GPS精度论文

GPS精度论文（精选11篇）

GPS精度论文 第1篇

1.1 GPS正常高

GPS由于其全天候, 高精度等优点已在测量的各个领域得到广泛应用, 用GPS定位技术结合区域内的地面重力资料、水准资料、高分辨率的地形数据, 精确地研究并确定高程异常值, 从根本上解决GPS定位技术无法直接提供正常高 (海拔高) 的问题, 目前已越来越受到关注。

2008年美国大地测量局 (NGS) 为代表提出了“高程现代化”概念, 其中心思想是用GPS而不是用经典的精密水准来测定高程, 以加强国家空间参考系的垂直方面。“高程现代化”概念的内容包括寻求改善GPS测量的几何高程测定精度与改善似大地水准面测定精度的各种研发活动, 以及进而改进静态和动态高程测定精度的各种活动。以GPS正常高测量为主的"高程现代化”代表大地测量的一个发展方向。

GPS平面定位的精度目前已经可以达到毫米级, 但相对于平面定位精度, GPS在高程方面的定位精度较低。由于GPS所确定出的高程是相对于一个特定的参考椭球, 即大地高, 而不是在实际中广泛采用的与地球重力位密切相关的正高或正常高。如果能够设法获得相应点位上的大地水准面差距或高程异常, 就可以进行相应高程系统的转换, 将大地高转换为正高或正常高。

正常高在工程应用中有不可代替的作用, 测量正常高的经典方法是几何水准, 它的主要缺点是劳动强度大、效率低、花费大、实时性差。GPS正常高测量在很大程度上克服了这些缺点, GPS正常高测量代替水准测量, 可以满足多方面应用的高程需求。精确求定正常高是大地测量学的一项重要科学目标, 也是一个极具实用价值的工程任务。

GPS水准测量结合高精度水准测量数据, 可以快速地获取地面点的大地高, 将极大地改善传统高程测量作业模式, 取代国家四等乃至三等水准测量, 满足目前1:1万、1:5千、甚至更大比例尺测图的迫切需要, 加快“数字中国”、“数字区域”、“数字城市”等工程的建设, 具有特别重要的科学意义、社会效益和巨大的经济效益。

1.2 GPS水准

研究GPS高程的意义有两方面, 一是精确求定GPS点的正常高, 另一个是求定高精度的似大地水准面, 故通常又称利用GPS和水准测量成果确定似大地水准面的方法为GPS水准。与常规水准相比, GPS水准具有费用低、效率高的特点, 能够在大范围的区域内进行数据加密。但目前GPS水准的精度通常还不高, 这主要有两方面的原因:一是受制于采用GPS方法所测定的大地高的精度;二是受制于采用不同方法所确定的大地水准面差距或高程异常的精度。

现在, GPS测量的精度从10-8到10-10 (这个结果的出处) 不等;采用重力位模型能够提供精度达到3×10-6~1×10-5 (这个结果的出处) 的相对大地水准面差距;由简单的内插方法所得到的大地水准面差距的精度差异较大, 从几个ppm到10ppm或更差, 具体精度和内插方法、大地水准面差距已知点的数量和分布以及内插区域大地水准面起伏情况等因素有关。综合目前各方面的实际情况, GPS水准最高能够达到三等水准的要求。

2 GPS水准计算精度

为了能客观地评定GPS水准计算的精度, 在布设几何水准联测点时, 适当多联测几个GPS点, 其点位也应均匀地分布全网, 以作外部检核用。

2.1 内符合精度

根据参与拟合计算已知点的ζi值与拟合值ζi′, 用Vi=ζi′-ζi求拟合残差Vi, 按下式计算GPS水准拟合计算的内符合精度μ。

式中, n为V的个数。

2.2 外符合精度

根据检核点ζi值与拟合值ζ′i之差, 按下式计算GPS水准的外符合精度M。

2.3 GPS水准精度评定

可以根据检核点与已知点的距离L (单位:公里) , n为测站数, 按规范中水准限差要求计算检核点拟合残差的限值, 以此评定GPS水准所能达到的精度。

用GPS水准求出GPS点间的正常高程差, 在已知点间组成附和或闭合高程导线, 按计算的闭合差与上表中的允许闭合差比较, 来衡量GPS水准达到的精度。

2.4 外围点的精度估算

各种拟合模型都不宜外推, 但在实际工作中, 测区的GPS点不可能全部包含在已知点连成的几何图形内。对这些外围点, GPS水准计算时只能外推, 外推点的残差V按下式来估算。

