动态GPS测量的误差分析

动态GPS测量的误差分析摘要：根据动态GPS数据传输的特性，结合实验数据，多路径的影响，进行误差分析。阐述动态GPS的高程的制约因素，并对如何提高高程成果精度进行说明。关键词：动态GPS数据传输VDOP值分析动态GPS作业有其自身的局限性，在测量过程中要求基准站与流动站共同观测四颗以上GPS卫星，因此，容易受到测站周围地形地物的影响，另外地物反射造成的多路径效应也是影响动态 GPS测量精度的一个重要因素。由于这些因素的影响，降低了动态 GPS的测量精度。因此，在本文中通过实验，分析影响因素，提出解决办法，以便在测绘作业中更好的应用。1数据传输的特性要保证动态GPS移动能够接收到基准站发送的连续、可靠、快速的数据链信号，才会达到GPS获得快速的连续的固定解，而这个高可靠性、强抗干扰性的数据链传输和地势地形直接相关。动态GPS在现代国际测绘领域的应用中，要将基准站的发射天线以及流动站的接收天线设置到一定高度，不然地面会不停吸收围绕地球表面传播的超短电磁波而迅速衰减，动态GPS的工作半径会被大大减低；如果将基准站的发射天线以及流动站设置在一定高度并且在直视距离内，超短波的传播方式将会组合直线波以及地面反射波，这样会大大扩大动态GPS的工作半径，一般在15km左右，不过如果没有将基准站的发射天线以及流动站的接收天线没有设置在没有障碍物的直视距离内，就会发生更复杂的情况，基准站的发射天线以及流动站的接收天线在城镇的密楼区不能够直接通视，数据需要依赖反射波的改正，动态GPS的有效工作半径在这种情况下就会缩小，可能只有几百米。因此，为了接收到基准站播发的差分信号要求基准站和移动站之间的天线必须满足电磁波通视”—卩电磁波能从基准站通过直射、绕射和反射等传播方式有效地到达移动站，这样在平坦地区的几公里范围内，一般都能顺利进行动态GPS测量。但在其他地区如果数据链不能正常传输（即使能同时接收到5颗以上有效卫星），则难以成功实施动态GPS测量。2误差分析在动态GPS测量时，仪器和外部环境对测量精度有很多的影响。对固定基准站而言，同仪器和干扰有关的误差可通过各种校正方法予以削弱，同距离有关的误差将随移动站至基准站的距离的增加而加大，所以动态GPS的有效作业半径是非常有限的。2.1同仪器和干扰有关的误差2.1.1天线相位中心变化天线的机械中心和电子相位中心一般不重合，而且电子相位中心是变化的，它取决于接收信号的频率、方位角和高度角。天线相位中心的变化，可使点位坐标的误差一般达到3〜5cm。因此，若要提高动态GPS定位精度，必须进行天线检验校正。2.1.2多路径误差多路径误差是动态GPS定位测量中最严重的误差。多路径误差取决于天线周围的环境。多路径误差一般为几厘米，高反射环境下可超过10cm。（见图1）多路径效应的大小可以由其产生的一般情况进行公式推导，得出多路径效应对于L1载波其最大影响为4.8cm,对于L2载波其最大影响为6.1cm。通过我们实验，在一座高12m四层钢筋混泥土的建筑旁架设移动站，保持移动站与基准站的距离不变，移动站离建筑 10m。不断升高移动站的高度，每次升高 0.5m,采集高程成果。（见表1）由上可知，在房屋密集区，由于信号的遮挡和反射，移动站获取固定解的时间需要较长（见图2）,且高程精度（VDOP值）也受到很大的影响。当仪器升高到6m时，获得固定解的时间明显变小，仅需30S,这时高程精度也达到标称精度2cm。经过分析，在移动站与高建筑物成300时，高程成果精度可以满足道路纵横断面测量要求(见图3)。当然，多路径误差可通过下列措施予以削弱：选择地形开阔、不具反射面的点位； ⑵采用扼流圈天线；⑶采用具有削弱多路径误差的各种技术的天线； (4)基准站附近辅设吸收电波的材料。2.2同距离有关的误差同距离有关的误差的主要部分可通过多基准站技术来消除。但是，其残余部分也随着至基准站距离的增加而加大。221轨道误差目前，轨道误差只有几米，其残余的相对误差影响约为 1PPM,就短基线(&t;10km)而言，对结果的影响可忽略不计。但是，对20〜30km的基线则可达到几厘米。2.2.2对流层误差对流层误差同点间距离和点间高差密切相关，一般可达 3PPM。为了保证动态GPS厘米级精度，要对测站有关的误差一起模拟当两山顶之间能通视，距离大于20km时，也可收到差分信号。但是，移动站在城区作业时，如两点之间有房屋遮挡，即使相距1km也很难收到差分信号。因此，动态GPS技术通常只用于几公里范围内、两点之间能电磁波通视”的高程测量。3动态GPS测量成果的质量控制已知点检核比较法：即在布测控制网时用静态 GPS或全站仪多测出一些控制点，然后用动态GPS测出这些控制点的坐标进行比较检核。发现问题即采取措施改正。重测比较法：每次初始化成功后，先重测1〜2个已测过的动态GPS点或高精度控制点，确认无误后才进行动态GPS测量。以上方法中，最可靠的是已知点检核比较法，但控制点的数量总是有限的，所以没有控制点的地方需要用重测比较法来检验测量成果。4结论4.1通过动态GPS实验数据分析，我们可以得到以下结论在动态GPS信号传播过程中，高程测量误差受多路径影响最大。实验证明，在移动站与高建筑物小于300角(即视场内周围障碍物的高度角)，高程成果精度可以满足道路断面测量要求。4.2解决不利因素对动态GPS测量影响的措施(1)数据链传输受干扰和限制、作业半径比标称距离小的问题动态GPS数据链传输易受到障碍物如高大山体、高大建筑物和各种高频信号源的干扰，在传输过程中衰减严重，严重影响外业精度和作业半径。在地形起伏高差较大的山区和城镇密楼区数据链传输信号受到限制。解决这类问题的有效办法是把基准站布设在测区中央的最高点上。(2)初始化能力和所需时间问题。在山区或城镇密楼区等地作业时，GPS卫星信号被阻挡机会较多，容易造成失锁，采用动态GPS作业时有时需要经常