GPS测量误差及其影响 GPS课件

测量误差及其影GPS响GPS是现代测绘技术的重要工具,但测量过程中难免会产生一些误差,这些误差会对测量结果产生重要影响本节将深入了解GPS测量误差的来源及其对测量精度的影响测量系统概述GPS系统组成工作原理应用领域技术发展GPS测量系统由卫星、地面控GPS测量系统主要利用三维空GPS测量系统广泛应用于航随着技术的不断进步,GPS测制中心和用户三部分组成,通间距离测量的原理,通过接收天、测绘、运输、测量等领量系统的精度和可靠性也在不过卫星、接收机和信号处理技来自多个GPS卫星的信号计算域,为精确定位和导航提供了断提高,满足了更多领域的测术完成定位和测量工作出用户三维坐标位置有效的技术支持量需求测量系统构成GPS卫星系统24颗GPS卫星组成的卫星群,提供全天时、全天候的测量信号控制系统地球上五个地控站负责监测卫星状态,维护系统时间和历书接收机地面上的用户设备,接收并处理卫星发送的电波信号,确定位置测量工作原理GPS信号接收1GPS接收机接收从卫星发出的电磁波信号信号处理2测量接收信号的传播时间和相位差定位计算3根据卫星位置和信号传播时间计算接收机坐标GPS测量的基本原理是利用GPS卫星发出的电磁波信号,通过测量接收机和卫星之间的信号传播时间和相位差,计算出接收机的三维坐标位置这一过程需要接收机对信号进行采集和处理,最终得出测量结果观测量类型及特点GPS码观测量载波相位观测量12测量距离的基础,常用于单点测测量信号到达时间差,精度更量和相对测量具有高可靠性高,可用于高精度相对测量但和重复性容易受干扰多普勒观测量辅助观测量34测量接收机和卫星的相对速度,如大气参数、精确时间等,用于可用于测速适合高动态环改正观测量误差提高定位精境度观测量的误差因素GPS卫星轨道误差钟差误差卫星的轨道信息可能存在偏差,影响GPS观测量的精度卫星及接收机的原子钟可能存在时间偏差,导致测量误差电离层和对流层误差多路径效应电离层和对流层的延迟效应会影响信号传播,产生观测量误差信号反射和遮挡会导致观测量出现偏差观测量误差的分类GPS环境干扰设备误差多路径效应GPS信号会受到建筑物、树木、气象条件GPS接收机本身的硬件和软件问题也是产GPS信号会受到地面、建筑物等的反射和等环境因素的影响,导致测量误差生测量误差的重要原因之一折射,产生多路径效应,引起测量误差观测量误差的性质GPS随机误差系统误差粗大误差GPS观测量存在随机误差,主要由测量环系统误差是由于仪器本身的缺陷或测量方法粗大误差是由于操作失误、环境干扰等原因境、仪器精度等因素引起,呈正态分布的局限性造成的误差,可通过定标和校正等引起的异常误差,需要进行检测和剔除方法减小水平位置误差分析GPS1M10CM米级分米级GPS单点测量的水平位置精度一般可达1米级利用差分GPS技术可以达到分米级水平精度2CM3MM厘米级毫米级使用载波相位差分技术可实现厘米级水平定位采用先进的多天线技术可以达到毫米级水平精度垂直位置误差分析GPS影响因素误差特点误差大小卫星几何布局与卫星高度角成反比垂直位置误差可达10米左右电离层延迟对垂直位置影响较水垂直位置误差可达5平位置更大米对流层延迟会产生系统性偏差垂直位置误差可达2米垂直位置误差通常大于水平位置误差,主要影响因素包括卫星几何布局、电离层延迟和对流层延迟等这些因素会导致系统性误差和偶然误差,需要采取相应补偿措施来减小误差测速误差分析GPS测高误差分析GPSGPS测高误差主要来源于卫星高度角较低时，大气延迟误差和多路径效应的影响较大此外，卫星钟差、电离层和对流层延迟等因素也会导致测高精度下降误差因素误差性质影响程度大气延迟系统性误差较大多路径效应随机性误差较大卫星钟差系统性误差较小电离层延迟系统性误差较小对流层延迟系统性误差较小载波相位测量误差分析GPSGPS载波相位测量作为高精度定位的关键技术,其测量误差主要来自于卫星时钟误差、电离层效应、多路径效应等因素这些误差源的特性和影响机理需要深入分析,以提高GPS载波相位测量的精度单点测量误差估计GPS3M1M公里误差水平精度单点测量的三维位置平均误差约为3米水平单点测量的位置精度可达到1米左左右右20CM1S垂直精度时间精度垂直单点测量的高程精度可达到20厘单点测量的时间精度通常在1秒以内米左右相对测量误差估计GPS10cm2m精度精度5cm1cm精度精度不同的GPS测量技术可以提供不同的定位精度相对测量法能够达到厘米级别的高精度,但受到多重因素的影响,需要合理的误差估计和分析双频测量的优势GPS提高精度抑制电离层效应实现高端应用拓展服务应用通过接收和处理两种不同频率电离层的变化会影响单频GPS双频GPS技术为高精度应用如双频GPS可用于各种高精度定的GPS信号,可以大幅提高测测量的精度双频测量可通过测绘、地球物理、航天等提供位和测速应用,如高速列车、量的精度和可靠性这主要是频率差分消除电离层的影响,了基础,大大提升了这些领域无人机、自动驾驶等,为新兴利用了两个频率信号间的相互从而提高测量的准确性的测量能力服务创新提供技术支撑影响来抑制误差差分技术的原理及应用GPS基准站GPS差分技术使用一个已知位置的基准站,提供基准站观测量修正数据修正数据传输基准站通过无线电信号或互联网将修正数据传输给用户接收机用户