論GPS測(cè)量的誤差及精度控制分析

李玉標(biāo)

湖北非金屬地質(zhì)公司，湖北武漢 430030

全球定位系統(tǒng)擁有定位高、自動(dòng)化、效率高等特點(diǎn)，在各個(gè)行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，在現(xiàn)代是一種重要的測(cè)量手段，在應(yīng)用中獲得了良好的效果，但是其中也會(huì)存在一些誤差，為了解決這些誤差，首先要做的就是了解這些誤差出現(xiàn)的原因，并加以措施進(jìn)行控制與改良，來(lái)確保全球定位系統(tǒng)能夠滿足測(cè)量所需要的要求。

1 GPS測(cè)量產(chǎn)生誤差的原因

（1） 衛(wèi)星時(shí)鐘的鐘差。GPS在進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，需要計(jì)算信號(hào)由衛(wèi)星傳播到接收設(shè)備之間的距離，而這個(gè)距離是根據(jù)信號(hào)傳播的時(shí)間乘以速度來(lái)計(jì)算的，但是時(shí)鐘都是存在一定誤差的，即使用高精度的原子鐘，也不能做到同步，這個(gè)誤差在實(shí)際就會(huì)反應(yīng)到實(shí)際距離上，衛(wèi)星與接收機(jī)時(shí)間相差1s，反應(yīng)的實(shí)際距離就是3000m，經(jīng)過(guò)改正后得到了很大的提升，能夠?qū)⒄`差控制在6m之內(nèi)，影響的結(jié)果也不是很大。

（2） 衛(wèi)星星歷的誤差。根據(jù)衛(wèi)星星歷確定的衛(wèi)星空間位置與衛(wèi)星的實(shí)際位置是不可能完全相同的，兩者之間必然存在誤差，衛(wèi)星在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)受到多種影響，這些影響在監(jiān)控站很難確定，所以，衛(wèi)星軌道不準(zhǔn)確時(shí)人們根本就不知道，也就不會(huì)做出相應(yīng)的變化，就會(huì)使得人們根據(jù)衛(wèi)星星歷計(jì)算出的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，使得衛(wèi)星提供出來(lái)的數(shù)據(jù)與實(shí)際的數(shù)據(jù)之間存在誤差。

（3） 信號(hào)傳播產(chǎn)生的誤差。信號(hào)傳播產(chǎn)生的誤差可以分為三點(diǎn)，分別是電離層產(chǎn)生的誤差、多路途經(jīng)產(chǎn)生的誤差、對(duì)流層產(chǎn)生的誤差。電離層會(huì)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的傳播途徑產(chǎn)生一定的變化，會(huì)使得信號(hào)傳播出現(xiàn)延誤等情況，這種變化會(huì)對(duì)實(shí)際情況產(chǎn)生一定的影響；多路徑產(chǎn)生的影響是測(cè)量誤差中非常嚴(yán)重的誤差，接受設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中，不會(huì)只接收來(lái)自衛(wèi)星的直接信號(hào)，接收的信號(hào)之中還包括周邊的一些信號(hào)，這些信號(hào)進(jìn)行疊加就會(huì)使得原信號(hào)產(chǎn)生變化，使得測(cè)量存在較大的誤差，一般誤差控制在15m之內(nèi)，這種信號(hào)出現(xiàn)的幾率并不大，但是它的產(chǎn)生與監(jiān)測(cè)站周邊的環(huán)境存在一定的聯(lián)系，水域、信號(hào)塔、雷達(dá)站等都有可能，并且有不同的表現(xiàn)形式；對(duì)流層會(huì)使得全球定位系統(tǒng)的衛(wèi)星信號(hào)發(fā)生折射改變傳播路徑，使它傳播延遲，產(chǎn)生誤差。

（4） 接收設(shè)備產(chǎn)生的誤差。接收設(shè)備產(chǎn)生的誤差主要包括時(shí)鐘誤差、位置誤差等，這些誤差通常都是由于工作原因造成的，這些誤差會(huì)對(duì)實(shí)際情況造成一定的誤差，使得測(cè)量的結(jié)果出現(xiàn)誤差；但是在實(shí)際生活中，通過(guò)對(duì)設(shè)備的檢查、測(cè)量，確保整個(gè)流程符合標(biāo)準(zhǔn)，這些誤差就可以避免；接收機(jī)鐘差會(huì)對(duì)測(cè)量的結(jié)果產(chǎn)生影響，接收信號(hào)的頻率、方位以及高度的不同，都會(huì)使得距離產(chǎn)生誤差。

