GPS原理及应用课件

GPS測量的誤差來源

§5.5觀測量的誤差來源及其影響1.誤差的分類GPS定位中，影響觀測量精度的主要誤差來源分為三類：•與衛星有關的誤差。•與信號傳播有關的誤差。•與接收設備有關的誤差。為了便於理解，通常均把各種誤差的影響投影到站星距離上，以相應的距離誤差表示，稱為等效距離誤差。測碼偽距的等效距離誤差/m誤差來源P碼C/A碼衛星星曆與模型誤差鐘差與穩定度衛星攝動相位不確定性其他合計4.23.01.00.50.95.44.23.01.00.50.95.4信號傳播電離層折射對流層折射多路徑效應其他合計2.32.01.20.53.35.0-10.02.01.20.55.5-10.3接收機接收機雜訊其他合計1.00.51.17.50.57.5總計6.410.8-13.6根據誤差的性質可分為：（1）系統誤差：主要包括衛星的軌道誤差、衛星鐘差、接收機鐘差、以及大氣折射的誤差等。為了減弱和修正系統誤差對觀測量的影響，一般根據系統誤差產生的原因而採取不同的措施，包括：•引入相應的未知參數，在數據處理中聯同其他未知參數一併求解。•建立系統誤差模型，對觀測量加以修正。•將不同觀測站，對相同衛星的同步觀測值求差，以減弱和消除系統誤差的影響。•簡單地忽略某些系統誤差的影響。（2）偶然誤差：包括多路徑效應誤差和觀測誤差等。2.與衛星有關的誤差（1）衛星鐘差GPS觀測量均以精密測時為依據。GPS定位中，無論碼相位觀測還是載波相位觀測，都要求衛星鐘與接收機鐘保持嚴格同步。實際上，儘管衛星上設有高精度的原子鐘，仍不可避免地存在鐘差和漂移，偏差總量約在1ms內，引起的等效距離誤差可達300km。衛星鐘的偏差一般可通過對衛星運行狀態的連續監測精確地確定，並用二階多項式表示：tj=a0+a1(t-t0e)+a2(t-t0e)2。式中的參數由主控站測定，通過衛星的導航電文提供給用戶。經鐘差模型改正後，各衛星鐘之間的同步差保持在20ns以內，引起的等效距離偏差不超過6m。衛星鐘經過改正的殘差，在相對定位中，可通過觀測量求差（差分）方法消除。（2）衛星軌道偏差（星曆誤差）：由於衛星在運動中受多種攝動力的複雜影響，而通過地面監測站又難以可靠地測定這些作用力並掌握其作用規律，因此，衛星軌道誤差的估計和處理一般較困難。目前，通過導航電文所得的衛星軌道資訊，相應的位置誤差約20-40m。隨著攝動力模型和定軌技術的不斷完善，衛星的位置精度將可提高到5-10m。衛星的軌道誤差是當前GPS定位的重要誤差來源之一。衛星軌道偏差對絕對定位的影響可達幾十米到一百米。而在相對定位中，由於相鄰測站星曆誤差具有很強的相關性，因此對相對定位的影響遠遠低於對絕對定位的影響，不過，隨著基線距離的增加，衛星軌道偏差引起的基線誤差將不斷加大。GPS衛星到地面觀測站的最大距離約為25000km，如果基線測量的允許誤差為1cm，則當基線長度不同時，允許的軌道誤差大致如下表所示。從表中可見，在相對定位中，隨著基線長度的增加，衛星軌道誤差將成為影響定位精度的主要因素。基線長度基線相對誤差容許軌道誤差1.0km1010-6250.0m10.km110-625.0m100.0km0.110-62.5m1000.0km0.0110-60.25m在GPS定位中，根據不同要求，處理軌道誤差的方法原則上有三種；•忽略軌道誤差：廣泛用於即時單點定位。•採用軌道改進法處理觀測數據：衛星軌道的偏差主要由各種攝動力綜合作用而產生，攝動力對衛星6個軌道參數的影響不相同，而且在對衛星軌道攝動進行修正時，所採用的各攝動力模型精度也不一樣。因此在用軌道改進法進行數據處理時，根據引入軌道偏差改正數的不同，分為短弧法和半短弧法。短弧法：引入全部6個軌道偏差改正，作為待估參數，在數據處理中與其它待估參數一併求解。可明顯減弱軌道偏差影響，但計算工作量大。半短弧法：根據攝動力對軌道參數的不同影響，只對其中影響較大的參數，引入相應的改正數作為待估參數。據分析，目前該法修正的軌道偏差不超過10m，而計算量明顯減小。•

同步觀測值求差：由於同一衛星的位置誤差對不同觀測站同步觀測量的影響具有系統性。利用兩個或多個觀測站上對同一衛星的同步觀測值求差，可減弱軌道誤差影響。當基線較短時，有效性尤其明顯，而對精密相對定位，也有極其重要意義。3.衛星信號傳播誤差（1）電離層折射影響：主要取決於信號頻率和傳播路徑上的電子總量。通常採取的措施：•利用雙頻觀測：電離層影響是信號頻率的函數，利用不同頻率電磁波信號進行觀測，可確定其影響大小，並對觀測量加以修正。其有效性不低於95%.•利用電離層模型加以修正：對單頻接收機，一般採用由導航電文提供的或其他適宜電離層模型對觀測量進行改正。目前模型改正的有效性約為75%，至今仍在完善中。•利用同步觀測值求差：當觀測站間的距離較近（小於20km）時，衛星信號到達不同觀測站的路徑相近，通過同步求差，殘差不超過10-6。（2）對流層的影響如第四章所述，對流層折射對觀測量的影響可分為幹分量和濕分量兩部分。幹分量主要與大氣溫度和壓力有關，而濕分量主要與信號傳播路徑上的大氣濕度和高度有關。目前濕分量的影響尚無法準確確定。對流層影響的處理方法：•定位精度要求不高時，忽略不計。•採用對流層模型加以改正。•引入描述對流層的附加待估參數，在數據處理中求解。•觀測量求差。（3）多路徑效應：也稱多路徑誤差，即接收機天線除直接收到衛星發射的信號外，還可能收到經天線周圍地物一次或多次反射的衛星信號。兩種信號迭加，將引起測量參考點位置變化，使觀測量產生誤差。在一般反射環境下，對測碼偽距的影響達米級，對測相偽距影響達釐米級。在高反射環境中，影響顯著增大，且常常導致衛星失鎖和產生周跳。措施：•安置接收機天線的環境應避開較強發射面，如水面、平坦光滑的地面和建築表面。•選擇造型適宜且遮罩良好的天線如扼流圈天線。•適當延長觀測時間，削弱週期性影響。•改善接收機的電路設計。4.接收設備有關的誤差主要包括觀測誤差、接收機鐘差、天線相位中心誤差和載波相位觀測的整周不確定性影響。（1）觀測誤差：除分辨誤差外，還包括接收天線相對測站點的安置誤差。分辨誤差一般認為約為信號波長的1%。安置誤差主要有天線的置平與對中誤差和量取天線相位中心高度（天線高）誤差。例如當天線高1.6m,置平誤差0.10，則對中誤差為2.8mm。碼相位與載波相位的分辨誤差信號波長觀測誤差P碼29.3m0.3mC/A碼293m2.9m載波L119.05cm2.0mm載波L224.45cm2.5mm（2）接收機鐘差GPS接收機一般設有高精度的石英鐘，日頻率穩定度約為10-11。如果接收機鐘與衛星鐘之間的同步差為1s，則引起的等效距離誤差為300m。處理接收機鐘差的方法：•作為未知數，在數據處理中求解。•利用觀測值求差方法，減弱接收機鐘差影響。•定位精度要求較高時，可採用外接頻標，如銣、銫原子鐘，提高接收機時間標準精度。（3）載波相位觀測的整周未知數無法直接確定載波相位相應起始曆元在傳播路徑上變化的整周數。同時存在因衛星信號被阻擋和受到干擾，而產生信號跟蹤中斷和整周變跳。（4）天線相位中心位置偏差GPS定位中，觀測值都是以接收機天線的相位中心位置為准，在理論上，天線相位中心與儀器的幾何中心應保持一致。實際上，隨著信號輸入的強度和方向不同而有所變化，同時與天線的品質有關，可達數毫米至數釐米。如何減小相位中心的偏移，是天線設計的一個迫切問題。5.其他誤差來源（1）地球自轉影響：當衛星信號傳播到觀測站時，與地球相固聯的協議地球坐標系相對衛星的暫態位置已產生旋轉（繞Z軸）。若取

