(无 SA)±20～40 米 (有 SA) ±100 米 2.精密星历（后处理星历）的精度： 可达 1 厘米，只提供给特许用户 3.应对方法：精密定轨(后处理)、 相对定位或差分定位。 卫星时钟误差 GPS 测量定位是测时-测距定位系统， 所以定位精度与时钟误差密切相关。 应对方法 1.模型改正：用导航电文对 卫星钟差进行改正后，各卫星钟时与 GPS 标准时之间的差异(同步误差)可 保持在 20ns 以内。由此引起的等效距 离误差将不超过 6m。2.相对定位或差 分定位：可有效的消除美国 SA 政策引 起的星钟误差。 相对论效应对卫星钟的影响 狭义相对论观点：一个频率为 f0 的振 荡器安装飞行速度为 v 的载体上，由于 载体的运动，对地面观测者来说将产生 频率变化。 广义相对论观点：处于不同等位面的振 荡器，其频率将由于引力位不同而发生 变化。相对论效应的影响并非常数，经 改正后仍有残差，它对 GPS 时的影响最 大可达 70ns，对精密定位仍不可忽略。 狭义相对论＋广义相对论 为消除相对论效应的影响，卫星上时钟 应比地面调慢约 4.5 ×0.001Hz 电离层延迟误差 由于电离层中气体分子受到太阳等天 体的射线的辐射，产生强烈的电离，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。 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。 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。 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 相对定位或差分定位 消除对流层延迟误差的方法 利用对流层误差修正模型加以修正： 存在模型误差和气象元素误差。 利用同步观测值求差： 相对定位或差分定位 多路径误差(直接、间接路径) 在 GPS 测量中，被测站附近的物体所反 射的卫星信号（反射波）被接收机天线 所接收，与直接来自卫星的信号（直接 波）产生干涉，从而使观测值偏离真值 产生所谓的“多路径误差”。 观测上选择合适的测站，避开易产生多 路径的环境。硬件上采用抗多路径误差 的仪器设备。数据处理上采用参数法。 观测误差：一般认为观测的分辨误差约 为信号波长的 1%。 接收机的钟差 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：1.作为未知数处 理。2.相对定位或差分定位。3.当定位 精度要求较高时，可以采用高精度的外 接频标(即时间标准)。 接收机的位置偏差 定义：接收机天线的相位中心相对测站 中心位置的偏差。应对方法：1.正确的 对中整平。2.采用强制对中装置（变形 监测时） 接收机天线相位中心偏差 接收机天线相位中心变化的改正。应对 方法：1.使用相同类型的天线并进行天 线定向（限于相对定位）2.模型改正。 载波相位观测中的整周跳变
导航电文加在测距码，测距码可加在载 波上。 伪随机码测距与载波相位测距比较
由于信号量测精度一般优于波长的 1/100，所以载波的测量精度远远高于 伪随机码。（载波相位精度可达 mm） GPS 载波相位测量的基本原理
载波相位观测值 观测值： 整周计数 IntΦ 整周未知数(整周 模糊度)N0 开 始 T0 只 能 观 察 到小数部分。整周跳变=>GPS 受干扰后 无法继续跟踪。 载波相位测量的特点 精度高，测距精度可达 0.1mm 量级。 难点：整周未知数问题，整周跳变问题。 GPS 解算过程
换到捕获 P 码的信息、全部卫星的概略 星历等。 GPS 定位原理— 概述 GPS 利用 TOA 测距以确定用户位置。借 助于对多颗卫星的 TOA 测量，便可得到 用户位置。GPS 定位的基本几何原理为 三球交会原理。
红—卫星，黄—接收机(石英钟)，至少 要 4 颗，原子钟与石英钟有时间误差。 GPS 系统的定位过程可描述为: 围绕地球运转的人造卫星连续向地球 表面发射经过编码调制的连续无线电 信号，信号中含有卫星信号准确的发射 时间，以及不同的时间卫星在空间的准 确位置(由卫星运动的星历参数和历书 参数描述)；卫星导航接收机接收卫星 发出的无线电信号，测量信号的到达时 间，计算卫星和用户之间的距离；用导 航算法解算得到用户的位置。 GPS 定位的基本原理 两个关键问题：如何确定卫星的位置； 如何测量出站星间距离 利用测距码测距
GPS 卫星信号结构 GPS 信号是 GPS 卫星向广大用户发送 的用于导航定位的已调波，其调制波是
卫星导航电文和测距码的组合码。
GPS 卫星信号的组成部分
