GPS系統的誤差來(lái)源分析
畢業(yè)論文即需要在學(xué)業(yè)完成前寫(xiě)作并提交的論文，是教學(xué)或科研活動(dòng)的重要組成部分之一。下面是小編為大家帶來(lái)的通信工程畢業(yè)論文范文——GPS系統的誤差來(lái)源分析，歡迎閱讀!
摘 要：GPS 系統的定位誤差直接影響著(zhù)GPS定位精度，按其產(chǎn)生的來(lái)源、性質(zhì)及對系統的影響等進(jìn)行了介紹和初步分析,提出了相應的措施以便消除或削弱它們對測量結果的影響。
關(guān)鍵詞：GPS誤差 精度 衛星星歷 電離層 對流層
一、GPS 定位技術(shù)
GPS 全球衛星定位系統是美國國防部為滿(mǎn)足軍事部門(mén)對海上、陸地和空中設施進(jìn)行高精度導航和定位的要求而建立的。該系統具有全球性、全天候、連續性等三維導航和定位能力,并具有良好的抗干擾性和保密性。它已成為美國導航技術(shù)現代化的最重要標志,并被視為20 世紀美國繼阿波羅登月計劃和航天飛機計劃之后的又一重大科技成就。在航空、航天、軍事、交通、運輸、資源勘探、通信、氣象等幾乎所有的領(lǐng)域中,它都被作為一項非常重要的技術(shù)手段，用于導航、定時(shí)、定位和進(jìn)行大氣物理研究等。GPS 的主要特點(diǎn)有：
(1)全球覆蓋連續導航定位:由于GPS 有24 顆衛星,且分布合理,軌道高達20200km,所以在地球上和近地空間任何一點(diǎn),均可連續同步地觀(guān)測4顆以上衛星,實(shí)現全球、全天候連續導航定位。
(2)高精度三維定位: GPS 能連續地為各類(lèi)用戶(hù)提供三維位置、三維速度和精確時(shí)間信息。GPS提供的測量信息多,既可通過(guò)偽碼測定偽距,又可測定載波多普勒頻移、載波相位。
(3)抗干擾性能好、保密性強; GPS 采用數字通訊的特殊編碼技術(shù),即偽噪聲碼技術(shù),因而具有良好的抗干擾性和保密性。
二、GPS 定位的誤差來(lái)源分析
GPS 測量是通過(guò)地面接收設備接收衛星傳送來(lái)的信息，計算同一時(shí)刻地面接收設備到多顆衛星之間的偽距離，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。因此，對于GPS衛星、衛星信號傳播過(guò)程和地面接收設備都會(huì )對GPS 測量產(chǎn)生誤差。主要誤差來(lái)源可分為:與GPS衛星有關(guān)的誤差;與信號傳播有關(guān)的誤差;與接收設備有關(guān)的誤差。
1.與衛星有關(guān)的誤差
(1)衛星星歷誤差
衛星星歷誤差是指衛星星歷給出的衛星空間位置與衛星實(shí)際位置間的偏差,由于衛星空間位置是由地面監控系統根據衛星測軌結果計算求得的,所以又稱(chēng)為衛星軌道誤差。它是一種起始數據誤差,其大小取決于衛星跟蹤站的數量及空間分布、觀(guān)測值的數量及精度、軌道計算時(shí)所用的軌道模型及定軌軟件的完善程度等。星歷誤差是GPS 測量的重要誤差來(lái)源.
