GPS测量的误差来源及处理技巧

一、前言 GPS测量是通过接收卫星发射的信号而进行数据处理，从而求定测量点的位置，具有快速、全天候、高精度、无需通视的高新测量手段。但也不可避免地存在着这样那样的系统误差与偶然误差。了解GPS测量的误差来源，采取适当的措施，可减少误差的影响，提高测量精度。     

基于VRS的GPS测量误差分析

系统误差包括卫星轨道误差、卫星钟差、接收机钟差及大气折射误差等。是GPS测量的主要误差源。但系统误差通常可以采用适当的方法来减弱或消除,如建立误差改正模型对观测值进行改正,或选择良好的观测条件,采用适当地观测方法,进行线性差分等.本文介绍了基于VRS的GPS测量要解决的一个主要问题即在系统运行中产生的各种误差进行改正,使之减小或者消除。并就影响VRS精度的各种误差予以分析     

GPS沉降观测的实践及减弱误差的措施

利用方差分析的方法计算了一个实际的GPS沉降观测中的系统误差和偶然误差，结果表明系统误差远大于偶然误差，此外还提出了减弱误差的必要措施。     

GPS卫星接收机天线相位中心的检测及其方法的改进

一、引言在GPS测量中，影响观测量精度的主要误差来源可分为三类，一是与GPS卫星有关的误差，二是与信号传播有关的误差，三是与接收设备有关的误差。     

GPS卫星钟的特性与预报研究

经实验分析发现:GPS卫星钟差的预报精度与卫星的种类密切相关,最近发射的BLOCK ⅡR和BLOCKIIR-M类卫星比以往的BLOCK ⅡA类卫星要更加稳定,其卫星钟差的预报精度明显较高。直接利用IGS超快速产品和线性模型预报后6小时的卫星钟差,精度在0.5纳秒水平;但一些BLOCK ⅡA类卫星是不稳定的,通过对其预报残差的分析发现:同一颗卫星每天在相同时段用相同的模型去预报其卫星钟差,预报所得的残差呈周期性变化,并且这种周期性变化并不完全重合,还具有一定的随机性。依据这一特性本文构建了一个新的预报模型来实时预报GPS卫星钟差。该模型不仅能预报卫星钟差的总体变化趋势,还能预报残差的周期性变化以及随机项的变化,因此精度更高。预报结果均与IGS发布的最终产品相比,实验显示利用该方法实时预报GPS卫星钟差,预报精度可达0.5纳秒水平。     

全球定位系统的新进展(讲座四)——信号内部时延及其对钟差的影响

介绍了卫星信号内部时延的定义以及在GPS导航电文NAV和CNAV中所给出的各种时延差参数,推导了采用不同的卫星信号测距时应采用的各种卫星钟差模型。     

顾及频率间偏差的GPS/GLONASS卫星钟差实时估计

GPS/GLONASS卫星钟差联合估计过程中,由于GLONASS系统采用频分多址技术区分卫星信号,因而会产生频率间偏差（IFB）^[1]。本文在GPS/GLONASS卫星定轨过程中的IFB参数特性分析的基础上,引入IFB参数,实现顾及频率间偏差的GPS/GLONASS卫星钟差实时估计。同时,为解决实时估计中待估参数过多导致的实时性较弱等问题,基于非差伪距观测值和历元间差分相位观测值改进实时估计数学模型,实现多系统卫星钟差的联合快速估计。结果表明：GPS/GLONASS联合估计时需引入IFB参数并优化其估计策略,采用MGEX和iGMAS跟踪站的实测数据进行实时钟差解算,快速估计方法可实现1.6 s逐历元快速、高精度估计,与GBM提供的最终精密卫星钟差相比,GPS卫星钟差实时精度约为0.210 ns,GLONASS卫星约为0.298 ns。     

径向基函数神经网络在GPS卫星钟差预报中的应用

GPS卫星钟在空中很容易受到诸多因素的影响,导致其钟差行为很难用线性模型,二次多项式模型,灰色模型等现有模型进行描述和实现可靠的高精度预报。本文利用径向基函数神经网络对几颗GPS卫星钟差连续进行了五分钟、一小时和一天的预报,分别取得了均方根误差优于0.4ns,0.5ns和1ns的预报精度,证明了文中径向基网络结构在钟差预报方面的可靠性。     