载波（Carrier） L1、L2 测距码（Ranging Code） C/A 码(目前只被调制在 L1 上)民用 P(Y)码(被分别调制在 L1 和 L2 上)军用 卫星（导航）电文（Message） GPS 卫星信号的生成 原子钟(基准频率必须确定) GPS 卫星信号结构 GPS 卫星的基准频率由卫星上的原子 钟直接产生，频率为 10.23MHz。 卫星信号的所有成分均是该基准频率 的倍频或分频。 卫星(导航)电文码率： 基准频率÷204600=50Hz GPS 卫星信号结构--- 载波 作用：1.搭载其它调制信号 2.测距 3.测定多普勒频移(—测物体速度) 类 型 ： 目 前 ： L1 频 率 154 × f0 = 1575.43MHz；波长：19.03cm。 L2 频率 120×f0 = 1227.60MHz； 波长：24.42cm 现代化后：增加 L5 频率：115×f0 = 1176.45MHz；波长：25.48cm 特点：1.所选择的频率有利于测定多普 勒频移。2.所选择的频率有利于减弱信 号所受的电离层折射(延时)影响。3.选 择两个频率可以较好地消除信号的电 离层折射延迟(电离层折射延迟与信号 的频率有关)。两个频率差分(相减)，减 掉公共部分。 GPS 卫星信号结构--- 测距码 作用：测距：通过测时实现测距。 性质：1.伪随机噪声码 PRN。2.不同的 码（包括未对齐的同一组码）间的相关 系数为 0 或 1/n（n 为码元数）。3.对齐 的同一组码间的相关系数为 1。4.GPS 信号中使用了伪随机码编码技术，识别 和分离各颗卫星信号，并提供无模糊度 的测距数据。 伪随机噪声码测距原理 卫星发射一伪随机噪声码，接收机内也 产生一伪随机噪声码，且两个码序列是 相同的 m 序列，时间也是精确同步的。 当卫星信号经过传播距离的时间延迟 ζ到达接收机，与本地复制码进行相关 处理时，移动本地码，使相关函数达到 最大值，本地码所移动的延迟就是卫星 信号的传播延迟ζ(传播时间)，它乘上 光速即为所测距离。 GPS 卫星信号结构---C/A 码和 P 码 1.两种 RPN 序列，其作用相当于测距中 的定时信号。2.美国政府在 GPS 设计中 计划提供两种服务:一种为精密定位服 务(PPS)利用 P 码进行定位，只提供给 本国及其盟国的军方和得到特许的民 间用户使用，估计其定位精度为 10m。 另 一 种 为 标 准 定 位 服 务 (SPS) ， 利 用 C/A 码定位，提供给民间用户使用。由 于 C/A 码作为捕获 P 码之前的前导码， 是一种粗捕获的明码，因此估计 SPS 的定位精度约为 400m。 GPS 卫星信号结构--- 导航电文 是卫星以二进码的形式发送给用户的 导航定位数据，又称为数据码（D 码）。 每帧导航电文由 1500 位组成，分为 5 个子帧。每个子帧 10 个字，每字 30 位。全部导航电文共分 25 帧，发送完 毕需要 12.5min。主要内容：向用户提 供卫星轨道参数、卫星钟参数、大气延 时改正参数、卫星状态信息、C/A 码转
相关系数为 1=>时间 绿色达到最大，两组码完全相同。 利用测距码测距的必要条件： 必须了解测距码的结构（每颗 GPS 卫星 都采用特定的伪噪声随机码） 利用测距码进行测距的优。3.可提高 测距精度。4.便于对系统进行控制和管 理（如 AS）。 载波相位测距
4 个观测量 —4 个等式 —4 个参数 几何精度衰减因子 （DOP ） 当伪距测距误差一定时，观测站与参与 定位的卫星间几何关系的差异将直接 影响定位误差。为描述卫星间的相对几 何关系，引入 DOP 的概念。 GDOP 反映了由于卫星几何关系的影响 造成的伪距测量误差与用户误差间的 比例系数。GDOP 值越小，定位效果越 好。它与所选的坐标系无关，可以作为 用户选星的主要依据。 一般地，用户到各观测 GPS 卫星联线的 张角都较大时，GDOP 值较小。或者说， 处于测站上空的 4 颗卫星形成的四面 体的体积最大时，GDOP 最小。 GPS 系统误差分析 1.轨道误差、卫星钟差、相对论效应、 Epsilon(SA)、Dither(SA)。2.电离层 折射延迟。3.对流层折射延迟。4.多路 径效应。5.天线相位中心的偏差和变 化。6.接收机钟差。7.接收机内部噪声。 主要误差源：1—卫星(无 SA)、234— 传播途径、567—接收设备。 消除或消弱各种误差影响的方法 模型改正法原理：利用模型计算出误差 影响的大小，直接对观测值进行修正。 适用情况：对误差的特性、机制及产生 原因有较深刻了解，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。 改正后观测值=原始观测值+模型改正 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。 参数法原理：采用参数估计的方法，将 系统性偏差求出来。适用情况：几乎适 用于任何的情况。限制：不能同时将所 有影响均作为参数来估计。 回避法原理：选择合适的观测地点，避 开易产生误差的环境；采用特殊的观测 方法、硬件设备，消除或减弱误差的影 响。适用情况：对误差产生的条件及原 因有所了解；可选择观测地点；具有特 殊的设备。所针对的误差源：电磁波干 扰、多路径效应。限制：无法完全避免 误差的影响，具有一定的盲目性。 卫星星历（轨道）误差 星历误差对单点定位的影响：主要取决 于卫星到接收机的距离以及用于定位 或导航的 GPS 卫星与接收机构成的几 何图形。 1.广播星历（预报星历）的精度：