(2)衛星鐘差
衛星鐘差是指GPS衛星時(shí)鐘與GPS標準時(shí)間的差別。為了保證時(shí)鐘的精度，GPS衛星均采用高精度的原子鐘，但它們與GPS標準時(shí)之間的偏差和漂移和漂移總量仍在1ms～0.1ms以?xún)�，由此引起的等效誤差將達到300km～30km。這是一個(gè)系統誤差必須加于修正。
(3)SA干擾誤差
SA誤差是美國軍方為了限制非特許用戶(hù)利用GPS進(jìn)行高精度點(diǎn)定位而采用的降低系統精度的政策，簡(jiǎn)稱(chēng)SA政策，它包括降低廣播星歷精度的ε技術(shù)和在衛星基本頻率上附加一隨機抖動(dòng)的δ技術(shù)。實(shí)施SA技術(shù)后，SA誤差已經(jīng)成為影響GPS定位誤差的最主要因素。雖然美國在2000年5月1日取消了SA，但是戰時(shí)或必要時(shí)，美國可能恢復或采用類(lèi)似的干擾技術(shù)。
(4)相對論效應的影響
這是由于衛星鐘和接收機所處的狀態(tài)(運動(dòng)速度和重力位) 不同引起的衛星鐘和接收機鐘之間的相對誤差。
2.與傳播途徑有關(guān)的誤差
(1)電離層折射
在地球上空距地面50～100 km 之間的電離層中,氣體分子受到太陽(yáng)等天體各種射線(xiàn)輻射產(chǎn)生強烈電離,形成大量的自由電子和正離子。當GPS 信號通過(guò)電離層時(shí),與其他電磁波一樣,信號的路徑要發(fā)生彎曲,傳播速度也會(huì )發(fā)生變化,從而使測量的距離發(fā)生偏差,這種影響稱(chēng)為電離層折射。對于電離層折射可用3 種方法來(lái)減弱它的影響: ①利用雙頻觀(guān)測值,利用不同頻率的觀(guān)測值組合來(lái)對電離層的延尺進(jìn)行改正。②利用電離層模型加以改正。③利用同步觀(guān)測值求差,這種方法對于短基線(xiàn)的效果尤為明顯。
(2)對流層折射
對流層的高度為40km 以下的大氣底層,其大氣密度比電離層更大,大氣狀態(tài)也更復雜。對流層與地面接觸并從地面得到輻射熱能,其溫度隨高度的增加而降低。GPS 信號通過(guò)對流層時(shí),也使傳播的路徑發(fā)生彎曲,從而使測量距離產(chǎn)生偏差,這種現象稱(chēng)為對流層折射。減弱對流層折射的影響主要有3 種措施: ①采用對流層模型加以改正,其氣象參數在測站直接測定。②引入描述對流層影響的附加待估參數,在數據處理中一并求得。③利用同步觀(guān)測量求差。
(3)多路徑效應
測站周?chē)姆瓷湮锼瓷涞男l星信號(反射波)進(jìn)入接收機天線(xiàn),將和直接來(lái)自衛星的信號(直接波) 產(chǎn)生干涉,從而使觀(guān)測值偏離,產(chǎn)生所謂的“多路徑誤差”。這種由于多路徑的信號傳播所引起的干涉時(shí)延效應被稱(chēng)作多路徑效應。減弱多路徑誤差的方法主要有: ①選擇合適的站址。測站不宜選擇在山坡、山谷和盆地中,應離開(kāi)高層建筑物。②選擇較好的接收機天線(xiàn),在天線(xiàn)中設置徑板,抑制極化特性不同的反射信號。3.與GPS 接收機有關(guān)的誤差
(1)接收機鐘差
GPS 接收機一般采用高精度的石英鐘,接收機的鐘面時(shí)與GPS 標準時(shí)之間的差異稱(chēng)為接收機鐘差。把每個(gè)觀(guān)測時(shí)刻的接收機鐘差當作一個(gè)獨立的未知數,并認為各觀(guān)測時(shí)刻的接收機鐘差間是相關(guān)的,在數據處理中與觀(guān)測站的位置參數一并求解，可減弱接收機鐘差的影響。
(2)接收機的位置誤差