為地球的自轉速度，則旋轉的角度為=ij。

ij為衛星信號傳播到觀測站的時間延遲。由此引起衛星在上述坐標系中座標的變化為：（2）相對論效應根據狹義相對論，地面上一個頻率為f0的時鐘，安裝在運行速度為Vs（已知）的衛星上後，鐘頻將發生變化，改變量為：上式中，am為地球平均半徑，Rs為衛星軌道平均半徑。在狹義相對論的影響下，時鐘變慢。根據廣義相對論，處於不同等位面的震盪器，其頻率f0將由於引力位不同而產生變化，稱引力頻移。大小按下式估算：在狹義和廣義相對論的綜合影響下，衛星頻率的變化為：因GPS衛星鐘的標準頻率為10.23MHz，可得f=0.00455Hz。說明GPS衛星鐘比其安設在地面上走的快，每秒約差0.45ms。一般將衛星鐘的標準頻率減小約4.510-3Hz。由於地球運動、衛星軌道高度和地球重力場的變化，上述相對論效應的影響並非常數，經過改正後的殘差對衛星鐘差、種速的影響約為：其中，es為軌道偏心率，as為衛星軌道長半徑，Es為偏近點角。考慮偏近角隨時間的變化，可得數字分析表明，上述殘差對GPS的影響最大可達70ns，對衛星鐘速的影響可達0.01ns/s，顯然此影響對精密定位不能忽略。在GPS定位中，除了上述各種誤差外，衛星鐘和接收機鐘震盪器的隨機誤差、大氣折射模型和衛星軌道攝動模型誤差、地球潮汐以及信號傳播的相對論效應等都會對觀測量產生影響。為提高長距離相對定位的精度，滿足地球動力學研究要求，研究這些誤差來源，並確定它們的影響規律和改正方法，有重要意義。

GPS測量定位誤差6.1誤差的分類6.1.1按性質分類

系統誤差

偶然誤差

其他誤差系統誤差（影響）系統誤差（偏差-Bias）內容具有某種系統性特徵的誤差特點具有某種系統性特徵量級大–最大可達數百米偶然誤差（影響）偶然誤差內容衛星信號發生部分的隨機雜訊接收機信號接收處理部分的隨機雜訊其他外部某些具有隨機特徵的影響

特點隨機量級小–毫米級偶然誤差（觀測雜訊）-Noise一般優於波長/碼元長度的1/100。C/A碼偽距：0.3m~3mP(Y)碼偽距：3cm~0.3m載波相位：0.2mm~2mmGPS定位中出現的各種誤差，按誤差性質可分為系統誤差（偏差）和偶然誤差兩大類。其中系統誤差無論從誤差的大小還是對定位結果的危害性講都比偶然誤差要大得多，而且有規律可循，可以採取一定措施來加以消除，因而是本章的主要內容其他誤差

其他軟體–模型誤差GPS控制系統6.1.2按來源分類與傳播途徑有關的誤差電離層延遲對流層延遲多路徑效應

與衛星有關的誤差衛星軌道誤差衛星鐘差相對論效應與接收設備有關的誤差接收機天線相位中心的偏差和變化接收機鐘差接收機內部雜訊各類誤差對導航定位的影響單位：米6.1.3消除減弱上述系統誤差的措施和方法建立誤差改正模型求差法參數法回避法

上述各項誤差對測距的影響可達數十米，有時甚至可超過百米，比觀測雜訊大幾個數量級。因此必須加以消除和削弱。消除或削弱這些誤差所造成的影響的方法主要有：

建立誤差改正模型原理：採用模型對觀測值進行修正適用情況：對誤差的特性、機制及產生原因有較深刻瞭解，能建立理論或經驗公式。如電離層延遲和對流層延遲改正模型等

誤差改正模型既可以是通過對誤差特性、機制以及產生的原因進行研究分析、推導而建立起來的理論公式（如利用電離層折射的大小與信號頻率有關這一特性（即所謂的“電離層色散效應”）而建立起來的雙頻電離層折射改正模型基本上屬於理論公式）。

也可以是通過大量觀測數據的分析、擬合而建立起來的經驗公式。在多數情況下是同時採用兩種方法建立的綜合模型（各種對流層折射模型則大體上屬於綜合模型）

由於改正模型本身的誤差以及所獲取的改正模型各參數的誤差，仍會有一部分偏差殘留在觀測值中。這些殘留的偏差通常仍比偶然誤差要大得多。

誤差模型的精度好壞不等。有的誤差改正模型效果較好，例如雙頻電離層折射改正模型的殘餘偏差約為總量的1%左右或更小；有的效果一般，如多數對流層折射改正公式的殘餘偏差約為總量的5~10%左右；有的改正模型則效果較差，如由廣播星曆所提供的單頻電離層折射改正模型，殘餘誤差高達30~40%。

原理：通過觀測值間一定方式的相互求差，消去或消弱求差觀測值中所包含的相同或相似的誤差影響適用情況：誤差具有較強的空間、時間或其他類型的相關性。如對流層延遲、對流層延遲、衛星軌道誤差的影響等具有較強的空間相關性，就可以通過相距不遠的不同地點的同步觀測值相互求差，來消弱其影響求差法

仔細分析誤差對觀測值或平差結果的影響，安排適當的觀測綱要和數據處理方法（如同步觀測，相對定位等），利用誤差在觀測值之間的相關性或在定位結果之間的相關性，通過求差來消除或削弱其影響的方法稱為求差法。

例如，當兩站對同一衛星進行同步觀測時，觀測值中都包含了共同的衛星鐘誤差，將觀測值在接收機間求差即可消除此項誤差。同樣，一臺接收機對多顆衛星進行同步觀測時，將觀測值在衛星間求差即可消除接收機鐘誤差的影響。

又如，目前廣播星曆的誤差可達數十米，這種誤差屬於起算數據的誤差，並不影響觀測值，不能通過觀測值相減來消除。利用相距不太遠的兩個測站上的同步觀測值進行相對定位時，由於兩站至衛星的幾何圖形十分相似，因而星曆誤差對兩站座標的影響也很相似。利用這種相關性在求座標差時就能把共同的座標誤差消除掉。其殘餘誤差（即星曆誤差對相對定位的影響）一般可用下列經驗公式估算：

b=b*

s/

。

當基準長度b=5km，測站至衛星的距離P=25000km時，即使衛星星曆誤差的絕對值較大(例如⊿s=50m)，但它對基線的影響⊿b很小，只有1cm。

參數法原理：採用參數估計的方法，將系統性偏差求定出來適用情況：幾乎適用於任何的情況回避法原理：選擇合適的觀測地點，避開易產生誤差的環境；採用特殊的觀測方法；採用特殊的硬體設備，消除或減弱誤差的影響適用情況：對誤差產生的條件及原因有所瞭解；具有特殊的設備。如對於電磁波干擾、多路徑效應等的應對方法等。6.2與衛星有關的誤差

衛星星曆（軌道）誤差定義廣播星曆（預報星曆）與精密星曆（後處理星曆）應對方法精密定軌軌道鬆馳相對定位衛星鐘差定義應對方法鐘差多項式-△t=a0+a1(t-t0)+a2(t-t0)2參數物理同步誤差與數學同步誤差相對論效應狹義相對論效應–與鐘的運動速度有關，使星鐘變慢廣義相對論效應–與鐘所處位置的重力位有關，使星鐘變快應對方法–事先調整鐘速，根據衛星軌道進行修正6.2.1衛星星曆（軌道）誤差

