演示文稿5-GPS卫星定位基本原理

第五章GPS定位测量**2主要内容

概述GPS定位测量分类GPS定位的方法与观测量

伪距测量

载波相位测量整周跳变的修复

GPS绝对定位与相对定位美国的GPS政策差分GPS定位原理

GPS测量误差的来源§5.1概述测距交会如图所示，A、B为坐标已知的控制点，P为待求点，在A、B两点已分别利用全站仪测了距离Sa和Sb。2023/2/33无线电导航定位系统设想在地面上有三个无线电信号发射台，其坐标为已知，用户接收机在某一时刻采用无线电测距的方法分别测得了接收机至三个发射台的距离d1、d2、d3。只需以三个发射台为球心，以d1、d2、d3为半径作出三个定位球面，即可交会出用户接收机的空间位置。2023/2/34无线电导航定位系统如果只有两个无线电发射台，则可根据用户接收机的概略位置交会出接收机的平面位置。2023/2/35卫星激光测距系统近代卫星大地测量中的卫星激光测距定位也是应用了测距交会定位的原理与方法。虽然用于激光测距的卫星是在不停地运动中，但总可以利用固定于地面上的三个已知点上的卫星激光测距仪同时测定某一时刻至卫星的空间距离，应用测距交会的原理便可确定该时刻卫星的空间位置。2023/2/36一、卫星定位的基本原理1、卫星的位置：靠地面监测站（点的坐标已知），地面监测站时刻监测卫星，测出二者之间的距离，然后由地已知点的坐标交会出卫星的位置。

监测方法：已知：（X,Y,Z）i，i=1,2,3

观测：ρ1，ρ2，ρ3

计算：（X,Y,Z）s2、测站的位置：

GPS卫星发射测距信号和导航电文，导航电文中含有卫星的位置信息。监测方法：如果测距无误差，已知：（X,Y,Z）s，s=1,2,3

观测：ρ1，ρ2，ρ3

计算：（X,Y,Z）p3、卫星定位的基本原理运用空间距离前方交会的方法求出卫星的位置。运用空间距离后方交会的方法求测站点的位置。观测值：距离用距离交会的方法求解P点的三维坐标（X，Y，Z）的观测方程：GPS定位基本原理将无线电信号发射台从地面电搬到卫星上，组成一颗卫星导航定位系统，应用无线电测距交会原理，便可由三个以上地面已知点交会出卫星的位置，反之利用三颗以上卫星的已知空间位置又可交会出地面未知点的位置。这便是GPS卫星定位的基本原理。演示动画2023/2/310GPS定位基本原理GPS卫星发射测距信号和导航电文，导航电文含有卫星的位置信息。用户用GPS接收机在某一时刻同时接收三颗以上的卫星信号，测量出测站点(接收机的天线中心)P到三颗以上卫星的距离并解算出该时刻卫星的空间坐标，据此利用距离交会法解算出测站点P的位置。2023/2/311GPS定位基本原理如图所示，设在时刻t在测站点P用GPS接收机同时测得P点至三颗GPS卫星的距离，通过GPS电文解译出该时刻三颗GPS卫星的三维坐标，用距离交会的方法求得P点的三维坐标。2023/2/312GPS定位方法GPS定位的方法是多种多样的，用户可以根据不同的用途采用不同的定位方法。GPS定位方法可依据不同的分类标准，作如下划分:2023/2/3131、根据定位所采用的观测值1)伪距定位2)载波相位定位2023/2/3142、根据定位时接收机的运动状态静态定位对于固定不动的待定点，将GPS接收机安装在上面，观测数分钟乃至更长的时间，以确定该点的三维坐标。2023/2/3152、根据定位时接收机的运动状态动态定位至少有一台接收机处于运动状态，测定的是各观测时刻运动中的接收机的点位。2023/2/3163.根据定位的模式绝对定位独立确定待定点在坐标系统中的绝对位置的方法称为绝对定位或单点定位。2023/2/3173.根据定位的模式相对定位相对定位是确定同步跟踪相同的GPS卫星信号的若干台接收机之间的相对位置的一种定位方法。2023/2/3183.根据定位的模式差分定位在基准点上观测求得大气折射等改正，并及时发送给流动站，流动站用收到的改正数对观测数据进行改正，得精确点位。2023/2/3194.根据获取定位结果的时间实时定位实时定位是根据接收机观测到的数据，实时地解算出接收机天线所在的位置。2023/2/3204.根据获取定位结果的时间非实时定位非实时定位又称后处理定位，它是通过对接收机接收到的数据进行后处理以进行定位的方法。2023/2/321小结2023/2/322GPS定位测量的分类（1）静态定位与动态定位（2）单点定位和相对定位（3）主动式测距和被动式测距（4）用GPS定位的基本方法5.2.GPS定位测量概述23GPS的定位实质：

