研究GPS测量的误差影响及应对措施

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  摘 要:当前,在世界范围内,GPS测量作为一种测量技术被广泛应用于各类勘测工作之中。这一测量技术相比于传统的测量技术更为方便精确。但是由于一系列影响因素的存在,目前GPS测量还存在着许多误差。这些误差的存在严重影响了数据的真实可靠性,对后续的工作或实验等都带来了不小的问题。正是由于这些影响因素的存在,使得GPS测量技术无法发挥其在多项工作中的重要作用。因此,找出问题并探寻应对的措施具有现实意义。本文通过分析并研究GPS测量的误差影响以及目前存在的一些问题,从实际情况出发,提出一些应对措施,以望能更好得完善GPS测量这一测量技术,保证测量数据的真实性、准确性。
  关键词:GPS测量;测量误差;应对措施;探索研究
  GPS测量是通过地面接收设备接收卫星传送来的信息,计算同一时刻地面接收设备到多颗卫星之间的伪距离,采用空间距离后方交会方法,来确定地面点的三维坐标。因此,对于GPS卫星、卫星信号传播过程和地面接收设备都会对GPS测量产生误差。主要误差来源可分为:与GPS卫星有关的误差;与信号传播有关的误差;与接收设备有关的误差。本文通过对GPS测量误差的分析和误差的来源的研究,从而得出GPS测量的误差影响。先概述GPS的基本概念,接着分析误差来源,最后得出相应的措施。在当前技术条件下,无论是何种测量技术都会存在一定的测量误差,其间的差别只是误差的大小以及误差是否处于合理范围之内。GPS测量技术是当前一种较为先进、方便的测量技术。相比于传统测量方式,它所测量出来的数据更加准确,适用范围更加广泛。在当前,如何降低测量数据的误差值是应该被给予重视的问题。只有尽可能地降低测量误差,将测量误差控制在合理范围之类,才能保证数据的可用性。当前随着建筑业等的飞速发展,对测量数据的准确性的要求也越来越高。所以在此现状之下,加强对GPS测量的误差影响的研究,不断探索相应的解决措施具有重要的价值。本文对GPS测量的几种误差进行研究分析,并提出几点对应的降低误差的措施,望能不断完善GPS测量这一测量技术。
  1 造成测量误差的主要因素
  在GPS的实际测量操作中,由于其依托于卫星技术等多项技术。特别是卫星技术,在卫星传播过程中导航电文的参数值存在误差,包括卫星时钟误差和星历误差。其次,GPS测量技术主要靠GPS信号的传导,但是在实际的信号传送过程中,由于传播介质的不单纯性,会造成一些难以避免的误差。除此之外,还与GPS测量的工具有关,包括接收机自身发出的噪音引起的误差和多径效应[1]。
  2 GPS测量的误差影响及应对措施
  2.1 与控制段有关的误差影响和应对措施
  对于该类因素导致的误差,一般被业内归类于系统误差。这其中主要包含钟差、频偏等等影响因素。在实际的测量中,这些因素造成的误差一般在1ms之内,但是当信号被接收机接受后,在距离上的体现的偏差较大,一般偏差大概为300km。这一距离的误差无法满足当前对于测量精确度的要求。目前,对于该类因素造成的GPS测量误差,一般有钟差改正法和差分法两种方法来降低测量的误差。在GPS测量中,一般是将卫星星历作为起始数据,后续的数据都是基于这一数据来进行测算。在将卫星星历传送到测站坐标的时候,卫星星历的误差会影响到测量的数据的准确性。
  对于星历误差而引起的GPS测量误差,我们可以采用相位观测量求差的方法来尽可能的减少测量的误差。通过这种方式,我们能计算出准确性较高的相对坐标。当我们进行距离较长,对测量的精确性要求较高的测量时,可以选择精密的星历来进行初始点的定位,来尽量降低测量过程中形成的误差。
  2.2 与卫星传播有关的误差影响及应对措施
  GPS测量是依靠卫星的信号传播的,但是在信号传递的过程当中,由于传递介质的不单纯性,会造成一些误差。主要是大气层对卫星信号的折射影响。当我们讨论这一影响因素时,应从两类折射情况进行分析。
  电离层折射:
  电离层是大气层中的一个电离区域,离地面大约50km一直向上大约1000km的高层大气都属于电离层的范围。在这一区域内,存在着数量庞大的自由电子和离子,对无线电波的传播速度会造成一定影响[2]。电离层也是卫星信号必经的一块大气区域,所以为了降低GPS测量的误差影响,必须要减少电离层折射对测量的干扰。
  在当前技术水平下,我们主要采用的方法是利用倾斜因子系数来进行计算分析,尽可能减少电离层折射给测量数据带来的偏差。除此之外,还能选择合适的时间段,测量人员在观测站进行同步的观测,然后采用同步观测量求差的方法来进行应对。
  2.3 对流层折射
  相比于电离层对卫星信号传播速度的改变,对流层折射对GPS测量的影响主要在于对信号频率造成的误差。当前,世界范围内对于对流层传播的研究较多,且与通信技术的联系日益密切,并在这一领域出现了不少的优秀研究成果。对于降低对流层折射对GPS测量造成的誤差,目前主要是利用对流层模型以及相应的映射函数来尽可能地降低GPS测量的误差影响。
  3 与接收机有关的误差影响及应对措施
  在实际的测量过程当中,由于测量器具的精度、质量或一些其他因素的影响,总是存在一些误差。在GPS测量中,主要是接收机对于误差形成的影响较大。在当前技术条件之下,接收机无法达到我们所希望的理想状态。在实际的使用过程之中,接收机对于信号变化的追踪难以同步进行反应,出现一点的延迟和偏差。主要是由于一些噪音对信号的干扰,导致出现接收机对信号接收出现误差。当这些看似细小的误差反应在数据上时,就会造成较为严重的偏差,达不到测量精度的要求。
  针对这一方面的误差,我们主要是采用差分法,或者是在求解的时候将接收机的钟差作为独立未知数[3]。
  参考文献
  [1]陈志川.研究GPS测量的误差影响及应对措施[J].科技传播,2013,(2):282.
  [2]杨祥平,杨旭.GPS测量的误差来源分析与应对措施[J].城市建设理论研究,2013,(12):175.
  [3]朱云峰.GPS定位误差分析与应对措施[J].葛洲坝集团科技,2015,(1):54-55.
  (作者单位:中国石油大学)
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