GPS定位的误差分析4.1误差的分类在GPS测量中，影响观测量精度的主要误差来源分为三类：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。
如果根据误差的性质，上述误差尚可分为系统误差与偶然误差。
系统误差主要包括卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机种差以及大气折射误差等。
为了减弱和修正系统误差对观测量的影响，一般根据系统误差产生的原因采取不同的措施，其中包括：引入相应的未知参数，在数据处理中连同其他未知参数一并解算、建立系统误差模型，对观测量加以修正、将不同的观测站对相同的卫星的同步观测值求差，以减弱或者消除系统误差的影响、简单的忽略某些系统误差的影响。
偶然误差主要包括信号的多路径效应引起的误差和观测量等。
4.2 与卫星有关的误差与GPS卫星有关的误差，主要包括卫星轨道误差和卫星钟的误差。
4.2.1卫星钟差由于卫星的位置是时间的函数，所以GPS的观测量均以精密测时为依据。
而与卫星位置相应的的时间信息是通过卫星信号的编码信息传送给用户的。
在GPS测量中，无论是码相位观测或者载波相位观测，均要求卫星钟与接收机保持严格的同步。
实际上，尽管GPS 卫星均设有高精度的原子钟，但是它们与理想的GPS时之间仍然存在着难以避免的偏差或者漂移。
这些偏差总量均在1ms以内，由此引起的等效距离误差约可达300km。
4.2.2轨道偏差卫星的轨道误差是当前利用GPS定位的重要误差来源之一。
GPS 卫星距离地面观测站的最大距离约25000km，如果基线测量的允许误差为1cm，则当基线长度不同时，允许的轨道误差大致如表5-2所示，可见，在相对定位中随着基线长度的增加，卫星轨道误差将成为影响定位精度的主要因素。
4.3 卫星信号的传播误差与卫星信号传播有关的误差主要包括大气折射误差和多路径效应。
4.3.1 电离层折射的影响GPS卫星信号和其他电磁波信号一样，当通过电离层时将受到这一介质弥散特性的影响，使信号的传播路径产生变化。
对于GPS卫星信号来说，在夜间当卫星处于天顶方向时，电离层折射对距离的影响将小于5m，而在日间正午前后，当卫星接近地平线时，其影响可大于150m。
4.3.2对流层折射的影响由于对流层的介质对GPS信号没有弥散效应，所以其群折射率与相折射率可以认为相等。
所以，对流层折射对观测值的影响可分为干分量与湿粉量两部分，干粉量主要与大气的温度与压力有关，而湿粉量主要与信号传播路径上的大气湿度和高度有关。
当卫星处于天顶方向时，对流层折射对观测值的影响约占流层影响的百分之九十，且这种影响可以应用大地的大气资料计算。
若地面平均大气压为1013mbar，则在天顶方向干分量对所测距离的影响约为2.3m，而当高度角为10°时其影响约为20m。
湿粉量的影响虽数值不大，但是由于难于可靠的确定信号传播路径上的大气物理参数，所以湿粉量尚无法准确的测定。
因此，当要求定位精度较高或者基线较长时（例如大于50km），它将成为误差的主要来源之一。
4.3.3多路径效应影响所谓多路径效应，即接收机天线除直接收卫星的信号外，尚可能收到经天线周围的地物反射的卫星信号。
两种信号叠加将会引起测量参考点（相位中心）位置的变化。
而且这种变化随着天线周围反射面的性质而异，难以控制。
多路径效应具有周期性的特征，其变化幅度可达数厘米。
在同一地点，当所测卫星的分布相似时，多路径效应将会重复出现。
4.4与接收设备有关的误差与用户接收设备有关的误差主要包括：观测误差、接收机钟差、相位中心误差和载波相位观测的整周不定性误差。
4.4.1观测误差这类误差除了观测的分辨误差之外，尚包括接收机天线相对测站点的安置误差。
根据经验，一般认为观测的分辨误差约为信号波长的百分之一。
由此，对GPS码的信号和载波信号的观测精度如表4-4所示。
观测误差属于偶然性的误差，适当的增加观测量将会明显消弱其影响。
4.4.2 接收机的钟差GPS接收机一般设有高精度的石英钟，其稳定度约为1110 。
如果接收机与卫星钟之间的同步差为1us，则由此引起的等效距离差距约为300m。
在定位精度要求较高的时候，可以采用高精度的外接频标（即时间标准），如铯原子时钟或者铷原子钟，以提高接收机的时间标准的精度。
在精密相对定位中，还可以利用观测值求差的方法有效的消除接收机钟差的影响。
4.4.3载波相位观测的整周待定值载波相位观测法师当前普遍采用的精密的观测方法，它可能精确地测定卫星至观测站的距离。
但是，由于接收机只能测定载波相位差非整周的小数部分和从某一起始历元至观测历元载波相位变化的整周数，而无法直接测定载波相位相应该起始历元在传播路径上的变化的整周数。
因而，在测相伪距观测值中，将存在整周待定值的影响。
这是载波相位观测法的主要缺点。
另外，在已知载波相位观测除了存在上述整周待定值之外，在观测过程中还可能整周变跳问题。
当用户接收机收到卫星信号并且进行实时跟踪（锁定）后，载波信号的整周数便可由接收机自动计数。
但是在中途，如果卫星的信号被干扰或者中断，则接收机的跟踪便可能中断。
