论GPS测量的误差及精度控制分析

【摘要】近年来，GPS技术取得了重大突破和进步，在测量领域倍受青睐和尊重，而GPS技术在各行各业的应用也日益深入。然而，由于各种条件的限制和制约，GPS测量的误差是无法完全避免的。随着测量精度控制标准的不断提高，分析误差来源，采取创新的或优化的控制策略是非常必要的。本文对GPS测量的误差及精度控制进行了分析，以期为GPS测量精度的研究提供参考。

【关键词】GPS测量;误差源;精度控制

GPS是全球定位系统，是时代发展和信息技术普及的必然结果。基于GPS技术的优势，它逐渐冲击了传统的测量方法。GPS测量一般需要主控站，注入站和监测站的配合，具有三维坐标表示和全局性，测量时间短，全天候，高效性和连续性的特点。因此，GPS测量的应用已逐渐形成趋势和潮流。目前，为了提高测量精度，为后续工作打下坚实的基础，各行各业都需要将GPS测量的误差降至最低，这对误差源的探测产生了深远的影响。只有加大对精度控制的重视和投入，才能促进GPS测量的可持续发展。

1、GPS测量技术的相关概述

GPS技术起源于美国，是20世纪70年代美国政府的军事导航。随着社会的发展和技术的成熟，GPS技术不仅局限于军事服务，而且逐渐向公共领域倾斜和扩展。GPS系统由三部分组成，GPS信号接收器，GPS卫星星座和地面控制系统。工作原理是地面控制系统根据卫星组发送的信息计算，然后绘制三维坐标系，最后定位地面目标。目前，GPS技术已在现代测量中得到广泛应用，其在测量领域的地位因其不可替代的作用和价值而具有无可比拟性。特别是在社会科学技术的推动下，GPS测量在接收，解码信号和计算机数据处理方面不断优化，并逐步向更加精确和方便的方向发展。

2、GPS测量误差产生原因分析

根据GPS测量的原理和目标的确定，卫星、信号传播和地面接收装置都会导致测量误差的发生，因此，分析GPS测量误差的原因应从以下三个方面入手：

2.1卫星轨道方面存在的误差

测量过程中，首先需要确定卫星的位置，并通过星历释放卫星的位置，可以说星历与卫星轨道是紧密相连的。卫星星历的测量与跟踪监测数据是分不开的，因为在地面接收和监测数据时，必然受到摄动力等诸多因素的制约，从而使发送到地面监测站的信号发生偏差，最终导致卫星轨道与星历之间的误差。此外，卫星的实际位置与星历提供的坐标之间不可避免地存在测量偏差，其中星历误差是GPS测量误差的主要原因之一。

2.2卫星传输信号方面存在的误差

①GPS在卫星信号传输过程中，会受到功率层的影响，从而造成延迟。传播效应也与电子密度密切相关，特别是低仰角和垂直方向引起的延迟差非常显著，在异常期甚至更高。②由于GPS信号传播形式使光在真空中的传播速度有很大的不同，从而不可避免地会出现延迟。③多径误差也是影响信号传输误差的一个重要因素。其原因是GPS信号在传输到接收天线之前会反复反射，影响到线性波信号的接收设备。

2.3地面接受装置存在误差

地面接收装置的误差是不可忽略的。①GPS观测毕竟需要人工完成，测量人员的业务素质和业务能力已成为减少数据误差的关键因素。测量设备的精度和先进性也会限制检测数据的有效性，其中GPS信号接收天线关系到定位的精度和准确度。②在接收信号的过程中，容易受到位置的影响，信号强度不稳定，导致相位中心发生变化。此外，石英晶体振荡器是GPS信号接收机中常用的器件，其稳定性具有一定的间隔范围。一旦接收器时钟偏离卫星时钟，测量结果将受到影响。

3、GPS测量精度控制的有效方法

3.1加强卫星测控

为了控制GPS测量的精度，首先要加强对卫星精度的控制。从基本测量精度出发，可以取得较好的结果。在卫星精度控制中，有关人员应当明确影响卫星历误差的原因，加强对误差的控制。同时利用GPS跟踪网确定卫星轨道，严格控制和优化地心坐标精度，优化相对坐标值，提高GPS测量精度。同时，要对观测到的卫星观测值进行详细记录，以不断提高星历的误差，提高星历的精度，从而对GPS测量技术的精度控制进行综合控制。

3.2加强信号传播精度控制

在GPS测量过程中，电离层延迟，太阳气压和对流层折射是造成信号传播误差的主要原因。针对电离层延迟引起的精度误差，应提高同步测量的范围和效率，对电离层进行仿真分析，并通過实验提高GPS测量的精度。针对对流层折射引起的误差，一方面，有关人员应同步观测和计算差值，以保证精度的持续性和有效性;另一方面，需要对对流层进行建模，掌握对流层参数，减少大气对流层参数对信号的影响，降低GPS测量的精度。

3.3加强地面接受信号的控制

针对卫星信号接收过程中的各种误差源，应做好以下几个方面的工作：一是提高工作人员的业务水平，保证地面接收机的灵活操作，保证测试的有效性，有效避免误差的产生，严格控制GPS测量的精度。其次，在测绘仪器技术不断更新的过程中，接收机的性能也要不断更新，以保证两者的一致性，减少误差的产生。同时，对仪器的性能进行定期检查，保证仪器性能良好，以保证被检信号的准确性，减少测量误差。第三，要不断加强对观测人员的培训，确保观测人员重视误差源的控制，确保数据采集，数据整理等的专业性和科学性，加强精度控制力度。最后，注意天线中心位置的控制，确保天线几何中心与相位中心重合，全面控制GPS测量精度。

结论：

GPS测量误差源的控制是GPS技术应用中需要考虑的主要问题。为了解决误差源问题，促进GPS测量水平的提高，必须正确认识测量误差的具体表现，包括接收机误差，信号误差本身和信号传输误差，并根据其误差特性选择合适的精度控制方法，从而进一步提高GPS测量水平。

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作者简介：

肖永飞，男，1980.07，陕西西安人，本科，工程师，研究方向： GPS测量及数据处理，水准测量及数据处理，航空摄影。