式中D是待求点至最近已知点的距离 (单位为公里) , n为测站数, 系数a, c可根据测区部分外围检核点按 (4) 式计算出。

按 (3) 式计算出残差V, 估算精度。

当希望外围点达到某一精度, 确定V值, 按 (4) 式反求出D, 可为布设联测几何水准点方案时参考。

3 提高GPS水准精度的措施

从理论研究和实践经验可知, 提高GPS水准精度应注意以下几个方面:

3.1 提高大地高测定的精度

大地高测定的精度是影响GPS水准精度的主要因素之一, 要提高GPS水准的精度, 必须有效地提高大地高测定的精度, 其措施主要有:提高局部GPS网基线解算的起算点坐标的精度;改善GPS星历的精度;选用双频GPS接收机;观测时选择最佳的卫星分布;减弱多路径误差和对流层延迟误差;大于10km的GPS网点应实测气象参数等措施。

3.2 提高联测几何水准的精度

应尽量采用三等几何水准来联测GPS点。对于有特殊应用的GPS网, 用二等精密水准来联测, 以利于有效地提高GPS水准的精度。

3.3 提高转换参数的精度

提高转换参数精度的方法是利用我国已有的VLBI和SLR站的地心坐标转换参数, 或利用国家A、B级GPS网点来推算转换参数。

3.4 提高拟合计算的精度

提高拟合精度的办法有:①根据测区似大地水准面变化情况, 合理布设已知点, 选定足够的已知点。②根据不同测区, 选用合适的拟合模型。对高差大于100m的测区, 一般要加地形改正。③对含有不同趋势地区的大测区, 可以采取分区计算的办法。

计算GPS水准高程结果应根据测区高程异常等值线图进行分析, 以便查找出测区高程异常变化情况, 选择好的拟合模型, 提高拟合精度。

摘要：GPS技术的发展, 特别是厘米级似大地水准面的发展, 为GPS测量正常高提供了技术基础, 然而把GPS测量大地高转换成正常高仍存在多种方法的优选问题。本文就GPS测量大地高转换成水准高的精度问题进行分析, 给出了精度评定的具体方法, 并提出四项提高GPS水准精度的具体措施。

关键词：GPS水准,精度评定,正常高

参考文献

[1]郭积辉.谈工程坐标的三个数学模型[J].科技咨询导报, 2007 (15) .

[2]刘海燕.GPS高程拟合模型确定[J].内蒙古煤炭经济, 2007 (01) .

矿区GPS拟合高程精度检测 第2篇

矿区GPS拟合高程精度检测

通过GPS拟合高程与水准高程、光电测距三角高程数据比较,在山区控制测量时,GPS拟合高程不能达到和其平面精度等级相匹配的.成果要求.在只有国家基本点做起算数据时,为了保证GPS拟合高程达到一般矿区四等的要求,必须配合国家基本控制点,按一定网型预先设置高程点,或作为起算数据,或作为质量检查点,设置点的数量根据搜集资料情况而定,一般设置2-4个点即可.

作 者：任帅宇 作者单位：河南省有色金属地质矿产局,第6地质大队,河南,郑州,450016刊 名：华北国土资源英文刊名：HUABEI LAND AND RESOURCES年，卷(期)：“”(4)分类号：P399关键词：GPS拟合高程 精度 方法

GPS精度论文 第3篇

关键词：GPS-RTK；多点校正；影响因素；测量精度

1、引言：近年来，GPS- RTK技术凭借其高效率、实时性强、定位误差不累积等特点，被广泛应用于测绘生产中。虽然该技术非常的方便快捷，但因外界各种干扰因素及仪器设备误差的影响，其在定位精度上存在一定的差距。本文主要是过研究分析GPS- RTK在采用多点校正模式时，不同的天气、点间距及分布、基准站架设位置、周边环境等不同因素下對其观测精度的影响，从而为实际测量任务提供参考。