什麼是衛星星曆（軌道）誤差由廣播星曆或其他軌道資訊所給出的衛星位置與衛星的實際位置之差稱為星曆誤差。在一個觀測時間段中（1～3小時）它主要呈現系統誤差特性。

預報星曆（廣播星曆）與實測星曆（精密星曆）

預報星曆由全球定位系統的地面控制部分提供的經GPS衛星全球所有用戶播發的廣播星曆是一種最典型的、使用最為廣泛的預報星曆。由於對作用在衛星上的各種攝動因素瞭解不夠充分，因而預報會產生較大的誤差。這種星曆對即時應用的用戶有著極其重要的作用，是導航和即時定位中必不可少的數據。在精密定位的事後處理中也得到廣泛的應用。

由廣播星曆提供的17個星曆參數計算出來的衛星位置的精度約為20～40m，有時可達80m左右。全球定位系統正式投入工作後，廣播星曆的精度提高到5～10m。但是只有特定的用戶才能使用P碼（Y碼）和不經人工干預的原始廣播星曆，從這種“精密定位服務”（PPS）中獲得精確的定位結果。向全球所有用戶開放的標準定位服務（SPS）的精度被人為地大幅度降低。有意識地降低調製在C/A碼上的廣播星曆的精度就是其中的一個重要措施，非常時期可能變得根本不能用。

目前，許多國家和組織都在建立自己的GPS衛星跟蹤網開展獨立的定軌工作。如由國際大地測量協會（IAG）第八委員會領導的國際GPS協作網（CIGNET），AeroService的GPS跟蹤網等。實測星曆（精密星曆）實測星曆（精密星曆）是根據實測資料進行事後處理而直接得出的星曆，精度較高。這種星曆用於進行精密定位的事後處理，對於提高精密定位精度，減少觀測時間和作業費用等具有重要作用，還可以使數據處理較為簡便。由於這種星曆要在觀測後一段時間（例如1～2個星期）才能得到，所以對導航和即時定位無任何意義。應對方法精密定軌軌道鬆馳相對定位

星曆誤差的大小主要取決於衛星跟蹤系統的品質（如跟蹤站的數量及空間分佈；觀測值的數量及精度，軌道計算時所用的軌道模型及定軌軟體的完善程度等）。此外和星曆的預報間隔（實測星曆的預報間隔可視為零）也有直接關係。由於美國政府的SA技術，星曆誤差中還引入了大量人為原因而造成的誤差，它們主要也呈系統誤差特性。衛星星曆誤差對相距不遠的兩個測站的定位結果產生的影響大體相同，各個衛星的星曆誤差一般看成是互相獨立的。然而由於SA技術的實施，這一特性很可能破壞。

6.2.2衛星鐘差什麼是衛星鐘差物理同步誤差與數學同步誤差

衛星上雖然使用了高精度的原子鐘，但它們仍不可避免地存在著誤差。這種誤差既包含著系統性的誤差（由鐘差、頻偏、頻漂等產生的誤差），也包含著隨機誤差。系統誤差遠比隨機誤差大，但前者可以通過模型加以改正，因而隨機誤差就成為衡量鐘的重要標誌。鐘誤差主要取決鐘的品質。SA技術實施後，衛星鐘誤差中又引入了由於人為原因而造成的信號的隨機抖動。兩個測站對衛星進行同步觀測時，衛星鐘的誤差對兩站觀測值的影響是相同的。各衛星鐘的誤差一般也被看成是互相獨立的。

6.2.3相對論效應

什麼是相對論效應

廣義相對論效應與狹義相對論效應

應對方法

相對論效應對衛星鐘的影響狹義相對論和廣義相對論

狹義相對論1905運動將使時間、空間和物質的品質發生變化

廣義相對論1915將相對論與引力論進行了統一相對論效應對衛星鐘的影響(1/3)狹義相對論原理：時間膨脹。鐘的頻率與其運動速度有關。對GPS衛星鐘的影響：結論：在狹義相對論效應作用下，衛星上鐘的頻率將變慢相對論效應對衛星鐘的影響(2/3)廣義相對論原理：鐘的頻率與其所處的重力位有關對GPS衛星鐘的影響：結論：在廣義相對論效應作用下，衛星上鐘的頻率將變快相對論效應對衛星鐘的影響(3/3)相對論效應對衛星鐘的影響狹義相對論＋廣義相對論令：

相對論效應是由於衛星鐘和接收機鐘所處的狀態（運動速度和重力位）不同而引起衛星鐘和接收鐘之間產生相對鐘誤差的現象。嚴格地說，將其歸入與衛星有關的誤差不完全準確。但由於相對論效應主要取決於衛星的運動速度和重力位，並且是以衛星鐘誤差的形式出現的，因此將其歸入此類誤差。

解決相對論效應對衛星鐘影響的方法方法（分兩步）：首先考慮假定衛星軌道為圓軌道的情況；然後考慮衛星軌道為橢圓軌道的情況。第一步：課本上為：因為：第二步：

與衛星有關的誤差對偽距測量和載波相位測量所造成的影響相同。注意：6.3與傳播途徑有關的誤差

對流層延遲

電離層延遲

多路徑效應

電離層延遲電離層–自由電子與信號的頻率有關–與信號頻率的平方成反比（色散效應）與信號傳播途徑上的電子密度有關，而電子密度又與高度、時間、季節、地理位置、太陽活動等有關電離層對載波和測距碼的影響，大小相等，符號相反應對方法模型改正–單層電離層模型雙頻改正相對定位

多路徑效應多路徑效應應對方法–觀測地點的選擇、接收設備的性能、長時間觀測、數據處理方法

對流層延遲對流層對流層延遲的幹分量與濕分量相對與GPS信號，與信號的頻率無關（非色散）應對方法相對定位模型改正氣象元素-幹溫、濕溫、氣壓Hopefield模型、Saastamoinen模型等。6.3.1預備知識

電磁波的傳播特性

基本特性電磁波的傳播特性（續）傳播速度與大氣折射光速：折射率n與折射系（指）數N：相速與群速：大氣的結構

電離層（50）70km以上帶電粒子色（彌）散型介質

對流層0km~40km各種氣體元素、水蒸氣和塵埃等非色（彌）散型介質6.3.2對流層延遲

對流層是高度為40km以下的大氣層，大氣密度大，成分複雜，大氣的狀況隨著地面的氣候變化而變化。這就使得對流層折射比電離層折射更為複雜。電磁波通過對流層時傳播速度將發生變化，路徑也將產生彎曲（只有在高度角很小時才能表現出來，一般不需考慮）。天頂方向的對流層延遲數約為2.3m。天頂距z=80°時，對流層延遲將增加至約13m。目前採用的對流折射改正公式較多。霍普菲爾德（Hopfield）公式被廣泛採用。

對流層延遲和對流層延遲改正定義對流層延遲和對流層延遲改正（續）對流層的色散效應折射率與信號波長的關係對流層對不同波長的波的折射效應結論：對於GPS衛星所發送的電磁波信號，對流層不具有色散效應對流層延遲和對流層延遲改正（續）大氣折射率N與氣象元素（溫度、氣壓和濕度）的關係Smith和Weintranb，1954對流層延遲與大氣折射率N霍普菲爾德（Hopfield）改正模型出發點投影函數的修正霍普菲爾德（Hopfield）改正模型對流層折射模型薩斯塔莫寧（Saastamoinen）改正模型原始模型擬合後的公式勃蘭克（Black）改正模型對流層改正模型綜述不同模型所算出的高度角30以上方向的延遲差異不大Black模型可以看作是Hopfield模型的修正形式Saastamoinen模型與Hopfield模型的差異要大於Black模型與Hopfield模型的差異氣象元素的測定氣象元素幹溫、濕溫、氣壓幹溫、相對濕度、氣壓水氣壓es的計算方法由相對濕度RH計算由幹溫、濕溫和氣壓計算誤差分析模型誤差氣象元素誤差量測誤差儀器誤差讀數誤差測站氣象元素的代表性誤差實際大氣狀態與大氣模型間的差異結論：

