GPS在地形测绘中测量误差的控制

王朋

安徽省煤田地质局第二勘探队241006

摘要：GPS以其具有全能性、全球性、全天候、精度高、观测时间短、测站间不需要通视等优点在众多领域中已经得到广泛应用。但是由于空间卫星与地面接受设备距离较远，在接收过程中肯定会存在误差。本文对造成GPS测量误差的原因进行总结分析，并提出了建议以供参考。

关键词：地形测绘；GPS；测量误差

GPS是现今较为流行的通信技术，能够在市场上如此受欢迎，主要是因为其具有高精度、全球性、全能性等优良特性，并且相对于其他同类型产品来说，其观测时间也非常短。因此，自研发出来开始，很多领域开始运用到了GPS。尽管GPS具有诸多优点，但是任何科学技术都有不如人意或者可以改善的地方，GPS则表现为其在测量过程中，具有不稳定性，经常会由于一种或多种因素出现误差。

一、GPS测量的误差源

GPS测量误差按其生产源可分3大部分：GPS信号的自身误差，包括轨道误差（星历误差）和SA，AS影响；GPS信号的传输误差，包括太阳光压，电离层延迟，对流层延迟，多路径传播和由它们影响或其他原因产生的周跳；GPS接收机的误差，主要包括钟误差，通道间的偏差，锁相环延迟，码跟踪环偏差，天线相位中心偏差等。

1、卫星星历误差

卫星星历主要是根据监测站所跟踪的GPS卫星来设定的，因为卫星会在空中受到不同程度的摄动力以及监测站所测定出的误差，那么这也就使卫星轨道会产生误差，而卫星星历是由监测站推算处理的，那么其提供出的卫星位置与卫星实际位置也就会产生一定偏差。GPS测量误差的重要来源就是星历误差，那么要是定位精度的要求在1ppm以下时，那么轨道误差就可以忽略不计。而一些精度要求比较高的，就可以利用同步观测值的求差来消弱轨道误差的影响，特别是在基线比较短的时候，这种影响会更不明显。

2、天线中心位置所导致的偏差

GPS所测量的观测值都是通过卫星再去接受机天线的相位中心距离，那么天线对中也就是将天线几何中心来作为标准的，所以天线几何中心与相位中心就一定要一致，但是实际上相位中心的位置会随着信号输入方向、强度的变化不断发生变化的，那么这个时候相位中心理论位置就和与瞬时位置产生差异，最终这个差异也就形成定位误差。

3、对流层的信号传播延迟

出现对流层延迟的原因，主要是电磁波信号在通过对流层的时候，其传播速度和真空中光的传播速度不同所引起的。其中又分为干大气分量和湿大气分量，在低仰角的时候其能够达到20米。其中干大气分量大概占有80%至90%，这点能够利用模型将其大部分进行改正。大气分量所占用的数值虽然不大，但是它随着纬度和高度出现的变化，而随之变化。也就是说纬度和高度越高，其变化值也随之相应的变高，并且除此之外还随着时间变化的非常快。在实践中对于空气中的水汽与干气非常的难以预测，因此在实践当中进行大气测试，通常都是干气和湿气两者融合在一起的数值，所以对于准确性就显得难以做出有效的判断。然而在电流层延迟和电离层延迟之间没有多大的变化，所出现的主要影响是天顶方向。由于他们之间具有相关性，在短基线测量中，对此能够很好的进行消除，在长基线测量中采取双频接收机也能很好的减少其影响。

4、电离层的信号传播延迟

信号在传播的过程中引起延迟的原因是电离层，其主要是和沿用卫星与用户使用的接收机视线方向所呈现出来的电子密度有关，接收视线方向如果处于垂直视线，那么所体现出来的延迟值在夜间平均可以达到三米，在白天的时候延迟值可以达到十五米，然而在低仰视角度情况中，所出现的延迟值分别是九米和四十五米，并且在反常时期所出现的延迟值还会进一步增加。

