GNSS导航定位误差分析.pptx

GNSS导航定位误差分析主要内容一GNSS定位主要误差源分类二与卫星有关的误差广播星历1）由GPS系统的地面控制部分所确定和提供，经GPS卫星向全球用户公开播发的一种预报星历；2）用参考时刻的卫星轨道根数及其变化率来描述卫星轨道；3）通过GPS导航电文以一组参数的形式发送给用户，一般每2小时更新一次，一般按照与观测时刻最近的一组广播星历数据来计算卫星位置；4）提供的卫星轨道精度较差，目前约为~1m。brdc2090.07n精密星历1）主要由IGS（InternationalGNSSService）提供；2）以一定的时间间隔给出卫星在空间的三维坐标及其运动速度，由用户进行内插后求得观测时刻卫星在空间的位置及运动速度；igs15063.sp3卫星钟误差1）信号卫星离开卫星时，卫星钟相对于标准GPS时的钟差；2）卫星上尽管采用的是高精度的原子钟（铯钟、铷钟），但这些钟与GPS标准时之间仍会有偏差和漂移。随着时间的推移，这些偏差和漂移还会发生变化；3）导航电文:精度~5ns，IGS最终精密钟差:~75ps导航电文三与传播路径有关的误差电离层概述1）电离层定义高度在60~1000km的大气层；【在太阳紫外线、X射线、射线和高能粒子等的作用下，电离层中的中性气体分子被电离，产生大量的电子和正离子，从而形成了一个电离区域。】2）对电磁波信号传播的影响传播速度会发生变化【主要取决于电离层中的电子密度和信号频率】传播路径会略微弯曲【对测距结果影响不大，一般情况下可不予考虑】电离层延迟特点码延迟和相位提前1）相速度和群速度相速度--单一频率的电磁波在空中的传播速度【L1载波相位、L2载波相位】群速度--调制信号的在空中的传播速度【GPS测距码】2）非色散介质和色散介质如果电磁波在真空中传播，则相速度与群速度是相等的，且等于真空中的光速。此时，称为非色散介质，否则就称为色散介质。3）信号延迟量的计算电离层对相位和码伪距观测值的影响大小（近似）相等，符号相反。为电子密度(electrons/m3)且为正值，因此对码伪距的延迟量为正（延迟）、对相位观测值的延迟为负（提前）。电离层延迟与总电子含量（TEC）1）TEC总电子含量（TotalElctronContent）【表示沿信号传播路径1平方米截面的柱体所包含的自由电子总数。TEC的单位为(el/m2)。1TECU=1×1016el/m2】【电离层延迟与传播路径上的总电子含量TEC成正比。】2）VTEC天顶方向总电子含量（VerticalTEC）【将天顶方向的VTEC转化到信号传播路径上，可以通过所谓的斜因子(SlantFactor)或映射函数（MappingFunction）实现。】电离层改正模型1）Klobuchar模型GPS导航电文中包含预报电离层模型的参数（Klobuchar）。输入参数分别为8个模型系数、，GPS天线的大地纬度和大地经度，GPS观测时间，以及观测卫星的方位角和高度角。可将电离层延迟影响改正60%，为GPS单频用户所广泛采用。2）GIM模型（GlobalIonosphereMaps）每天的IONEX文件提供13个电离层图，从0hUT开始到24hUT结束。可以提供空间上（经纬度）、时间上2h分辨率的电离层TEC，以及GPS卫星和接收机的硬件DCB值。最终GIM产品的时间延迟约为11天，并且以IONEX格式存储，可从各IGS数据中心下载。快速GIM产品，其时延小于24小时。该产品具有与最终GIM产品相同的分辨率，其精度与最终GIM相比大约差5~10%，二者之间差值的RMS值仅为0.11TECU。可将电离层延迟影响改正80%。3.1电离层误差(V)（续）3）无电离层双频改正模型（ionosphere-free）对流层概述1）对流层定义高度在50km以下未被电离的中性大气层；2）对流层延迟特点与电离层不同，对频率30GHz以下的电磁波信号，对流层基本上时非色散介质，即信号折射与信号频率无关。无法用双频改正的方法来消除对流层延迟，只能通过求出信号传播路径上各处的大气折射系数，然后进行积分来计算对流层延迟改正。在天顶方向上的延迟量约为2m，并且随着站星视线天顶距的增加而增大。对于卫星高度角仅有几度的卫星，GPS信号的电离层延迟可以达到数m。一般来讲，对流层延迟与温度、气压、湿度以及GPS天线的位置有关。对流层延迟与大气折射1）折射指数与折射率折射指数（refractiveindex）【信号传播实际路径的函数，该路径从接收机天线开始至有效对流层末端结束。】折射率（refractivity）【由于折射指数在数值上非常接近1，因此可以引进一个量表示其与1的差异。该量为干大气压、水汽压和温度的函数。2）干分量与湿分量对流层延迟通常分成两部分处理：一部分为遵循理想气体定律的干分量【在海平面位置，它所引