2、RTK（Real- Time- Kinematic）定位技术的原理

RTK（Real- Time- Kinematic）定位技术是以载波相位观测量为依据的实时差分测量技术，它能够实时地提供观测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并且能够达到厘米级精度。实时动态测量的基本思想是，在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见的GPS卫星进行连续地观测，并将其观测数据，通过无线电传输设备，实时的发送给用户观测站。在用户站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位的原理，实时的计算并显示用户站的3维坐标及其精度。由于它具有不受地形影响，综合测绘能力强，作业集成化程度及自动化程度高等特点，在现代测量行业中已相当普及，正在逐步代替传统的测量技。

3、RTK测量系统的构成

RTK测量系统主要包括三个部分：

（1）GPS接收设备。RTK测量系统中，至少包含两台接收机，分别安置在基准站和用户站上。作业期间，基准站的接收机应连续的跟踪全部可见GPS卫星，并将观测数据通过数据传输系统实时地发送给用户站。

（2）数据传输系统。数据传输系统也称数据链，由基准站的发射台与用户站的接收台组成，它是实现动态测量的关键设备。数据传输设备，要充分保证传输数据的可靠性，其频率和功率的选择主要决定于用户站与基准站间的距离、环境质量、数据的传输速度。

（3）支持实时动态测量的软件系统。实时动态测量的软件系统应该具有快速解算，或动态快速解算整周未知数；根据相对定位原理，采用适当的数据处理方法实时解算用户站在WGS- 84中的三维坐标；根据已知转换参数，进行坐标系统的转换；解算结果质量的分析与评价；测量结果的显示与绘图等功能。

4、RTK测量误差分析

根据误差的性质分类的话，可以分为系统误差与偶然误差两类。

系统性误差主要包括卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差以及大气折射的误差等。为了减弱和修正系统误差对观测结果的影响，一般根据系统误差产生的原因采取不同的措施，其中包括：

（1）引入相应的未知参数，在数据处理中联同其他未知参数一并解算；

（2）建立系统误差模型，对观测量加以修正；

（3）将不同观测站，对相同卫星的同步观测值求差，以减弱或消除系统误差的影响。

偶然误差，主要包括信号的多路径效应引起的误差和观测误差。

目前减弱多路径影响的主要措施有：

（1）安置接收机天线的环境，应避开较强的反射面，如水面，平坦光滑的地面和平整的建筑物表面等

（2）选择造型适宜且屏蔽良好的天线，如采用扼流圈天线等

（3）适当延长观测时间，削弱多路径效应的周期性影响（4）改善GPS接收机的电路设计，以减弱多路径效应的影响

5、RTK多点校正测量实施

RTK测量校正模式主要有单点校正、多点校正以及参数校正。本文主要是以徕卡GS15型号GPS在进行RTK测量，使用多点校正模式时，分析不同因素对其观测精度的影响，从而采取相关措施来满足不同精度的测量需求。

使用徕卡GS15进行GPS- RTK测量时，首先要架设基站，使用测量控制手薄，进行仪器基站连接，基站可以架设在已知点上也可以在任意点进行架设。基站连接完成后，打开流动站，再进行流动站的仪器连接，当仪器连接完成，并获得固定解后，开始对仪器进行多点校正。此时，应新建工程文件选择正确的坐标系，填好正确的当地工作地点的中央子午线，然后点击确定工程建立完毕。 再做转换参数，在移动站固定解的状态下采集多个控制点坐标，然后点”配置”里面的求转换参数，把控制点的已知坐标输入和刚刚采集的点的坐标一一对应输入手簿里面，在精度都可以的情况下，点击计算——保存，找一个控制点检验一下没有问题即可开始工作。

实验中，通过在不同天气条件下进行观测、变换基站架设位置及环境、选用不同的控制点（变换控制点个数、控制点分布情况、控制点点位精度等级、控制点间距、控制点距基准站间距等因素）进行多点匹配，获取了大量的观测数据，并通过与已知点位进行对比分得到了一些初步结论。