衛星信號通過對流層時傳播速度要發生變化，從而使測量結果產生系統誤差。對流層折射的大小取決於外界條件（氣溫、氣壓、溫度等）。對流層折射對偽距測量和載波相位測量的影響相同。6.3.3電離層延遲地球大氣層的結構地球大氣層的結構

電離層是高度位於50km至1000km之間的大氣層。由於太陽的強烈輻射，電離層中的部分氣體分子將被電離形成大量的自由電子和正離子。當電磁波信號穿過電離層時，信號的路徑會產生彎曲（但對測距的影響很微小，一般可不顧及），傳播速度會發生變化（其中自由電子起主要作用）。所以用信號的傳播時間乘上真空中的光速而得到的距離就會不等於衛星至接收機間的幾何距離。對於GPS信號來講，這種距離差在天頂方向最大可達50m（太陽黑子活動高峰年11月份的白天），在接近地平方向時（高度角為20°時）則可達150m。

GPS信號在電離層中的傳播特性相速與群速相速群速相速與群速的關係相折射率與群折射率的關係電離層折射電離層折射（續）影響電子密度和總電子含量的因素電子密度與總電子含量電子密度：單位體積中所包含的電子數。總電子含量（TEC–TotalElectronContent）：底面積為一個單位面積時沿信號傳播路徑貫穿整個電離層的一個柱體內所含的電子總數。

電子密度與高度有關與地方時有關與太陽活動有關與季節有關與位置有關大氣高度與電子密度的關係地方時與電子含量的關係太陽活動情況與電子含量的關係與太陽活動密切相關太陽活動劇烈時，電子含量增加太陽的活動週期約為11年1700年－1995年太陽黑子數地理位置與電子含量的關係2002.5.151:00–23:002小時間隔全球TEC分佈電離層延遲的改正方法概述經驗模型改正雙頻改正實測模型改正國際參考電離層模型（IRI–InternationalReferenceIonosphere）由國際無線電科學聯盟（URSI–InternationalUnionofRadioScience）和空間研究委員會（COSPAR-CommitteeonSpaceResearch）提出描述高度為50km-2000km的區間內電子密度、電子溫度、電離層溫度、電離層的成分等以地點、時間、日期等為參數電離層改正的經驗模型Bent模型由美國的R.B.Bent提出描述電子密度是經緯度、時間、季節和太陽輻射流量的函數Klobuchar模型特點由美國的J.A.Klobuchar提出描述電離層的時延廣泛地用於GPS導航定位中GPS衛星的導航電文中播發其模型參數供用戶使用Klobuchar模型（續）中心電離層中心電離層Klobuchar模型（續）模型演算法Klobuchar模型（續）模型演算法改正效果：可改正60％左右電離層延遲的雙頻改正電離層延遲的雙頻改正（續）電離層延遲的實測模型改正基本思想利用基準站的雙頻觀測數據計算電離層延遲利用所得到的電離層延遲量建立局部或全球的的TEC實測模型局部（區域性）的實測模型改正方法適用範圍：用於局部地區的電離層延遲改正電離層延遲的實測模型改正全球（大範圍）的實測模型改正方法適用範圍：用於大範圍和全球的電離層延遲改正格網化的電離層延遲改正模型

電磁波信號通過電離層時傳播速度會產生變化，致使量測結果產生系統性的偏離，這種現象稱為電離層折射。電離層折射的大小取決於外界條件（時間、太陽黑子數、地點等）和信號頻率。在偽距測量和載波相位測量中，電離層折射的大小相同，符號相反。

結論：6.3.4多路徑效應多路徑（Multipath）誤差在GPS測量中，被測站附近的物體所反射的衛星信號（反射波）被接收機天線所接收，與直接來自衛星的信號（直接波）產生干涉，從而使觀測值偏離真值產生所謂的“多路徑誤差”。多路徑效應由於多路徑的信號傳播所引起的干涉時延效應稱為多路徑效應。

經某些物體表面反射後到達接收機的信號，將和直接來自衛星的信號疊加進入接收機，使測量值產生系統誤差。多路徑誤差對偽距測量的影響比載波相位測量的影響嚴重。該項誤差取決於測站周圍的環境和接收天線的性能。

反射波反射波的幾何特性反射波的物理特性反射係數a極化特性GPS信號為右旋極化反射信號為左旋極化多路徑誤差受多路徑效應影響的情況下的接收信號多路徑的數值特性受多個反射信號影響的情況應對多路徑誤差的方法觀測上選擇合適的測站：避開易發生多路徑的環境，如建構築物、山坡、成片水域等。硬體上採用抗多路徑誤差的儀器設備抗多路徑的天線：帶抑徑板或抑徑圈的天線，極化天線抗多路徑的接收機：窄相關技術等數據處理上加權參數法濾波法信號分析法

載波相位測量中殘留在觀測值中的整周跳變（未被發現或錯誤地進行修復所造成的）以及整周未知數確定的不正確，都會使載波測量值中產生系統的偏差，它們通常也被歸入與傳播有關的誤差中。注意：6.4與接收設備有關的誤差

天線相位中心偏差和變化

接收機鐘差

不同信號通道間的信號延遲偏差6.4.1接收機鐘差什麼是接收機鐘差

接收機中一般使用精度較低的石英鐘，因而鐘誤差更為嚴重。該項誤差的大小主要取決於鐘的品質，和使用環境也有一定關係。它對偽距測量和載波相位測量的影響是相同的。同一臺接收機對多顆衛星進行同步觀測時，接收機鐘差對各相應觀測值的影響是相同的，且各接收機的鐘差之間可視為相互獨立。

應對方法模型法模型的有效性受限於接收機鐘的穩定度參數法差分法–星間差分6.4.2天線相位中心偏差和變化天線相位中心偏差和變化天線相位中心偏差主要隨信號的高度角的變化而變化與信號的方位角關係角小天線相位中心的變化6.4.3不同信號通道間的信號延遲偏差信號通道間的信號延遲偏差如果通道間的信號延遲偏差都相同時，可被鐘差吸收。如果通道間的信號延遲偏差都不相同時，將影響定位精度，以及電離層折射影響的確定。應對方法參數法6.5其他誤差（因素）地球潮汐固體潮負荷潮海洋負荷潮大氣負荷潮軟體

地球並非是一個剛體，在太陽和月球的萬有引力作用下，固體地球要產生週期性的彈性形變，這種現象稱為固體潮。此外在日月引力的作用下，作用於地球上的負荷也將發生週期性的變動（如海潮），從而使地球產生週期性的形變，這種現象稱為負荷潮汐。固體潮和負荷潮引起的測站位移可達80cm，從而使不同時間的測量結果互不一致，因而在高精度相對定位中必須考慮。

地球潮汐思考題1、GPS測量主要誤差有哪幾類？2、如何減弱電離層、對流層的折射誤差？3、什麼叫多路徑誤差？如何減弱多路徑誤差？4、天線相位中心位置的偏差。5、求差法能消除哪些誤差？

GPS測量技術設計與外業觀測一GPS測量的技術設計GPS測量的技術設計主要依據GPS測量規範及測量任務書1GPS測量規範2測量任務書GPS控制網的精度、密度設計在國標中GPS測量按精度共分為AA、A、B、C、D、E六個等級，常用的是B、C、D、E。

式中，為GPS基線向量的等效距離誤差，a為GPS接收機標稱精度中的固定誤差（mm）；b為GPS接收機標稱精度中的比例誤差；d為GPS網中相鄰點間的距離（mm）。GPS控制網的精度、密度設計根據國標，各級GPS相鄰點間平均距離應符合下表的要求，而且相鄰點最小距離可為平均距離的1/3—1/2倍；最大距離可為平均距離的2－3倍。

