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1、GPS原理及其应用原理及其应用(七七)GPS原理及其应用原理及其应用第三章第三章 GPS定位中的误差源定位中的误差源3.6 对流层延迟对流层延迟3.7 多路径误差多路径误差3.8 其他误差改正其他误差改正GPS原理及其应用原理及其应用3.6对流层延迟对流层延迟GPS原理及其应用原理及其应用3.6 对流层延迟对流层延迟GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 对流层延迟对流层延迟GPS原理及其应用原理及其应用对流层（对流层（Troposphere）GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 对流层延迟对流层延迟 对流层对流层GPS原理及其应用原理及其应用抗多路径的天线：带抑径板或抑径圈的天线，极化天线
2、测站气象元素的代表性误差使用相同类型的天线并进行天线定向（限于相对定位）对流层模型改正的误差分析大气折射率N与气象元素的关系Black模型可以看作是Hopfield模型的修正形式抗多路径的接收机：窄相关技术MEDLL(Multipath Estimating Delay Lock Loop)等测站气象元素的代表性误差测站气象元素的代表性误差普通仪器：通风干湿温度表、空盒气压计应对多路径误差的方法可是接收机天线接收到的GPS信号是来自四面八方，随着GPS信号方位和高度角的变化，接收机天线的相位中心的位置也在发生变化。GPS测量定位的误差源 其他误差改正 地球自转改正GPS测量定位的误差源 对流层
3、延迟 霍普菲尔德（Hopfield）改正模型选择合适的测站，避开易产生多路径的环境对流层（Troposphere）对流层对不同波长的波的折射效应对流层延迟对流层延迟GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 对流层延迟对流层延迟 对流层延迟对流层延迟GPS原理及其应用原理及其应用对流层的色散效应对流层的色散效应对流层的色散效应对流层的色散效应折射率与信号波长的关系折射率与信号波长的关系对流层对不同波长的波的折射效应对流层对不同波长的波的折射效应结论结论对于对于GPS卫星所发送的电磁波信号，对流层不具有色散效应卫星所发送的电磁波信号，对流层不具有色散效应GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 对流层
4、延迟对流层延迟 对流层的色散效应对流层的色散效应GPS原理及其应用原理及其应用大气折射率大气折射率N与气象元素的关系与气象元素的关系大气折射率大气折射率N与温度、气压和湿度的关系与温度、气压和湿度的关系Smith和和Weintranb，1954对流层延迟与大气折射率对流层延迟与大气折射率NGPS测量定位的误差源测量定位的误差源 对流层延迟对流层延迟 大气折射率大气折射率N与气象元素的关系与气象元素的关系GPS原理及其应用原理及其应用霍普菲尔德（霍普菲尔德（Hopfield）改正模型）改正模型出发点出发点导出折射率与高度的关系导出折射率与高度的关系沿高度进行积分，导出垂直方向上的延迟沿高度进行积
5、分，导出垂直方向上的延迟通过投影（映射）函数，得出信号方向上的延迟通过投影（映射）函数，得出信号方向上的延迟GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 对流层延迟对流层延迟 霍普菲尔德（霍普菲尔德（Hopfield）改正模型）改正模型GPS原理及其应用原理及其应用霍普菲尔德（霍普菲尔德（Hopfield）改正模型）改正模型对流层折射模型对流层折射模型GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 对流层延迟对流层延迟 霍普菲尔德（霍普菲尔德（Hopfield）改正模型）改正模型GPS原理及其应用原理及其应用霍普菲尔德（霍普菲尔德（Hopfield）改正模型）改正模型投影函数的修正投影函数的修正GPS测量定
6、位的误差源测量定位的误差源 对流层延迟对流层延迟 霍普菲尔德（霍普菲尔德（Hopfield）改正模型）改正模型GPS原理及其应用原理及其应用萨斯塔莫宁（萨斯塔莫宁（Saastamoinen）改正模型）改正模型原始模型原始模型GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 对流层延迟对流层延迟 萨斯塔莫宁（萨斯塔莫宁（Saastamoinen）改正模型）改正模型GPS原理及其应用原理及其应用萨斯塔莫宁（萨斯塔莫宁（Saastamoinen）改正模型）改正模型拟合后的公式拟合后的公式GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 对流层延迟对流层延迟 萨斯塔莫宁（萨斯塔莫宁（Saastamoinen）改正模型）改