由星载GPS双差相位数据进行CHAMP卫星动力学定轨

为了确定CHAMP卫星的轨道，由星载GPS数据和IGS跟踪站的GPS数据构造星地相位双差观测量，利用EOP、SGO、时间等数据，对GPS数据进行预处理，包括钟差改正、模糊度解算和周跳探测、卫星姿态改正、天线偏差和相位中心改正等，采用CHAMP卫星受力摄动模型，根据动力学原理，对CHAMP卫星进行实际定轨。与德国GFZ定轨结果PSO相比，本方法定轨结果径向精度为0．2857m。对于1d的重叠轨道，径向轨道差异的RMS为0．0958m。对于轨道端点比较，径向轨道差异平均为0．0666m。     

GPS测量误差与数据处理的质量控制

针对GPS测量结果的误差来源,从GPS卫星信号传播过程、观测条件和数据处理等方面讨论了GPS控制网数据处理的质量控制问题,介绍怎样进行基线解算和网平差的质量控制,并阐述了提高GPS网精度的若干方法。     

精密卫星钟差加密方法及其对星载GPS低轨卫星定轨精度影响

系统分析、比较了几种精密卫星钟差加密方法，研究了利用全球分布的IGS永久跟踪站的GPS观测数据估计高采样率卫星钟差参数的原理与方法，并将各种卫星钟差加密方法得到的结果与IGS数据分析中心估计的卫星钟差结果相比较。最后将不同加密方法得出的精密卫星钟差结果用于基于星载GPS双频非差观测值的CHAMP低轨卫星的定轨，并将不同方法得到的定轨精度进行比较。结果表明，利用地面跟踪站的GPS观测数据，可高精度、高密度地估计GPS卫星钟差，估计精度可达0．1～0．5ns。经地面GPS跟踪站数据估计的GPS卫星钟差，应用于基于PPP方法的低轨卫星定轨，其定轨精度在10cm以内。     

基于指数平滑法的GPS卫星钟差预报

提出了一种基于指数平滑法的GPS卫星钟差预报方法。该方法可采用少量数据建模,且计算过程简单、方便,尤其是在缺少相关历史数据或数据变化趋势不明显、不稳定的情况下,用该方法仍可取得较好的效果。通过与GPS卫星钟差预报中常用的二次多项式模型和灰色预测模型的对比分析,结果表明:指数平滑法适用于GPS卫星钟差的中、短期预报,其预报精度可达ns级;在利用小数据量建模的情况下,其预报效果优于二次多项式模型,与灰色模型的预报效果基本相当;该方法还可用于GPS卫星钟差的长期预报,其预报精度可达μs级,与灰色预测模型的精度相当。     

GPS卫星钟差及观测数据采样间隔对LEO卫星定轨精度影响

针对GPS卫星钟差及观测数据间隔对LEO卫星运动学和约化动力学定轨的影响问题进行了分析,并使用CODE（the Center for Orbit Determination in Europe）30 s、5 s间隔GPS卫星钟差分别进行了30 s和10 s间隔观测数据的LEO卫星定轨实验。结果表明,使用5 s间隔卫星钟差（10 s间隔观测数据）相比30 s间隔卫星钟差（30 s间隔观测数据）进行GRACE卫星精密定轨,约化动力学定轨精度提高了16%,运动学定轨精度提高了8.8%;使用30 s间隔卫星钟差和10 s间隔观测数据的定轨精度最低;对于30 s间隔观测数据,使用30 s或5 s间隔卫星钟差的定轨精度基本一致。     

基于CEEMD的GPS信号去噪

GPS信号在发送过程中会受到多种误差源的影响,例如星历误差、卫星钟差、电离层对流层延迟、接收机钟差等。这些误差附加在GPS信号上使其与真实信号产生一定偏差,也使GPS信号最终的应用结果产生一定程度上的偏差,这对于科研与日常使用是非常不利的,所以对GPS信号进行去噪处理是十分必要的。互补集合经验模态分解(Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition,CEEMD)为近几年出现的新的数据处理方法。它由集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)改进而来,不仅保留了经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)在处理非平稳信号方面的优点,又完善了EMD的模态混叠问题,且计算结果表明CEEMD去噪效果优于EMD和EEMD。     

