GPS接收机静态误差的分析

由GPS工作过程我们可以看出，导致GPS系统的误差一般分为三部分：与GPS卫星有关的误差、与GPS信号传播有关的误差以及与GPS接收机有关的误差，其中与GPS卫星有关的误差包括卫星星历误差和卫星中差，与GPS卫星信号传播路径有关的误差主要包括电离层延迟、对流层延迟和多路径效应，与GPS接收机有关的误差主要包括天线相位中心变化、接收机钟差、接收机内部燥声水平以及接收机间信号延迟等。另外在静态测量和数据处理过程中对测量结果带来的直接影响的因素还包括测站观测环境、观测时段卫星分布(DOP)以及采用的数据处理软件等。

1、卫星轨道误差是与GPS卫星相关误差中对GPS应用影响最大的误差。它对精密相对定位(静态测量)的影响可以表示为：

(2)式(2)中： --为轨道误差带来的基线误差;L--为测站之间的基线长;D--卫星到测站的距离; --卫星的轨道误差;

由于广播星历是根据GPS控制中心站的观测数据进行外推的一种星历;虽然SA政策取消后广播星历的精度有了很大的提高，由于卫星受到各种摄动因素的影响，依据广播星历计算出来的GPS卫星轨道精度应然是很差的，在目前关于广播星历的精度上没有统一的说法，有学者研究目前根据广播星历计算得到的轨道误差与IGS精密星历相差约3米，当太阳活动剧烈时其误差应可达到十几米，欧洲学者的报告中显示一般状态下广播星历的误差达2米。我们取一般状态下轨道误差3m，卫星到测站的距离为20000km，由式(2)可得：

(3)由此可见在理想状态下广播星历轨道误差将给静态测量带来将近0.15ppm的系统误差，在太阳活动剧烈时，取广播星历轨道误差10m将给静态测量带来将近0.5ppm的系统误差，当采用精密星历时，由于精密星历的精度一般优于5cm，由(2)式可知星历误差的影响完全可以忽略不计。

2、在静态测量中一般采用的是双差固定解作为比较理想的数据处理结果，在组成双差观测方程时首先利用经验模型将GPS信号传播路径上的对流层影响部分改正和消除，然后将残差部分视为具有强相关性而给予消除，目前常用的计算对流层天顶方向延迟三个数学经验模型是Hopfield模型、 Saastamoinen模型、 Black模型，利用这些模型可以消除对流层影响的95%，取对流层在天顶方向延迟为2.3米(一般经验值)，经过模型修正后还残留0.1米的对流层延迟。