2 解決GPS精度誤差的對(duì)策

（1） 模型改正法。GPS測(cè)量出現(xiàn)誤差時(shí)，可以利用模型改正法來(lái)提升精度，這樣就可以消除由電離層、多路徑傳播等引起的誤差，經(jīng)過(guò)模型改正后，精度可以確定在誤差1m之內(nèi)，但是經(jīng)過(guò)參數(shù)的加入后，精度可以確保在10～20cm，模型改正能夠解決精度問(wèn)題。

（2） 選擇合適的監(jiān)控站。監(jiān)控站除了要滿足全球定位系統(tǒng)的基本觀測(cè)條件之外，還應(yīng)該要滿足電磁波能夠從監(jiān)控站出發(fā)，通過(guò)各種方式到達(dá)移動(dòng)站，一般的監(jiān)控站周圍沒(méi)有能夠反射信號(hào)的東西，水域、信號(hào)塔、雷達(dá)站等都不應(yīng)該有，這些會(huì)使得信號(hào)不準(zhǔn)確，遠(yuǎn)離這些地方會(huì)消除多路徑帶來(lái)的影響。

（3） 消除衛(wèi)星帶來(lái)的誤差。不斷改進(jìn)定軌技術(shù)和攝動(dòng)力模型可以有效地解決星歷誤差，除此之外，相對(duì)定位作業(yè)模式也可以消除星歷誤差，采用同步觀測(cè)的方法，利用模型和數(shù)據(jù)處理方法來(lái)進(jìn)行修正，能夠解決衛(wèi)星時(shí)鐘誤差。

（4） 消除接收設(shè)備帶來(lái)的誤差。對(duì)接收機(jī)進(jìn)行檢查，測(cè)量的精度水平、測(cè)量的數(shù)據(jù)質(zhì)量、內(nèi)部的安裝水平等，只有全部符合檢驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)備才投入到測(cè)量作業(yè)中，在測(cè)量之前還要對(duì)接收設(shè)備的性能以及精度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行充分的了解，只有這樣才會(huì)消除接收設(shè)備帶來(lái)的誤差。

（5） 消除周跳帶來(lái)的誤差。要想消除周跳帶來(lái)的誤差，就先要對(duì)接收機(jī)以及周邊的環(huán)境進(jìn)行檢查，對(duì)于一些潛在的因素，要把它們排除掉，要盡量避免周跳的出現(xiàn)，但是在實(shí)際的測(cè)量數(shù)據(jù)中如果出現(xiàn)周跳，那么就必須要對(duì)周跳進(jìn)行探測(cè)以及修復(fù)，這樣才會(huì)能夠保證測(cè)量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

（6） 加強(qiáng)接收機(jī)的檢測(cè)。利用先進(jìn)的儀器對(duì)精確度的提升有很大的影響，在使用全球定位系統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器時(shí)，應(yīng)該先要熟悉各種機(jī)械的操作，并對(duì)各種機(jī)械做一個(gè)測(cè)量前的小檢查，使儀器保持良好的性能，并且能夠正常的工作。接收機(jī)的硬件已經(jīng)朝著集成化的方向發(fā)展，新的接收機(jī)可以根據(jù)用戶的需求設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的模式，在數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用方面，已經(jīng)朝著智能化方向發(fā)展，由于用途的不同，用戶接收機(jī)的改進(jìn)出現(xiàn)了多種變化趨勢(shì)，這些發(fā)展使得全球定位系統(tǒng)能夠更加方便以及更加準(zhǔn)確，但是，這些都基于工作人員對(duì)儀器的熟悉程度以及準(zhǔn)確的操作，這樣可以減少操作的誤差，能夠解決接收機(jī)檢測(cè)帶來(lái)的誤差。

3 結(jié)語(yǔ)

近幾十年來(lái)的科學(xué)技術(shù)已經(jīng)取得了巨大的發(fā)展，例如，GPS技術(shù)，全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生對(duì)于人們以及世界都是一項(xiàng)巨大的研究成果，全球定位系統(tǒng)是由美國(guó)專家研究出來(lái)的，給世界人民帶來(lái)了巨大的影響，全球定位系統(tǒng)由原來(lái)的不準(zhǔn)確、不廣泛逐漸變得準(zhǔn)確、廣泛、大眾化。尤其是近幾年來(lái)，我國(guó)也加大了對(duì)全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用，并且取得了很好的效果，但是全球定位系統(tǒng)也存在一定的誤差，本文給出了六點(diǎn)來(lái)解決精度誤差，有針對(duì)性的消除誤差，來(lái)提高全球定位系統(tǒng)技術(shù)，只有發(fā)現(xiàn)誤差，及時(shí)改正，才能取得成績(jī)，才能在這個(gè)發(fā)展迅速的時(shí)代占據(jù)一席之地，才能使GPS系統(tǒng)可持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展。

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