研究GPS測(cè)量的誤差影響及應(yīng)對(duì)措施

肖瀟

摘 要：當(dāng)前，在世界范圍內(nèi)，GPS測(cè)量作為一種測(cè)量技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各類勘測(cè)工作之中。這一測(cè)量技術(shù)相比于傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)更為方便精確。但是由于一系列影響因素的存在，目前GPS測(cè)量還存在著許多誤差。這些誤差的存在嚴(yán)重影響了數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠性，對(duì)后續(xù)的工作或?qū)嶒?yàn)等都帶來(lái)了不小的問(wèn)題。正是由于這些影響因素的存在，使得GPS測(cè)量技術(shù)無(wú)法發(fā)揮其在多項(xiàng)工作中的重要作用。因此，找出問(wèn)題并探尋應(yīng)對(duì)的措施具有現(xiàn)實(shí)意義。本文通過(guò)分析并研究GPS測(cè)量的誤差影響以及目前存在的一些問(wèn)題，從實(shí)際情況出發(fā)，提出一些應(yīng)對(duì)措施，以望能更好得完善GPS測(cè)量這一測(cè)量技術(shù)，保證測(cè)量數(shù)據(jù)的真實(shí)性、準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：GPS測(cè)量；測(cè)量誤差；應(yīng)對(duì)措施；探索研究

GPS測(cè)量是通過(guò)地面接收設(shè)備接收衛(wèi)星傳送來(lái)的信息，計(jì)算同一時(shí)刻地面接收設(shè)備到多顆衛(wèi)星之間的偽距離，采用空間距離后方交會(huì)方法，來(lái)確定地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)。因此，對(duì)于GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號(hào)傳播過(guò)程和地面接收設(shè)備都會(huì)對(duì)GPS測(cè)量產(chǎn)生誤差。主要誤差來(lái)源可分為：與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差；與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差；與接收設(shè)備有關(guān)的誤差。本文通過(guò)對(duì)GPS測(cè)量誤差的分析和誤差的來(lái)源的研究，從而得出GPS測(cè)量的誤差影響。先概述GPS的基本概念，接著分析誤差來(lái)源，最后得出相應(yīng)的措施。在當(dāng)前技術(shù)條件下，無(wú)論是何種測(cè)量技術(shù)都會(huì)存在一定的測(cè)量誤差，其間的差別只是誤差的大小以及誤差是否處于合理范圍之內(nèi)。GPS測(cè)量技術(shù)是當(dāng)前一種較為先進(jìn)、方便的測(cè)量技術(shù)。相比于傳統(tǒng)測(cè)量方式，它所測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，適用范圍更加廣泛。在當(dāng)前，如何降低測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差值是應(yīng)該被給予重視的問(wèn)題。只有盡可能地降低測(cè)量誤差，將測(cè)量誤差控制在合理范圍之類，才能保證數(shù)據(jù)的可用性。當(dāng)前隨著建筑業(yè)等的飛速發(fā)展，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性的要求也越來(lái)越高。所以在此現(xiàn)狀之下，加強(qiáng)對(duì)GPS測(cè)量的誤差影響的研究，不斷探索相應(yīng)的解決措施具有重要的價(jià)值。本文對(duì)GPS測(cè)量的幾種誤差進(jìn)行研究分析，并提出幾點(diǎn)對(duì)應(yīng)的降低誤差的措施，望能不斷完善GPS測(cè)量這一測(cè)量技術(shù)。

1 造成測(cè)量誤差的主要因素

在GPS的實(shí)際測(cè)量操作中，由于其依托于衛(wèi)星技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)。特別是衛(wèi)星技術(shù)，在衛(wèi)星傳播過(guò)程中導(dǎo)航電文的參數(shù)值存在誤差，包括衛(wèi)星時(shí)鐘誤差和星歷誤差。其次，GPS測(cè)量技術(shù)主要靠GPS信號(hào)的傳導(dǎo)，但是在實(shí)際的信號(hào)傳送過(guò)程中，由于傳播介質(zhì)的不單純性，會(huì)造成一些難以避免的誤差。除此之外，還與GPS測(cè)量的工具有關(guān)，包括接收機(jī)自身發(fā)出的噪音引起的誤差和多徑效應(yīng)[1]。

2 GPS測(cè)量的誤差影響及應(yīng)對(duì)措施

2.1 與控制段有關(guān)的誤差影響和應(yīng)對(duì)措施

對(duì)于該類因素導(dǎo)致的誤差，一般被業(yè)內(nèi)歸類于系統(tǒng)誤差。這其中主要包含鐘差、頻偏等等影響因素。在實(shí)際的測(cè)量中，這些因素造成的誤差一般在1ms之內(nèi)，但是當(dāng)信號(hào)被接收機(jī)接受后，在距離上的體現(xiàn)的偏差較大，一般偏差大概為300km。這一距離的誤差無(wú)法滿足當(dāng)前對(duì)于測(cè)量精確度的要求。目前，對(duì)于該類因素造成的GPS測(cè)量誤差，一般有鐘差改正法和差分法兩種方法來(lái)降低測(cè)量的誤差。在GPS測(cè)量中，一般是將衛(wèi)星星歷作為起始數(shù)據(jù)，后續(xù)的數(shù)據(jù)都是基于這一數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行測(cè)算。在將衛(wèi)星星歷傳送到測(cè)站坐標(biāo)的時(shí)候，衛(wèi)星星歷的誤差會(huì)影響到測(cè)量的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