GPS控制網的基準設計GPS控制網的基準設計包括位置基準、方位基準和尺度基準。方位基準：一般由給定的起算方位角值確定。尺度基準：一般由地面的電磁波測距確定。位置基準；（1）為求定GPS點在國家或地方坐標系中的座標，應聯測地方控制地方點，用以座標變換。當測區有舊的地面控制點成果時，應既考慮充分利用舊資料，又要使新建的高精度GPS控制網不受舊資料精度較低的影響。為此，應將新的GPS網與舊控制點進行聯測，聯測點一般不應少於3個。（2）GPS網的坐標系統儘量應與測區過去採用的坐標系統一致，一般應瞭解以下幾個參數：

l：所採用的參考橢球體，一般是以國家坐標系的參考橢球為基礎；

2：坐標系的中央子午線的經度值；

3：縱、橫坐標的加常數；

4：坐標系的投影面高程及測區平均高程異常值；

5：起算點的座標。實際工作中，有時難以找到說明以上參數的資料，此時，也可以通過分析計算的方祛處理。（3）GPS網平差後得到的是大地高，為了得到GPS點的正常高，應使一定數量的GPS點與水準點重合，或者對部分GPS點聯測水準。聯測的高程點需均勻的分佈於網中，對丘陵或山區高程點應按照高程擬合曲面的要求進行佈設。GPS控制網圖形設計觀測時段：測站上開始接收衛星信號到觀測停止，連續工作的時問段簡稱時段。同步觀測：兩臺或兩臺以上接收機同時對同一組衛星進行的觀測。同步觀測環：三臺或三臺以上接收機同步觀測獲得的基線向量所構成的閉合環，簡稱同步環。獨立基線：對幹N臺GPS接收機構成的同步觀測環，有J條同步觀測基線，其中獨立基線數為N一1。獨立基線之間沒有相關性。獨立觀測環：由獨立觀測所獲得的基線向量構成的閉合環，簡稱獨立環。非同步觀測環：在構成多邊形環路的所有基線向量中，只要有非同步觀測基線向量，則該多邊形環路叫非同步觀側環，簡稱非同步環。非獨立基線：除獨立基線外的其他叫非獨立基線，總基線數與獨立基線之差為非獨立基線數。GPS網特徵條件的計算對於由N臺GPS接收機構成的同步圖形中一個時段包含的基線（或簡稱GPS邊）數為：J＝N*(N－1)/2；但其中僅有N－1條是獨立邊，其餘為非獨立邊。當同步觀測的GPS接收機數N＞3時，同步閉合環T的最少個數應為

T＝J－(N－1)＝(N－1)(N－2)／2觀測時段數計算公式：

C＝n·m/N

式中．C為觀測時段數；n為網點數；m為每點平均設站次數；N為接收機數。故在GPS網中總基線數：J總＝C·N·（N一1）/2必要基線數：J必＝n－1獨立基線數：J獨＝C·(N－1）多餘基線數：J多＝C·（N－1）－（n—1）依據以上公式，就可以確定出一個具體GPS網圖形結構的主要特徵。對於同步環和非同步環的幾點說明：（1）理論上，同步閉合環中各GPS的座標差之和即閉合差應為零，但實際上並非如此，一般規範都規定了同步閉合差的限差。但當由於某種原因，同步不是很好的，應適當放寬此項限差。（2）同步閉合環的閉合差較小只能說明基線向量的計算合格，並不能說明GPS邊的觀測精廈高，也不能發現接收的信號受到干擾而產生的某些粗差。為了確保GPS觀測效果的可靠性，有效地發現觀測成果中的粗差，必須使GPS網中的獨立邊構成一定的幾何圖形。這種幾何圖形可以是由數條獨立邊構成的非同步多邊形（亦稱非同步閉合環）當GPS網中有若干個起算點時，也可以是由兩個起算點之間的數條GPS獨立邊構成的附合路線。GPS網的圖形設計，也就是根據所佈設的網的精度要求和其他方面的要求，設計出由獨立邊構成的多邊形網（3）對於非同步環的構成，一般應按所設計的網圖選定，必要時在經技術負責人審定後，也可根據具體情況適當調整。當接收機多於3臺時，也可按軟體功能自動挑選獨立基線構成環路。GPS網的技術設計

GPS控制網佈設的問題就是怎樣將各同步環有機地連成一個整體，構成一定數量的同步觀測環和非同步觀測環，也可採用線路形式，以較好地滿足精度、可靠性、經費和後勤等限制條件。根據以上布網原則，GPS網的佈設通常有四種方式：星形，點連式、邊連式和混合式。1：星形網特點：幾何圖形簡單，只需兩臺GPS接收機，是一種快速定位作業方式，但是，由於基線間不構成任何同步閉合圖形因此抗粗差的能力差，一般適用於精度較低的工程測量。2：點連式相鄰同步圖形之間只有一個公共點連接。這種布網方式幾何強度較弱，抗粗差能力較差，一般可以加測幾個時段以增強網的非同步圖形閉合條件的個數。2：邊連式相鄰同步圖形由一條公共基線連接。這種布網方式幾何強度較高，抗粗差能力較強，有較多的複測邊和非同步圖形閉合條件，在相同的儀器個數的條件下，觀測時段將比點連接方式大大增加。3：混連式該方式是把點連式和邊連式有機地結合在一起，這種方式既可以提高網的幾何強度和可靠性指標，有減少了外業工作量，式一種較為理想的布網方法。三種連接方式主要特徵統計專案點連接邊連接混合連接總點數666同步圖形個數354總基線向量數91512獨立基線向量數6108必要基線向量數555多餘基線向量數153專案點連接邊連接混合連接重複基線向量數042非同步圖形個數111一次設站數300二次設站數336三次設站數030總體可靠性指標0.170.500.38注：總體可靠性指標＝多餘基線數/獨立基線數GPS網的技術設計應著眼於控制網的精度、可靠性以及經費等要求。也應遵循以下原則1：在GPS網中不應存在自由基線。2：GPS網的閉合環的基線個數不應過多。3：GPS網至少應與地面網有3－5個分佈均勻的重合點，同時也應有相當數量的地面水准點與GPS網重合。4：GPS點應選在交通便利。視野開闊的地方，同時應考慮點與點之間的通視問題，以便使用經典方法擴展。

GPS測量數據處理8.1基線解算及品質評定8.1.1基線解算的類型單基線解定義：當有臺GPS接收機進行了一個時段的同步觀測後，每兩臺接收機之間就可以形成一條基線向量，共有條同步觀測基線，其中最多可以選出相互獨立的條同步觀測基線，至於這條獨立基線如何選取，只要保證所選的條獨立基線不構成閉和環就可以了。這也是說，凡是構成了閉和環的同步基線是函數相關的，同步觀測所獲得的獨立基線雖然不具有函數相關的特性，但它們卻是誤差相關的，實際上所有的同步觀測基線間都是誤差相關的。所謂單基線解算，就是在基線解算時不顧及同步觀測基線間誤差相關性，對每條基線單獨進行解算。

特點：單基線解算的演算法簡單，但由於其解算結果無法反映同步基線間的誤差相關的特性，不利於後面的網平差處理，一般只用在普通等級GPS網的測設中。多基線解定義：與單基線解算不同的是，多基線解算顧及了同步觀測基線間的誤差相關性，在基線解算時對所有同步觀測的獨立基線一併解算。特點：多基線解由於在基線解算時顧及了同步觀測基線間的誤差相關特性，因此，在理論上是嚴密的。8.1.2基線解算結果的品質評定指標實質：反映觀測值的品質，又稱為參考方差因數。越小越好。單位權方差因數定義：RMS-均方根誤差定義：

實質：表明了觀測值的品質，觀測值品質越好，越小，反之，觀測值品質越差，則越大，它不受觀測條件（觀測期間衛星分佈圖形）的好壞的影響。數據刪除率定義：在基線解算時，如果觀測值的改正數大於某一個閾值時，則認為該觀測值含有粗差，則需要將其刪除。被刪除觀測值的數量與觀測值的總數的比值，就是所謂的數據刪除率。實質：數據刪除率從某一方面反映出了GPS原始觀測值的品質。數據刪除率越高，說明觀測值的品質越差。RATIO

定義：RATIO值為在採用搜索演算法確定整周未知數參數的整數值時，產生次最小的單位權方差與最小的單位權方差的比值。實質：反映了所確定出的整周未知數參數的可靠性，這一指標取決於多種因素，既與觀測值的品質有關，也與觀測條件的好壞有關。RDOP

