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GPS定位中出現(xiàn)的各種誤差,按性質(zhì)可分為系統(tǒng)誤差(偏差)和隨機(jī)誤差兩大類。

其中系統(tǒng)誤差無論從誤差的大小還是對定位結(jié)果的危害性來講都比隨機(jī)誤差大得多,而且它們又是有規(guī)律可循的,可以采取一定的方法和措施來加以消除。

一、誤差分類

GPS定位中出現(xiàn)的各種誤差從誤差源來講大體可分為下列三類:

1、與衛(wèi)星有關(guān)的誤差

(1)衛(wèi)星星歷誤差

由衛(wèi)星星歷所給出的衛(wèi)星位置與衛(wèi)星的實際位置之差稱為衛(wèi)星星歷誤差。星歷誤差的大小主要取決于衛(wèi)星定軌系統(tǒng)的質(zhì)量，此外與星歷的外推時間間隔(實測星歷的外推時間間隔可視為零)也有直接關(guān)系。

(2)衛(wèi)星鐘的鐘誤差

衛(wèi)星上雖然使用了高精度的原子鐘,但它們也不可避免地存在誤差,這種誤差既包含著系統(tǒng)性的誤差(如鐘差、鐘速、頻漂等偏差),也包含著隨機(jī)誤差。系統(tǒng)誤差遠(yuǎn)較隨機(jī)誤差的值大,而且可以通過檢驗和比對來確定并通過模型來加以改正;而隨機(jī)誤差只能通過鐘的穩(wěn)定度來描述其統(tǒng)計特性,無法確定其符號和大小。

(3)相對論效應(yīng)

相對論效應(yīng)是指由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所處的狀態(tài)(運(yùn)動速度和重力位)不同而引起兩臺鐘之間產(chǎn)生相對鐘誤差的現(xiàn)象。所以,將它歸入與衛(wèi)星有關(guān)的誤差類中并不準(zhǔn)確。但是由于相對論效應(yīng)主要取決于衛(wèi)星的運(yùn)動速度和所處位置的重力位,而且是以衛(wèi)星鐘的鐘誤差的形式出現(xiàn)的,所以暫時將其歸入與衛(wèi)星有關(guān)的誤差類中。上述誤差對測碼偽距觀測值和載波相位觀測值的影響是相同的。

2、與信號傳播有關(guān)的誤差

(1)電離層延遲

電離層(含平流層)是高度在60～1000km間的大氣層。在太陽紫外線、X射線、γ射線和高能粒子的作用下,該區(qū)域內(nèi)的氣體分子和原子將產(chǎn)生電離,形成自由電子和正離子。帶電粒子存在將影響無線電信號的傳播,使傳播速度發(fā)生變化,傳播路徑產(chǎn)生彎曲,從而使得信號傳播時間Δt與真空中光速c的乘積ρ=Δt·c不等于衛(wèi)星至接收機(jī)的幾何距離,產(chǎn)生所謂的電離層延遲。測碼偽距觀測值和載波相位觀測值所受到的電離層延遲大小相同,但符號相反。

(2)對流層延遲

對流層是高度在50km以下的大氣層。整個大氣層中的絕大部分質(zhì)量集中在對流層中。信號的傳播路徑也會產(chǎn)生彎曲。對流層延遲對測碼偽距和載波相位觀測值的影響是相同的。

(3)多路徑誤差

經(jīng)某些物體表面反射后到達(dá)接收機(jī)的信號如果與直接來自衛(wèi)星的信號疊加干擾后進(jìn)入接收機(jī),就將使測量值產(chǎn)生系統(tǒng)誤差,這就是所謂的多路徑誤差。多路徑誤差對測碼偽距觀測值的影響要比對載波相位觀測值的影響大得多。多路徑誤差取決于測站周圍的環(huán)境、接收機(jī)的性能以及觀測時間的長短。

3、與接收機(jī)有關(guān)的誤差

(1)接收機(jī)鐘的鐘誤差

與衛(wèi)星鐘一樣,接收機(jī)鐘也有誤差。而且由于接收機(jī)中大多采用的是石英鐘,因而其鐘誤差較衛(wèi)星鐘更為顯著。該項誤差主要取決于鐘的質(zhì)量,與使用時的環(huán)境也有一定關(guān)系。它對測碼偽距觀測值和載波相位觀測值的影響是相同的。

(2)接收機(jī)的位置誤差

在進(jìn)行授時和定軌時,接收機(jī)的位置是已知的,其誤差將使授時和定軌的結(jié)果產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。該項誤差對測碼偽距觀測值和載波相位觀測值的影響是相同的。進(jìn)行GPS基線解算時,需已知其中一個端點在WGS-84坐標(biāo)系中的近似坐標(biāo),近似坐標(biāo)的誤差過大也會對解算結(jié)果產(chǎn)生影響。

(3)接收機(jī)的測量噪聲

這是指用接收機(jī)進(jìn)行GPS測量時,由于儀器設(shè)備及外界環(huán)境影響而引起的隨機(jī)測量誤差,其值取決于儀器性能及作業(yè)環(huán)境的優(yōu)劣。觀測足夠長的時間后,影響通常可以忽略不計。