王淑洁

摘要：本文介绍了GPS接收机的组成、工作原理以及影响GPS静态测量的因素，着重分析了GPS接收机静态精度的各种误差，以及在检定GPS接收机标称精度合理表达方式。

关键词： 静态测量精度 固定误差 比例误差 标称精度

Abstract: this paper introduces the GPS receiver composition, working principle and influence factors of GPS the static measurement, this paper analyzed the GPS receiver static precision of the various error, and the GPS receiver verification nominal precision reasonable expression.

Key words: the static measurement accuracy fixed error ratio error nominal precision

中图分类号：P123.2+2文献标识码：A 文章编号：

一、引言

近年来，辽宁省测绘仪器计量站检测了大量的多种类型的GPS接收机，包括测地型、导航型、以及各种差分型的接收机。检测时我们都知道，影响标称精度的因素很多，如：自然因素、仪器本身因素、人为因素等，实际上很难达到仪器生产厂家给出的精度。所以如果不科学的、规范的表述GPS接收机标称精度，很容导

致对使用者的误导。测量型GPS接收机的静态测量精度一般以下式表示：

a + b * D（1）

数值 属性 单位

a 固定误差 mm

b 比例误差 mm/km

D 基线长度 km

这种表示方式和目前的测距仪、全站仪的距离测量精度表示方式完全一致，目前市场上常见接收机静态测量标称精度中，a的标称值一般是从1mm到10mm，b的标称值一般是1mm/kmm和0.5mm/kmm。

这种表示GPS接收机的静态标称精度的方法是否合理和科学呢，我们从静态测量过程中的误差来分析。

一、GPS接收机的组成及其工作

GPS主要有空间卫星星座、地面控制站及用户设备三部分构成。GPS空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星构成。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道平面的倾角为55°，卫星的平均高度为20 200km，运行周期为11 h 58 min。卫星用L波段的两个无线载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号，导航型号中含有卫星的位置信息，使卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻、在高度角15°以上，平均可同时观测到6颗卫星，最多可达到9颗。GPS地面监控站主要由分布在地球的一个主控站、三个注入站、和五个监控站组成。主控站根据各监控站对GPS卫星的观测数据，计算各卫星的轨道参数、中差参数等，并将这些数据编制成导航电文，传送到注入站，再由注入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。GPS用户设备，GPS卫星接收机的基本结构有天线单元和接收单元两部分。天线单元的主要作用是：当GPS卫星从地平线上升起时，能捕获、跟踪卫星，接收放大GPS信号。接收单元的主要作用是：记录GPS信号并对信号进形调节和滤波处理，还原出GPS卫星发送的导航电文，解求信号在站星间的传播时间和载波相位差，实时地获得导航定位数据或采用测后处理的方式，获得定位、测速、定时等数据。

二、GPS接收机静态误差的分析

由GPS工作过程我们可以看出，导致GPS系统的误差一般分为三部分：与GPS卫星有关的误差、与GPS信号传播有关的误差以及与GPS接收机有关的误差，其中与GPS卫星有关的误差包括卫星星历误差和卫星中差，与GPS卫星信号传播路径有关的误差主要包括电离层延迟、对流层延迟和多路径效应，与GPS接收机有关的误差主要包括天线相位中心变化、接收机钟差、接收机内部燥声水平以及接收机间信号延迟等。另外在静态测量和数据处理过程中对测量结果带来的直接影响的因素还包括测站观测环境、观测时段卫星分布（DOP）以及采用的数据处理软件等。

1、卫星轨道误差是与GPS卫星相关误差中对GPS应用影响最大的误差。它对精密相对定位（静态测量）的影响可以表示为：

（2）

式（2）中： --为轨道误差带来的基线误差；L--为测站之间的基线长；D--卫星到测站的距离； --卫星的轨道误差；

由于广播星历是根据GPS控制中心站的观测数据进行外推的一种星历；虽然SA政策取消后广播星历的精度有了很大的提高，由于衛星受到各种摄动因素的影响，依据广播星历计算出来的GPS卫星轨道精度应然是很差的，在目前关于广播星历的精度上没有统一的说法，有学者研究目前根据广播星历计算得到的轨道误差与IGS精密星历相差约3米，当太阳活动剧烈时其误差应可达到十几米，欧洲学者的报告中显示一般状态下广播星历的误差达2米。我们取一般状态下轨道误差3m，卫星到测站的距离为20000km，由式（2）可得：

(3)

由此可见在理想状态下广播星历轨道误差将给静态测量带来将近0.15ppm的系统误差，在太阳活动剧烈时，取广播星历轨道误差10m将给静态测量带来将近0.5ppm的系统误差，当采用精密星历时，由于精密星历的精度一般优于5cm，由（2）式可知星历误差的影响完全可以忽略不计。

2、在静态测量中一般采用的是双差固定解作为比较理想的数据处理结果，在组成双差观测方程时首先利用经验模型将GPS信号传播路径上的对流层影响部分改正和消除，然后将残差部分视为具有强相关性而给予消除，目前常用的计算对流层天顶方向延迟三个数学经验模型是Hopfield模型、 Saastamoinen模型、 Black模型，利用这些模型可以消除对流层影响的95%，取对流层在天顶方向延迟为2.3米（一般经验值），经过模型修正后还残留0.1米的对流层延迟。

对流层对静态测量高程和基线的影响可以分别表达为：

（4）

(5)

式（4）、（5）中： --测站高程误差； --对流层在天顶方向上的相对延迟； --基线误差； --观测卫星的最大高度角；L--基线长度；R--地球半径；

在理想状态下，模型修正误差为10%，取卫星高度角为55°，测站对流层相关度95%，根据式（4）、（5）可以得出对流层高度的影响约为8.7mm，对基线的影响约为0.027ppm，因此在理想状态下对流层对基线长度的影响完全可以忽略不计，但是当测站间距离增加、观测时采样截至高度角降至5°以及测站间气象环境相差较大时，以上理想状态不在成立，对流层对基线长度的影响可以达到0.3ppm，此时则必须加以考虑。