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GPS水下地形测量误差分析及改正

摘要：从GPS水下地形测量出发，粗略地分析研究了GPS的误差来源
以及误差对水下地下测量的影响，同时，提出了相应的改正办法。

关键词：GPS、误差、改正

差分GPS水深测量的误差来源传统划分为平面定位误差和水深测量误
差，事实上，由于GDPS水道测绘系统是由多种系统设备所组成，单纯地考虑三
维定位测量是不全面的。GDPS定位测量的误差来源应分为GDPS平面定位误差、
水深测量误差、水面高程传递误差、系统延时和船舶姿态等综合误差进行讨论。

1差分GPS定位误差
1.1差分GPS平面定位误差
差分GPS是利用基准站和移动站GPS接收机之间误差的相关性，用差分
技术消除和削弱两者的公共误差提高移动台的动态定位精度。但采用伪距差分和
载波相位差分时，其误差的相关性是随着两站间距离的增加而减弱，定位精度随
之下将。

DGPS差分技术在30Km内，基本消除了卫星钟差、卫星轨道误差、大气
层延迟误差，但随着距离的增加，卫星轨道误差、大气层延迟误差及RMS显著增
大，因此可认为差分GPS技术在局部范围内对移动台定位精度有很大改善。
1.2差分GPS的时间延迟
由DGPS的定位原理，移动台是接收来自基准站的差分信号进行差分改
正而实时计算出移动台的位置.在此过程中，移动台GPS接收机要经过基准站差
分改正数的计算→改正数发射→差分信号接收→观测卫星→差分改正→发送位
置信息→计算机接受信号的过程。在这个过程中，包含两方面的时间延迟:其一

是由基准站GPS接收机计算出差分改正数，经过数模转换、数传机到移动台的数
传机，再经过数模转换进入移动台GPS接收机的时间延迟。其二是进入移动台
GPS接收机的差分信号经接收机进行处理计算，在送至计算机，由计算机进行计
算和存储的时延。

此外，若系统采用事后差分模式，由于目前大多数的导航软件在设计的

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过程中，移动台记录的定位数据中的时间系统采用计算机的时钟，而基准站进行

数据采集时，一般为UTC时间，这样在后处理过程中进行数据合并时，如果计算
机的时钟同UTC时间不能保持严格同步，则会引起基准站和移动台数据的时间系
统误差而影响最终的处理结果。
2水面高程传递误差
海洋测量中海底的高程获得是依靠水面进行传递。在高程传递的过程中
需要进行深度基准面的确定、潮位站水尺零点的测定、潮位观测、潮位改正过程。
在这个过程中，必然会产生这样或那样的误差。
2.1深度基准面的确定误差
深度基准面是一种相对基准面，是为方便船舶航行、便于海图的水深换
算以及满足海洋航道科研、设计的基准面，有时也称为设计水位，深度基准面在
理论上是同大地平均水准平行的，我国普遍采用理论深度基准面.但在内河，此
相对基准面是倾斜的，大致同河床平行，称为航行基准面，在长江航行基准面呈
西高东低的形态，在长江下游地区感潮河段，则采用理论深度基准面。
理论深度基准面的确定一般是以水文计算的办法来确定，以航行保证率
的方法计算。通常以95%的通航率为标准，而航行保证率是用统计的方法确定的，
统计资料的时间愈长，得到的保证率愈高.然而，在最初确定某处深度基准面时，
是很难依据保证率来确定。因而，理论深度基准面虽然是顾及潮汐变化的一个人
为的深度起算面，但它对海图使用的影响最终与潮位预报的准确程度有关，只要
获得准确的从深度基准面起算的潮高，就可获得实际水深值。我们知道理论基准
面是依验潮站多年的资料确定的，其实质是确定理论深度基准面同平均海面的差
值.但在多年的潮汐观测过程中，地壳的形变、水尺基准水准点的不规则下沉，
水尺零点水准测量过程、潮汐的观测以及统计资料时间区间上仪器、观测方法的
更新必然会带来系统误差和观测误差，直接影响理论深度基准面的确定精度，最
终影响到理论深度基准面之间及同国家高程基准间的换算精度。
2.2潮位站水尺零点的测定误差
潮位站水尺零点的精度直接关系到潮汐观测的准确度，测定。在水准测
量过程中基准点，仪器、水准尺、观测过程、从而给水尺零点高程带来误差。

2.3潮位观测误差

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其测定是通过水准测量的方法标石等下沉因素会到来误差，受太阳、月
球及起天体引力和地球自转的相互作用，地球瞬时海面形成一个动态起伏的面。
影响瞬时海面高程变化的因素很多，但主要是由潮汐和波浪所引起。潮汐是一种
长周期波，具有极强的规律性，通常将其看作为一个确定性过程，而波浪为一种
短周期的波动，具有一定的随机统计性，通常将其作为一个扰动因素。目前，几
乎所有的潮位观测方法均是针对波浪的扰动，消除和消弱其扰动影响，以期获得
准确的潮汛水位值。潮汐观测(或水位观测)方法主要有水尺观测法、验潮井观测
法和传感器式水位观测法等。
水尺观测法是海洋测量中普遍采用的方法，多应用于临时验潮站上。基
本方法是选