把卫星视为“动态”的控制点，在已知其瞬时坐标的条件下，进行空间距离后方交会，确定用户接收机天线所处的位置。24定位方式：按接收机天线所处的状态不同

（1）静态定位（2）动态定位按参考点位置的不同

（1）单点定位（2）相对定位。25静态定位

GPS接收机在进行定位时，待定点的位置相对其周围的点位没有发生变化，其天线位置处于固定不动的静止状态。

26

在定位过程中，接收机位于运动着的载体，天线也处于运动状态的定位。动态定位按照接收机载体的运动速度（1）低动态（几十米/秒）（2）中等动态（几百米/秒）（3）高动态（几千米/秒）27（1）静态定位与动态定位静态定位与动态定位的不同点静态定位

可靠性强，定位精度高，在大地测量、工程测量中得到了广泛的应用，是精密定位中的基本模式。动态定位

可测定一个动点的实时位置、运动载体的状态参数。如速度、时间和方位等。28（2）单点定位与相对定位

在一个测站上同步观测4个伪距观测值，求解出4个未知参数（3个点位坐标分量和1个钟差系数）。单点定位29

采用两台以上的接收机同步观测相同的GPS卫星，以确定接收机天线间的相互位置关系的一种方法。（2）单点定位与相对定位相对定位（差分定位）优点：获得较高的精度缺点：增加了外业组织和实施难度30（3）主动式测距与被动式测距主动式测距（双程测距）

用电磁波测距仪发射测距信号，通过反射器反射回来，再由测距仪接收。根据测距信号的传播时间求解距离ρ。31

只要求仪器钟自身能在信号往、返时间段中保持稳定，不影响测距精度。（3）主动式测距与被动式测距主动式测距的优点主动式测距的缺点

用户须发射信号，因而难以隐蔽自己。对军事用户十分不利。32（3）主动式测距与被动式测距被动式测距（单程测距）

发射站在规定时刻内准确发出信号，用户根据自己的时钟记录信号到达时间，根据时差Δt求解距离ρ。33（3）主动式测距与被动式测距

用户无需发射信号，便于隐蔽自己；所需装置也较简单，仅接收设备即可。被动式测距的优点被动式测距的缺点

接收机钟和各卫星钟不能与GPS时间系统保持绝对同步，由此所引起的钟差对测距带来了影响。34（4）GPS定位的基本方法①卫星射电干涉测量②多普勒定位法③伪距定位法④载波相位测量35①卫星射电干涉测量

利用GPS卫星射电信号具有白噪声的特性，由两个测站同时观测一颗GPS卫星，通过测量这颗卫星的射电信号到达两个测站的时间差，可以求得站间距离。

射电，即射电天文学，是通过观测天体的无线电波来研究天文现象的一门学科。由于地球大气的阻拦，从天体来的无线电波只有波长约1毫米到30米左右的才能到达地面，迄今为止，绝大部分的射电天文研究都是在这个波段内进行的。射电天文学以无线电接收技术为观测手段，观测的对象遍及所有天体：从近处的太阳系天体到银河系中的各种对象，直到极其遥远的银河系以外的目标。

