+ 刘天雄

美国为了统一无线电导航手段，取代奥米加、罗兰C等众多地基无线电导航系统，并实现高精度、连续、三维定位与测速，美国国防部于1973年批准GPS全球定位系统计划，组织设计了GPS系统方案：卫星轨道高度为20230km；卫星数量为24颗并分布在6个轨道平面上；用户可以同时看到6～11颗卫星；有两个导航信号L1和L2，L1:1575.42MHz，L2:1227.60MHz；采用了卫星无线电导航业务RNSS（Radio Navigation Satellite Service）伪距测量原理实现位置解算。

一、定位精度、误差与偏差的概念

GPS系统基于被动式采用了RNSS测距原理，即GPS接收机测量来自GPS卫星的导航定位信号的传播时延，从而测量到GPS接收机到GPS卫星之间的距离，进而将它和GPS卫星在轨位置（动态已知点）联合解算出接收机的三维坐标。由此可见，GPS卫星导航定位误差主要来自GPS卫星信号的自身误差、信号的传播误差以及GPS接收机的测量误差。

对GPS卫星导航而言，精度（accuracy）定义为位置或者速度的测量值与真实值的符合程度，导航系统精度通常用系统误差的统计量度表示。在GPS定位测量中，不仅存在测量误差（error），而且存在偏差（bias）。例如，导航卫星的星载原子钟不仅存在时钟偏差（每一颗GPS卫星的时钟相对于GPS时间系统的差值），而且存在时钟误差（GPS卫星的星载原子钟虽然具有极其高的精度，但并不完美，总会存在一些误差。原子钟的一项重要指标是稳定度，目前原子钟的“天稳定度”一般为1E-13，这意味着原子钟一天的误差为8.64ns,对应的测距误差为2.59m）。再如，地球大气中的电离层和对流层会改变导航信号的传播，其影响也存在偏差和误差。……