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卫星导航主要有哪些误差来源?

2019-07-24 15:35 编辑:采集侠

人们常常说:“卫星导航玩儿的就是高精度”,此话不假。在现代的各种各样导航系统中,卫星导航的确是定位精度最高的。这得益于使用了精度最高的原子钟时间源和时间测量技术。卫星导航的测量误差来源于噪声和偏差,重要误差来自三个方面:运行控制系统相关的误差,主要是卫星星历和星钟的误差;与卫星信号从卫星至接收机的传播过程有关的误差,主要是电离层和对流层引起的误差;与接收机和接收机环境有关的误差,主要来源是接收机噪声和多径效应。除此之外,影响最终定位精度的因素是与参与定位结果计算的卫星在天空中的几何分布图形密切相关,成为误差放大的几何因子系数。在卫星信号受到外界物理遮挡,不仅仅是增加多径效应的几率和严重性,而且会恶化几何因子系数,当然在GNSS多星座工作条件下,由于可用卫星数量明显增加,该因子系数会大大地得到改善。

卫星导航主要有哪些误差来源?

  图36. 美国GPS取消SA前后测量到的水平与垂直的明显变化

  所谓的导航接收机噪声误差是指信号的伪随机(PRN)码噪声(约1m)和接收机内部噪声(约1m)的组合效应。所谓偏差是由可用性选择和其他偏差因素造成的。可用性选择(SA)是用可变的时间偏差对GPS信号进行人为恶化。SA是美国国防部用来限制非美国军事和政府用户的精度。由于SA的作用,使GPS C/A码测量精度从30m降到100m。从2000年5月1日午夜起SA已经终止,每个卫星信号的SA偏差是不同的,所以导致每个卫星用于导航解时,成为SA偏差组合函数。由于 SA 偏差随时间而变化,其低频项周期会超过若干小时,所以定位解或单独卫星的伪距在短于若干小时的周期上平均会无济于事。运用的差分改正更新速率必须低于SA和其他偏差的相关时间。其他偏差来源包括:未经控制段修正的星载时钟误差可能导致1m的误差;星历误差约1m;对流层时延约1m;非模化电离层时延可达约10m;多径效应约0.5m。

还有可能是人为或者设备失误,可能导致数百千米的误差,它的来源可能是控制段由于计算机或人为失误引起1m至数百千米的误差,也可能是用户的失误,包括大地基准的不正确的选择会引起1m至数百米的误差,还可能是接收机软件或硬件故障引起的误差,其大小范围具有一定的随意性。

总之,噪声和偏差组合构成的误差,对于定位解中所用的卫星典型的测距误差约为15m。

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