定義：所謂RDOP值指的是在基線解算時待定參數的協因數陣的跡（）的平方根，即：

RDOP值的大小與基線位置和衛星在空間中的幾何分佈及運行軌跡（即觀測條件）有關，當基線位置確定後，RDOP值就只與觀測條件有關了，而觀測條件又是時間的函數，因此，實際上對與某條基線向量來講，其RDOP值的大小與觀測時間段有關。實質：表明了GPS衛星的狀態對相對定位的影響，即取決於觀測條件的好壞，它不受觀測值品質好壞的影響。同步環閉合差定義：同步環閉合差是由同步觀測基線所組成的閉合環的閉合差。實質：由於同步觀測基線間具有一定的內在聯繫，從而使得同步環閉合差在理論上應總是為0的，如果同步環閉合差超限，則說明組成同步環的基線中至少存在一條基線向量是錯誤的，但反過來，如果同步環閉合差沒有超限，還不能說明組成同步環的所有基線在品質上均合格。限值：非同步環閉合差定義：由獨立基線所組成的閉合環稱為非同步閉合環，簡稱非同步環非同步環的閉合差稱為非同步環閉合差。實質：當非同步環閉合差滿足限差要求時，則表明組成非同步環的基線向量的品質是合格的；當非同步環閉合差不滿足限差要求時，則表明組成非同步環的基線向量中至少有一條基線向量的品質不合格，要確定出哪些基線向量的品質不合格，可以通過多個相鄰的非同步環或重複基線來進行。限值：重複基線較（互）差定義：不同觀測時段，對同一條基線的觀測結果，就是所謂重複基線。這些觀測結果之間的差異，就是重複基線較（互）差。實質：當重複基線較（互）差滿足限差要求時，則表明這些基線向量的品質是合格的；否則，則表明這些基線向量中至少有一條基線向量的品質不合格，要確定出哪些基線向量的品質不合格，可以通過多重條件進行。限值：8.1.3影響基線解算結果的主要因素及應對方法

基線解算時所設定的起點座標不准確（設定較準確的起點座標，採用同一點或同一點的衍生點起算）

少數衛星的觀測時間太短，導致這些衛星的整周未知數無法準確確定（剔除觀測時間太短的衛星）

在整個觀測時段裏，有個別時間段或個別衛星周跳太多，致使周跳無法完全修復 （剔除周跳多的衛星，截去周跳多的時間段）在觀測時段內，多路徑效應比較嚴重，觀測值的改正數普遍較大 （剔除受多路徑影響嚴重的觀測值）對流層折射或電離層折射影響太大 （模型改正、採用Iono-Free觀測值）判別及應對方法：判別:通過衛星的可見性圖和殘差圖來判別。應對方法：提供較準確的起點座標、刪衛星和截取時間段。基線解算時常需修改的參數：參與數據處理的特定時間段的觀測值截止高度角觀測值類型星曆類型Ratio值限值觀測值編輯因數電離層折射改正對流層折射改正8.1.4幾種典型的殘差圖SV12存在周跳的殘差圖SV25受不明影響的殘差圖8.2網平差8.2.1網平差的類型無約束平差定義：GPS網的無約束平差指的是在平差時不引入會造成GPS網產生由非觀測量所引起的變形的外部起算數據。常見的GPS網的無約束平差，一般是在平差時沒有起算數據或沒有多餘的起算數據。約束平差定義：GPS網的約束平差指的是平差時所採用的觀測值完全是GPS觀測值（即GPS基線向量），而且，在平差時引入了使得GPS網產生由非觀測量所引起的變形的外部起算數據。

聯合平差定義：GPS網的聯合平差指的是平差時所採用的觀測值除了GPS觀測值以外，還採用了地面常規觀測值，這些地面常規觀測值包括邊長、方向、角度等觀測值等。

無約束平差的作用評定GPS網的內部符合精度，發現和剔除GPS觀測值中可能存在的粗差,得到GPS網中各個點在WGS-84系下經過了平差處理的三維空間直角坐標,為將來可能進行的高程擬合，提供經過了平差處理的大地高數據平差結果的品質評定指標：相鄰點距離中誤差

1. 單位權方差的檢驗

2. 基線改正數的檢驗

3. 已知座標的檢驗8.3GPS高程8.3.1高程系統

大地高系統是以參考橢球面為基準面的高程系統。某點的大地高是該點到通過該點的參考橢球的法線與參考橢球面的交點間的距離。大地高也稱為橢球高，大地高一般用符號H表示。大地高是一個純幾何量，不具有物理意義，同一個點，在不同的基準下，具有不同的大地高。大地高系統正高系統

正高系統是以大地水準面為基準面的高程系統。某點的正高是該點到通過該點的鉛垂線與大地水準面的交點之間的距離，正高用符號Hg表示。正常高系統

正常高系統是以似大地水準面為基準的高程系統。某點的正常高是該點到通過該點的鉛垂線與似大地水準面的交點之間的距離，正常高用H

表示。高程系統之間的轉換關係

方法等值線圖法大地水準面模型法擬合法8.3.2GPS測高方法

從高程異常圖或大地水準面差距圖分別查出各點的高程異常或大地水準面差距，然後分別採用下麵兩式可計算出正常高和正高。

採用等值線圖法確定點的正常高和正高時要注意以下幾個問題：

注意等值線圖所適用的坐標系統，在求解正常高或正高時，要採用相應坐標系統的大地高數據。

採用等值線圖法確定正常高或正高，其結果的精度在很大程度上取決於等值線圖的精度。

地球模型法本質上是一種數位化的等值線圖，目前國際上較常採用的地球模型有OSU91A等。不過可惜的是這些模型均不適合於我國。擬合法—基本原理

所謂高程擬合法就是利用在範圍不大的區域中，高程異常具有一定的幾何相關性這一原理，採用數學方法，求解正高、正常高或高程異常

擬合法—注意事項

上面介紹的高程擬合的方法，是一種純幾何的方法，因此，一般僅適用於高程異常變化較為平緩的地區（如平原地區），其擬合的準確度可達到一個分米以內。對於高程異常變化劇烈的地區（如山區），這種方法的準確度有限，這主要是因為在這些地區，高程異常的已知點很難將高程異常的特徵表示出來。

適用範圍

所謂高程異常的已知點的高程異常值一般是通過水準測量測定正常高、通過GPS測量測定大地高後獲得的。在實際工作中，一般採用在水準點上佈設GPS點或對GPS點進行水準聯測的方法來實現，為了獲得好的擬合結果要求採用數量儘量多的已知點，它們應均勻分佈，並且最好能夠將整個GPS網包圍起來。

選擇合適的高程異常已知點

若要用零次多項式進行高程擬合時，要確定1個參數，因此，需要1個以上的已知點；若要採用一次多項式進行高程擬合，要確定3個參數，需要3個以上的已知點；若要採用二次多項式進行高程擬合，要確定6個參數，則需要6個以上的已知點。

高程異常已知點的數量

若擬合區域較大，可採用分區擬合的方法，即將整個GPS網劃分為若干區域，利用位於各個區域中的已知點分別擬合出該區域中的各點的高程異常值，從而確定出它們的正常高。下圖是一個分區擬合的示意圖，擬合分兩個區域進行，以虛線為界，位於虛線上的已知點兩個區域都採用。

分區擬合法

GPS測前準備、外業實施及技術設計書的編寫

問題：如何利用GPS建立鄭東新區的控制網？一、明確任務二、測區踏勘及收集資料主要瞭解測區以下情況（1）交通情況（2）水系分佈情況（3）植被情況（4）控制點分佈情況（5）居民點分佈情況（6）當地風俗民情收集以下資料（1）各類圖件（2）各類控制點成果以及各種參數。（3）測區有關的地質、氣象、交通、通訊（4）城市及鄉、村行政區劃表三、技術設計（1）GPS控制網的精度和密度的設計（2）控制網的基準設計（3）控制網的圖形設計（4）控制網的精度預計四、器材準備及人員組織（1）籌備儀器、電腦及配套設備。（2）籌備機動設什及通訊設備（3）籌備施工器材，計畫油料、材料的消耗。（4）組建施工隊伍．擬定施工人員名單及崗位。（5）進行詳細的投資預算

