摘要：本文筆者簡(jiǎn)單分析了GPS在測(cè)量過(guò)程中的誤差來(lái)源，結(jié)合工作實(shí)踐介紹了提高GPS控制平面和高程精度的重要手段和措施。僅供參考。
　　關(guān)鍵詞：GPS；誤差來(lái)源；手段
　　
　　1GPS誤差來(lái)源
　　1.1與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差因素
　　1.1.1信號(hào)誤差
　　美國(guó)政府從其國(guó)家利益出發(fā)，通過(guò)降低廣播星歷精度，在GPS基準(zhǔn)信號(hào)中加入高頻抖動(dòng)信號(hào)等方法，人為降低普通用戶利用GPS進(jìn)行導(dǎo)航定位時(shí)的精度，被稱為SA政策。
　　1.1.2衛(wèi)星星歷誤差
　　在進(jìn)行GPS定位時(shí)，計(jì)算在某時(shí)刻GPS星歷提供的，但不論采用哪種類型的星歷，所計(jì)算出的衛(wèi)星位置都會(huì)與其真實(shí)位置有所差異，這就是星歷誤差。
　　1.1.3衛(wèi)星鐘差
　　衛(wèi)星鐘差是GPS衛(wèi)星上所安裝的原子鐘的鐘面時(shí)與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間之間的誤差。
　　1.1.4衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射天線相位中心偏差
　　衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射天線相位中心偏差是GPS衛(wèi)星上信號(hào)發(fā)射天線的標(biāo)稱相位中心與其真實(shí)之間的位置差異。
　　1.2與傳播途徑有關(guān)的因素誤差
　　1.2.1電離層延遲：由于地球周圍的電離層對(duì)電磁波的折射效應(yīng)，使得GPS信號(hào)的傳播速度發(fā)生變化，這種變化稱為電離層延遲。電磁波所受電離層折射的影響與電磁波的頻率以及電磁波傳播途徑上電子總含量有關(guān)。
　　1.2.2對(duì)流層延遲：由于地球周圍的對(duì)流層對(duì)電磁波的折射效應(yīng)，使GPS信號(hào)傳播速度發(fā)生變化，這種變化稱為對(duì)流層延遲。電磁波所受對(duì)流層折射的影響與電磁波傳播途徑上的溫度、濕度和氣壓有關(guān)。
　　1.2.3多路徑效應(yīng)：由于GPS接收機(jī)周圍環(huán)境的影響，使得GPS接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星信號(hào)中還包含有各種反射和折射信號(hào)的影響，這就是所謂的多路徑效應(yīng)。
　　1.3與GPS接收機(jī)有關(guān)的因素
　　1.3GPS接收機(jī)鐘差
　　GPS接收機(jī)鐘差是GPS接收機(jī)所使用的鐘的鐘面時(shí)與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)之間的差異。
　　1.3.2GPS接收機(jī)天線相位中心偏差
　　在GPS測(cè)量時(shí)，觀測(cè)值都以GPS接收機(jī)天線的相位中心位為準(zhǔn)的，而天線的相位中心與其幾何中心，在理論上應(yīng)保持一致。但是觀測(cè)時(shí)天線的相位中心隨信號(hào)
　　而有所變化，這種偏差影響可達(dá)數(shù)毫米至厘米。
　　1.3.3GPS接收機(jī)軟件和硬件造成的誤差
　　在進(jìn)行GPS定位時(shí)，定位結(jié)果還會(huì)受到諸如處理與控制軟件和硬件等的影響。
　　1.3.4GPS接收機(jī)的位置誤差
　　GPS接收機(jī)天線相位中心相對(duì)測(cè)站標(biāo)石中心位置的誤差，叫GPS接收機(jī)位置誤差。其中包括天線置平和對(duì)中誤差，量取天線高誤差。
　　1.3.5周跳
