浅谈GPS测绘存在误差及有效提高定位精度

麦卫东

（从化市土地开发整理中心，广东 从化 510900）

浅谈GPS测绘存在误差及有效提高定位精度

麦卫东

（从化市土地开发整理中心，广东 从化 510900）

笔者论述了GPS测量误差的来源，并指出在土地整理测绘项目中提高GPS控制测量平面和高程精度的手段和措施，对实际工作有一定的指导作用。

土地整理测绘；GPS卫星测量；误差；定位；精度

近年来，我市国土资源部门依据土地利用总体规划和土地开发整理规划，对部份地区的土地进行了集中整理开发。为了保障该项工作的顺利开展，首先要获取准确的野外地形资料，在时间紧、工作区域分散等不利条件下，工作过程中普遍采用了GPS技术，保证了数据资料的精度和工程的进度。

1 GPS的误差来源

我们在利用GPS进行定位测量时，会受到诸多因素的影响，产生定位误差。影响GPS定位精度的因素一般可分为以下四类：

1.1 与GPS卫星有关的因素

1.1.1 信号误差

美国政府从其国家利益出发，通过降低广播星历精度，在GPS基准信号中加入高频抖动信号等方法，人为降低普通用户利用GPS进行导航定位时的精度。

1.1.2 卫星星历误差

在进行GPS定位时，计算在某时刻GPS卫星位置所需的卫星轨道参数是通过各种类型的星历提供的，但不论采用哪种类型的星历，所计算出的卫星位置都会与其真实位置有所差异，这就是所谓的星历误差。

1.1.3 卫星钟差

卫星钟差是 GPS卫星上所安装的原子钟的钟面时与 GPS标准时间之间的误差。

1.1.4 卫星信号发射天线相位中心偏差

卫星信号发射天线相位中心偏差是GPS卫星上信号发射天线的标称相位中心与其真实相位中心之间的差异。

1.2 与传播途径有关的因素

1.2.1 电离层延迟

由于地球周围的电离层对电磁波的折射效应，使得GPS信号的传播速度发生变化，这种变化称为电离层延迟。电磁波所受电离层折射的影响与电磁波的频率以及电磁波传播途径上电子总含量有关。

1.2.2 对流层延迟

由于地球周围的对流层对电磁波的折射效应，使得GPS信号的传播速度发生变化，这种变化称为对流层延迟。电磁波所受对流层折射的影响与电磁波传播途径上的温度、湿度和气压有关。

1.1.3 多路径效应

由于接收机周围环境的影响，使得接收机所接收到的卫星信号中还包含有各种反射和折射信号的影响，这就是所谓的多路径效应。

1.3 与接收机有关的因素

1.3.1 接收机钟差

接收机钟差是GPS接收机所使用的钟的钟面时与GPS标准时之间的差异。

1.3.2 接收机天线相位中心偏差

在 GPS测量时，观测值都是以接收机天线的相位中心位置为准的，而天线的相位中心与其几何中心，在理论上应保持一致。

1.3.3 接收机软件和硬件造成的误差

在进行GPS定位时，定位结果还会受到诸如处理与控制软件和硬件等的影响。

1.3.4 接收机的位置误差

接收机天线相位中心相对测站标石中心位置的误差，叫接收机位置误差。其中包括天线置平和对中误差、盆取天线高误差。在精密定位时，要仔细操作，以尽量减少这种误差影响。在变形监测中，应采用有强制对中装置的观测墩。

1.3.5 周跳

周跳也称为失周。在精密的GPS相对定位中采用的观测值是相位观测值。相位观测值是接收机本机振荡产生的相位与接收到的卫星载波相位之差，在测量时，只能测到不足1周的小数部分（可准到0.01周）。

周跳对点位坐标的影响。在GPS相位测量中，观测数据中大于10周的周跳，在数据预处理时不难发现，可予以消除。然而，小于10周的周跳，特别是1～5周的周跳，以及半周跳和1/4周跳则不易发现，而对含有周跳的观测值，周跳的影响视为观测的偶然误差，因而严重影响坐标的精度。

据拉查佩利的统计，一个周跳对经度、纬度、高程的影响为：

△L＝0.03－0.06 m

△L＝0.10－0.18 m

△L＝0.14－0.16 m

然而，即使只有一个卫星残存有一个周跳，也会使该次定位点位坐标有几毫米至几厘米的误差。由此可见，凡精度要求达到厘米级或分米级的GPS定位测量，都必须清除观测数据中的全部周跳。

