GPS测量误差分析：对流层模型与改正方法

本资源主要探讨了GPS测量中的主要误差源以及相应的改正模型。误差源主要包括卫星相关的误差、信号传播的误差和观测及接收设备的误差。文章详细介绍了这些误差的性质和影响，并提出了相应的改正方法。 在卫星相关的误差中，卫星星历误差通常较小，精密轨道误差小于10厘米，但广播星历误差可能达到10米。卫星钟的误差在双差观测中可被消除，精密钟差改正后精度小于0.1纳秒。地球自转和相对论效应通过改正可忽略，卫星天线偏差也经过改正后变得微不足道。 信号传播误差主要来自电离层和对流层。电离层延迟可达数十米，双频观测能消除其线性部分，剩余误差为厘米级。对流层延迟大约2米，其中干延迟占大部分，可通过模型改正，湿延迟部分较难修正。多路径效应对相位影响可达厘米级，对伪距影响更大，固定站可通过特定方法改正，流动站则较难处理。 观测误差和接收设备的误差主要包括伪距和相位观测的误差、接收机钟差以及天线相位中心位置偏差。伪距误差约0.3米，相位误差0.2毫米，接收机钟差需改正至毫秒级别，天线相位中心位置偏差一般可忽略。 GPS观测值的改正涉及相对论改正和电离层改正。相对论改正公式考虑了地球质量和电子密度，改正量与卫星高度角有关。电离层改正模型中，电离层延迟对相位和伪距的影响可以通过计算总电子含量（TEC）来估算。双频改正可以有效减少电离层延迟的影响。 对流层改正方面，BLACK模型是对Hopfield模型的改化，两者在天顶方向的延迟差小于1mm，而Saastamoinen模型与Hopfield模型在天顶方向存在明显差异。Hopfield模型利用地区实测气象数据能减小92%至93%的对流层延迟，而BLACK模型的湿分量改正精度仅为80%。 GPS测量的精确性依赖于对各种误差源的理解和有效的改正模型。通过对卫星误差、信号传播误差、观测误差和接收设备误差的修正，可以显著提高GPS定位的精度。