論GPS測量的誤差及精度控制分析

【摘要】近年來，GPS技術取得了重大突破和進步，在測量領域倍受青睞和尊重，而GPS技術在各行各業的應用也日益深入。然而，由于各種條件的限制和制約，GPS測量的誤差是無法完全避免的。隨著測量精度控制標準的不斷提高，分析誤差來源，采取創新的或優化的控制策略是非常必要的。本文對GPS測量的誤差及精度控制進行了分析，以期為GPS測量精度的研究提供參考。

【關鍵詞】GPS測量;誤差源;精度控制

GPS是全球定位系統，是時代發展和信息技術普及的必然結果。基于GPS技術的優勢，它逐漸沖擊了傳統的測量方法。GPS測量一般需要主控站，注入站和監測站的配合，具有三維坐標表示和全局性，測量時間短，全天候，高效性和連續性的特點。因此，GPS測量的應用已逐漸形成趨勢和潮流。目前，為了提高測量精度，為后續工作打下堅實的基礎，各行各業都需要將GPS測量的誤差降至最低，這對誤差源的探測產生了深遠的影響。只有加大對精度控制的重視和投入，才能促進GPS測量的可持續發展。

1、GPS測量技術的相關概述

GPS技術起源于美國，是20世紀70年代美國政府的軍事導航。隨著社會的發展和技術的成熟，GPS技術不僅局限于軍事服務，而且逐漸向公共領域傾斜和擴展。GPS系統由三部分組成，GPS信號接收器，GPS衛星星座和地面控制系統。工作原理是地面控制系統根據衛星組發送的信息計算，然后繪制三維坐標系，最后定位地面目標。目前，GPS技術已在現代測量中得到廣泛應用，其在測量領域的地位因其不可替代的作用和價值而具有無可比擬性。特別是在社會科學技術的推動下，GPS測量在接收，解碼信號和計算機數據處理方面不斷優化，并逐步向更加精確和方便的方向發展。

2、GPS測量誤差產生原因分析

根據GPS測量的原理和目標的確定，衛星、信號傳播和地面接收裝置都會導致測量誤差的發生，因此，分析GPS測量誤差的原因應從以下三個方面入手：

2.1衛星軌道方面存在的誤差

測量過程中，首先需要確定衛星的位置，并通過星歷釋放衛星的位置，可以說星歷與衛星軌道是緊密相連的。衛星星歷的測量與跟蹤監測數據是分不開的，因為在地面接收和監測數據時，必然受到攝動力等諸多因素的制約，從而使發送到地面監測站的信號發生偏差，最終導致衛星軌道與星歷之間的誤差。此外，衛星的實際位置與星歷提供的坐標之間不可避免地存在測量偏差，其中星歷誤差是GPS測量誤差的主要原因之一。

2.2衛星傳輸信號方面存在的誤差

①GPS在衛星信號傳輸過程中，會受到功率層的影響，從而造成延遲。傳播效應也與電子密度密切相關，特別是低仰角和垂直方向引起的延遲差非常顯著，在異常期甚至更高。②由于GPS信號傳播形式使光在真空中的傳播速度有很大的不同，從而不可避免地會出現延遲。③多徑誤差也是影響信號傳輸誤差的一個重要因素。其原因是GPS信號在傳輸到接收天線之前會反復反射，影響到線性波信號的接收設備。

2.3地面接受裝置存在誤差

地面接收裝置的誤差是不可忽略的。①GPS觀測畢竟需要人工完成，測量人員的業務素質和業務能力已成為減少數據誤差的關鍵因素。測量設備的精度和先進性也會限制檢測數據的有效性，其中GPS信號接收天線關系到定位的精度和準確度。②在接收信號的過程中，容易受到位置的影響，信號強度不穩定，導致相位中心發生變化。此外，石英晶體振蕩器是GPS信號接收機中常用的器件，其穩定性具有一定的間隔范圍。一旦接收器時鐘偏離衛星時鐘，測量結果將受到影響。

3、GPS測量精度控制的有效方法

3.1加強衛星測控

為了控制GPS測量的精度，首先要加強對衛星精度的控制。從基本測量精度出發，可以取得較好的結果。在衛星精度控制中，有關人員應當明確影響衛星歷誤差的原因，加強對誤差的控制。同時利用GPS跟蹤網確定衛星軌道，嚴格控制和優化地心坐標精度，優化相對坐標值，提高GPS測量精度。同時，要對觀測到的衛星觀測值進行詳細記錄，以不斷提高星歷的誤差，提高星歷的精度，從而對GPS測量技術的精度控制進行綜合控制。

3.2加強信號傳播精度控制

在GPS測量過程中，電離層延遲，太陽氣壓和對流層折射是造成信號傳播誤差的主要原因。針對電離層延遲引起的精度誤差，應提高同步測量的范圍和效率，對電離層進行仿真分析，并通過實驗提高GPS測量的精度。針對對流層折射引起的誤差，一方面，有關人員應同步觀測和計算差值，以保證精度的持續性和有效性;另一方面，需要對對流層進行建模，掌握對流層參數，減少大氣對流層參數對信號的影響，降低GPS測量的精度。

3.3加強地面接受信號的控制

針對衛星信號接收過程中的各種誤差源，應做好以下幾個方面的工作：一是提高工作人員的業務水平，保證地面接收機的靈活操作，保證測試的有效性，有效避免誤差的產生，嚴格控制GPS測量的精度。其次，在測繪儀器技術不斷更新的過程中，接收機的性能也要不斷更新，以保證兩者的一致性，減少誤差的產生。同時，對儀器的性能進行定期檢查，保證儀器性能良好，以保證被檢信號的準確性，減少測量誤差。第三，要不斷加強對觀測人員的培訓，確保觀測人員重視誤差源的控制，確保數據采集，數據整理等的專業性和科學性，加強精度控制力度。最后，注意天線中心位置的控制，確保天線幾何中心與相位中心重合，全面控制GPS測量精度。

結論：

GPS測量誤差源的控制是GPS技術應用中需要考慮的主要問題。為了解決誤差源問題，促進GPS測量水平的提高，必須正確認識測量誤差的具體表現，包括接收機誤差，信號誤差本身和信號傳輸誤差，并根據其誤差特性選擇合適的精度控制方法，從而進一步提高GPS測量水平。

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作者簡介：

肖永飛，男，1980.07，陜西西安人，本科，工程師，研究方向： GPS測量及數據處理，水準測量及數據處理，航空攝影。