卫星导航系统简介

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卫星导航系统Global Navigation Satellite System

卫星导航系统课程 组

自动化学院

哈尔滨工程大学

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第六章卫星导航系统误差分析

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本章内容安排

卫星定位误差来源 卫星定位误差分类及影响 定位误差消除(消弱)方法 定位误差消除(消弱)

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卫星导航系统误差概述卫星导航定位是通过地面 接收设备接受卫星 播发的信息来确定其位 置和速度的系统。 置和速度的系统。

通过测量四颗卫星到接收机 的距离， 的距离，结合卫星的空间 位置， 位置，可以解算出用户接收 机的位置坐标值。 机的位置坐标值。

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用户真实路径与测量路径

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信号真实传播路径

大气层

实体

金属

电磁场

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卫星定位误差分类误差

系统误差

偶然误差

星历误差

信号的多路径效应

偶然测量误差

影响大卫星钟差

大气折射

接收机时钟误差

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误差分类及影响误差来源 星历误差 与卫星有关的误差 时钟误差 相对论效应 电离层延迟 与信号传播有关的误差 对流层延迟 多路径效应 时钟误差 与接收机有关的误差 位置误差 天线相位中心变化 其他误差 地球潮汐 负荷潮 1.0 1.5-15.0 1.5-15.0 1.5-15.0 对测距的影响

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与信号传播有关的误差

与信号传播有关 的误差

电离层折射

对流层折射

多路径效应

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电离层与对流层

电离层 对流层

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电离层折射误差由于电离层中气体分子受到太阳等天体的射线的辐射， 由于电离层中气体分子受到太阳等天体的射线的辐射，产生 强烈的电离，形成大量的自由电子和正离子。 强烈的电离，形成大量的自由电子和正离子。对卫星信号产 生影响，使信号路径发生弯曲，传播速度也受影响。 生影响，使信号路径发生弯曲，传播速度也受影响。 卫星至接收机的真正距离s 卫星至接收机的真正距离s为：

其中 s =

ρ + d io n 而ρ = c t

d ion

40.28 = c 2 ∫ N e ds f s

因此可以看出， 因此可以看出，电离层改正的多少取决于电子的总量和信号 的频率。 的频率。

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电离层折射误差电离层误差特点 (1)对于同一个测站，不同观测方向上的电离层延迟误差不 对于同一个测站， 天顶方向的电离层误差最小。仰角越低的方向， 同。天顶方向的电离层误差最小。仰角越低的方向，电离层 误差越大。 误差越大。 (2)不同测站的电离层延迟误差不同。这是由于不同地点的 不同测站的电离层延迟误差不同。 地方时，季节不同。当两点相距不远时，观测同一颗GPS GPS卫星 地方时，季节不同。当两点相距不远时，观测同一颗GPS卫星 电离层误差的相关性很强。 时，电离层误差的相关性很强。可以近似认为电离层延迟误 差基本相等。 差基本相等。

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对流层折射误差

对流层的大气密度比电离层更大，大气状态也更复杂。 对流层的大气密度比电离层更大，大气状态也更复杂。对流 层从地面得到辐射能量，气温随高度上升而降低。因此， 层从地面得到辐射能量，气温随高度上升而降低。因此，卫 星信号通过对流层时，路径也发生弯曲。 星信号通过对流层时，路径也发生弯曲。

对流层的折射，与地面气候，大气压力温度湿度关系密切。 对流层的折射，与地面气候，大气压力温度湿度关系密切。 因此折射更加复杂。对流层折射影响与信号高度有关。 因此折射更加复杂。对流层折射影响与信号高度有关。

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多路径效应多路径是指卫星信号通过多个不同路径传到接收到卫星信 号的同时，还可能收到经天线周围地物反射的卫星信号， 号的同时，还可能收到经天线周围地物反射的卫星信号，多种 信号叠加就会引起测量参考点(相对中心)的位置变化， 信号叠加就会引起测量参考点(相对中心)的位置变化，这种 由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应称为多路径效应。 由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应称为多路径效应。

直接信号 多路径效应

折射物

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多路径效应

反射信号多经过的路径长度为误差 = GA OA = GA(1 cos2z) = H (1 cos2z) = 2H sin z sin z

反射波和直波间接相位延迟

θ =

2π

λ

= 4π H sin z λ

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多路径误差的解决方法多路径误差不仅与反射系数有关，也和反射物离测站的距离 多路径误差不仅与反射系数有关， 及卫星信号方向有关，无法建立准确的误差改正模型， 及卫星信号方向有关，无法建立准确的误差改正模型，只能恰当 地选择站址，避开信号反射物。 地选择站址，避开信号反射物。 解决方法： 解决方法： 选设点位时应远离大面积平静的水面， ①选设点位时应远离大面积平静的水面，较好的站址可选在地面有 草丛、农作物等植被能较好吸收微波信号的能量的地方； 草丛、农作物等植被能较好吸收微波信号的能量的地方； ②测站附近不应有高层建筑物，观测时测站附近也不要停放汽车； 测站附近不应有高层建筑物，观测时测站附近也不要停放汽车； ③测站不宜选在山坡、山谷和盆地中。 测站不宜选在山坡、山谷和盆地中。