白噪声是指在较宽的频率范围内，各等带宽的频带所含的噪声能量相等的噪声。

36①卫星射电干涉测量

GPS卫星的信号强度比类星体的信号强度大10万倍，利用GPS卫星射电信号具有白噪声的特性，由两个测站同时观测一颗GPS卫星，通过测量

这颗卫星的射电信号到达两个测站的时间差，可以求得站间距离。由于在进行干涉测量时，只把GPS卫星信号当作噪声信号来使用，因而无需了解信号的结构，所以这种方法对于无法获得P码的用户是很有引引力的。其模型与在接收机间求一次差的载波相位测量定位模型十分相似。

37②多普勒定位法

多普勒效应是1942年奥地利物理学家多普勒首先发现的。它的具体内容是：

当波源与观测者做相对运动时，观测者接收到的信号频率与波源发射的信号频率不相同。这种由于波源相对与观测者运动而引起的信号频率的移动称为多普勒频移，其现象称为多普勒效应。

根据多普勒效应原理，利用GPS卫星较高的发射频率，由积分多普勒记数得出伪距差。当采用积分多普勒记数法进行测量时，所需观测时间一般较常（数小时），同时，在观测过程中接收机的震荡器要求保持高度稳定。

38③伪距定位法

在某一瞬间利用GPS接收机同时测定至少四颗卫星的伪距，根据已知的卫星位置和伪距观测值，采用距离交会法求出接收机的三维坐标和时钟改正数。基本原理39伪距定位法的优点一次位的精度并不高，但定位速度快，经几小时的定位也可达米级。若再增加观测时间，精度还可以提高。（3）伪距定位法40④载波相位测量

把载波作为量测信号，对载波进行相位测量可以达到很高的精度。通过测量载波的相位而求得接收机到GPS卫星的距离。41*425.3GPS定位的方法与观测量1、定位原理：测距交会2、进行定位的两个条件：测距信号导航电文利用测距信号确定站星距离利用导航电文确定卫星位置*43一、概述一个站星距离测站位于以卫星为球心，站星距离为半径的球面上GPS定位的方法与观测量>概述*44一、概述两个站星距离作两个球面两个球面相交为圆测站位于圆圈上GPS定位的方法与观测量>概述*45一、概述三个站星距离作三个球面三个球面两两相交于两点测站位于其中一点GPS定位的方法与观测量>概述*46一、概述GPS单点定位方法的实质是空间距离后方交会一个站星距离=球面两个站星距离=圆三个站星距离=两点三个站星距离+地球=一点GPS定位的方法与观测量>概述*47一、概述GPS定位的方法与观测量>概述*48二、定位方法的分类1、按照参考点的不同位置分：绝对定位（单点定位）相对定位2、按用户接收机在作业中所处状态分：静态定位动态定位另外在绝对定位和相对定位中，又都包含静态与动态两种形式。GPS定位的方法与观测量>定位方法的分类*49二、定位方法的分类3、按照测距原理分：伪距法定位载波相位测量定位差分GPS定位GPS定位的方法与观测量>定位方法的分类*50三、观测量的基本概念GPS卫星信号含有多种定位信息，根据不同的要求，可以从中获得不同的观测量，其中主要包括：根据码相位观测得出的伪距根据载波相位观测得出的伪距由积分多普勒计数得出的伪距差由干涉法测量得出的时间延迟目前广泛采用的基本观测量主要有两种，即码相位观测量和载波相位观测量。GPS定位的方法与观测量>观测量的基本概念*51三、观测量的基本概念所谓码相位观测，即测量GPS卫星发射的测距码信号（C/A码或P码），到达用户接收机天线（观测站）的传播时间，因此这种观测方法，也称为时间延迟测量。只能用于单点绝对定位，如导航型GPS接收机。载波相位观测，是测量接收机接收到具有多普勒频移的载波信号，与接收机产生的参考载波信号之间的相位差。主要的应用是进行相对定位，如测地型GPS接收机。GPS定位的方法与观测量>观测量的基本概念*52三、观测量的基本概念由于载波的波长远小于码的波长，所以在分辨率相同的情况下，载波相位的观测精度远高于码相位的观测精度。但是载波相位观测的主要问题是，它无法直接测定卫星载波信号在传播路线上相位变化的整周数，因而存在整周不确定性问题。另外，在接收机跟踪GPS信号进行观测的过程中，常常由于多种原因，还可能产生整周跳变现象。这样一来，使得数据处理变得很复杂。GPS定位的方法与观测量>观测量的基本概念*53三、观测量的基本概念高精度GPS基线向量的获取：

