GPS单点定位误差分析与星历影响

"GPS单点定位, 星历误差, 电离层改正, 对流层改正, 相对论周期部分改正, 地球旋转改正, 地球固体潮改正, 卫星天线相位中心偏差改正, 切比雪夫多项式, 精密星历" 在GPS单点定位技术中，星历误差是影响定位精度的关键因素之一。星历是描述GPS卫星在特定时间位置的数据，通常由地面监测站收集并广播给用户。星历误差主要来源于星历本身的不精确性和时间延迟。本文出自中南大学龚佑兴的硕士学位论文，指导教师为刘庆元，专业为大地测量学与测量工程。 在进行GPS单点定位时，会使用到卫星的广播星历，这是预估的卫星轨道信息，可能存在几米至几十米的误差。为了提高定位精度，可以采用高精度的精密星历，这种星历通常由全球导航卫星系统(GNSS)运营中心提供，精度可达到厘米甚至毫米级别。 论文中提到，通过8阶、10阶或12阶的切比雪夫多项式可以逼近卫星星历，8阶多项式能实现厘米级的卫星坐标精度和约0.3ns的卫星钟差精度，而10阶或12阶多项式则能进一步提升坐标精度到毫米级，但卫星钟差精度相对8阶稍逊。时间间隔选择2小时或3小时，可以确保多项式在指定区间内的适用性。 星历误差对单点定位的影响可以通过泰勒级数展开进行分析，将观测方程线性化，表达为关于定位改正数dx, dy, dz的线性方程组。通过解这个方程组，可以求得定位的改正量，从而提高定位精度。 论文还探讨了各种误差改正公式，如电离层改正和对流层改正，两者均与无线电波在大气中的传播有关，影响信号传播速度。相对论效应改正考虑到GPS卫星高速运动带来的相对论效应。地球旋转改正考虑地球自转对定位的影响，地球固体潮改正则涉及地球内部的潮汐变形。卫星天线相位中心偏差改正则是指GPS卫星天线的实际位置与星历中给出的理想位置之间的差异。 此外，论文中通过编程实现了使用伪距、相位和不同星历的定位算法，并进行了大量计算。结果显示，取消选择可用性(SA)后，相位和精密星历的定位精度显著提高，例如，24小时的相位观测数据可实现1.1米的水平定位精度，而40分钟的精密星历和载波相位观测数据甚至可以达到1米的精度。 这篇论文深入研究了GPS单点定位的理论和实践，分析了各种误差源和改正方法，为提高定位精度提供了理论依据和实证支持。关键词包括GPS单点定位、广播星历、精密星历以及各类误差改正。