GPS的误差来源

1. 卫星几何
   
2. 卫星轨道
   
3. 多路径效应
   
4. 大气的影响
   
5. 时钟误差和舍入误差

1.卫星错误:

• 卫星计时上的微小误差会导致计算位置时的误差。
• 卫星会稍稍偏离预测轨道，这就造成了误差。

让GPS接收器接收4颗卫星的信号，有两种情况:

案例1

这两颗卫星与GPS接收机的距离为90度。为了演示，我们将携带2颗卫星。可能的位置用浅绿色的圆圈标出。两个圆的交点比较小，或多或少是二次场(深绿色)，确定的位置会比较准确。

案例2

这两颗卫星与GPS接收机的距离不是90°，两圆可能相交的面积较大，因此精度较低。

2.卫星轨道

由于万有引力，轨道可能发生轻微的移动

• 太阳和月亮对轨道的影响很小
• 结果误差不超过2米

3.多路径误差:

当GPS信号最终到达地球表面时，在到达接收器天线之前，它可能会被局部障碍物反射。这被称为多路径误差，因为信号是在单线路径和延迟路径到达天线。其效果类似于电视机上的双重影像。

多径效应是由卫星信号(无线电波)对物体的反射引起的。对于GPS信号来说，这种效应主要出现在大型建筑物或其他高程附近。反射信号比直接信号到达接收器需要更多的时间。由此产生的误差通常在几米的范围内。

4.大气效应:

GPS信号必须穿过大气中的带电粒子和水蒸气，这就延迟了信号的传输。由于大气在不同的地方和不同的时间是不同的，因此不可能准确地补偿所发生的延误。

虽然无线电信号在外层空间以光速传播，但它们在电离层和对流层的传播速度较慢。在80 - 400千米高度的电离层(由层组成)中，太阳的电离力形成了大量的电子和正电荷离子。这些层折射来自卫星的电磁波，导致信号的运行时间延长。由于电磁波是以球体的形式发射的，因此采用了平方反比定律，波的速度与频率的平方(1/f)成反比²)而通过电离层。对流层折射的原因是由不同的天气条件引起的不同的水汽浓度。这种方法产生的误差比电离层误差小，但不能通过计算消除。它只能用一般的计算模型来近似表示。

接收错误:

由于接收器也不是完美的，它们可能会引入自己的错误，这通常是由于它们的时钟或内部噪音造成的。尽管在定位过程中接收机时钟与卫星时间同步，但剩余的时间误差仍然会导致定位误差约为2 m。接收机的舍入和计算误差总和约为1 m。

选择可用性:

• 选择性可用性(SA)是国防部故意引入的错误，以确保没有敌对势力使用GPS对美国或其盟友的准确性。
• 2000年5月1日，白宫宣布了一项决定，停止对公众故意降低GPS信号。GPS的民用用户将能够精确到十倍的位置。

GPS误差修正方法

1. 实时校正
   
2. 后处理校正
   
3. 卫星微分服务

实时校正

• 当接收到数据时，基站计算并广播修正每颗卫星。
  
• 粗纱接收机通过无线电信号接收到修正后的位置，并将其应用到正在计算的位置。
  
• 因此，在粗纱GPS接收机上显示的位置是差校正的位置。

后置处理校正

• 通过后处理来差分校正GPS数据，使用的是一个基础GPS接收器，它记录在一个已知位置的位置，以及一个流浪者GPS接收器，它收集野外的位置。
  
• 来自基地和漫游者的文件被转移到办公室的处理软件，该软件为漫游者的文件计算正确的位置。
  
• 这个修正后的文件可以在GIS中查看或导出到GIS中。

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