结论：GPS- RTK测量进行多点校正时，要选择天气晴朗，无云层遮挡时卫星信号较好；架设基准站时，要架设在测区内地势较高，视野开阔，最好是点位已知的控制点上，并能均匀控制测区范围；参予计算的控制点原则上至少要用两个或两个以上的点，且用于匹配校正的控制点应选择等级的较高，均匀分布在控制范围，距离基准点不要大于5km。综上，应根据测区内已有控制点的情况结合测量任务精度要求，合理选择基准站及使用的校正点的位置，来完成测量任务。

探析GPS测量高程拟合精度 第4篇

在控制测量领域中GPS测量得到了广泛的应用, 它具有以下的优点:高精度和高效率。在实际工程中实时GPS测量可完成以下工作。第一, 绘制大比例尺地形图。一般情况下, 在大比例尺带状地形图上进行高等级公路选线。传统的测图方法, 首先要进行控制网的建立, 其次, 进行碎部测量, 从而进行大比例尺寸地形图的绘制。其工作量较大, 花费时间较长, 速度也比较慢。如果测量时采用GPS RTK动态测量, 获得每点坐标只需花费几分钟就行, 碎部点的数据是由输入的点特征编码及属性信息构成的, 在室内可由绘图软件完成。从而使得测图的难度大大降低了, 节省了时间又节省了精力。第二, 工程控制测量。GPS建立控制网的最精密的方法是静态测量。对于大型的建筑物静态测量比较适合。实时GPS动态测量则被用于一般的公路工程的控制测量。这种方法可停止观测, 使得作业效率大大提高。而通视对于点与点之间是被做要求的, 这使得测量更加快捷了。第三, 中线测设。在大比例尺带状地形图上设计人员进行定线后, 在地面需将公路中线标定出来。如果实时GPS测量被使用, 那么只需在GPS接收机中输入中线桩点的坐标, 放样的点位就会有系统定出。在这里, 累积误差是不会产生的, 因为每个点的测量的完成都是相对独立完成的, 各点放样精度一致。第四, 纵、横断面测量。确定公路中线后, 通过绘图软件, 利用中线桩点坐标, 即路线断面和各桩点的横断面就可以绘出了。测绘地形图时采集的数据都是被用在测量中, 所以到现场进行纵。横断面测量是没有必要的, 这使得外业工作大大的减少了。也可采用实时GPS测量进行现场断面测量。

2 GPS测量高程拟合

我国GPS定位中的高程坐标分量采用正常高系统, 在实际应用中, 要将GPS大地高转换为正常高, 主要采用公式来进行 (h=H-ξ) 。拟合法就是在GPS网中的一些点上同时测定水准高程 (通常称这些点为重合点) , 结合GPS测量和水准测量资料, 采用内插技术获得其他各点的高程异常。目前用于GPS高程拟合的计算方法主要有多项式曲线拟合、三次样条曲线拟合、Akima曲线拟合、多项式曲面拟合、多面函数曲面拟合、移动法曲面拟合。前三种属于曲线拟合, 仅适用于GPS测点布设成测线时采用;后三中属于曲面拟合, 当GPS测点布设成网状时采用。相应地, 根据拟合方式的不同, 有不同的拟合方程式, 必须根据需要至少联测一定数目的重合点, 然后利用这些重合点的高程异常值和坐标值, 在最小二乘法准则条件下, 求出拟合方程中的待定系数及待定点正高。当前在我国GPS高程拟合中, 多项式曲面拟合法应用最为广泛。多项式曲面拟合函数是利用拟合区域内多个重合点 (GPS/水准点) , 建立两个不同基准的地面曲面模型并充分考虑曲面拟合模型所含各种误差改正, 采用一个多项式曲面来拟合出区域的似大地水准面。

3 GPS测量高程拟合精度

为了客观评定GPS水准计算的精度, 在布设几何水准联测点时, 应适当多联测几个点, 该点位也应均匀布设, 以作外部检核。 (1) 内符合精度:设参与拟合的已知点数为n, 根据已知点高程异常ξi和拟合高程异常ξi', 求出拟合残差Vi=ξi'-ξi, 则内符合精度为

