論GPS測(cè)量的誤差及精度控制分析

【摘要】近年來(lái)，GPS技術(shù)取得了重大突破和進(jìn)步，在測(cè)量領(lǐng)域倍受青睞和尊重，而GPS技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用也日益深入。然而，由于各種條件的限制和制約，GPS測(cè)量的誤差是無(wú)法完全避免的。隨著測(cè)量精度控制標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，分析誤差來(lái)源，采取創(chuàng)新的或優(yōu)化的控制策略是非常必要的。本文對(duì)GPS測(cè)量的誤差及精度控制進(jìn)行了分析，以期為GPS測(cè)量精度的研究提供參考。

【關(guān)鍵詞】GPS測(cè)量;誤差源;精度控制

GPS是全球定位系統(tǒng)，是時(shí)代發(fā)展和信息技術(shù)普及的必然結(jié)果?；贕PS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，它逐漸沖擊了傳統(tǒng)的測(cè)量方法。GPS測(cè)量一般需要主控站，注入站和監(jiān)測(cè)站的配合，具有三維坐標(biāo)表示和全局性，測(cè)量時(shí)間短，全天候，高效性和連續(xù)性的特點(diǎn)。因此，GPS測(cè)量的應(yīng)用已逐漸形成趨勢(shì)和潮流。目前，為了提高測(cè)量精度，為后續(xù)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，各行各業(yè)都需要將GPS測(cè)量的誤差降至最低，這對(duì)誤差源的探測(cè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。只有加大對(duì)精度控制的重視和投入，才能促進(jìn)GPS測(cè)量的可持續(xù)發(fā)展。

1、GPS測(cè)量技術(shù)的相關(guān)概述

GPS技術(shù)起源于美國(guó)，是20世紀(jì)70年代美國(guó)政府的軍事導(dǎo)航。隨著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的成熟，GPS技術(shù)不僅局限于軍事服務(wù)，而且逐漸向公共領(lǐng)域傾斜和擴(kuò)展。GPS系統(tǒng)由三部分組成，GPS信號(hào)接收器，GPS衛(wèi)星星座和地面控制系統(tǒng)。工作原理是地面控制系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星組發(fā)送的信息計(jì)算，然后繪制三維坐標(biāo)系，最后定位地面目標(biāo)。目前，GPS技術(shù)已在現(xiàn)代測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用，其在測(cè)量領(lǐng)域的地位因其不可替代的作用和價(jià)值而具有無(wú)可比擬性。特別是在社會(huì)科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下，GPS測(cè)量在接收，解碼信號(hào)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理方面不斷優(yōu)化，并逐步向更加精確和方便的方向發(fā)展。

2、GPS測(cè)量誤差產(chǎn)生原因分析

根據(jù)GPS測(cè)量的原理和目標(biāo)的確定，衛(wèi)星、信號(hào)傳播和地面接收裝置都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差的發(fā)生，因此，分析GPS測(cè)量誤差的原因應(yīng)從以下三個(gè)方面入手：

2.1衛(wèi)星軌道方面存在的誤差

測(cè)量過(guò)程中，首先需要確定衛(wèi)星的位置，并通過(guò)星歷釋放衛(wèi)星的位置，可以說(shuō)星歷與衛(wèi)星軌道是緊密相連的。衛(wèi)星星歷的測(cè)量與跟蹤監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是分不開(kāi)的，因?yàn)樵诘孛娼邮蘸捅O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，必然受到攝動(dòng)力等諸多因素的制約，從而使發(fā)送到地面監(jiān)測(cè)站的信號(hào)發(fā)生偏差，最終導(dǎo)致衛(wèi)星軌道與星歷之間的誤差。此外，衛(wèi)星的實(shí)際位置與星歷提供的坐標(biāo)之間不可避免地存在測(cè)量偏差，其中星歷誤差是GPS測(cè)量誤差的主要原因之一。

2.2衛(wèi)星傳輸信號(hào)方面存在的誤差

①GPS在衛(wèi)星信號(hào)傳輸過(guò)程中，會(huì)受到功率層的影響，從而造成延遲。傳播效應(yīng)也與電子密度密切相關(guān)，特別是低仰角和垂直方向引起的延遲差非常顯著，在異常期甚至更高。②由于GPS信號(hào)傳播形式使光在真空中的傳播速度有很大的不同，從而不可避免地會(huì)出現(xiàn)延遲。③多徑誤差也是影響信號(hào)傳輸誤差的一個(gè)重要因素。其原因是GPS信號(hào)在傳輸?shù)浇邮仗炀€之前會(huì)反復(fù)反射，影響到線性波信號(hào)的接收設(shè)備。

2.3地面接受裝置存在誤差

地面接收裝置的誤差是不可忽略的。①GPS觀測(cè)畢竟需要人工完成，測(cè)量人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)和業(yè)務(wù)能力已成為減少數(shù)據(jù)誤差的關(guān)鍵因素。測(cè)量設(shè)備的精度和先進(jìn)性也會(huì)限制檢測(cè)數(shù)據(jù)的有效性，其中GPS信號(hào)接收天線關(guān)系到定位的精度和準(zhǔn)確度。②在接收信號(hào)的過(guò)程中，容易受到位置的影響，信號(hào)強(qiáng)度不穩(wěn)定，導(dǎo)致相位中心發(fā)生變化。此外，石英晶體振蕩器是GPS信號(hào)接收機(jī)中常用的器件，其穩(wěn)定性具有一定的間隔范圍。一旦接收器時(shí)鐘偏離衛(wèi)星時(shí)鐘，測(cè)量結(jié)果將受到影響。