　　周跳也稱為失周。在精密的GPS相對(duì)定位中采用的觀測(cè)值是相位觀測(cè)值。相位觀測(cè)值是GPS接收機(jī)本機(jī)振蕩產(chǎn)生的相位與接收到的衛(wèi)星載波相位之差。在量測(cè)時(shí)，只能測(cè)到不足1周的小數(shù)部分(可準(zhǔn)到0.01周)。理想條件下，GPS接收機(jī)在鎖住衛(wèi)星后可保持跟蹤，從而測(cè)出包括整數(shù)部分的相位變化量。在實(shí)際觀測(cè)條件下，GPS接收機(jī)往往會(huì)由于某種原因(如衛(wèi)星信號(hào)被擋住)對(duì)衛(wèi)星短時(shí)間失去跟蹤，在失去跟蹤時(shí)間內(nèi)相位的變化就不能被測(cè)出，稱為失周或失鎖，也稱為周跳。周跳對(duì)點(diǎn)位坐標(biāo)的影響：在GPS相位測(cè)量中，觀測(cè)數(shù)據(jù)中大于10周的周跳，在數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)不難發(fā)現(xiàn)，可予以消除。然而，小于所計(jì)10周的周跳，特別是1～5周的周跳，以及半周跳和1／4周跳，不易被發(fā)現(xiàn)，而對(duì)含有周跳的觀測(cè)值周跳的影響視為觀測(cè)的偶然誤差，因而嚴(yán)重影響坐標(biāo)的精度。據(jù)拉查佩利統(tǒng)計(jì)，—個(gè)周跳對(duì)經(jīng)度、緯度、高程的影響為：△L=O.03～0.06m，△B=0.10～O.18m，△h=0.14～0.16m，然而，即使只有一個(gè)衛(wèi)星殘存一個(gè)周跳，也會(huì)使該次定位點(diǎn)位坐標(biāo)有幾毫米至幾厘米的誤差。由此可見，凡精度要求達(dá)到厘米級(jí)或分米級(jí)的GPS定位測(cè)量，都必須清除觀測(cè)數(shù)據(jù)中的全部周跳。
　　1.4其他
　　控制網(wǎng)點(diǎn)位布設(shè)不合理或起算數(shù)據(jù)利用不合理引起的誤差。GPS控制部分人為或計(jì)算機(jī)造成的影響：由于GPS控制部分的問(wèn)題或用戶在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)引入的起算數(shù)據(jù)誤差等。數(shù)據(jù)處理軟件的影響：數(shù)據(jù)處理軟件的算法不完善對(duì)定位結(jié)果的影響。
　　2提高GPS定位精度的有效方法
　　在利用GPS進(jìn)行測(cè)量作業(yè)時(shí)，為了提高GPS的定位精度，應(yīng)該從硬件和作業(yè)手段兩個(gè)方面加以改進(jìn)，以提高GPS的作業(yè)質(zhì)量。
　　2.1硬件的改進(jìn)
　　2.1.1采用合適的GPS接收機(jī)作業(yè)
　　當(dāng)基線邊長(zhǎng)大于10公里時(shí)，采用雙頻接收機(jī)。雙頻接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：(1)以基本消除電離層延遲對(duì)點(diǎn)位坐標(biāo)的影響，點(diǎn)間距離可達(dá)1000km；(2)在快速靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)量中觀測(cè)時(shí)間比單頻機(jī)短。當(dāng)基線邊長(zhǎng)小于10公里時(shí)，可以采用單頻接收機(jī)。單頻接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：(1)需要電子元件較大，對(duì)微處理器的要求較低，不需要昂貴的互相關(guān)器或z碼發(fā)生器，產(chǎn)品數(shù)量大，價(jià)格只有雙頻接收機(jī)的一半；(2)不易出故障，平均無(wú)故障時(shí)間(MBFT)約為800Oh；(3)不受DODP碼保密的限制；(4)邊長(zhǎng)短于10km時(shí)比雙頻結(jié)果精度高；(5)功耗低，體積小，重量輕，給外業(yè)測(cè)量帶來(lái)方便。缺點(diǎn)是：點(diǎn)間距離超過(guò)20～30km時(shí)，定位精度受到電離層、對(duì)流層延遲的影響較大。凡點(diǎn)位相對(duì)精度要求2×10-6時(shí)，邊長(zhǎng)不宜超過(guò)20～30km；在快速靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)量中觀測(cè)時(shí)間比雙頻接收機(jī)要長(zhǎng)。
　　2.1.2作業(yè)前對(duì)GPS接收機(jī)進(jìn)行鑒定
　　上面已經(jīng)談到GPS接收機(jī)常存在鐘誤差、通道問(wèn)的偏差、鎖相環(huán)延遲、碼跟蹤環(huán)偏差、天線相位中心偏差等。所以必須先了解儀器性能、工作特性及其可能達(dá)到的精度水平。它是制定GPS作業(yè)計(jì)劃的依據(jù)，也是GPS定位測(cè)量順利完成的重要保證。
　　2.2GPS作業(yè)方法和手段的改進(jìn)
　　2.2.1GPS控制網(wǎng)設(shè)汁的要求
