GPS誤差源-相對論 鍾差 衛星星歷誤差(1)


概述:誤差分類:系統誤差(偏差 影響大 有規律所尋)和隨機誤差

一部分誤差和衛星有關系,一部分誤差是在信號傳播過程中有關系,一部分和接收機誤差有關系

與衛星有關系的因素

       衛星星歷誤差(衛星速度位置與真實值有差別,測站地理分布、觀測數量、觀測軟件有關,廣播星歷與預報時間參半有關),衛星鍾差(原子鍾),相對應效應(衛星上的鍾與地面上的鍾所處的狀態不一樣,速度、所受地球引力大小不一樣,兩台鍾所受的相對應效應是不一樣的)信號在衛星內的時延衛星天線相位中心偏差(5種)

與傳播途徑有關的因素(大體在大氣層)

       電離層折射延遲(中性氣體分子在射線下電離出帶負電電子和正電離子,信號傳播的速度發生變化,信號路線產生彎曲,傳播速度不是在真空中傳播),對流層折射延遲(與氣象改正類似),多路徑效應(與觀測環境有關)(3種)

與接收機設備相關的因素

      接收機位置誤差(定規,測定時間的時候),接收機鍾差接收機內部噪聲,接收機天線相位中心,信號在接收機內的時延(5種)

削弱誤差影響的方法和措施

      1、建立改正的模型和公式(理論公式與經驗公式  2、求差法 3、位置參數平差計算中計算出來(設置參數個數應當適當)4、回避法

 

相對論效應

       衛星種和接收機種在慣性空間種的運動速度不同以及這兩台鍾所處的地球引力位的不同引起的

狹義相對論

       鍾的頻率與其運動速度有關,對衛星鍾的影響:

在狹義相對論效應作用下,衛星鍾的頻率將變慢

廣義相對論

        鍾的頻率與其所處的重力位有關,對衛星鍾的影響:

 在廣義相對論效應作用下,衛星上鍾的頻率將變快

 總體:在狹義相對論效應和廣義相對論效應的共同作用下,衛星上鍾頻率相對於其在地面上時總的變化量

我們可以將總體的公式分為前后兩部分,前面為常數項,后面是帶有esinE

 修正相對應效應的方法

1、假設衛星軌道為圓軌道,當作半徑為a的圓軌道,可求出相對論相應的綜合影響常熟,可以直接將地面上生產的原子鍾的頻率降低

 將這台鍾放到衛星上,由於相對論效應的影響,其頻率自然變成10.23MHz,無需用戶改正

2、由於衛星軌道不是整圓,而是橢圓其偏心率為e,那么其運行速度和衛星距地心的距離都是隨着時間變化而變化

其中,在計算觀測瞬間衛星位置

 求解開普勒方程M=E-esinE已被求出 利用迭代法,最后一次代入即可

 此部分 ephclk 為通過廣播星歷來確定衛星鍾差(沒有考慮相對論效應

/* satellite clock with broadcast ephemeris ----------------------------------*/
static int ephclk(gtime_t time, gtime_t teph, int sat, const nav_t *nav,
                  double *dts)
{
    eph_t  *eph;
    geph_t *geph;
    seph_t *seph;
    int sys;
    
    trace(4,"ephclk  : time=%s sat=%2d\n",time_str(time,3),sat);
    
    sys=satsys(sat,NULL);
    
    if (sys==SYS_GPS||sys==SYS_GAL||sys==SYS_QZS||sys==SYS_CMP||sys==SYS_IRN) {
        if (!(eph=seleph(teph,sat,-1,nav))) return 0;
        *dts=eph2clk(time,eph);
    }
    else if (sys==SYS_GLO) {
        if (!(geph=selgeph(teph,sat,-1,nav))) return 0;
        *dts=geph2clk(time,geph);
    }
    else if (sys==SYS_SBS) {
        if (!(seph=selseph(teph,sat,nav))) return 0;
        *dts=seph2clk(time,seph);
    }
    else return 0;
    
    return 1;
}

  此部分 satpos 通過廣播星歷計算了衛星位置速度和鍾差(其中計算衛星的鍾差考慮了相對論

int satpos(gtime_t time, gtime_t teph, int sat, int ephopt,
                  const nav_t *nav, double *rs, double *dts, double *var,
                  int *svh)
{
    trace(4,"satpos  : time=%s sat=%2d ephopt=%d\n",time_str(time,3),sat,ephopt);
    