五、選點及埋標（1）點位應選易於安置接收設備、視野開闊的位置。視場周國15度以上不應有障礙物，以避兔GPS信號被吸收或遮擋。（2）點位應遠離大功率無線電發射源如電視臺、微波站等）．其距離不小於200m遠離高壓輸電線，其距離不得小於50m，以避免電磁場對GPP信號的干擾。（3）點位附近不應有大面積水域或強烈干擾衛星信號接收的物體．以減弱多路徑效應的影響。（4）點位應選交通方便，有利於其他觀測手段擴晨與聯測的地方。（5）點位應選在地面基礎穩定．易於點保存的地點。

（6）選點入員應按技術設計進行踏勘，在實地按要求選定點位。（7）網形應有利於同步觀測及邊、點聯結。（8）當所選點位需要進行水準聯測時．選點人員應實地踏勘水準路線，提出有關建議。標誌埋設點的標石必須堅固、穩定以利長久保存和使用。也可直接在基岩上嵌入金屬標誌。埋設完成後，應提交以下資料：點的記錄GPS網的選點網圖土地佔用的批准檔與測量標誌委託保管書選點與埋石技術總結六、外業觀測計畫的擬定觀測工作是GPS測量的主耍外業工作。觀測開始之前，外業觀測計畫的擬定對於順利完成數據採集任務，保證測量精度度．提高工作效益都是極為重要的。依據（1）GPS網規模的大小。（2）點位精度及密度的要求。（3）GPS衛星星座分佈的幾何圖形強度。（4）參加作業的GPS接收機類型數量。（5）測區交通、通訊及後勤保障。觀測計畫的主要內容(1)編制GPS衛星的可見性預報圖；在高度角＞15度的限制下，輸入測區中心某一測站的概略座標，輸入日期和時間．應使用不超過20天的星曆檔，即可編制GPS衛星的可見性預報圖。（2）衛星的幾何圖形強度；在GPS定位中，所測衛星與觀測站所組成的幾何圖形，其強度因數可用空問位置因數（PDOP）來代表，無論是絕對定位還是相對定位，PDOP值不應大於6。（3）選擇最佳的觀測時段：衛星＞4顆且分佈均勻，PDOP值小於6的時段就是最佳時段。（4）觀測區域設計與劃分：當GPS網的點數較多，網的規模較大．而參加觀測的接收機數量有限，交通和通訊不便時，可實行分區觀測。為了增強網的整體性提高網的精度．相鄰分區應設置公共觀測點，且公共點數量不得少幹3個。

5）編排作業調度表：作業組在觀測前應根據測區的地形、交通狀況、網的大小、精度的高低、儀器的數量、GPS網設計、衛星預報表和測區的天時、地理環境等編制作業調度表，以提高工作效益。作業調度表包括觀測時段、測站號、測站名稱及接收機號等。七、外業觀測主要包括以下內容：天線安置開機觀測氣象參數測定觀測記錄1.天線安置（1）在正常點位．天線應架設在三腳架上，並安置在標誌中心的上方直接對中，天線基座上的圓水準氣泡必須整平。（2）在特殊點位，當天線需要在三角點覘標的觀測台或回光臺上時，可先將覘標頂部拆除，以防上對GPS信號的遮擋。如果覘標頂部無祛拆除，接收天線若安置在標架內觀測就會造成衛星信號中斷。影響GPS測量精度、在這種情況下，可進行偏心觀測。（3）天線的定向標誌應指向正北，以減弱相位中心偏差的影響。天線定向誤差因定位精度不同而異，一般不應超過正負3－5度。

(4）刮鳳天氣安置天線時，應將天線進行三方向固定，以防倒地碰壞。雷雨天氣安置天線時，應注意將其底盤接地，以防雷擊天線。而且架設天線不宜過低，一般應距地面1m以上。天線架設好後在圓盤間隔120度的三個方向分別量取天線高，三次測量結果之差不應超過3mm，取其三次結果的平均值記入測量手薄中，天線高記錄取值到0.001m。

(5）測量氣象參數；在高精度GPS測量中，要求測定氣象元素。每時段氣象觀測應不少於3次（時段開始、中間、結柬）氣壓讀至0.1mbar，氣溫讀至0.1℃．對一般城市及工程測量只記錄天氣狀況。

(6）復查點名並記入測量手薄中。將天線電纜與儀器進行連接．經檢查無誤後方能通電啟動儀器。2.開機觀測（1）當確認外接電源電纜及天線等備項連接完全無誤後．方可接通電源，啟動接收機。開機後接收機有關指示顯示正常並通過自檢後，方能榆入有關測站和時段控制資訊。（2）接收機在開始記錄數據時應注意查看有關觀測衛星數量、衛星號、信噪比、相位觀測量殘差，即時定位結果及其變化、存儲介質記錄等情況。（3）一個時段觀測過程中，不允許進行以下操作：關閉又重新啟動；進行自測試（發現故障除外）改變衛星高度角；改變天線位置；改變數據採樣間隔；按動關閉檔和刪除檔等功能鍵。

（4）每一觀測時段中，氣象元素一般應在始、中、末各觀測記錄一次，當時段較長時可適當增加觀測次數。（5）在觀測過程中要特別注意供電情況，除在出測前認真檢查電池容量是否充足外，作業中觀測人員不要遠離按收機，聽到儀器的低電壓報警應及時予以處理，否則可能會造成儀器內部數據的破壞或丟失。（6）儀器高一定要按規定始、末各量測一次，並及時輸入儀器及記入測量手薄中。（7）接收機在觀測過程中，不要靠近接收機使用對講機；雷雨季節．架設天線要防止雷擊，雷雨過境時應關機停測，並卸下天線。（8）觀測站的全部預定作業專案經檢查均已按規定完成，且記錄與資料完整無誤後可遷站。（9）觀測過程申要隨時查看儀器記憶體或硬碟容量，每日觀測結束後，應及時將數據轉存至電腦硬、軟碟上，確保觀測數據不丟失。3.觀測記錄

l）觀測記錄觀測記錄由GPS接收機自動進行，均記錄在存儲介質（如硬碟、硬卡記憶卡等）上，其主要內容有：載波相位觀測值及相應的觀測曆元；同一曆元的測碼偽距觀測值；

GPS衛星星曆及衛星鐘差參數；即時絕對定位結果；測站控制資訊及接收機工作狀態資訊。2）觀測手薄觀測手薄是在GPS接收機啟動前和觀測過程中由觀測者即時填寫的。其記錄格式可參照現行規範執行。觀測記錄和測量手薄都是GPS精密定位的依據．必須認真、及時填寫．堅決杜絕事後補記或追記。外業觀測中存儲介質上的數據檔應及時拷貝一式兩份，分別保存在專人保管的防水、防靜電的資料箱內。存儲介質的外面，應當貼制標籤，注明檔案名、網區名、點名、時段名、採集日期、測量手薄編號等。八、數據預處理對於兩臺及兩臺以上接收機同步觀測值進行獨立基線向量（座標差）的平差計算叫基線解算，有的也叫觀測數據預處理。預處理的主耍目的是對原始數據進行編輯、加工整理、分流並產生各種專用資訊檔，為進一步平差計算做準備。它的基本內容是：（1）數據傳輸；將GPS接收機記錄的觀測數據傳輸到磁片或其他介質上。（2）數據分流：從原始記錄中，通過解碼將各種數據分類整理，剔除無效觀測值和冗餘資訊，形成各種數據檔，如星曆檔、觀測檔和測站資訊檔等。

（3）統一數據檔格式，將不同類型接收機的數據記錄格式、專案和採樣間隔，統一為標準化的丈件格式，以便統一處理。（4）衛星軌道的標準化，採用多項式擬合法，平滑GPS衛星每小時發送的軌道參數，使觀測時段的衛星軌道標準化。（5）探測周跳、修復載波相位觀測值。（6）對觀測值迸行必要改正，在GPS觀測值中加入對流層改正，單頻接收的觀測值中加入電離層改正。