(2) 外符合精度:设检验点的高程异常ξi和拟合高程异常ξi', 求出拟合残差Vi=ξi'-ξi, 按上式计算外符合精度。其中, n为检验点数。

(3) 精度评定:把检验点的拟合残差与相应等级的水准测量限差进行比较, 分析GPS水准所能达到的精度。

某测区布设E级GPS控制网, 测区地势平坦, 最大高差21m, 测区控制范围约60km2。网中20个GPS控制点全部联测四等水准, 按上面介绍的拟合方法分别设计以下4种研究方案:方案1:采用平面拟合模型, 选均匀分布的4个重合点, 其余16个点作为检核点。方案2:采用二次曲面拟合模型, 选均匀分布的7个重合点, 其余13个点作为检核点。方案3:采用多面函数拟合法, 选均匀分布的5个重合点, 其余15个点作为检核点, 核函数个数m=5, 平滑系数分别取δ=10, δ=1000, δ=10000, δ=20000。方案4:采用最小二乘配置法, 选均匀分布的8个重合点, 其余12个点作为检核点, 由8个数据点计算的V=250, 按接收机标称精度计算σζ2=41, R=4km。

结果表明:前三种方案七拟合精度差不多, 而第四种方案的拟合精度略高, 但是之间的差距也不是很大。每个方案的最大误差都在限差范围内, 由此可见, 上述这四种方案都能够达到四等水准测量的精度。但是值得注意的是, 采用第三种方案时, 需要试算平滑系数, 需要较大的计算工作量, 不同的平滑系统具有相差较大的拟合精度。实际上, 平滑系数必须适中, 过大、过小都对提高拟合精度不利, 因此, 平滑系数还是需进一步研究。

参考文献

[1]李征航, 黄劲松编著.GPS测量与数据处理[M].武汉大学出版社, 2005.

[2]李景卫, 杨荫奎, 高建, 周光永, 李斌.GPS高程拟合中多面函数及二次曲面函数的比较与分析[J].山东冶金.2006 (03) .

[3]刘俊领, 刘海生, 王衍灵, 夏小杰.GPS高程拟合方法研究[J].测绘与空间地理信息.2009 (01) .

GPS拟合高程的精度分析及应用 第5篇

GPS拟合高程的精度分析及应用

主要阐述GPS高程拟合的方法、原理以及精度分析,着重讨论曲面拟合的`原理、方法及条件,通过具体项目进行精度分析,结论是在实际生产中GPS拟合高程的精度能够满足四等及四等以下的水准测量的精度要求,能够节省人力物力,指导未来的测绘工作.

作 者：缑晓阳 作者单位：甘肃省测绘工程院,甘肃・兰州,730050刊 名：科协论坛(下半月)英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY ASSOCIATION FORUM年，卷(期)：2009“”(8)分类号：P62关键词：GPS高程拟合 高程异常 大地高 正常高

GPS精度论文 第6篇

关键词：GPS；手持设备；农村土地流转；信息采集

中图分类号： S127文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）09-0382-05

收稿日期：2013-11-01

基金项目：国家科技支撑计划（编号：2012BAJ23B05）。

作者简介：缪祎晟（1984—），男，江西上饶人，硕士，助理研究员，主要研究方向为农村土地流转与农业智能系统。Tel：（010）51503620；E-mail：miaoys@nercita.org.cn。

通信作者：吴华瑞，博士，研究员，主要研究方向为农业智能系统。Tel：（010）51503620；E-mail：wuhr@nercita.org.cn。 随着农业生产力的发展与相关基础科技水平、工业实力的提高，中国已经进入“以工哺农，以城带乡”的发展阶段，建立以多功能形态和高新技术发展为支撑的现代农业已经成为农村经济发展的主要任务[1]。传统的农业生产方式和相对封闭的小农经济模式已限制农业发展，而以原有生产方式为基础的家庭联产承包责任制的不足也随之逐渐显现。农村集体土地流转是农村经济发展到一定阶段的产物，通过土地流转，可以开展规模化、集约化、现代化的农业经营模式[2]。具体包括农村集体土地所有者与建设用地使用者之间的土地使用权流转关系和土地使用者相互之间的土地使用权流转关系。集体土地使用权流转客体的建设用地，包括现实的已经被土地使用者合法取得建设用地使用权的土地和已被土地利用总体规划和乡（镇）村建设规划确定为建设用地的土地。