接收机用户接收机接收到修正数据后,能够计算出更加精确的位置信息应用领域GPS差分技术广泛应用于航海、航空、测绘、农业、车辆导航等领域实时动态测量的误差分析GPSGPS实时动态测量过程中常见的误差源包括大气层干扰、卫星钟差、多路径效应等这些误差会影响位置精度、速度精度和时间精度的测量结果误差因素误差特点影响程度大气层延迟随时间变化严重影响卫星钟差缓慢变化中度影响多路径效应随环境变化剧烈严重影响要提高实时动态测量的精度,需要采用差分技术、双频观测、数据滤波等方法来补偿这些误差高精度测量技术的发展GPS卫星导航系统升级测量算法优化12GPS系统不断升级换代,提供更基于惯性导航、双频观测等的多卫星、更高信号质量,为精密数据融合算法不断完善,提高测定位提供更好条件量精度和可靠性测量设备升级差分技术应用34GPS接收机性能不断提升,采用DGPS等差分技术广泛应用,可更高精度的时钟和更灵敏的信有效消除系统误差,提高定位测号跟踪设计量精度测量系统的原理DGPS基准站1在已知坐标位置设立基准站实时测量2基准站实时测量GPS卫星的观测数据差分纠正3将基准站的观测数据与移动站的观测数据进行差分纠正坐标计算4通过差分纠正后的观测数据计算出移动站的精确坐标DGPS测量系统通过在已知位置设立基准站,实时记录GPS卫星观测数据,然后将基准站数据与移动站数据进行差分处理,从而消除共同的误差源,从而获得移动站的精确坐标信息这一原理可以大幅提高GPS测量的定位精度测量系统的构建DGPS基准站建设1DGPS系统需要建立可靠的基准站,提供实时的差分修正数据基准站需要合理定位,保证其稳定性通信链路2基准站与移动测量单元之间需要建立数据传输通道,可通过广播电台、移动通信网络等方式实现实时传输控制中心3控制中心负责收集基准站数据,计算差分修正信息,并将其实时传输给移动测量单元测量系统应用实例DGPSDGPS测量系统在工程测量、航海、航空定位等领域广泛应用,能够实现高精度的定位和测量其中,应用于农业精准种植和农机自动导航的案例尤为成功,提高了农业生产效率DGPS测量系统还被应用于地质勘探、救援定位等领域,发挥了重要作用通过利用卫星导航信号和差分修正,DGPS测量系统能够为各种专业应用提供毫米级的定位精度测量误差分析DGPSDGPS（差分GPS）技术利用基准站提供的差分修正信号来校正接收机观测数据中的误差但即使采用DGPS技术,测量结果仍会受到误差因素的影响,主要包括基准站误差传播、观测环境误差、接收机误差等测量精度的影响因素DGPS天气条件地形环境DGPS接收机性能气温、湿度、风速等天气因素会影响电磁波山体、建筑物等地物遮挡会造成信号干扰,接收机的天线、信号处理能力等指标直接决传播,从而影响DGPS测量精度如强对流并引起多路径效应,从而降低DGPS测量精定DGPS测量结果的精度和可靠性先进的天气、阴雨天气等会加大测量误差度平坦开阔地形有利于DGPS测量DGPS设备可以提供更高精度的测量数据系统的特点及发展GNSS全球覆盖全天候工作GNSS系统能够提供全球范围内GNSS系统能够在任何天气条件的卫星信号覆盖,用户可以在任何下提供全天候的定位和导航服务,地方接收到定位服务不受时间和天气的影响高精度测量持续发展GNSS系统凭借先进的测量技术,GNSS系统不断升级和完善,未来能够实现厘米级的高精度定位和将提供更高精度、更多功能的定测量,满足各种应用需求位与导航服务测量技术的最新进展GNSS卫星导航系统测量传感器信号处理网络技术新一代全球导航卫星系统提供先进的MEMS传感器和芯片技采用多核处理器和优化的算法宽带互联网和移动通信网络大更多卫星、更高精度的信号，术加速了GNSS接收机的小型提升了GNSS信号的捕获和跟大增强了GNSS测量的实时性为GNSS测量技术带来革新化和集成化进程踪能力和动态性测量在工程测量中的应用GNSS基础设施建设矿山测量精准农业GNSS技术在道路、桥梁、隧道等基础设施GNSS技术为矿山测量带来了革新,可用于GNSS技术在农田测量、精准灌溉等智慧农建设中的测量定位中得到广泛应用,提高了精确测量矿区边界、监测地质变形等业应用中发挥着重要作用,提高了农业生产测量精度和效率效率测量结果的可靠性分析GNSSGNSS测量结果的可靠性取决于多方面因素,如星座几何、电离层延迟、多径效应等为了确保测量结果的准确性和可靠性,需要进行系统的误差分析和评估通过选择合适的GNSS测量方法、数据处理算法以及可靠性评估指标,可以有效评估GNSS测量结果的不确定性,为工程应用提供可靠的定位信息测量在未来的发展趋势GNSS精度提升应用范围扩大随着卫星技术和信号处理算法的GNSS测量将从传统的地理定位不断改进,GNSS测量的精度将继和导航,延伸到工程测量、环境监续提升,达到厘米级甚至毫米级测、精准农业等更广泛领域智能化发展软硬件升级GNSS测量将与人工智能、物联GNSS测量的硬件设备和软件系网等技术深度融合,实现自动化、统将不断升级,提高效率和可靠性,实时化、智能化的应用满足更复杂的应用需求课程小结通过本课程的学习,我们全面了解了GPS测量系统的构成、工作原理以及各类观测量误差的特点和表现形式掌握了GPS观测量误差的分类、性质及其对水平位置、垂直位置、速度和高程的影响分析,为提高GPS测量精度提供了理论基础。