王友+馮勝濤+劉垚

摘 要 隨著GPS技術(shù)在各行業(yè)領(lǐng)域的深入應(yīng)用，對其測量精度控制也提出更高的要求。然而GPS測量實際開展中，仍有較多誤差源存在，極大程度上制約測量精度的進一步提高，要求做好誤差源分析并采取相應(yīng)的控制策略。本文將對GPS測量相關(guān)概述、SA影響與星歷誤差控制問題、對流層與電離層信號傳播控制以及周跳問題與多路徑誤差的控制進行探析。

關(guān)鍵詞 GPS測量；誤差源；精度控制

中圖分類號 P228.4 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）164-0197-01

在信息技術(shù)快速發(fā)展背景下，GPS新技術(shù)逐漸取代以往控制測量方式，其本身體現(xiàn)出觀測時間短、定位精度高以及三維坐標的提供等，為測繪工作的開展提供堅實的技術(shù)保障。然而現(xiàn)行GPS測量工作開展中，誤差源的存在仍較為明顯，極大程度制約測量精度的進一步提高。因此，本文對GPS測量誤差相關(guān)研究，具有十分重要的意義。

1 GPS測量誤差相關(guān)概述

現(xiàn)行GPS測量工作開展中，產(chǎn)生誤差的原因集中表現(xiàn)在接收機誤差、信號傳輸誤差以及信號自身誤差等方面。以其中GPS接收機誤差為例，一般表現(xiàn)在天線相位、碼跟蹤環(huán)、鎖相環(huán)延遲以及通道間偏差等，而信號傳輸誤差的產(chǎn)生主要表現(xiàn)在周跳、多路徑傳播、對流層延遲、電離層延遲以及太陽光壓等方面。在信號自身誤差方面，如SA的影響或軌道誤差，都是造成誤差的主要原因。從這些誤差源內(nèi)容中可發(fā)現(xiàn)，GPS技術(shù)應(yīng)用下解決以往測量中圖形布樣、點間通視等問題，所以在設(shè)計GPS網(wǎng)中也極為重要。但實際設(shè)計中仍需遵循相關(guān)的問題，如GPS基線長度、GPS網(wǎng)閉合時網(wǎng)型結(jié)構(gòu)、多路徑影響的消除以及電磁波干擾問題的解決等。保證GPS定位往設(shè)置合理，才可使測量工作中GPS的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來[1]。

2 GPS信號傳輸誤差與精度控制

2.1 對流層延遲

關(guān)于對流程延遲，其產(chǎn)生的原因可歸結(jié)于與真空光速相比，對流層中電磁波信號傳輸速度處于滯后狀態(tài)。由于對流層中空氣主要以干大氣、濕大氣等分量為主，測量時極為困難，盡管有研究中提出相關(guān)的實用模型，但誤差源仍表現(xiàn)在對流層延遲方面。實際解決該誤差源中，可引入相關(guān)的函數(shù)逼近方法、隨機過程模擬等，實現(xiàn)模擬改正目標。另外，與電離層延遲相同，對流層延遲所帶來的影響集中表現(xiàn)在天頂方向方面，可考慮將雙頻接收機引入，其對于長基線測量能夠取得良好效果。

2.2 電離層延遲

對于電離層延遲，其一般受接收機電子密度存在較大關(guān)聯(lián)，有實踐研究表明，白天環(huán)境下垂直方向的延遲值會保持為15m左右，夜間為3m延遲值左右。若從低仰角觀察，延遲值在白天與夜間甚至可保持在45m、9m。這種電離層延遲極大程度上導致定位精度難以保證，所以可在對GPS數(shù)據(jù)采集中引入雙頻接收機，對延遲問題實時改正，有利于延遲問題的解決。但需注意的由于地極、赤道等擾動問題的存在，單純采用雙頻接收機仍難以達到改正電離層的目標。如赤道擾動問題，在電子含量無規(guī)律變化下，將導致反射、衍射等效應(yīng)出現(xiàn)，進而使測量過程中有周跳問題存在。再如地極擾動問題，其多出現(xiàn)于強磁暴過程中，因極光不斷延伸，向中緯度地區(qū)擴散，由此導致周跳頻率上升。這些問題的存在，要求在實際解決中從周跳控制方面著手，避免測量結(jié)果因周跳問題而受到影響。