将两台GPS接收机分别安置在两个不同的点上，同时观测卫星载波信号，利用载波相位差分观测值，消除或削弱多种误差的影响，从而获得高精度GPS基线向量。载波相位观测量的原始意义：它是卫星的载波信号与接收机参考信号之间的相位差。在实用上，采用原始相位观测值的各种线性组合（即差分）作为观测量，以减弱各种误差。GPS定位的方法与观测量>观测量的基本概念*54三、观测量的基本概念由于全球定位系统采用单程测距原理，所以，要准确地测定卫星至观测站的距离，就必须使卫星钟与用户接收机钟保持严格同步。但在实践中这是难以实现的。因此，实际上，通过上述码相位观测或载波相位观测所确定的卫星至观测站的距离，都不可避免地会含有卫星钟和接收机钟非同步误差的影响。为了与上述的几何距离相区别，这种含有钟差影响的距离，通常均称为“伪距”，并把它视为GPS定位的基本观测量。GPS定位的方法与观测量>观测量的基本概念*55三、观测量的基本概念伪距：

GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。测码伪距：由码相位观测所确定的伪距。测相伪距：由载波相位观测所确定的伪距。GPS定位的方法与观测量>观测量的基本概念*56三、观测量的基本概念GPS定位的方法与观测量>观测量的基本概念

接收机对跟踪的每一颗卫星进行测距地心SiPijPj

riRjRj=ri+Pij有关各观测量及已知数据如下：r—为已知的卫地矢量P—为观测量（伪距）R—为未知的测站点位矢量*57三、观测量的基本概念GPS定位的方法与观测量>观测量的基本概念接收机至卫星的距离借助于卫星发射的码信号量测并计算得到的接收机本身按同一公式复制码信号比较本机码信号及到达的码信号确定传播延迟的时间t传播延迟时间乘以光速就是距离观测值=C•t卫星钟调制的码信号接收机时钟复制的码信号tt5.4伪距测量目前广泛应用的基本观测量主要是码相位观测量和载波相位观测量。2/3/2023由于卫星时钟、接收机时钟的误差以及无线电信号经过电离层和对流层中的延迟，实际测出的距离与卫星到接收机的几何距离有一定差值，因此一般称量测出的距离为伪距。用C/A码进行测量的伪距为C/A码伪距，用P码测量的伪距为P码伪距。伪距：定义为信号接收时间与信号发射时间之间的差异再乘以光速。2/3/2023伪距2/3/2023伪距定位观测方程伪距观测方程：简写成：真实距离接收机钟差卫星钟差电离层延时对流层延时伪距测量噪声2/3/2023GNSS伪距测量伪距法定位是由GNSS接收机在某一时刻测出的到四颗以上GNSS卫星的伪距以及已知的卫星位置，采用距离交会的方法，求定接收机天线所在点的三维坐标。2/3/2023载波相位测量是接收机测量接收到的载波信号，与接收机产生的参考载波信号之间的相位差，通过相位差来求解接收机位置。由于载波的波长远小于码长，C/A码码元宽度293m，P