接收機天線(xiàn)相位中心相對測站標石中心位置的誤差,叫接收機位置誤差。其中包括天線(xiàn)置平和對中誤差,量取天線(xiàn)高誤差。在精密定位時(shí),要仔細操作,來(lái)盡量減少這種誤差影響。在變形監測中,應采用有強制對中裝置的觀(guān)測墩。相位中心隨著(zhù)信號輸入的強度和方向不同而有所變化,這種差別叫天線(xiàn)相位中心的位置偏差。這種偏差的影響可達數毫米至厘米。而如何減少相位中心的偏移是天線(xiàn)設計中的一個(gè)重要問(wèn)題。在實(shí)際工作中若使用同一類(lèi)天線(xiàn),在相距不遠的兩個(gè)或多個(gè)測站同步觀(guān)測同一組衛星,可通過(guò)觀(guān)測值求差來(lái)減弱相位偏移的影響。但這時(shí)各測站的天線(xiàn)均應按天線(xiàn)附有的方位標進(jìn)行定向,使之根據羅盤(pán)指向磁北極。
(3)接收機天線(xiàn)相位中心偏差
在GPS 測量時(shí),觀(guān)測值都是以接收機天線(xiàn)的相位中心位置為準的,而天線(xiàn)的相位中心與其幾何中心,在理論上應保持一致。但是觀(guān)測時(shí)天線(xiàn)的相位中心隨著(zhù)信號輸入的強度和方向不同而有所變化,這種差別叫天線(xiàn)相位中心的位置偏差。這種偏差的影響可達數毫米至厘米。而如何減少相位中心的偏移是天線(xiàn)設計中的一個(gè)重要問(wèn)題。
三、GPS的最新發(fā)展與改進(jìn)
面對導航市場(chǎng)的迅速發(fā)展和強大的競爭壓力，美國政府不得不作出反映，計劃在未來(lái)10年內對GPS做一系列的調整和改進(jìn)。對GPS的改進(jìn)將對GPS系統的3個(gè)部分進(jìn)行，其中對星座部分的改進(jìn)最大。
1.GPS星座的改進(jìn)
(1)改善星座的分布(2)增強衛星的自主導航能力(3)取消SA政策(4)增加民用頻率(5)頻率復用(6)增強衛星發(fā)射信號的功率
2.地面監控部分的改進(jìn)
衛星位置的精度直接影響到用戶(hù)的定位精度，而地面監控站的數量和分布部分地決定了GPS衛星定軌的質(zhì)量。目前GPS共有5個(gè)監控站，衛星位置的精度為1m～2m。美國軍方正計劃將國家制圖局(NIMA)的7個(gè)GPS監控站納入目前的控制網(wǎng)，使將來(lái)的監控站的分布更加均勻、密度更大，為了計算衛星的位置提供更多的、更及時(shí)的高質(zhì)量觀(guān)測數據。預計在未來(lái)10年，衛星星歷的精度將達到亞米級，甚至達到厘米級，同時(shí)，向衛星上傳數據的頻率也將更高。
3.用戶(hù)接受部分的改進(jìn)
由于用戶(hù)的用途不同，用戶(hù)接受機的改進(jìn)也是多樣化的。接收機的硬件部分正朝多樣化、小型化、模塊化、集成化、操作簡(jiǎn)單等方向發(fā)展，例如出現了一些新的接收機可根據用戶(hù)的需求用軟件設定單頻GPS、雙頻GPS等模式。接收機的面板上只有一、兩個(gè)按鈕和若干個(gè)顯示燈組成，可完成接收機的基本操作。GPS的數據解算軟件將基于數據庫，朝著(zhù)圖形化、智能化等方向發(fā)展。這些發(fā)展的最終的目的是讓一般用戶(hù)更方便的使用GPS。
參考文獻
[1] 徐紹銓等.GPS測量原理及應用.武漢測繪科技大學(xué)出版社.1998.10.
[2] 張守信等.GPS技術(shù)與應用.國防工業(yè)出版社.2004.1.
[3] 張小紅等.GPS定位技術(shù)在不同領(lǐng)域的應用[J].武漢:測繪信息與工程.2001,1.
【GPS系統的誤差來(lái)源分析】相關(guān)文章：
服裝銷(xiāo)售管理系統需求分析報告09-28
GPS測量實(shí)習報告11-26
GPS測量實(shí)習報告10-04
gps實(shí)習心得體會(huì )10-05
姓氏來(lái)源探究作文09-30
握手禮儀來(lái)源12-13
區工商局投訴系統數據分析報告12-02
【熱門(mén)】gps實(shí)習心得體會(huì )10-20
壓歲錢(qián)的來(lái)源作文10-20