而当卫星信号被重新锁定后，被测载波相位的小数部分将仍然和未发生中断的情况一样，是连续的，可这时整周数却不再是连续的。
这种情况称为整周变跳或者周跳。
周跳现象在载波相位测量中是经常发生的。
它对距离观测的影响和整周待定值的影响相似，在精密定位的数据处理中，都是一个非常重要的问题。
4.4.4 天线的相位中心位置偏差在GPS测量中，无论是测码伪距或者测相伪距，观测值都是以接收机天线的相位中心位置为准，而天线的相位中心与其几何中心，在理论上应保持一致。
可是实际上天线的相位中心随着信号输入的强度和方向不同而有所变化，即观测时相位中心的瞬间位置（一般称视相位中心）与理论上的相位中心将有所不同。
天线相位中心的偏差对相对定位来说，这种影响也是不容忽视的。
而如何减小相位中心的偏移是天线设计中的一个迫切问题。
4.5其他误差来源除了上述三类误差的影响外，这里在简单地介绍一下其他一些可能的误差来源，如地球自转以及相对论效应对GPS测量的影响。
4.5.1地球自转的影响在协议地球坐标系中，如果卫星的瞬时位置是根据信号发播的瞬时计算的，那么尚应该考虑地球自转的改正。
因为当卫星信号传播到观测站时。
与地球相固联的协议地球坐标系相对卫星的上述瞬时位置已经产生了旋转（绕Z轴）。
4.5.2 相对论效应的影响根据狭义相对论的观点，一个频率为f的震荡器安装在飞行的载体上，由于载体的运动，对地面的观测者来说将产生频率偏移。
因此在地面上具有频率f的时钟，安设在以速度V运行的卫星上后，钟频将发生改变。
4.5.3其他误差来源在GPS测量中除了上述各种误差外，卫星钟和接收机钟震荡器的随机误差，大气折射模型和卫星轨道摄动模型的误差、地球潮汐以及信号传播的相对论效应等，也会对GPS的观测量产生影响。
随着对长距离定位精度要求的不断提高，研究这些误差来源并确定它们的影响规律具有重要意义。
5对影响GPS单点定位精度因素进行改进影响GPS单点定位的精度的主要因素主要有两点，其一便是所测卫星在空间的几何分布，通常称为卫星的几何图形；其二是观测量的精度。
5.1卫星分布的几何图形对精度因子的影响GPS绝对定位的误差与精度因子的大小成正比，因此在伪距观测精度确定的情况下，如何使精度因子的数值尽量减小，便是提高定位精度的一个重要途径。
一般来说，六面体的体积越大，所测卫星在空间的分布范围也越大，GDOP值越小；反之，所测卫星的分布范围越小，则GDOP值越大。
5.2通过卫星几何图形改进精度在所测卫星图形较差的情况下，如果采用约束解，精度因子将会得到改善。
所谓约束解，即是将已经以必要精度已知的一个或多个未知参数作为已知的一个或多个未知参数作为已知值固定下来，或者限制其变化不超过一定的范围而解算其余的未知参数。
这方法可以有效的改善精度因子。
如果对高程加以约束，则其对几何精度因子的影响情况如下图所示。
显然，对高程施以约束后，几何精度因子的峰值得到了明显的消减。
既然精度因子的数值与所测卫星的几何分布图形有关，那么何种几何分布图形比较适宜，自然是人们所关心的问题。
假设由于观测站与四颗观测卫星所构成的六面体体积为V ，则分析表明，精度GDOP 与该六面体体积V 的倒数成正比，即V1GDOP （5-1） 一般来说，六面体的体积越大，所测卫星在空间的分布范围也越大，GDOP 值越小；反之，所测卫星的分布范围越小，则GDOP 值越大。
理论分析表明，在由观测站至4颗卫星的观测方向中，任意两方向之间的夹角接近109.5°时，其六面体的体积最大。
但是，在实际观测中为了减弱大气折射的影响，所测卫星的高度不能太低。
所以必须在这一条件下，来尽可能使所测卫星与观测站所构成的六面体的体积接近最大。
一般认为，在高度角满足上述要求的条件下，当一颗卫星处于天顶而其余三颗卫星相距约120°时，所构成的六面体体积接近最大。
这可作为实际工作中选择和评价观测卫星分布图形的参考。
在动态的绝对定位中，当可观测的卫星多于4颗，而接收机能同时跟踪卫星的数目较少时，为了获得最小的精度因子，便存在选择使上述六面体体积最大的卫星星座问题，即所谓的选星问题。
为此，原则上应在可测卫星中，选择各种可能的四颗卫星的组合来计算相应的GDOP 或者PDOP ，并选取其中GDOP 为最小的一组卫星进行观测。
这一工作目前均可由用户接收设备自动完成。
但是某一观测站上，若在某一时间段内可测卫星只有四颗，则观测卫星的星座便没有选择的余地了。
这时有可能四颗卫星的分布图形很差，以至于无法保障预定的定位精度。
如果按照计算估算的几何精度因子超过了规定的要求，那么这时应停止观测工作。
而中止观测的时间段可称为“停测段”。
停测段的延续时间既取决于规定精度因子的数值大小，也取决于观测卫星的最小高度角。
精度因子的数值要求越小，观测卫星的最小高度角越大，则停测段持续的时间将会越长。
一般规定GDOP应小于6，卫星高度角越大，则停测阶段的时间将会越长。
一般规定GDOP应该小于6，卫星高度角应该大于8°~15°。
在这种情况下，某些地区停测段每天可能出现一次，每次持续的时间将不超过数分钟，这在实际观测工作中应该予以注意。