当前在建立农村土地流转机制中还存在许多问题，如可流转集体土地基础数据不完备、底数不清、产权产籍不明晰、城乡建设用地增减挂钩中虚增农用地等。传统的纸质土地流转台账方式也不便于保存、查找与管理，不符合土地流转快速发展的要求。土地流转台账的电子化管理，土地流转信息数字化录入、审核，建立土地流转数据库等已成为当前土地流转工作中的必然要求[3]。土地流转数据来源数字化可有效解决上述问题，本研究以高精度GPS定位技术为基础，研制农村土地流转成图设备，完成农村土地流转过程中的地理信息矢量数据、土地用途、权属、现场多媒体数据等信息的采集，为土地流转全过程数字化监管提供良好的技术手段与数据来源。

1基于CORS的高精度GPS定位概述

相对传统测量技术中的经纬仪、全站仪，GPS测量系统有如下优点：对作业条件要求不高，可单设备工作，测站间无需通视，能够克服地形、气候、季节等诸多不利因素的影响，定位精度较高，可提供三维数据测量，数据安全可靠[4]。GPS手持机将先进的嵌入式微处理器技术与嵌入式操作系统技术相结合，相当于一台集成了GPS功能的掌上小电脑，操作使用方便，数据输入、处理、存储能力强，数据导入导出方便快捷，而且可以通过定制软件直接实现现场矢量图生成，减少了常规方法的中间环节，速度快、精度高，是当前土地流转现场信息采集的主要技术手段。

由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，GPS信息传输过程又受到大气对流层、电离层对信号的影响，以及接收机附近产生的多径效应和其他外部干扰源信号等多种干扰，使得GPS接收机的定位精度受到很大限制。目前一般的GPS接收机的精度在十几到几十米，专业的GPS接收机也只能达到2～5米的单机定位精度。为进一步提高GPS的定位精度，采用基站提供的高精度参考数据进行差分运算，尽可能地消除上述因素造成的误差，通过差分技术GPS设备可将定位精度提高至分米级、厘米级。但自建基站的成本过高，于是利用多基站网络RTK技术应运而生，建立的连续运行卫星定位服务综合系统（continuous operational reference system，CORS）已成为GPS应用的热点之一[5]。

2农村土地流转现场成图设备设计

针对现有GPS地理信息采集设备计算性能及存储能力有限、集成网络通讯接口较少等问题，研制适于农村土地流转现场采集设备，实现土地流转现场数据的高精度采集、实时处理，全方位多途径实时数据双向传输，以及提供现场多媒体数据采集，为土地流转过程中提供现场状况的有力图像视频证明。同时针对土地流转领域缺乏相关的专业应用软件支持，部分应用软件存在操作不便、用户界面不够友好等问题，开发农村土地流转信息采集与数据更新系统，实现数据采集与采集调查业务的高效执行。

2.1系统结构

农村土地流转信息采集与数据更新设备的使用场景主要为农村户外条件，主要环境特点为太阳光强烈，雨水、尘土多等。针对以上使用条件，对设备的外观结构等要求如下：单手持，屏幕7英寸，有部分实体按键。采取防摔、防尘、防水三防设计，达到IP54防护标准。硬件架构上以ARM A8嵌入式微处理器为核心，主要集成以下功能模块：电源转换及管理模块，用于将电池输出电能进行电平转换，为设备工作提供能源并进行节能管理；数据通讯模块，用于本装置与各种网络的连接交互，主要集成网络方式有3G、Wi-Fi、蓝牙；外围接口电路模块，用于连接一些外设，如调试器、存储、显示等电路，集成的主要接口有SD/MMC、USB、UART、JTAG；触摸显示模块，用于用户界面展示以及交互；高精度GPS定位模块，用于定位采集当前地理位置信息。这些外围功能模块均与主芯片连接，并由ARM内核控制进行协同工作及数据通信，系统框如图1所示。

