影響GPS測高因素的探討

摘 要：數字化技術的應用大大的拓展了各行各業的經營業務領域，尤其是從GPS技術應用以來，許多行業的勞動強度都得到了解放，工作的效率也得到了大幅提高。在測繪行業中，這幾年也逐漸引進了GPS技術，并且這種技術的應用已經得到了測繪工作者的喜愛和認可，在較長的一段時間里GPS技術將成為測繪行業的主流技術。但GPS技術在面臨測高的問題中還存在一定的制約，還有待進一步的研究和解決。本文就GPS測高中可能存在的影響因素進行分析并提出解決的方法和措施。

關鍵詞：GPS測量 精度 應用

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（b）-0040-01

1 影響GPS測高精度的因素

1.1 衛星的非均勻分布

高度的測量相對于平面位置的確定來說存在一些差異的地方。在平面測量定位的過程中，我們可以通過觀測時間段來確保衛星的分布基本呈對稱狀態。對稱的分布狀態能消除或削弱距離測量中的偏差及衛星信號傳播過程中的大氣延遲誤差、星歷誤差等，這樣就能提高位置確定的精準性。但是測高的過程中，衛星總會處在一種不對稱分布的狀態，這樣給高度的測量造成不可避免的系統誤差[1]。

1.2 對流層延遲的影響

大氣的狀態對測高的精度存在一定的影響，理想的大氣狀態下測高較特殊大氣狀態下的測高精度高。考慮到這一影響因素，我們在測高的過程中往往會采用對流延遲修正的方法。但實際的大氣狀況較為復雜，并不是一個簡單的模型就能代替的，這個模型在修正上也存在一定的誤差，因此，測高的精度受到了對流層延遲改正的殘差影響后效果會不如平面位置的精度。

1.3 星歷誤差

星歷誤差也是造成GPS測高精度降低的一個因素，我國的GPS技術還處于發展不太成熟的階段，現今民用的GPS技術廣播星歷的誤差和測量精度都有待進一步改善[2]。

1.4 基線起算點的坐標誤差

解算基線向量時須用到該基線向量的一個端點的坐標作為起算點數據。該起算點的坐標誤差會影響基線向量的解算結果。在一般情況下，若起算點的水平坐標有10 m的誤差會使解算出來的基線向量在垂直面上旋轉2.9×10-7弧度，或者說使10km長的基線向量的高差將產生2.9 mm的誤差[3]。

1.5 其它誤差

除了上述因素之外，還有許多因素影響測高的精度，如多徑誤差問題，天線的相位誤差等等。這些誤差因素的累積作用使得GPS的測高精度受到了較大影響，要提高GPS的測高精度就要注意改善這些制約因素對測高的影響。

2 提高GPS測高精度的方法與措施

針對以上這些影響GPS測高精度的制約因素，我們可以采用適當的方法來消除或者減弱各種影響作用。

2.1 改善衛星不對稱對測高的制約

測高過程中GPS的衛星分布不對稱已經是不可改變的固有物理特性。這一固有物理特性我們不能夠改變，但是我們可以縮小測距誤差來減少這種衛星不對稱分布給測高帶來的不利影響。此外還可以改變基線的長度，嚴格按照專業標準限制來操作，調整基線誤差信號的相關性來減少衛星不對稱分布對測高的影響。

2.2 建立綜合的對流層延遲誤差補償模型

對流層延遲對測高的影響可以采取一些措施來進行誤差補償。在日常生活中，對各種不同氣象條件下的對流層延遲進行統計分析，設立一個精確的模型來反映誤差的敏感程度。這需要綜合考慮到溫度和適度的影響，對不同的溫度和濕度給出具體的誤差補償方案和參數值，兩者進行結合考慮，綜合擬定最終的誤差補償方案。在進行對流層的延遲誤差修正過程中還要考慮到地域因素的隱形關系，不同的地域可能會有不同的大氣情況，其中的一些參數和狀態并不是完全一致的。這需要根據具體的情況進行的分析，在確定適合當地區域的誤差參數。在同一地區進行觀測的過程中，我們可以輪流將一些參數進行設定，將其中的某一參數設定為未知，然后再根據所得的參考數據進行反推，逐個確立各影響因素給對流層帶來的延遲結果呈哪種具體的數學關系。這可能要進行大量的數據的和模型的擬合。對測量的儀器也必須進行重視，保證其精度和靈敏度，一旦發現儀器出現問題就要進行更換或修理。對技術人員要進行嚴格的培訓和考核。選擇測站時應注意使測站附近的小環境盡可能和周圍的大環境保持一致以減少測站上的氣象元素的代表性誤差[4]。

2.3 減小星歷誤差

在進行精密定位時用ds/s=db/b來計算衛星星歷誤差的影響。在這里ds和s分別代表星歷誤差以及衛星到測點的距離，而db和b分別為基線誤差和基線長。當衛星位置有25 m的誤差時會使基線產生1 ppm的相對誤差。在GPS測高定位中，精密的星歷是不可缺少的。精密的星歷系統需要投入大量的科研精力和經費。在這方面我國近年來已經著手GPS衛星的跟蹤建網研究，在這方面已經取得了一定的成績。目前，對于20 km以下的短基線而言星歷誤差的影響一般可忽略不計。

2.4 降低基線起算點坐標誤差

解算基線向量時，必須要采用高精度的起算點坐標，這樣能降低誤差影響。在進行起算點的坐標定位過程中盡量不去使用單點定位的形式獲取坐標結果，單點定位會造成很大的誤差影響高程分量的精度計算。可以采用有以下兩種形式來獲取基線向量，一是解算出基線向量后，再將網中所有測站的單點定位結果通過基線向量傳遞到同一點上取中數后作為全網的起算坐標，然后再通過基線向量求出各站較為準確的測站坐標，重新解算基線向量。這種方法的精度取決于網中的測站數及觀測的時段數，一般可達米級精度；二是與附近的已知點聯測求得較為精確的起始坐標。我國高精度GPS空間定位網布設完畢后將為聯測工作提供極大的方便，這個問題將會得到較好的解決。

2.5 采用雙頻改正的方式降低電離層延遲誤差

電離層延遲誤差也是一個對GPS測高精度影響較大的因素，曾被認為是造成GPS定位影響最大的因素。在這方面很多學者和專家都進行了一些研究來進行改善。目前，我們可以采用雙頻改正甚至多頻改正的方式措施來彌補單頻工作的不足之處，這樣能有效將誤差的程度大大降低[5]。

3 結語

綜上所述，要改善GPS中影響測高的因素，就必須針對衛星的不對稱分布產生的影響、對流層延遲、星歷誤差等因素的特點逐個采取改進的方案，逐步提高GPS的測高精度。相信經過這一系列的措施，充分利用科技手段就能精準的進行GPS測高和定位。

參考文獻

[1]郭革新，赫建忠.GPS測高的局限性與可能性評述[J].全球定位系統，2000.

[2]葛章發，黃倫春.影響GPS測高因素的探討[C].地理空間信息技術及其應用論壇論文集，2005.

[3]翟俊素.GPS測高精度的探討[J].山西焦煤科技，2004.

[4]邵曉茹.GPS測高的限制性與可行性研究[J].中國新技術新產品，2009.

[5]顧勇毅，張亮.論GPS測高的限制性與可行性[J].科技信息（科學教研），2007.