码码元宽度29.3m，而L1载波波长为19.03cm，L2载波波长为24.42cm，在分辨率相同的情况下，L1载波的观测误差约为2.0mm，L2载波的观测误差约为2.5mm。而C/A码观测精度为2.9m，P码为0.29m。载波相位观测是目前最精确的观测方法。5.5载波相位测量2/3/2023载波相位差对应着距离差载波相位测量值是GPS接收机所接收的卫星载波信号与接收机本振参考信号的相位差。载波相位测量值载波相位测量观测方程载波波长周整模糊度这是利用载波相位进行定位的基本方程式；电离层延时对码相位和载波相位的影响不同！强调：载波相位测量实际上是载波相位差的测量。伪距电离层影响不同载波相位观测的主要问题：无法直接测定卫星载波信号在传播路径上相位变化的整周数，存在整周不确定性问题。此外，在接收机跟踪GPS卫星进行观测过程中，常常由于接收机天线被遮挡、外界噪声信号干扰等原因，还可能产生整周跳变现象。有关整周不确定性问题，通常可通过适当数据处理而解决，但将使数据处理复杂化。载波相位测量的主要问题——整周未知数与整周跳变2/3/2023整周未知数确定整周未知数N是载波相位测量的一项重要工作，常用的方法有下列几种：1、伪距法2、经典方法－将整周未知数作为待定参数求解3、多普勒法（三差法）4、快速确定整周未知数法2/3/2023整周未知数1、伪距法伪距法是在进行载波相位测量的同时又进行了伪距测量，将伪距观测值减去载波相位测量的实际观测值（化为以距离为单位）后即可得到λ×N0。但由于伪距测量的精度较低，所以要有较多的观测值取平均值后才能获得正确的整波段数。2/3/2023整周未知数2、经典方法把整周未知数当作平差计算中的待定参数来加以估计和确定。分两种方法：（1）整数解由于误差影响，解得得整周未知数往往不是一个整数，然后将其固定为整数，并重新进行平差计算。也称为固定解（fixedsolution）（2）实数解当误差消除得不够完全时，整周未知数无法估计很准确，此时直接将实数解作为最后解。也称为浮点解（floatingsolution）2/3/2023整周未知数3、多普勒法（三差法）由于连续跟踪的所有载波相位测量观测值中均含有相同的整周未知数，所以将相邻两个观测历元的载波相位相减，就将该未知数消去，从而直接接触坐标参数，这就是多普勒法。由于三差法可以消除许多误差，所以使用较广泛。2/3/2023整周未知数4、快速确定整周位置数法1990年E.Frei和G.Beutler提出了快速模糊度（即整周未知数）解算算法进行快速定位的方法。采用这种方法进行短基线定位时，利用双频接收机只需观测一分钟便能成功的确定整周未知数。2/3/2023整周跳变如果在跟踪卫星过程中，由于某种原因，如卫星信号被障碍物挡住而暂时中断，或受无线电信号干扰造成失锁，这样计数器无法连续计数；因此，当信号重新被跟踪后，整周计数就不正确，但是不到一个整周的相位观测值仍是正确的，这种现象称为周跳。2/3/2023整周未知数和整周跳变周跳的出现和处理是载波相位测量中的重要问题，整周跳变的探测与修复常用的方法有下列几种方法：1、屏幕扫描法（也就是手工编辑）2、多项式拟合法3、卫星间求差法4、根据平差后的残差发现和修复整周跳变关于周跳探测与回复的方法，此处不进行详细介绍，可参见有关参考资料。2/3/2023伪距和载波相位是GPS接收机的两个基本距离测量值，两者既明显区别，又相互补充。伪距与载波相位测量方法的对比伪距测量值至少4颗可见卫星的伪距就可单点定位测量值较为粗略，误差达到几米级别；受多径影响大；载波相位测量值存在周整模糊度问题，无法独立测距。测量值平滑、精度很高，定位精度可以达到mm级别；受多径影响小；相互补充利用载波相位测量值来平滑伪距测量值；利用伪距来辅助确定载波相位中的周整模糊度。VS2/3/2023*76§5

