王友+冯胜涛+刘垚

摘 要 随着GPS技术在各行业领域的深入应用，对其测量精度控制也提出更高的要求。然而GPS测量实际开展中，仍有较多误差源存在，极大程度上制约测量精度的进一步提高，要求做好误差源分析并采取相应的控制策略。本文将对GPS测量相关概述、SA影响与星历误差控制问题、对流层与电离层信号传播控制以及周跳问题与多路径误差的控制进行探析。

关键词 GPS测量；误差源；精度控制

中图分类号 P228.4 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）164-0197-01

在信息技术快速发展背景下，GPS新技术逐渐取代以往控制测量方式，其本身体现出观测时间短、定位精度高以及三维坐标的提供等，为测绘工作的开展提供坚实的技术保障。然而现行GPS测量工作开展中，误差源的存在仍较为明显，极大程度制约测量精度的进一步提高。因此，本文对GPS测量误差相关研究，具有十分重要的意义。

1 GPS测量误差相关概述

现行GPS测量工作开展中，产生误差的原因集中表现在接收机误差、信号传输误差以及信号自身误差等方面。以其中GPS接收机误差为例，一般表现在天线相位、码跟踪环、锁相环延迟以及通道间偏差等，而信号传输误差的产生主要表现在周跳、多路径传播、对流层延迟、电离层延迟以及太阳光压等方面。在信号自身误差方面，如SA的影响或轨道误差，都是造成误差的主要原因。从这些误差源内容中可发现，GPS技术应用下解决以往测量中图形布样、点间通视等问题，所以在设计GPS网中也极为重要。但实际设计中仍需遵循相关的问题，如GPS基线长度、GPS网闭合时网型结构、多路径影响的消除以及电磁波干扰问题的解决等。保证GPS定位往设置合理，才可使测量工作中GPS的优势充分发挥出来[1]。

2 GPS信号传输误差与精度控制

2.1 对流层延迟

关于对流程延迟，其产生的原因可归结于与真空光速相比，对流层中电磁波信号传输速度处于滞后状态。由于对流层中空气主要以干大气、湿大气等分量为主，测量时极为困难，尽管有研究中提出相关的实用模型，但误差源仍表现在对流层延迟方面。实际解决该误差源中，可引入相关的函数逼近方法、随机过程模拟等，实现模拟改正目标。另外，与电离层延迟相同，对流层延迟所带来的影响集中表现在天顶方向方面，可考虑将双频接收机引入，其对于长基线测量能够取得良好效果。

2.2 电离层延迟

对于电离层延迟，其一般受接收机电子密度存在较大关联，有实践研究表明，白天环境下垂直方向的延迟值会保持为15m左右，夜间为3m延迟值左右。若从低仰角观察，延迟值在白天与夜间甚至可保持在45m、9m。这种电离层延迟极大程度上导致定位精度难以保证，所以可在对GPS数据采集中引入双频接收机，对延迟问题实时改正，有利于延迟问题的解决。但需注意的由于地极、赤道等扰动问题的存在，单纯采用双频接收机仍难以达到改正电离层的目标。如赤道扰动问题，在电子含量无规律变化下，将导致反射、衍射等效应出现，进而使测量过程中有周跳问题存在。再如地极扰动问题，其多出现于强磁暴过程中，因极光不断延伸，向中纬度地区扩散，由此导致周跳频率上升。这些问题的存在，要求在实际解决中从周跳控制方面着手，避免测量结果因周跳问题而受到影响。