5、观测误差

根据经验，一般认为观测的分辨误差约为信号波长的1%。故知道载波相位的分辨误差比码相位不小，由于此项误差属于偶然误差，可适当地增加观测量，将会明显地减弱其影响。接收机天线相对于观测站中心的安置误差，主要是天线的置不与对中误差以及量取天线高的误差，在精密定位工作中，必须认真，仔细操作，以尽量减小这种误差的影响。

二、GPS测量误差的控制措施

1.将电离层出现误差而引起的影响予以降低的措施

（1）采用双频观测。双频观测主要是通过P1以及P2码将两个伪距予以测量，按照电离层的折射以及信号频率相应特性，在对这两个伪距进行观测所得值中可以将电离层的折射改正数求出，进而观测结果所出现的误差就可以改正。（2）通过电离层改正的模型进行修正。（3）通过同步观测值进行求差。利用用两台接收机于基线两端同步进行观测而且取其观测量之间的差，能够将电离层折射而带来的影响予以有效降低。如果两观测站之间的距离相对较近的情况下，因为卫星到两观测站电磁波传播的路程上大气状况相差无几，所以大气状况在系统影响方面就能够利用同步观测量之间的差值予以降低。

2.将多路径误差的影响予以降低的措施

（1）站点选择要合理。多路径误差及关系到卫星信号的方向以及反射的系数，同时还关系到反射物与测站之间的距离，因此在实际进行定位测量工作过程一定要利用有效的措施将误差带来的影响予以降低。测站要距大面积平静水面一段距离，而对于灌木丛、草以及其他地面植被而言可以有效的地对微波信号的能量予以吸收，在设站地址的选材中是最为理想的情况。土地经过翻耕之后与其他粗糙不平的地面之间具有很差的反射能力，在此设置站点同样为最佳选择。同时，在进行选择测站的时候应该避开山坡、山谷以及盆地，防止反射信号由天线抑径板的顶端进入到天线内，出现多路径的误差情况。（2）接收机天线方面应该注意的问题。接收天线在各个极化特性的反射信号中的抑制作用应该较强。在进行静态定位过程中在长期进行观测之后，将大大降低多路径误差所带来的影响。

3.确定GPS的卫星轨道

通过区域性的GPS跟踪网将对GPS卫星轨道予以确定。跟踪站地心的坐标出现的误差影响的卫星轨道为10倍甚至以上。所以，应利用2m以上精度的卫星轨道一定保证跟踪站坐标精度在大于0.1m。从研究资料看来，通过强约束全球站松弛轨道的加权约束基准的办法，所取得的相对坐标值将在5cm以上，基本上达到我国现目前进行区域性定轨的要求。

3.探测以及修复周跳

对周跳进行处理可分作两步进行：在观测数据内将所有的周跳进行探测并予以修复处理，进行探测以及修复周跳过程中均应该在观测数据进行预处理的过程中进行。在GPS相对定位中进行处理周跳是非常繁琐的工作，所以要尽量防止出现周跳现象。这样，就应该利用仪器来检定仪器的本身，进行测定之后保证其质量之后才可以进行测量作业，进行测量作业的时候要避免多路径对其产生影响，防止出现失周的情况。

4.安置测站

在进行测站的选择的时候应该避免山坡、山谷以及盆地，要与大面积平静水面以及高层建筑物和广告牌等（就是净空）离开一段距离。最佳的测站为具有较差的反射能力下的粗糙地面，这样，可将多路径的误差予以降低。同时，长时间进行观测，所选的接收天线配有抑径板同样能够将多路径误差予以有效降低。所选的截止高度角应该合理，就可以对电离予以延迟以及限制。

三、结语

GPS在测量过程中具有不稳定性，经常会由于一种或多种因素出现误差。要最大程度的降低这些误差，则需要对这些误差原因进行深入分析，根据分析结果制定相应的解决对策。此外，也要注意规范作业过程，制定具体的制度，这样才能够保证准确数据的获得，才能够保证GPS系统的合理有效。这也是本文写作的目的所在。

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