    *svh=0;
    
    switch (ephopt) {
        case EPHOPT_BRDC  : return ephpos     (time,teph,sat,nav,-1,rs,dts,var,svh);
        case EPHOPT_SBAS  : return satpos_sbas(time,teph,sat,nav,   rs,dts,var,svh);
        case EPHOPT_SSRAPC: return satpos_ssr (time,teph,sat,nav, 0,rs,dts,var,svh);
        case EPHOPT_SSRCOM: return satpos_ssr (time,teph,sat,nav, 1,rs,dts,var,svh);
        case EPHOPT_PREC  :
            if (!peph2pos(time,sat,nav,1,rs,dts,var)) break; else return 1;
    }
    *svh=-1;
    return 0;

  當使用廣播星歷和精密星歷 可以采用不同的方法計算,如果一台接收機測定衛星,相對論效應需要考慮;當兩台接收機對一顆衛星測量時,測定兩台接收機相對位置時,相對論效應可以通過相對定位消除。

       地面上的鍾由於地球自轉,地面廣義相對論效應是被考慮的(衛星種和接收機鍾之差考慮的),但是沒有考慮地面狹義相對論相對論效應(只考慮了衛星的相對論效應)不同維度的相對論效應較小,接收機鍾差考慮了接收機狹義相對論效應,很難將其與真正的接收機誤差分離開。

鍾誤差

衛星鍾誤差、

       

 a0為t0時刻鍾的鍾差,a1為t0時刻該鍾的鍾速頻偏,a2為t0時刻該種的加速度的一般 老化率與頻移量 前面為二階多項式,后面為積分所以兩者不能一起擬合,前面隨着時間逐漸變大,后者隨着時間周期性變化,一起擬合效果不好。

    還有隨機變化的部分,沒有辦法確切了解其大小和符號,但是通過數理統計的角度,把隨機變化的部分標准差求出來,通過均方根差來表示,假設一台儀器誤差0,7另一台1通過數理統計將其特性表示出來。

    接收機鍾差一般為石英鍾其誤差大於衛星的鍾差,

一般采用兩種方法進行改正 1、作為參數進行估計 2、通過觀測值的星間差分加以消除(假如這一台接受機同時對四顆五顆衛星進行觀測,所有衛星都是在同一時刻觀測,所受到的接收機的誤差都是一樣的,相互減一減 相對定位時

    衛星鍾差 一般分為物理同步誤差 實際誤差 (誤差會隨着時間慢慢增大)數學同步誤差 經過改正后的殘余誤差 (導航電文求得參數 與真實誤差之間的差值)

 應對方法 1、采用廣播星歷中的鍾差改正參數進行改正2、采用IGS提供的精密衛星鍾差改正數   3、采用相對定位或者差分定位 (同一時間兩台接受機對一個衛星進行觀測)

 

衛星星歷誤差

       衛星星歷所給出的衛星軌道與衛星的實際軌道之差稱為衛星星歷誤差 (可以通過六個軌道根數求出衛星在空間的位置和運動速度,六個軌道與六個參數相對應)

廣播星歷

       全球定位系統的地面控制部分確定提供的,一種預報星歷。 誤差CLK中分為R、A、C徑向誤差 沿跡誤差 法向誤差 

       徑向誤差和衛星鍾差會主要影響導航定位參數,而A和C對導航定位的影響較小

精密星歷(IGS)

       精密星歷是事后的星歷,也提供快速星歷,運用載波相位、

       1、提供衛星星歷 直接將三位位置和速度給出

       2、告訴站坐標與變化率(三維地心坐標及年變化率)

       3、給出地球的自轉參數(極點的位置,地球自轉不均勻的參數)

       4、大氣參數(電離層格網圖、對流層)

      衛星星歷對定位的影響

      1、對單點定位的影響

       星歷有誤差在接收機至該衛星方向上的投影,分配在常數項上,假設有誤差跑到x,y,z等,衛星星歷米級的誤差最后大概也是米級的精度。

      (星歷誤差對單點定位的影響主要取決於接收機的距離以及用於定位或導航的GPS與接收機構成的幾何距離以及用於定位或導航的GPS衛星與接收機構成的幾何圖形)

      2、對相對定位的影響

      因為相對定位是求差的方式,很多誤差大幅度被消除,影響小的多。可以通過以下公式估算

      

 

     消除削弱衛星星歷誤差的影響

     1、使用精密星歷 2、使用相對定位

 


免責聲明!

本站轉載的文章為個人學習借鑒使用,本站對版權不負任何法律責任。如果侵犯了您的隱私權益,請聯系本站郵箱yoyou2525@163.com刪除。



 
粵ICP備18138465號   © 2018-2025 CODEPRJ.COM