　　由GPS測(cè)量的誤差來(lái)源可以看出，GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)已免除了測(cè)角、邊角同測(cè)和測(cè)邊網(wǎng)等的傳統(tǒng)作業(yè)方法。它不需要測(cè)點(diǎn)間的相互通視，也不需要考慮布設(shè)什么樣的圖形，不需要設(shè)置在制高點(diǎn)上(哪里需要就可以設(shè)置在哪里)。所以GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)是非常靈活的。但也應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：(1)除了特殊需要，一般GPS控制網(wǎng)邊基線長(zhǎng)度相差不要過(guò)大，這樣可以使GPS測(cè)量的成果精度分布均勻；(2)GPS控制網(wǎng)不要有開放式的網(wǎng)型結(jié)構(gòu)，最好應(yīng)構(gòu)成封閉式閉合環(huán)和子環(huán)路；(3)條件允許，GPS控制網(wǎng)應(yīng)構(gòu)成連續(xù)三角網(wǎng)型結(jié)構(gòu)，有利于提高整個(gè)控制網(wǎng)的精度和點(diǎn)位精度的均勻分布。
　　2.2.2GPS控制網(wǎng)選點(diǎn)的要求
　　(1)控制點(diǎn)位應(yīng)便于接收設(shè)備的架設(shè)和操作，視野開闊，被測(cè)衛(wèi)星的地平高度角應(yīng)大于15°。(2)應(yīng)盡量消除多路徑影響，防止GPS信號(hào)通過(guò)其它物體反射到GPS接收天線上，因此，應(yīng)避開強(qiáng)反射環(huán)境，如山谷、山坡、建筑物等。(3)避開強(qiáng)電磁波干擾，設(shè)站應(yīng)遠(yuǎn)離雷達(dá)站、電臺(tái)、微波中繼站等。
　　2.2.3GPS觀測(cè)的要求
　　(1)觀測(cè)時(shí)應(yīng)該嚴(yán)格對(duì)中，觀測(cè)前和觀測(cè)后兩次量取儀器高；有特殊要求的可以建立觀測(cè)墩，以減小對(duì)中誤差。(2)要有足夠的觀測(cè)時(shí)間，保證野外觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性和有效性。
　　2.2.4GPS測(cè)量計(jì)算
　　(1)要進(jìn)行觀測(cè)數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)，對(duì)同步環(huán)、異步環(huán)、復(fù)測(cè)基線按規(guī)范進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，無(wú)效數(shù)據(jù)應(yīng)該剔除或進(jìn)行重測(cè)，保證數(shù)據(jù)的可靠有效性。(2)平面坐標(biāo)起算數(shù)據(jù)和高程起算數(shù)據(jù)應(yīng)該均勻分布在網(wǎng)中以提高平面和高程的擬合精度；特別是高程起算點(diǎn)的分布是否合理，對(duì)高程擬合精度有很大的影響，應(yīng)采用水準(zhǔn)測(cè)量的方式增加高程起算點(diǎn)，將高程均勻引測(cè)到測(cè)區(qū)高程控制點(diǎn)上，且起算高程點(diǎn)在控制網(wǎng)中布設(shè)均勻。
　　3總結(jié)
　　(1)GPS控制布網(wǎng)靈活，操作簡(jiǎn)單，有利于提高工作效率，降低生產(chǎn)成本，提高測(cè)量速度和工作效益。(2)GPS控制只要觀測(cè)數(shù)據(jù)可靠，平面起算數(shù)據(jù)和高程起算數(shù)據(jù)設(shè)置合理，能得到較好的平面精度和高程精度。(3)靜態(tài)GPS作業(yè)時(shí)，基線較長(zhǎng)時(shí)要適當(dāng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間，以取得良好的觀測(cè)數(shù)據(jù)。(4)GPS控制網(wǎng)選點(diǎn)很重要，一位相對(duì)精度要求進(jìn)行合理選點(diǎn)，通常選點(diǎn)應(yīng)在觀測(cè)的衛(wèi)星與地平高度角大于15°以上，且位置比較開闊，沒(méi)有遮擋，同時(shí)遠(yuǎn)離雷達(dá)站、電臺(tái)、微波中繼站等。(5)合理選用控制起算資料，使起算控制點(diǎn)均勻分布在網(wǎng)中，提高點(diǎn)位精度。