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2.2终端硬件选型与设计

考虑设备硬件的总体需求，结合系统结构设计中各模块的功能劃分情况，参照主芯片S5PC110的参数对各主要芯片及模块进行选型。各主要功能模块、芯片选型如表1所示。

主频最高可达1 GHz，512 M Flash，512 M SDRAM，集成多种常用接口控制器3G模块MC8630支持3G、GPRSWi-Fi/BT88W8686WIFI、蓝牙网络接入摄像头模组OV5630图像视频获取高精度GPSOEMV1获取高精度GPS定位信息电源转换MAX8698C电压转换，电源管理RTC时钟DS1302为系统提供实时时钟触摸液晶屏AT070TN847寸液晶屏，附带电容触摸板

根据上述芯片与模块选型进行电路板设计。由于主芯片S5PC110频率高、I/O数量多，设计电路复杂，势必增加电路板层数，而其余外围模块的电路设计相对较为简单，为降低整体电路设计难度与试制成本，将S5PC110为核心的主控电路单独设计核心电路板，其余外围电路设计为底板（母板）。核心板部分电路原理图如图2所示。

在电路原理图设计之后，进行PCB（Printed Circuit Board）的布局布线设计。布局设计应优先考虑主要器件，优先考虑结构位置有特定要求器件，优先考虑接口器件；而布线设计应优先考虑高频信号尤其是重要的时钟信号，优先考虑电源及地层的布置以保障电源平面完整。对于本设计，虽然CPU主时钟频率为1 GHz，SDRAM接口频率也超过 300 MHz，已属于高速信号范畴，但由于S5PC110采用MIP技术，将多颗裸片封装在一颗芯片内，大大降低了电路板设计的复杂度与要求。在电路板叠层与布线方面，核心板设计采用

6层电路板，从顶层到底层依次为元件层、地层、布线层1、布线层2、电源层、底层，布线间距最小为0.13 mm，最小线宽 0.13 mm，过孔大小0.13/0.25 mm；底板设计采用4层电路板，从顶层到底层依次为元件层、地层、电源层、底层，布层最小间距0.2 mm，最小线宽0.2 mm，过孔大小0.2/0.3 mm。

除却以上基本注意事项，对于高精度GPS采集设备重点是如何减小设备本身对定位精度造成的影响。其中主要考虑的是设备的电磁兼容性问题，因为GPS信号由卫星发射，经过大气层的衰减，到达地面接收机时标准幅度仅有几个毫伏，如此微小的信号很容易被周边的其他电磁噪声所淹没。GPS的信号频段为1.23 GHz和1.57 GHz，与CPU主频以及GPRS的频率相仿，非常容易受到干扰。对于这一问题，在PCB设计方面，尽可能减小所有走线的长度，对于CPU、GPRS模块等关键区域大面积铺铜，确保信号回流路径的完整、低阻抗，减小辐射产生。同时对于CPU、GPRS等易产生辐射的高频区域，采取接地屏蔽壳方式，减小各模块辐射对其他电路造成的影响，提高设备的电磁兼容性能。

2.3终端应用软件设计

采用安卓操作系统，开发土地信息采集与数据更新系统。使用操作系统的好处在于，便于对底层硬件资源如显示屏、串口、触摸输入、存储器、文件系统等进行管理和调度，应用软件设计就可以专注于业务流程等应用功能。针对农村土地流转的实际应用需求，土地信息采集与数据更新系统按照业务流程主要包括现状采集、复垦验收、多级联运巡查3个部分；GIS相关功能包括图形采集与编辑、属性采集与编辑、地图缩放浏览、图层管理、双向查询等；其他基本功能还包括用户管理、数据库管理、文件管理、图像采集、通信管理与数据同步等。按照系统前后台的详细功能划分如图3所示。