2.3 周跳问题

所谓周跳，又可被叫做失周，通常在观测过程中因某些原因的存在使接收机未能实时跟踪卫星，这样测量中便难以测出相位变化，对其叫做周跳。这种问题产生的原因主要表现在接收机质量、外部影响因素2方面。如接收机跟踪环路、电路干扰、信号处理单元不具有较高质量，这样便出现信号丢失、相位变化过于明显情况。而对于外部影响因素，如周边地形地物对卫星信号的阻挡、动态载体以极快的速度测量，也成为信号丢失的主要原因。同时，对于纬度、经度与高程，很大程度也受周跳影响。假定有一个周跳存在，其都会导致最终测定的结果出现几厘米、几毫米误差。因此，周跳的消除对于GPS定位测量极为重要。实际探测与修复周跳过程中，可采取2个步骤，包括：第一，在数据预处理阶段探测与修复周跳。该过程中主要利用相关仪器的对仪器本身进行测定，若在测量作业开展中，应注意对多路径影响问题进行控制，使失周问题得以解决。第二，在探测与修复周跳中，可引入相关的软件处理方式，如直接将专用算法器装设于GPS接收机中，这样可保证周跳被探测出来。

2.4 太阳光压问题

一般GPS卫星运行中，太阳光压影响多表现在摄动加速度方面，这样精密定轨容易受到影响。通常太阳强度、太阳照射面反射情况等极易影响辐射压力变化。或在卫星姿态控制失误、卫星材料老化等，使太阳光压受到影响。针对这种影响问题，可采取的方式如随机过程参数，其对于定轨精度提高可起到明显作用[2]。

3 GPS信号自身误差与控制

GPS信号误差主要为轨道误差。这种误差又被叫做伪距误差、星历误差，产生的原因可归结于大气阻力、摄动力的存在，如潮汐、太阳光压、地球引力场等，这些影响因素的存在很难使测量精度得以保证，由此造成轨道误差产生。当前GPS测量中逐渐将SA、AS技术等引入其中，这2种技术尽管为实际测量活动的开展提供重要保证，但其对定位精度的影响极为明显。这就要求在实际解决过程中，对GPS卫星轨道利用GPS跟踪网进行确定，保证跟踪地心坐标准确度较高。有实践研究发现，在解决信号自身误差问题中，常用的方式主要以加权约束基准为主，其能够保证相对坐标值更加准确，对于当前区域定轨的要求能够满足。除此之外，对于SA影响问题，也可考虑将实时差分定位引入其中，向移动站传输基准站获取的数据链，这样既可保证两站误差得以控制，SA带来的影响也能得到缓解，有利于导航定位精度的进一步提高[3]。

4 GPS接收机误差

现行GPS测量中，其接收机存在的问题多表现为天线相位中心偏差、锁相环延迟、通道偏差以及钟误差等。因此在控制中，需对GPS测量仪器性能进行分析，判断其可实现的精度水平。具体应用过程中，应以接收机检验作为前提。其中检验的项目主要体现在：检测设备内部噪声水平、测试设备高低温性能、检验频标稳定性、测试野外作业性能以及测试中心稳定性。另外，在对接收机误差控制中，也需对比单频接收机、双频接收机。一般单频接收机应用中，优势主要表现在故障概率较小、DODP码保密不会对单频接收机影响、10km以内边长测定精度高以及设备易携带等。但需注意单频接收机应用下，若保持20km～30km点间距离，对流层以及电流层等延迟将较为明显，而且在动态、静态测量中将耗费较多的时间。从双频接收机看，其优势集中表现为点位坐标受电离层延迟影响较小，而且测量时间较短。但却不具备单频接收机中的优势，所以在实际选择中应根据二者的优势与不足进行确定[4]。

5 结论

GPS测量误差源的控制是现行GPS技术应用中需考虑的主要问题。实际开展精度控制工作中，应正确认识测量误差的具体表现，包括接收机误差、信号自身误差以及信号传输中的误差，在此基础上结合各自误差特征选用相应的精度控制方法，这样才能解决误差源问题，推动GPS测量水平的进一步提高。

参考文献

[1]李团好.IMU/GPS辅助航空摄影测量误差源与定位精度分析研究[D].焦作：河南理工大学，2011.

[2]李涛，王磊，周光奎.GPS测量的误差及精度控制[J].能源与节能，2012（6）：78-79，85.

[3]齐利强.论GPS测量的误差及精度控制分析[J].科技创新与应用，2013（1）：55.

[4]李怡彬.GPS测量中的误差与精度控制研究[J].科技传播，2013（4）：93，76.