1.4 其他

（1）控制网布设不合理或起算数据利用不合理引起的误差。（2）GPS控制部分人为或计算机造成的影响。

（3）由于 GPS控制部分的问题或用户在进行数据处理时引入的误差等。

（4）数据处理软件的影响。

（5）数据处理软件的算法不完善对定位结果的影响。

2 提高GPS定位精度的有效方法

作业单位在利用GPS进行定位作业时，为了提高GPS的定位精度，应该从硬件和作业手段两个方面加以改进，以提高GPS的定位精度。

2.1 硬件的改进

2.1.1 采用合适的GPS接受机作业

当基线边长大于10 km时，采用双频接收机。双频接收机的优点是：①可以基本消除电离层延迟对点位坐标的影响，点间距离可达100 km；②在快速静态和动态测量中观测时间比单频机短。

当基线边长小于10 km时，可以采用单频接收机。单频接收机的优点是：①需要电子元件较大，对微处理器的要求较低，不需要昂贵的互相关器或Z码发生器，产品数量大，价格只有双频接收机的一半；②不易出故障，平均无故障时间（MBFT）约为8 000 h；③不受DODP码保密的限制；④边长短于10 km时比双频结果精度高；⑤功耗低、体积小、重量轻，给外业带来方便。其缺点是：①点间距离超过20～30 km时，定位精度受到电离层、对流层延迟的影响。凡点位相对精度要求 2×10－6时，边长不宜超过20～30 km；②在快速静态和动态测量中观测时间比双频接收机长。

2.1.2 作业前对GPS接受机进行鉴定

综上所述，GPS接收机常存在钟误差、通道间的偏差、锁相环延迟、码跟踪环偏差、天线相位中心偏差等，所以必须先了解仪器性能、工作特性及其可能达到的精度水平。它是制定GPS作业计划的依据，也是GPS定位测量顺利完成的重要保证，所以对GPS测量仪器必须先进行作业前的检验，没有检验的仪器是不能用于作业的。

2.2 作业方法和手段的改进

2.2.1 设计的要求

由GPS测量的误差源可以看出，GPS网的设计已免除了测角、边角同测和测边网等的传统要求，它不需要点间通视，也不需要考虑布设什么样的图形，不需要设立在制高点上（哪里需要就可以设置在哪里），所以GPS网的设计非常灵活。但也应注意以下几个问题：①除特殊需要外，一般GPS基线长度相差不宜过大，这样可使GPS测量的精度分布均匀；②GPS网不要有开放式的网型结构，应构成封闭式闭合环和子环路；③若条件允许，应构成连续三角网型结构，有利于提高整网的精度和点位精度的均匀分布。

2.2.2 选点的要求

选点的要求：①点位应便于接收设备的架设和操作，视野开阔，被测卫星的地平高度角应大于15 °；②应尽量消除多路径影响，防止GPS信号通过其他物体反射到GPS天线上，因此应避开强反射的地面，避开强反射环境，如山谷、山坡、建筑物等；③避开强电磁波干扰，设站应远离雷达站、电台、微波中继站等。

2.2.3 观测的要求

观测的要求：①观测时应该严格对中，观测前和观测后两次量取仪器高；有特殊要求的可以建立观测墩，以减小对中误差；②要有足够的观测时间，保证野外观测数据的可靠性和有效性。

2.2.4 计算

要进行观测数据的检验，对同步环、异步环、复测基线按规范进行统计分析，无效数据应进行重测，保证数据的可靠性。

平面坐标起算数据和高程起算数据应该均匀分布在网中，以提高平面和高程的拟合精度；特别是高程起算点的分布是否合理，对高程拟合精度有很大的影响，应采用水准测量的方式，将高程均匀引测到测区平均高程面控制点上，且起算高程点在控制网中要布设均匀。

3 结束语

（1）GPS控制布网灵活，操作简单，有利于提高工作效率，降低生产成本，提高测量速度和工作效益。

（2）GPS控制只要观测数据可靠，平面起算数据和高程起算数据设置合理，能得到较好的平面精度和高程精度。

（3）静态 GPS作业，基线较长时要适当延长观测时间，以取得良好的观测数据。

（4）GPS网选点很重要，一定要按照规范要求进行合理选点，地平高度角大于15 °，上方应该比较开阔，没有遮挡，同时远离雷达站、电台、微波中继站等。

（5）合理选用控制起算资料，使起算控制点均匀分布在网中，提高精度。

Discussion on Existing Errors of GPS Mapping and how to I m prove the Location Accuracy

Mai Weidong

The author discusses the sources of GPS measurement error, and points out the means and measures to improve the GPS control survey’s accuracy and elevation in the land consolidation and mapping project. It w ill provide some guidance for the actual work.

and consolidation mapping; GPS satellite measurement; error; location; accuracy

P228.4

A

1000－8136（2010）36－0016－02