利用SLR和伪距资料确定导航卫星钟差

提出了综合利用SLR和GPS伪距资料测定导航卫星钟差的方法,采用2002年10月的SLR和伪距实测数据计算了GPS 35卫星的钟差,并对GPS 35卫星的钟差进行了预报,为了验证计算结果的精度,将本文计算的卫星钟差与IGS精密钟差进行了比较.通过比较分析发现:综合利用SLR和伪距资料测定的导航卫星钟差精度优于3 ns,测定的导航卫星钟差与实际卫星钟差不存在系统差;导航卫星钟差的预报精度与计算卫星钟速的时间跨度有关;可以分离卫星坐标和卫星钟差之间的相互影响,便于对卫星钟差的研究.     

基于GPS非差观测值进行精密单点定位研究

介绍了精密单点定位所用的数学模型及解算方案，着重分析了基于GPS非差双频观测值进行精密单点定位的误差模型、数据质量控制方法、卫星钟差的估算和内插、数据和解的一致性及精密单点定位能达到的精度等问题，并和双差结果作了比较。结果表明，利用精密星历及卫星钟改正参数的精密单点定位可达到cm级精度。     

Galileo系统服务中断前后广播星历精度对比分析

2019年7月中旬发生的Galileo服务中断事件,在整个卫星导航发展史上都是较为罕见的重大事故。本文选取Galileo服务中断前后的广播星历,从纵向（利用中断前后29 d的数据）和横向（与其他主要系统进行对比）两个维度,通过卫星位置、速度、钟差、空间信号测距误差4个方面,对中断事件前后广播星历计算精度进行了较为全面的分析。结果表明：从纵向维度来看,服务中断前,Galileo健康卫星数发生剧烈变化,卫星钟差精度普遍发散,卫星位置、速度精度未发生明显异常,服务恢复后各项指标随之恢复正常。从横向维度来看,与GPS相比,Galileo系统目前在卫星位置速度精度、卫星钟差精度方面已表现出优于GPS的性能,在空间信号测距误差（SISRE）方面,Galileo轨道精度具有明显优势,平均SISRE达到0.27 m。GPS与BDS相当,GPS平均SISRE达到0.61 m,BDS的3类卫星MEO、IGSO和GEO分别达到0.76、0.58和0.68 m;QZSS的IGSO和GEO卫星平均SISRE分别达到0.85和0.99 m。GLONASS轨道精度稍差,平均SISRE为1.05 m。     

中国GPS增强系统性能分析及技术发展

本文提出了一种GPS卫星导航增强系统技术性能分析方法,即利用IGS提供的高精度GPS星历、卫星钟差数据和电离层数据作为外符和检测标准,检验增强系统提供的卫星星历改正数据、卫星钟差改正数据和电离层改正数据的精度。通过实测数据分析表明,我国GPS卫星导航增强系统目前的服务性能与国外同类系统具有一定的差距,主要的技术薄弱环节在于GPS卫星的精密定轨与钟差解算技术。     

基于广播星历改正的实时精密星历与钟差获取研究

卫星位置误差和钟差是GPS导航与定位的重要误差源。通过NTRIP协议,利用Internet方式向全球发布实时广播星历的卫星轨道和钟差改正信息。结果表明:由广播星历计算得到的卫星位置和精密星历中给出的位置值相差为分米级,而经过改正后的卫星位置相差仅为厘米级。采用广播星历中给出的钟差参数,其精度约为2~4ns;经过钟差改正后,精度相差约0.3~0.4ns.     

三峡库区中的星站GPS

通过SF-2050G型星站GPS(无基站)与Trimble 5700 GPS(有基站)在长江三峡库区河段比测试验，结果表明SF-2050G与Trinble5700GPS具有同样高质量导航、测量定位精度。SF-2050G型星站GPS在接收卫星信号同时接收海事卫星差分信号，获得了良好的测量精度。使之在各种条件下无须基站可实施卫星导航与测量。减少了差分基站所投入的成本与时间；扩展了GPS接收使用条件，提高了导航、测量的工作效率。