GPS绝对定位与相对定位*77一、概述绝对定位——单点定位

WGS-84坐标静态定位：米级精度动态定位：10-40米精度相对定位相对坐标差静态定位：精度mm级动态定位：精度cm级绝对定位与相对定位>概述*78二、静态绝对定位1、绝对定位的概念绝对定位，也叫单点定位，通常是指在协议地球坐标系中，直接确定观测站相对于坐标系原点（地球质心）绝对坐标的一种定位方法。绝对定位与相对定位>静态绝对定位*79二、静态绝对定位2、静态绝对定位接收机天线处于静止状态下，确定观测站点坐标的方法称为静态绝对定位。绝对定位与相对定位>静态绝对定位*80二、静态绝对定位3、几个概念：1.平面位置精度因子：HDOP2.高程精度因子：VDOP3.空间位置精度因子：PDOP4.接收机钟差精度因子：TDOP5.几何精度因子：GDOP绝对定位与相对定位>静态绝对定位*81三、静态相对定位相对定位是用两台或两台以上GPS接收机分别安置在不同的测站上，同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点的相对位置或基线向量。绝对定位与相对定位>静态相对定位*82三、静态相对定位利用不同观测值的线性组合（求差）进行相对定位，有单差、双差、三差。求差过程可以有效地消除或减弱相关误差的影响，从而提高相对定位的精度。绝对定位与相对定位>静态相对定位*83§6

美国的GPS政策*84一、美国的SA和AS政策1、GPS系统针对不同用户提供两种不同类型的服务：1、标准定位服务(SPS–StandardPositioningService)；

SPS采用明码广播，任何用户均可使用。2、精密定位服务(PPS–PrecisionPositioningService)。

PPS供美国和选定的（授权的）盟军用户使用。美国的GPS政策>美国的SA和AS政策*85一、美国的SA和AS政策2、SA技术和AS技术（1）SA技术——选择可用性技术 它是为控制非授权用户获得高精度实时定位的一种方法。采用ε和δ技术实现。 ①ε技术 是将卫星发送的GPS卫星轨道参数有意识地施加一个慢变偏移，使广播星历精度由原来的25m降低到100m，达到降低定位精度的目的。美国的GPS政策>美国的SA和AS政策*86一、美国的SA和AS政策2、SA技术和AS技术（1）SA技术——选择可用性技术 它是为控制非授权用户获得高精度实时定位的一种方法。采用ε和δ技术实现。 ②δ技术是对卫星的基准频率（10.23Hz）施加高频率抖动噪声信号。这些信号是随机，并受美国军方控制的。由于信号抖动产生测距误差和测速误差，使C/A码单点定位由原来的25m降低到100m。美国的GPS政策>美国的SA和AS政策*87一、美国的SA和AS政策2、SA技术和AS技术（2）AS技术——反电子欺骗技术 它是将P码与更加保密的W码模2相加形成Y码，使得非授权用户无法接收L2频率的P码信号。美国的GPS政策>美国的SA和AS政策*88二、GPS现代化计划内容包括：增加民用信号改善现有信号克服大气层效应改善地面设施开发第三代GPS卫星美国的GPS政策>GPS现代化计划*89三、针对SA和AS政策的对策针对美国政府的SA和AS技术政策，应采用以下几项措施：研究解密技术,破译P码或Y码研制接收双定位系统卫星信号接收机发展DGPS和WADGPS差分GPS系统建立独立的GPS卫星测轨系统建立独立的卫星导航与定位系统美国的GPS政策>针对SA和AS政策的对策*90§7

差分GPS定位原理*91一、差分的基本概念观测值之间求差，消除公共误差，以提高定位精度。1、在一个测站上对两个观测目标观测,将观测值求差;2、在两个测站上对同一观测目标观测,将观测值求差;3、在一个测站上对同一观测目标两次观测求差。差分GPS定位原理>差分的基本概念*92二、差分的作用GPS定位中，存在着三部分的误差：1、多台接收机公有的误差：如卫星钟差、星历误差等；2、传播延迟误差：如电离层误差、对流层误差；3、接收机固有的误差：如内部噪声、通道延迟、多路径效应等。差分GPS定位原理>差分的作用*93二、差分的作用可以消去卫星钟的系统偏差可以消去接收机时钟的误差PikPljPijPjPlkPkSlSi可以消去轨道（星历）误差的影响可以削弱大气折射对观测值的影响组成星际站际两次差分观测值差分GPS定位原理>差分的作用*94三、差分GPS的种类