3、GPS測(cè)量精度控制的有效方法

3.1加強(qiáng)衛(wèi)星測(cè)控

為了控制GPS測(cè)量的精度，首先要加強(qiáng)對(duì)衛(wèi)星精度的控制。從基本測(cè)量精度出發(fā)，可以取得較好的結(jié)果。在衛(wèi)星精度控制中，有關(guān)人員應(yīng)當(dāng)明確影響衛(wèi)星歷誤差的原因，加強(qiáng)對(duì)誤差的控制。同時(shí)利用GPS跟蹤網(wǎng)確定衛(wèi)星軌道，嚴(yán)格控制和優(yōu)化地心坐標(biāo)精度，優(yōu)化相對(duì)坐標(biāo)值，提高GPS測(cè)量精度。同時(shí)，要對(duì)觀測(cè)到的衛(wèi)星觀測(cè)值進(jìn)行詳細(xì)記錄，以不斷提高星歷的誤差，提高星歷的精度，從而對(duì)GPS測(cè)量技術(shù)的精度控制進(jìn)行綜合控制。

3.2加強(qiáng)信號(hào)傳播精度控制

在GPS測(cè)量過(guò)程中，電離層延遲，太陽(yáng)氣壓和對(duì)流層折射是造成信號(hào)傳播誤差的主要原因。針對(duì)電離層延遲引起的精度誤差，應(yīng)提高同步測(cè)量的范圍和效率，對(duì)電離層進(jìn)行仿真分析，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)提高GPS測(cè)量的精度。針對(duì)對(duì)流層折射引起的誤差，一方面，有關(guān)人員應(yīng)同步觀測(cè)和計(jì)算差值，以保證精度的持續(xù)性和有效性;另一方面，需要對(duì)對(duì)流層進(jìn)行建模，掌握對(duì)流層參數(shù)，減少大氣對(duì)流層參數(shù)對(duì)信號(hào)的影響，降低GPS測(cè)量的精度。

3.3加強(qiáng)地面接受信號(hào)的控制

針對(duì)衛(wèi)星信號(hào)接收過(guò)程中的各種誤差源，應(yīng)做好以下幾個(gè)方面的工作：一是提高工作人員的業(yè)務(wù)水平，保證地面接收機(jī)的靈活操作，保證測(cè)試的有效性，有效避免誤差的產(chǎn)生，嚴(yán)格控制GPS測(cè)量的精度。其次，在測(cè)繪儀器技術(shù)不斷更新的過(guò)程中，接收機(jī)的性能也要不斷更新，以保證兩者的一致性，減少誤差的產(chǎn)生。同時(shí)，對(duì)儀器的性能進(jìn)行定期檢查，保證儀器性能良好，以保證被檢信號(hào)的準(zhǔn)確性，減少測(cè)量誤差。第三，要不斷加強(qiáng)對(duì)觀測(cè)人員的培訓(xùn)，確保觀測(cè)人員重視誤差源的控制，確保數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)整理等的專業(yè)性和科學(xué)性，加強(qiáng)精度控制力度。最后，注意天線中心位置的控制，確保天線幾何中心與相位中心重合，全面控制GPS測(cè)量精度。

結(jié)論：

GPS測(cè)量誤差源的控制是GPS技術(shù)應(yīng)用中需要考慮的主要問(wèn)題。為了解決誤差源問(wèn)題，促進(jìn)GPS測(cè)量水平的提高，必須正確認(rèn)識(shí)測(cè)量誤差的具體表現(xiàn)，包括接收機(jī)誤差，信號(hào)誤差本身和信號(hào)傳輸誤差，并根據(jù)其誤差特性選擇合適的精度控制方法，從而進(jìn)一步提高GPS測(cè)量水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]靳潔，劉鈺.GPS測(cè)量的誤差及精度控制[J].河北農(nóng)機(jī)，2017（8）.

[2]任宏，湯敏，趙冉.GPS測(cè)量的誤差及精度控制[J].建材與裝飾，2017（52）.

[3]李玉標(biāo).論GPS測(cè)量的誤差及精度控制分析[J].智能城市，2018，4（5）：52-52.

[4]楊永軍.礦區(qū)GPS測(cè)量誤差及精度控制方法[J].低碳世界，2018（8）：62-63.

[5]張磊.試論GPS測(cè)量的誤差源及精度控制[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017（7）.

[6]陳鋒.關(guān)于GPS測(cè)量的誤差及精度控制措施的研究[J].城市地理，2017.

[7]花彬.GPS與全站儀在公路測(cè)量中的誤差與精度控制分析[J].科技展望，2017（4）.

[8]呂堅(jiān)，張晶晶.工程測(cè)量中GPS控制測(cè)量平面及高程精度的影響因素[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2018（14）：44-44.

作者簡(jiǎn)介：

肖永飛，男，1980.07，陜西西安人，本科，工程師，研究方向： GPS測(cè)量及數(shù)據(jù)處理，水準(zhǔn)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理，航空攝影。