7、正模型GPS原理及其应用原理及其应用勃兰克（勃兰克（Black）改正模型）改正模型GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 对流层延迟对流层延迟 勃兰克（勃兰克（Black）改正模型）改正模型GPS原理及其应用原理及其应用对流层改正模型综述对流层改正模型综述不同模型所算出的高度角不同模型所算出的高度角30 以上方向的延以上方向的延迟差异不大迟差异不大Black模型可以看作是模型可以看作是Hopfield模型的修正形模型的修正形式式Saastamoinen模型与模型与Hopfield模型的差异要模型的差异要大于大于Black模型与模型与Hopfield模型的差异模型的差异GPS测量定位的误差源测量
8、定位的误差源 对流层延迟对流层延迟 对流层改正模型综述对流层改正模型综述GPS原理及其应用原理及其应用气象元素的测定气象元素的测定气象元素气象元素干温、湿温、气压干温、湿温、气压干温、相对湿度、气压干温、相对湿度、气压测定方法测定方法普通仪器：通风干湿温度表、空盒气压计普通仪器：通风干湿温度表、空盒气压计自动化的电子仪器自动化的电子仪器GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 对流层延迟对流层延迟 气象元素的测定气象元素的测定GPS原理及其应用原理及其应用气象元素的测定气象元素的测定水气压水气压es的计算方法的计算方法由相对湿度由相对湿度RH计算计算由干温、湿温和气压计算由干温、湿温和气压计算G
9、PS测量定位的误差源测量定位的误差源 对流层延迟对流层延迟 气象元素的测定气象元素的测定GPS原理及其应用原理及其应用对流层模型改正的误差分析对流层模型改正的误差分析模型误差模型误差模型本身的误差模型本身的误差气象元素误差气象元素误差量测误差量测误差仪器误差仪器误差读数误差读数误差测站气象元素的代表性误差测站气象元素的代表性误差实际大气状态与大气模型间的差异实际大气状态与大气模型间的差异GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 对流层延迟对流层延迟 对流层模型改正的误差分析对流层模型改正的误差分析GPS原理及其应用原理及其应用3.7多路径误差多路径误差GPS原理及其应用原理及其应用3.7 多路径
10、误差多路径误差GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 多路径误差多路径误差GPS原理及其应用原理及其应用多路径误差与多路径效应多路径误差与多路径效应多路径（多路径（Multipath）误差）误差在在GPS测量中，被测站附近的测量中，被测站附近的物体所反射的卫星信号（反射物体所反射的卫星信号（反射波）被接收机天线所接收，与波）被接收机天线所接收，与直接来自卫星的信号（直接波）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干涉，从而使观测值偏离真值产生所谓的真值产生所谓的“多路径误差多路径误差”。多路径效应多路径效应由于多路径的信号传播所引起由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应称为
11、多路径效的干涉时延效应称为多路径效应。应。GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 多路径误差多路径误差 多路径误差与多路径效应多路径误差与多路径效应GPS原理及其应用原理及其应用反射波反射波反射波的几何特性反射波的几何特性反射波的物理特性反射波的物理特性反射系数反射系数a极化特性极化特性GPS信号为右旋极化信号为右旋极化反射信号为左旋极化反射信号为左旋极化GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 多路径误差多路径误差 反射波反射波GPS原理及其应用原理及其应用多路径误差多路径误差受多路径效应影响的情况下的接收信号受多路径效应影响的情况下的接收信号GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 多路径误差
12、多路径误差 多路径误差多路径误差GPS原理及其应用原理及其应用多路径误差多路径误差GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 多路径误差多路径误差 多路径误差多路径误差GPS原理及其应用原理及其应用测站气象元素的代表性误差抗多路径的接收机：窄相关技术MEDLL(Multipath Estimating Delay Lock Loop)等测站气象元素的代表性误差由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应称为多路径效应。普通仪器：通风干湿温度表、空盒气压计接收机天线相位中心变化的改正GPS测量定位的误差源 对流层延迟 气象元素的测定由干温、湿温和气压计算接收机天线的相位中心相对测站标石中心位置的偏差。G
13、PS测量定位的误差源 对流层延迟 对流层模型改正的误差分析8 其他误差改正勃兰克（Black）改正模型GPS测量定位的误差源 多路径误差 多路径误差多路径误差多路径误差多路径的数值特性多路径的数值特性受多个反射信号影响的情况受多个反射信号影响的情况GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 多路径误差多路径误差 多路径误差多路径误差GPS原理及其应用原理及其应用多路径误差的多路径误差的特点特点与测站环境有关与测站环境有关与反射体性质有关与反射体性质有关与接收机结构、性能有关与接收机结构、性能有关GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 多路径误差多路径误差 多路径误差的特点多路径误差的特点GPS原理
