机结构、性能有关GPS测量定位的误差源多路径误差多路径误差的特点GPS原理及其应用应对多路径误差的方法①•观测上–选择合适的测站，避开易产生多路径的环境GPS测量定位的误差源多路径误差应对多路径误差的方法易发生多路径的环境GPS原理及其应用应对多路径误差的方法②•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(MultipathEstimatingDelayLockLoop)等GPS测量定位的误差源多路径误差应对多路径误差的方法抗多路径效应的天线GPS原理及其应用应对多路径误差的方法③•数据处理上–加权–参数法–滤波法–信号分析法GPS测量定位的误差源多路径误差应对多路径误差的方法GPS原理及其应用§3.8其他误差改正•引力延迟•地球自转改正•地球潮汐改正•接收机的位置误差•天线相位中心偏差GPS原理及其应用地球自转改正GPS提供的星历是WGS-84坐标系坐标，WGS-84坐标系为地固坐标系，而地球并非不动体，它在不停自转；GPS信号自卫星到地面测站，需要一段传播时间，如果以测站为标准，卫星坐标发生了),,(SSSZYX的变化量，这必然引起卫星到测站的几何距离发生变化，设变化量为，由微分公式可算出：SRSSRSSRSZZZYYYXXX)()()[(1式中：),,(SSSZYX为卫星瞬时地心坐标，),,(RRRZYX为地面测站的地心坐标。GPS测量定位的误差源其他误差改正地球自转改正GPS原理及其应用),,(SSSZYX为卫星坐标变化量，可按下式计算：SSSSSSZYXZYX0000000式中为地球自转角速度，即得到地球旋转改正公式：])()[(SRSSRSXYYYXXCGPS测量定位的误差源其他误差改正地球自转改正GPS原理及其应用