第6章定位导航误差.ppt

第6章定位导航误差
圆概率误差（1/2）
在导航领域，圆概率误差(CEP，circular error probable)被广泛应用。
当概率为50%时，圆概率误差定义为：
当概率为95%时，则有：
(CEP)95解，能建立理论或经验公式
所针对的误差源
相对论效应
电离层延迟
对流层延迟
卫星钟差
限制：有些误差难以模型化
消除或消弱各种误差影响的方法②
求差法
原理：通过观测值间一定方式的相互求差，消去或消弱求差观测值中所包含的相同或相似的误差影响
适用情况：误差具有较强的空间、时间或其它类型的相关性。
所针对的误差源
电离层延迟
对流层延迟
卫星轨道误差
…
限制：空间相关性将随着测站间距离的增加而减弱
钟误差
接收机钟差
定义
GPS接收机一般采用石英钟，接收机钟与理想的GPS时之间存在的偏差和漂移。
应对方法
作为未知数处理
卫星钟差
应对方法
模型改正
钟差改正多项式

其中a0为ts时刻的时钟偏差，a1为钟的漂移，a2为老化率。
相对定位或差分定位
相对论效应
狭义相对论效应
广义相对论效应
狭义相对论和广义相对论
狭义相对论
1905
运动将使时间、空间和物质的质量发生变化
广义相对论
1915
将相对论与引力论进行了统一
相对论效应对卫星钟的影响①
狭义相对论
原理：时间膨胀。钟的频率与其运动速度有关。
对GPS卫星钟的影响：
结论：在狭义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变慢
相对论效应对卫星钟的影响②
广义相对论
原理：钟的频率与其所处的重力位有关
对GPS卫星钟的影响：
结论：在广义相对论效应作用下，卫星上钟的频率将变快
相对论效应对卫星钟的影响③
相对论效应对卫星钟的影响
狭义相对论＋广义相对论
解决相对论效应对卫星钟影响的方法
方法（分两步）：首先考虑假定卫星轨道为圆轨道的情况；然后考虑卫星轨道为椭圆轨道的情况。
第一步：
第二步：
卫星星历误差
卫星星历（轨道）误差
定义
由卫星星历给出的卫星在空间的位置与卫星的实际位置之差称为卫星星历误差。
广播星历（预报星历）的精度
(无SA) 20～30米
(有SA) 100米
精密星历（后处理星历）的精度
可达1厘米
应对方法
精密定轨(后处理)
相对定位或差分定位
电离层延迟
电离层延迟
地球大气结构
地球大气层的结构
大气折射效应
大气折射
信号在穿过大气时，速度将发生变化，传播路径也将发生弯曲。也称大气延迟。在GPS测量定位中，通常仅考虑信号传播速度的变化。
色散介质与非色散介质
色散介质：对不同频率的信号，所产生的折射效应也不同
非色散介质：对不同频率的信号，所产生的折射效应相同
对GPS信号来说，电离层是色散介质，对流层是非色散介质
电离层折射(1/2)
电离层折射(2/2)
电子密度与总电子含量
电子密度与总电子含量
电子密度：单位体积中所包含的电子数。
总电子含量（TEC – Total Electron Content）：底面积为一个单位面积时沿信号传播路径贯穿整个电离层的一个柱体内所含的电子总数。
常用电离层延迟改正方法分类
双频改正
方法：利用双频观测值直接计算出延迟改正或组成无电离层延迟的组合观测量
效果：改正效果最好
经验模型改正
方法：根据以往观测结果所建立的模型
改正效果：差
实测模型改正
方法：利用实际观测所得到的离散的电离层延迟（或电子含量），建立模型（如内插）
效果：改正效果较好
电离层延迟的双频改正
电子密度与大气高度的关系
电子含量与地方时的关系
电子含量与太阳活动情况的关系
与太阳活动密切相关，太阳活动剧烈时，电子含量增加
太阳活动周期约为11年
1700年 – 1995年太阳黑子数
电子含量与地理位置的关系
1:00 – 23:00 2小时间隔全球TEC分布
电离层改正的经验模型简介①
Bent模型

描述电子密度
是经纬度、时间、季节和太阳辐射流量的函数
国际参考电离层模型（IRI – International Reference Ionosphere）
由国际无线电科学联盟（URSI – International Union of Radio Science）和空间研究委员会（COSPAR - Committee on Space Research）提出
描述高度为50km-2000km的区间内电子密度、电子温度、电离层温度、电离层的成分等
以地点、时间、日期等为参数
电离层改正的经验模型简介②
Klobuchar模型