對(duì)于星歷誤差而引起的GPS測(cè)量誤差，我們可以采用相位觀測(cè)量求差的方法來(lái)盡可能的減少測(cè)量的誤差。通過(guò)這種方式，我們能計(jì)算出準(zhǔn)確性較高的相對(duì)坐標(biāo)。當(dāng)我們進(jìn)行距離較長(zhǎng)，對(duì)測(cè)量的精確性要求較高的測(cè)量時(shí)，可以選擇精密的星歷來(lái)進(jìn)行初始點(diǎn)的定位，來(lái)盡量降低測(cè)量過(guò)程中形成的誤差。

2.2 與衛(wèi)星傳播有關(guān)的誤差影響及應(yīng)對(duì)措施

GPS測(cè)量是依靠衛(wèi)星的信號(hào)傳播的，但是在信號(hào)傳遞的過(guò)程當(dāng)中，由于傳遞介質(zhì)的不單純性，會(huì)造成一些誤差。主要是大氣層對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的折射影響。當(dāng)我們討論這一影響因素時(shí)，應(yīng)從兩類折射情況進(jìn)行分析。

電離層折射：

電離層是大氣層中的一個(gè)電離區(qū)域，離地面大約50km一直向上大約1000km的高層大氣都屬于電離層的范圍。在這一區(qū)域內(nèi)，存在著數(shù)量龐大的自由電子和離子，對(duì)無(wú)線電波的傳播速度會(huì)造成一定影響[2]。電離層也是衛(wèi)星信號(hào)必經(jīng)的一塊大氣區(qū)域，所以為了降低GPS測(cè)量的誤差影響，必須要減少電離層折射對(duì)測(cè)量的干擾。

在當(dāng)前技術(shù)水平下，我們主要采用的方法是利用傾斜因子系數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算分析，盡可能減少電離層折射給測(cè)量數(shù)據(jù)帶來(lái)的偏差。除此之外，還能選擇合適的時(shí)間段，測(cè)量人員在觀測(cè)站進(jìn)行同步的觀測(cè)，然后采用同步觀測(cè)量求差的方法來(lái)進(jìn)行應(yīng)對(duì)。

2.3 對(duì)流層折射

相比于電離層對(duì)衛(wèi)星信號(hào)傳播速度的改變，對(duì)流層折射對(duì)GPS測(cè)量的影響主要在于對(duì)信號(hào)頻率造成的誤差。當(dāng)前，世界范圍內(nèi)對(duì)于對(duì)流層傳播的研究較多，且與通信技術(shù)的聯(lián)系日益密切，并在這一領(lǐng)域出現(xiàn)了不少的優(yōu)秀研究成果。對(duì)于降低對(duì)流層折射對(duì)GPS測(cè)量造成的誤差，目前主要是利用對(duì)流層模型以及相應(yīng)的映射函數(shù)來(lái)盡可能地降低GPS測(cè)量的誤差影響。

3 與接收機(jī)有關(guān)的誤差影響及應(yīng)對(duì)措施

在實(shí)際的測(cè)量過(guò)程當(dāng)中，由于測(cè)量器具的精度、質(zhì)量或一些其他因素的影響，總是存在一些誤差。在GPS測(cè)量中，主要是接收機(jī)對(duì)于誤差形成的影響較大。在當(dāng)前技術(shù)條件之下，接收機(jī)無(wú)法達(dá)到我們所希望的理想狀態(tài)。在實(shí)際的使用過(guò)程之中，接收機(jī)對(duì)于信號(hào)變化的追蹤難以同步進(jìn)行反應(yīng)，出現(xiàn)一點(diǎn)的延遲和偏差。主要是由于一些噪音對(duì)信號(hào)的干擾，導(dǎo)致出現(xiàn)接收機(jī)對(duì)信號(hào)接收出現(xiàn)誤差。當(dāng)這些看似細(xì)小的誤差反應(yīng)在數(shù)據(jù)上時(shí)，就會(huì)造成較為嚴(yán)重的偏差，達(dá)不到測(cè)量精度的要求。

針對(duì)這一方面的誤差，我們主要是采用差分法，或者是在求解的時(shí)候?qū)⒔邮諜C(jī)的鐘差作為獨(dú)立未知數(shù)[3]。

參考文獻(xiàn)

[1]陳志川.研究GPS測(cè)量的誤差影響及應(yīng)對(duì)措施[J].科技傳播，2013，（2）：282.

[2]楊祥平，楊旭.GPS測(cè)量的誤差來(lái)源分析與應(yīng)對(duì)措施[J].城市建設(shè)理論研究，2013，（12）：175.

[3]朱云峰.GPS定位誤差分析與應(yīng)對(duì)措施[J].葛洲壩集團(tuán)科技，2015，（1）：54-55.

（作者單位：中國(guó)石油大學(xué)）