14、及其应用原理及其应用采用抗多路径误差的仪器设备由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应称为多路径效应。采用抗多路径误差的仪器设备对流层模型改正的误差分析接收机天线的相位中心相对测站标石中心位置的偏差。抗多路径的天线：带抑径板或抑径圈的天线，极化天线对流层模型改正的误差分析GPS测量定位的误差源 多路径误差 多路径误差与多路径效应应对多路径误差的方法应对多路径误差的方法GPS测量定位的误差源 其他误差改正 接收机的位置误差应对多路径误差的方法GPS测量定位的误差源 多路径误差 多路径误差GPS测量定位的误差源 对流层延迟 大气折射率N与气象元素的关系不同模型所算出的高度角30以上方向的延迟差异不
15、大由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应称为多路径效应。应对多路径误差的方法应对多路径误差的方法观测上观测上选择合适的测站，避开易产生多路径的环境选择合适的测站，避开易产生多路径的环境GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 多路径误差多路径误差 应对多路径误差的方法应对多路径误差的方法易发生多路径的环境易发生多路径的环境GPS原理及其应用原理及其应用应对多路径误差的方法应对多路径误差的方法硬件上硬件上采用抗多路径误差的仪器设备采用抗多路径误差的仪器设备抗多路径的天线：带抑径板或抑径圈的天线，极化天抗多路径的天线：带抑径板或抑径圈的天线，极化天线线抗多路径的接收机：窄相关技术抗多路径的接收机：
16、窄相关技术MEDLL(Multipath Estimating Delay Lock Loop)等等GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 多路径误差多路径误差 应对多路径误差的方法应对多路径误差的方法抗多路径效应的天线抗多路径效应的天线GPS原理及其应用原理及其应用应对多路径误差的方法应对多路径误差的方法数据处理上数据处理上加权加权参数法参数法滤波法滤波法信号分析法信号分析法GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 多路径误差多路径误差 应对多路径误差的方法应对多路径误差的方法GPS原理及其应用原理及其应用3.8 其他误差改正其他误差改正引力延迟引力延迟地球自转改正地球自转改正地球潮汐改正地球
17、潮汐改正接收机的位置误差接收机的位置误差天线相位中心偏差天线相位中心偏差GPS原理及其应用原理及其应用地球自转改正地球自转改正GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 其他误差改正其他误差改正 地球自转改正地球自转改正GPS原理及其应用原理及其应用GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 其他误差改正其他误差改正 地球自转改正地球自转改正GPS原理及其应用原理及其应用接收机的位置误差接收机的位置误差定义定义接收机天线的相位中心相对测站标石中心接收机天线的相位中心相对测站标石中心位置的偏差。位置的偏差。应对方法应对方法正确的对中整平正确的对中整平采用强制对中装置（变形监测时）采用强制对中装置（变形监
18、测时）GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 其他误差改正其他误差改正 接收机的位置误差接收机的位置误差GPS原理及其应用原理及其应用天线相位中心偏差改正天线相位中心偏差改正卫星天线相位中心偏差改正卫星天线相位中心偏差改正接收机天线相位中心变化的改正接收机天线相位中心变化的改正GPS测量和定位时是以接收机天线的相位中心位测量和定位时是以接收机天线的相位中心位置为准的，天线的相位中心与其几何中心理论置为准的，天线的相位中心与其几何中心理论上应保持一致。可是接收机天线接收到的上应保持一致。可是接收机天线接收到的GPS信信号是来自四面八方，随着号是来自四面八方，随着GPS信号方位和高度角信号方位和高度角的变化，接收机天线的相位中心的位置也在发的变化，接收机天线的相位中心的位置也在发生变化。生变化。GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 其他误差改正其他误差改正 天线相位中心偏差改正天线相位中心偏差改正GPS原理及其应用原理及其应用天线相位中心偏差改正天线相位中心偏差改正应对方法应对方法使用相同类型的天线并进行天线定向（限于相使用相同类型的天线并进行天线定向（限于相对定位）对定位）模型改正模型改正GPS测量定位的误差源测量定位的误差源 其他误差改正其他误差改正 天线相位中心偏差改正天线相位中心偏差改正