2.3 周跳問題

所謂周跳，又可被叫做失周，通常在觀測過程中因某些原因的存在使接收機未能實時跟蹤衛(wèi)星，這樣測量中便難以測出相位變化，對其叫做周跳。這種問題產(chǎn)生的原因主要表現(xiàn)在接收機質(zhì)量、外部影響因素2方面。如接收機跟蹤環(huán)路、電路干擾、信號處理單元不具有較高質(zhì)量，這樣便出現(xiàn)信號丟失、相位變化過于明顯情況。而對于外部影響因素，如周邊地形地物對衛(wèi)星信號的阻擋、動態(tài)載體以極快的速度測量，也成為信號丟失的主要原因。同時，對于緯度、經(jīng)度與高程，很大程度也受周跳影響。假定有一個周跳存在，其都會導致最終測定的結(jié)果出現(xiàn)幾厘米、幾毫米誤差。因此，周跳的消除對于GPS定位測量極為重要。實際探測與修復周跳過程中，可采取2個步驟，包括：第一，在數(shù)據(jù)預(yù)處理階段探測與修復周跳。該過程中主要利用相關(guān)儀器的對儀器本身進行測定，若在測量作業(yè)開展中，應(yīng)注意對多路徑影響問題進行控制，使失周問題得以解決。第二，在探測與修復周跳中，可引入相關(guān)的軟件處理方式，如直接將專用算法器裝設(shè)于GPS接收機中，這樣可保證周跳被探測出來。

2.4 太陽光壓問題

一般GPS衛(wèi)星運行中，太陽光壓影響多表現(xiàn)在攝動加速度方面，這樣精密定軌容易受到影響。通常太陽強度、太陽照射面反射情況等極易影響輻射壓力變化?；蛟谛l(wèi)星姿態(tài)控制失誤、衛(wèi)星材料老化等，使太陽光壓受到影響。針對這種影響問題，可采取的方式如隨機過程參數(shù)，其對于定軌精度提高可起到明顯作用[2]。

3 GPS信號自身誤差與控制

GPS信號誤差主要為軌道誤差。這種誤差又被叫做偽距誤差、星歷誤差，產(chǎn)生的原因可歸結(jié)于大氣阻力、攝動力的存在，如潮汐、太陽光壓、地球引力場等，這些影響因素的存在很難使測量精度得以保證，由此造成軌道誤差產(chǎn)生。當前GPS測量中逐漸將SA、AS技術(shù)等引入其中，這2種技術(shù)盡管為實際測量活動的開展提供重要保證，但其對定位精度的影響極為明顯。這就要求在實際解決過程中，對GPS衛(wèi)星軌道利用GPS跟蹤網(wǎng)進行確定，保證跟蹤地心坐標準確度較高。有實踐研究發(fā)現(xiàn)，在解決信號自身誤差問題中，常用的方式主要以加權(quán)約束基準為主，其能夠保證相對坐標值更加準確，對于當前區(qū)域定軌的要求能夠滿足。除此之外，對于SA影響問題，也可考慮將實時差分定位引入其中，向移動站傳輸基準站獲取的數(shù)據(jù)鏈，這樣既可保證兩站誤差得以控制，SA帶來的影響也能得到緩解，有利于導航定位精度的進一步提高[3]。

4 GPS接收機誤差

現(xiàn)行GPS測量中，其接收機存在的問題多表現(xiàn)為天線相位中心偏差、鎖相環(huán)延遲、通道偏差以及鐘誤差等。因此在控制中，需對GPS測量儀器性能進行分析，判斷其可實現(xiàn)的精度水平。具體應(yīng)用過程中，應(yīng)以接收機檢驗作為前提。其中檢驗的項目主要體現(xiàn)在：檢測設(shè)備內(nèi)部噪聲水平、測試設(shè)備高低溫性能、檢驗頻標穩(wěn)定性、測試野外作業(yè)性能以及測試中心穩(wěn)定性。另外，在對接收機誤差控制中，也需對比單頻接收機、雙頻接收機。一般單頻接收機應(yīng)用中，優(yōu)勢主要表現(xiàn)在故障概率較小、DODP碼保密不會對單頻接收機影響、10km以內(nèi)邊長測定精度高以及設(shè)備易攜帶等。但需注意單頻接收機應(yīng)用下，若保持20km～30km點間距離，對流層以及電流層等延遲將較為明顯，而且在動態(tài)、靜態(tài)測量中將耗費較多的時間。從雙頻接收機看，其優(yōu)勢集中表現(xiàn)為點位坐標受電離層延遲影響較小，而且測量時間較短。但卻不具備單頻接收機中的優(yōu)勢，所以在實際選擇中應(yīng)根據(jù)二者的優(yōu)勢與不足進行確定[4]。

5 結(jié)論

GPS測量誤差源的控制是現(xiàn)行GPS技術(shù)應(yīng)用中需考慮的主要問題。實際開展精度控制工作中，應(yīng)正確認識測量誤差的具體表現(xiàn)，包括接收機誤差、信號自身誤差以及信號傳輸中的誤差，在此基礎(chǔ)上結(jié)合各自誤差特征選用相應(yīng)的精度控制方法，這樣才能解決誤差源問題，推動GPS測量水平的進一步提高。

參考文獻

[1]李團好.IMU/GPS輔助航空攝影測量誤差源與定位精度分析研究[D].焦作：河南理工大學，2011.

[2]李濤，王磊，周光奎.GPS測量的誤差及精度控制[J].能源與節(jié)能，2012（6）：78-79，85.

[3]齊利強.論GPS測量的誤差及精度控制分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（1）：55.

[4]李怡彬.GPS測量中的誤差與精度控制研究[J].科技傳播，2013（4）：93，76.