单基准站差分；多基准站的局部区域差分；广域差分。差分GPS定位原理>差分GPS的种类*95四、差分技术提高定位精度的思路将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测，根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时地将这一改正数发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站的改正数，并将其定位结果进行改正，从而提高定位精度。差分GPS定位原理>差分技术提高定位精度的思路8.4GPS测量误差2/3/2023GPS测量误差来源及其影响GPS测量通过地面接收设备接收卫星传送的信息来确定地面点的三维坐标。GPS定位中，影响观测量精度的主要误差来源分为三类：与卫星有关的误差。与信号传播有关的误差。与接收设备有关的误差。为了便于理解，通常均把各种误差的影响投影到站星距离上，以相应的距离误差表示，称为等效距离误差。2/3/2023GPS测量误差分类及其对距离影响（单位：m）误差来源P码C/A码卫星星历与模型误差钟差与稳定度卫星摄动相位不确定性其它合计4.23.01.00.50.95.44.23.01.00.50.95.4信号传播电离层折射对流层折射多路径效应其它合计2.32.01.20.53.35.0-10.02.01.20.55.5-10.3接收机接收机噪声其它合计1.00.51.17.50.57.5总计6.410.8-13.6按误差性质分类按误差性质可分为系统误差与偶然误差两类。偶然误差主要包括信号的多路径效应;系统误差主要包括卫星的星历误差、卫星钟差、接收机钟差以及大气折射的误差等。系统误差无论从误差的大小还是对定位结果的危害性都比偶然误差要大得多，它是GPS测量的主要误差源。系统误差有一定的规律可循，可采取一定的措施加以消除。系统误差是由于仪器本身不精确、或实验方法粗略、或实验原理不完善而产生的。偶然误差是由各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响而产生的。2/3/20238.4.1与卫星有关的误差（1）卫星钟差GPS观测量均以精密测时为依据。GPS定位中，无论码相位观测还是载波相位观测，都要求卫星钟与接收机钟保持严格同步。实际上，尽管卫星上设有高精度的原子钟，仍不可避免地存在钟差和漂移，偏差总量约在1ms内，引起的等效距离误差可达300km。卫星钟的偏差一般可通过对卫星运行状态的连续监测精确地确定，并用二阶多项式表示：tj=a0+a1(t-t0e)+a2(t-t0e)2。式中的参数由主控站测定，通过卫星的导航电文提供给用户。2/3/2023（2）卫星轨道偏差：由于卫星在运动中受多种摄动力的复杂影响，而通过地面监测站又难以可靠地测定这些作用力并掌握其作用规律，因此，卫星轨道误差的估计和处理一般较困难。目前，通过导航电文所得的卫星轨道信息，相应的位置误差约20-40m。随着摄动力模型和定轨技术的不断完善，卫星的位置精度将可提高到5-10m。卫星的轨道误差是当前GPS定位的重要误差来源之一。2/3/20232/3/2023相对论效应是由于卫星钟和接收机钟所处的状态（运动速度和重力位）不同而引起卫星钟和接收机钟之间产生相对钟误差的现象。一台在惯性坐标系中频率为f的钟，安置在GPS卫星上后，根据狭义相对论的观点将产生df1=-0.835×10-10f的频率偏差，根据广义相对论的观点，又将产生df2=5.284×10-10f的引力频移，则总的相对论效应影响为df=df1+df2=4.449×10-10f。

克服相对论效应的简单方法是，在厂家在制造卫星钟时预先将频率降低4.449×10-10f，这样当卫星钟进入轨道受到相对论效应的影响后，其频率正好变为标准频率。

（3）相对论效应导致的误差8.4.2卫星信号传播误差2/3/2023对于GPS而言，卫星的电磁波信号从信号发射天线传播到地面GPS接收机天线，其传播路径并非真空，而是要穿过性质与状态各异、且不稳定的大气层，使其传播的方向、速度和强度发生变化，这种现象称为大气折射。大气折射对GPS观测结果的影响，往往超过GPS精密定位所容许的误差范围，因此在数据处理过程中必须考虑。根据对电磁波传播的不同影响，一般将大气层分为对流层和电离层。