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[摘要]全球定位系统（GPS），特别是车载GPS设备在我国应用广泛、发展迅速。但是GPS由于其固有缺陷，存在各种误差。增加使用户在使用中的困难。通过误差修正，可以得到更加精确的GPS信息。
[关键词]GPS 误差 修正
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)1020008－01
目前，GPS定位技术发展迅猛，不但已高度自动化，而且其所达到的定位精度和潜力使使用者产生了极大的兴趣。GPS测量是利用接收机接收卫星播发的信号来确定点的三维坐标。影响测量结果的误差来源于GPS卫星、卫星信号的传播过程和地面接收设备。在高精度的GPS测量中，还应该考虑与地球整体运动有关的地球潮汐、负荷潮和相对论效应等。
根据GPS误差的性质，可以将各种误差分为两个大类：
一、系统误差
（一）卫星的轨道误差
GPS卫星轨道误差是指卫星星历所提供的卫星空间位置与实际位置的偏差，也称为卫星星历误差。GPS卫星星历的数据来源有广播星历和精密星历。广播星历是卫星电文中所携带的主要信息。它是美国GPS控制中心利用卫星跟踪站的观测数据外推的星历，并通过GPS卫星发播给用户。实测星历是根据实测资料进行处理而直接得出的星历。由于不需外推，通常被称为“精密星历”。在GPS的单点定位中，卫星轨道误差可达几十米到一百米。而相对定位中，卫星轨道误差1×10-6至1×10-8米范围以内。
（二）卫星钟差
由于卫星的位置是随时间而变化的，所以GPS测量是以精密测时为基础的。只有测定了卫星信号由卫星传播到观测站的时间，即可得到站星间的距离。卫星钟差是指GPS卫星时钟与GPS标准时间的差别。为了保证时钟的精度，GPS卫星均采用高精度的铯原子钟和铷原子钟，但它们与GPS标准时之间的偏差和漂移和漂移总量仍在1ms～0.1ms以内，由此引起的等效误差将达到300km～30km。
（三）接收机钟差
GPS 接收机一般采用高精度的石英钟，其精度约为10-9，远达不到原子钟10-15的精度。接收机的钟面时与GPS 标准时之间的差异称为接收机钟差。由此产生的等效距离误差约为300米。
（四）大气折射误差
GPS设备的大气折射误差主要有三类：
1．电离层折射。在地球上空距地面50～100 km 之间的电离层中，气体分子受到太阳等天体各种射线辐射产生强烈电离，形成大量的自由电子和正离子。当GPS 信号通过电离层时，与其他电磁波一样，信号的路径要发生弯曲，传播速度也会发生变化，从而使测量的距离发生偏差，这种影响称为电离层折射。
2．对流层折射。对流层的高度为40km 以下的大气底层，其大气密度比电离层更大，大气状态也更复杂。对流层与地面接触并从地面得到辐射热能，其温度随高度的增加而降低。GPS 信号通过对流层时，也使传播的路径发生弯曲，从而使测量距离产生偏差，这种现象称为对流层折射。
3．多路径效应。测站周围的反射物所反射的卫星信号(反射波)进入接收机天线，将和直接来自卫星的信号(直接波) 产生干涉，从而使观测值偏离，产生所谓的“多路径误差”。这种由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应被称作多路径效应。
二、偶然误差
（一）卫星信号的多路径效应
多路径效应是接收机天线除直接接收卫星的信号之外，还可能接收到天线周围物体或地面反射的卫星信号。多种信号叠加，将会导致天线中心位置的迁移，从而使观测量产生误差。
（二）观测误差
观测误差主要包括观测信号分辨误差、接收机天线的安置误差。
由于GPS系统的系统误差远大于偶然误差，所以在GPS系统误差分析中通常只考虑系统误差。GPS系统误差可以通过对其成因的分析加以修正。对于GPS系统误差修正的方法有很多，主要的方法有：
1．建立系统误差模型，对观测量进行修正。由于GPS系统误差产生的原因一般比较复杂，通常只能采用改正模型进行修正。例如在修正对流层折射产生的误差时，采用的霍普菲尔德（Hopfield）模型：
其中：
Kd=155.2·10-7·(Ps/Ts) ·(hd-hs)
Kω=155.2·10-7·(4810/Ts2) ·es·(hd-hs)
hd=40136+148.72·(Ts-273.16)
hω=11000
2．将不同观测站对相同卫星进行的同步观测值求差。例如减弱电离层折射误差的措施中，就是用户使用双频接收机来对误差进行修正。这种方法的主要程序如下：
If(strstr(str，”dual”))
if(strstr(str，”Factor1”))/组合因子数Facotrl，2#/
{sscanf(str，”%d%d”，&ih，&im);icon[21]=ih;icon[22]=im}
Factor1=ih*L/im;goto nextline;}
if(strstr(str，”Factor2”))
{sscanf(str，”%d%d”，&ih，&im);icon[23]=ih;icon[24]=im}
Factor2=ih*L/im;goto nextline;}
if(strstr(str，”DD”))
{sscanf(str，”%d”，&ih);icon[20]=ih; goto nextline;}
3．其他误差修正的方法还有例如：引入相应的未知参数，在数据处理中同其他未知参数一并求解等。
参考文献：
[1]Brookfield Engineering Laboratories， Inc: Moresolution stosticky problems， aguidetogetting more fromyour Brookfiel dviscometer. (U.S.A.). 1994.