基線向量的解算一般採用多站、多時段自動處理的方法進行，具體處理中應注意以下幾個問題：（1）基線解算一般採用雙差相位觀測值，對於邊長超過30km的基線，解算時則可採用三差相位觀測值。（2）衛星廣播星曆座標值可作為基線解的起算數據。對於特大城市的首級控制網，也可採用其他精密星曆作為基線解算的起算值。（3）基線解算中所需的起算點座標，應按以下優先順序採用；國家GPSA、B級網控制點或其他高級GPS網控制點已有的WGS-84坐標系座標。國家或城市較高等級控制點轉到WGS-84坐標系後的座標值。不少於觀測30分鐘的單點定位結果的平差值提供的WGS-84系座標。

（4）在採用多臺接收機同步觀測的一同步時段中，可採用單基線模式解算，也可以只選獨立基線按多基線處理模式統一解算。（5）同一等級的GPS網．根據基線長度的不同．可採用不同的數據處理模型。若基線長小於0.8km，需採用雙差固定解；小於30km，可在雙差固定解和雙差浮點解中選擇最優結果；大於30km時．則可採用三差解作為基線解算結果。（6）在同步觀測時間小於30分鐘時的快速定位基線．應採用合格的雙差固定解作為基線解算的最終結果。九、觀測成果的外業檢核觀測成果的外業檢核是確保外業觀測品質，實現預期定位精度的重要環節，所以當觀測結束後，必須在測區及時對外業的觀測數據品質進行檢核何評價，以便及時發現不合格的成果，並根據情況採取淘汰或重測、補測措施。外業觀測數據的評價標準良好（1）測站環境好，無信號干擾因素（2）觀測過程中大氣狀況穩定（3）觀測到所有預報的衛星（4）接收機工作正常，沒有或偶爾發生短暫的失鎖或故障報警，但很快就能排除。（5）測站上全部操作過程都符合規定，資料齊全（6）即時絕對定位解收斂平穩合格（1）測站有明顯干擾因素（2）觀測過程中大氣狀況有明顯的波動（3）接收機運行不太正常，多次出現失鎖或故障報警，且由於不能及時排除或多次積累致使10％的觀測數據無效（4）測站上全部操作過程基本符合規定（6）即時絕對定位解收斂過程有波動存疑（1）測站上信號干擾因素比較嚴重（2）觀測過程中失鎖或故障報警情況頻繁，約有20％的觀測數據無效（3）即時絕對定位解收斂過程波動較大不合格（2）由於多種因素影響，致使無效觀測數據多於30％（2）觀測衛星少於4顆（3）即時絕對定位解收斂過程很困難1.重複觀測邊的檢核同一條基線邊若觀測了多個時段，則可得到多個邊長結果。這種具有多個獨立觀測結果的邊就是重複觀測邊。重複觀測邊的檢核內容包括：1：計算不同時段觀測結果的互差，應小於相應類別規定精度的倍。2：同一條邊若有三個以上的觀測結果，則應計算各時段結果的平均值。其中任一時段的結果與其平均值之差不應超過相應類別的規定精度。2環線閉合差的檢核當觀測的基線邊構成某種閉合圖形時，圖形的閉合差理論上應為零，但是，由於各種觀測量誤差以及數據處理模型誤差等因素的綜合影響，致使閉合差一般不為零，通過對環線閉合差的檢核，可以有效地評定精度。假設閉合環中各基線邊的座標差之和為式中，為第I條基線邊的座標分量差，n為環中的基線邊數，則環線閉合差和全長相對閉合差為3同步閉合環的檢核當環中各邊為多臺接收機同步觀測時，由於各邊是不獨立的；所以其閉合差應恒為零但是由於模型誤差和處理軟伴的內在缺陷，使得這種同步環的閑合差實際上仍可能不為零。這種閉合差一般數值根小，不至於對定位結果產生明顯影響，所以也可把它作為成果品質的一種檢核標準。對於三邊同步環，其座標分量閉合差應小於下列數值為相應級別規定的精度（按平均邊長計算）。

對於四站以上的多邊同步環。可以產生大量同步閉合環，在處理完各邊觀測值後，應檢查一切可能的環閉合差。以右圖為例．A、B、C、D四站應檢核（1）AB－BC－CA（2）AC－CD－DA

（3）AB－BD－DA（4）BC－CD－DB

（5）AB－BC－CD－DA

（6）AB－BD－DC－CA

（7）AD－DB－BC－CA

所有閉合環的分量閉合差不應大於其中，n為閉合環中的邊數。4非同步環閉合差的檢核無論採用單基線模式或多基線模式佰算基線都應在整個GPS網選取一組完全的獨立基線構成獨立環，各獨立環的座標分量閉臺差和全長閉合差應符合下式當發現邊閉合數據或環閉合數據超出上述規定時，應分析原因並對其中部分或全部成果重測。需要重測的邊，應儘量安排在一起進行同步觀惻。

在對經過檢核超限的基線進行充分分析的基礎上，進行野外返工觀測，基線返工應注意如下幾個問題：（1）無論何種原因造成一個拄制點不能與兩條合格獨立基線相連結．在該點上都應補測或重測不少於一條獨立基線。（2）可以捨棄在複測基線邊長較差、同步環閉合差、獨立環閉合差檢驗中超限的基線，但必須保證捨棄基線後的獨立環所含基線數不得超過有關規定，否則，應重測該基線或者有關的同步圖形。（3）當由於點位不符合GPS測量要求而造成一個測站重複觀測仍不能滿足限差的耍求時，則應按技術設計要求重新選擇點位進行觀測。十、技術設計書編寫1任務來源及工作量2測區概況3布網方案4選點與埋標5觀測6數據處理7完成任務的措施十一、技術總結在GPS測量成果完成後，應按要求編寫技術總結，內容包括外業和內業兩部分1外業技術總結（1）測區及其位置，自然地理條件，交通，通訊及供電情況（2）任務來源，專案名稱，測區已有測量成果情況，本次施測的目的及基本精度要求（3）施工單位，施測時間，技術依據，作業人員的數量及技術狀況等。（4）作業儀器類型、精度、檢驗及使用狀況（5）點位觀測品質的評價，埋石與重合點情況（6）聯測方法，完成各級點數量，補測與重測情況以及作業中存在問題的說明。（7）外業觀測數據品質分析與野外數據檢核情況2內業技術總結（1）數據處理方案，所採用的軟體，所採用的星曆，起算數據，坐標系統以及無約束，約束平差情況（2）誤差檢驗及相關參數與平差結果的精度估計等（3）上交成果中存在的問題和需要說明的其他問題，建議或改進意見（4）綜合附表與附圖上交資料（1）測量任務及技術設計書（2）點之記，環視圖，測量標誌委託保管書，選點資料與增石資料（3）接受設備，氣象及其他儀器的檢驗資料（4）外業觀測記錄，測量手薄及其他記錄（5）數據處理中生成的檔，資料和成果表以及GPS網及點圖（6）技術總結和成果驗收報告

GPS定位的觀測量、觀測方程和誤差分析§5.1GPS定位的方法與觀測量1.定位方法分類按參考點的不同位置劃分為：（1）絕對定位（單點定位）：在地球協議坐標系中，確定觀測站相對地球質心的位置。（2）相對定位：在地球協議坐標系中，確定觀測站與地面某一參考點之間的相對位置。按用戶接收機作業時所處的狀態劃分：（1）靜態定位：在定位過程中，接收機位置靜止不動，是固定的。靜止狀態只是相對的，在衛星大地測量中的靜止狀態通常是指待定點的位置相對其周圍點位沒有發生變化，或變化極其緩慢，以致在觀測期內可以忽略。（2）動態定位：在定位過程中，接收機天線處於運動狀態。在絕對定位和相對定位中，又都包含靜態和動態兩種形式。2.GPS動態定位發展特點（1）用戶多樣性：概括為地面行駛的車輛、水中航行的艦船和