GPS测量误差分析：大气折射与改正模型

"大气折射率模型-GPS测量的主要误差源及其改正模型" GPS测量是一种高精度定位技术，但在实际应用中会受到多种因素的影响，导致测量误差。这些误差主要来源于三个方面：与卫星有关的误差、信号传播的误差以及观测误差和接收设备的误差。 1.1 与卫星有关的误差： - 卫星星历误差：IGS（国际地球参考系统）提供的精密星历误差小于10厘米，而超快速轨道误差稍大，但广播星历误差通常在无选择可用性（SA）干扰时约10米。 - 卫星钟的误差：双差观测能消除大部分卫星钟误差，经过IGS精密钟差改正后精度可达0.1纳秒级别。 - 地球自转、相对论影响以及卫星天线偏差，通过适当的改正，这些影响通常可以忽略。 1.2 信号传播的误差： - 电离层的影响：电离层延迟对信号产生显著影响，可达数十米。双频观测可以消除其线性部分，余下厘米级的误差。 - 对流层的影响：对流层延迟约2米，其中大部分是干燥延迟，可以通过模型进行改正。湿延迟部分较难改正，可引入天顶延迟参数估计。 - 多路径效应：对相位和伪距造成影响，分别可达厘米和分米至米级。固定站可通过特定方法改正，流动站则较难处理。 1.3 观测误差和接收设备的误差： - 观测误差：伪距观测误差约0.3米，相位观测误差0.2毫米。 - 接收机钟差：达到1毫秒，需要改正。 - 天线相位中心位置偏差：尽管只有数毫米，但在某些高精度应用中不容忽视。 2. GPS观测值的改正： - 相对论改正：基于相对论效应的改正公式，如e=0.02时，改正量约为13.7米。 - 电离层改正模型：电离层的折射影响通过计算总电子含量（TEC）进行改正。双频改正能有效减少电离层延迟影响。VTEC随时间、地点和太阳活动变化，需要根据具体情况调整改正。 电离层延迟改正的关键在于理解电子密度随高度的变化，并利用双频信号来区分不同频率的延迟，从而减小误差。VTEC作为电离层总电子含量的垂直分量，与地方时、太阳活动、地理位置等因素紧密相关，因此在修正过程中需要考虑这些动态因素。 总结起来，GPS测量的准确性依赖于对多种误差源的理解和适当的改正模型。通过精确的卫星星历、钟差改正、电离层和对流层模型，以及考虑相对论效应和接收机误差，可以大大提高GPS测量的精度。在实际应用中，这些改正方法和技术是必不可少的，以确保测量结果的可靠性和精度。