[2]杨天军、杨晓光，GPS/GIS车辆实时监控调度系统研究.城市交通. 2004年第一期.
[3]夏红霞，周宏，杨红云，基于GIS/GPS车辆监控系统实现及关键技术，《微机发展》，Vol.14 No.8 Aug.2004.
[4]丁继新、吕京国、李夕银，面向任务的GPS测量软件系统的研制《测绘通报》，2003年03期.
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
[关键词]GPS 误差 修正
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)1020008－01
目前，GPS定位技术发展迅猛，不但已高度自动化，而且其所达到的定位精度和潜力使使用者产生了极大的兴趣。GPS测量是利用接收机接收卫星播发的信号来确定点的三维坐标。影响测量结果的误差来源于GPS卫星、卫星信号的传播过程和地面接收设备。在高精度的GPS测量中，还应该考虑与地球整体运动有关的地球潮汐、负荷潮和相对论效应等。
根据GPS误差的性质，可以将各种误差分为两个大类：
一、系统误差
（一）卫星的轨道误差
GPS卫星轨道误差是指卫星星历所提供的卫星空间位置与实际位置的偏差，也称为卫星星历误差。GPS卫星星历的数据来源有广播星历和精密星历。广播星历是卫星电文中所携带的主要信息。它是美国GPS控制中心利用卫星跟踪站的观测数据外推的星历，并通过GPS卫星发播给用户。实测星历是根据实测资料进行处理而直接得出的星历。由于不需外推，通常被称为“精密星历”。在GPS的单点定位中，卫星轨道误差可达几十米到一百米。而相对定位中，卫星轨道误差1×10-6至1×10-8米范围以内。
（二）卫星钟差
由于卫星的位置是随时间而变化的，所以GPS测量是以精密测时为基础的。只有测定了卫星信号由卫星传播到观测站的时间，即可得到站星间的距离。卫星钟差是指GPS卫星时钟与GPS标准时间的差别。为了保证时钟的精度，GPS卫星均采用高精度的铯原子钟和铷原子钟，但它们与GPS标准时之间的偏差和漂移和漂移总量仍在1ms～0.1ms以内，由此引起的等效误差将达到300km～30km。
（三）接收机钟差
GPS 接收机一般采用高精度的石英钟，其精度约为10-9，远达不到原子钟10-15的精度。接收机的钟面时与GPS 标准时之间的差异称为接收机钟差。由此产生的等效距离误差约为300米。
（四）大气折射误差
GPS设备的大气折射误差主要有三类：
1．电离层折射。在地球上空距地面50～100 km 之间的电离层中，气体分子受到太阳等天体各种射线辐射产生强烈电离，形成大量的自由电子和正离子。当GPS 信号通过电离层时，与其他电磁波一样，信号的路径要发生弯曲，传播速度也会发生变化，从而使测量的距离发生偏差，这种影响称为电离层折射。
2．对流层折射。对流层的高度为40km 以下的大气底层，其大气密度比电离层更大，大气状态也更复杂。对流层与地面接触并从地面得到辐射热能，其温度随高度的增加而降低。GPS 信号通过对流层时，也使传播的路径发生弯曲，从而使测量距离产生偏差，这种现象称为对流层折射。
3．多路径效应。测站周围的反射物所反射的卫星信号(反射波)进入接收机天线，将和直接来自卫星的信号(直接波) 产生干涉，从而使观测值偏离，产生所谓的“多路径误差”。这种由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应被称作多路径效应。
二、偶然误差
（一）卫星信号的多路径效应
多路径效应是接收机天线除直接接收卫星的信号之外，还可能接收到天线周围物体或地面反射的卫星信号。多种信号叠加，将会导致天线中心位置的迁移，从而使观测量产生误差。
（二）观测误差
观测误差主要包括观测信号分辨误差、接收机天线的安置误差。
由于GPS系统的系统误差远大于偶然误差，所以在GPS系统误差分析中通常只考虑系统误差。GPS系统误差可以通过对其成因的分析加以修正。对于GPS系统误差修正的方法有很多，主要的方法有：
1．建立系统误差模型，对观测量进行修正。由于GPS系统误差产生的原因一般比较复杂，通常只能采用改正模型进行修正。例如在修正对流层折射产生的误差时，采用的霍普菲尔德（Hopfield）模型：
其中：
Kd=155.2·10-7·(Ps/Ts) ·(hd-hs)
Kω=155.2·10-7·(4810/Ts2) ·es·(hd-hs)
hd=40136+148.72·(Ts-273.16)
hω=11000
2．将不同观测站对相同卫星进行的同步观测值求差。例如减弱电离层折射误差的措施中，就是用户使用双频接收机来对误差进行修正。这种方法的主要程序如下：
If(strstr(str，”dual”))
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3．其他误差修正的方法还有例如：引入相应的未知参数，在数据处理中同其他未知参数一并求解等。
参考文献：
[1]Brookfield Engineering Laboratories， Inc: Moresolution stosticky problems， aguidetogetting more fromyour Brookfiel dviscometer. (U.S.A.). 1994.
[2]杨天军、杨晓光，GPS/GIS车辆实时监控调度系统研究.城市交通. 2004年第一期.
[3]夏红霞，周宏，杨红云，基于GIS/GPS车辆监控系统实现及关键技术，《微机发展》，Vol.14 No.8 Aug.2004.
[4]丁继新、吕京国、李夕银，面向任务的GPS测量软件系统的研制《测绘通报》，2003年03期.
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”