从业务流程来说，在用户成功登录后，可在用户管理菜单的任务管理项中查看和管理当前用户的任务及执行情况，点选任务类别后可查看任务列表以及执行情况，点击任务可跳转到任务执行界面。任务数据通过XML格式进行数据同步，地图文件或矢量数据通过拷贝方式获取。各功能模块主要数据包类定义如表2所示。表2主要功能模块类说明

包名称包含的子包包含的类类功能地图包地图显示子包com.land.transfer.mapshowMapShow地图显示类地图编辑子包com.land.transfer.mapeditMapEdit地图编辑类现状调查包 现状调查信息子包 com.land.transfer.survey MySurvey 现状调查类 复垦验收包复垦验收信息子包com.land.transfer. reclamationMyReclamation复垦验收类多级联动巡查包 多级巡查信息子包 com.land.transfer. multistage MyMultistage 多级巡查类 用户信息包 用户信息子包 com.land.transfer.user UserTasks 用户任务类 配置信息包 配置信息子包 com.land.transfer.ini IniInfo 配置信息类

以复垦验收为例，该环节主要功能是对接受的复垦验收任务进行现场确认，采集记录任务地块的地理位置信息，基于下发的复垦验收任务与复垦矢量数据，确认复垦地块是否存在，地块位置与面积是否与任务一致，其他权属、用途等属性是否属实，并将相应结果与数据回传上报。主要软件界面如图4所示。

3结论

本研究针对农村土地流转中对现场数据的电子化采集需求，集成高精度GPS技术、嵌入式微处理器技术等，研制开发了农村土地流转信息采集与数据更新设备与系统。解决了现有设备采集精度不高，设备计算、存储能力不强，网络通信方

式单一，数据同步困难等问题。实现了现场地理信息数据的精确、快捷采集，从土地流转的采集源头进行了信息电子化，为土地流转全过程科学监管打下了坚实的数据基础。通过任务的下发与执行，实现了农村土地流转中的过程控制，同时结合地块属性、现场图像采集等，建立了全方位的土地流转现场资料，必将为农村土地流转全程监管的进一步深入推进起到积极作用。

nlc202309021928

参考文献：

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GPS误差分析和精度控制 第7篇

1 GPS精度

GPS的测量精度主要有两种重要因素:测量误差和卫星与用户的几何位置 (我们用空间位置精度因子PDOP (Position Dilution of Precision) 来表示) , 但通常都用几何精度因子GDOP (Geometri Dilution of Precision) 来描述空间位置精度因子PDOP和时间误差TDOP (接收机钟差精度因子Time Dilution of Precision) 的综合影响的精度因子。计算方法是:

GPS绝对定位的误差与精度因子 (DOP) 的大小成正比。经分析研究表明:当观测站与4颗观测卫星所构成的六面体体积越大时, 所测卫星在空间的分布范围也越大, 而这时的GDOP值越小, 观测的精度也越好;但是为了降低大气折射对观测精度的影响, 通常都要先限制观测卫星的高度角 (上述大气折射对观测精度的影响) 。当所测卫星在空间的分布范围越大, GDOP值越小;当所测卫星在空间的分布范围越小, 则GDOP值越大。当GDOP值越小, 则观测效果就越显著。因此可参照GDOP值的大小, 决定观测效果的好坏, 同时决定是否采用此点位或此观测值。

2 GPS误差分析

GPS定位是通过地面接收设备接收卫星传送的伪距载波相位和数据星历确定地面点的3维坐标。测量结果的误差来源于GPS卫星、信号的传播过程和接收设备在高精度的GPS测量中还应注意到与地球整体运动有关的固体潮汐、相对论效应等的影响。因此, GPS定位误差从误差来源讲一般可分为下面2类:

2.1 与GPS卫星有关的误差

与GPS卫星有关的误差, 包括星历误差 (轨道误差) 、卫星钟误差等。卫星星历误差。由卫星所给出的卫星位置与卫星的实际位置之差称为卫星星历误差。卫星星历误差又等效为伪距误差。它是一种起始数据误差, 大小取决于卫星定轨系统的质量, 如定轨站的数量及其空间分布, 观测值的数量及其精度, 轨道计算时所用的轨道模型及定轨软件的完善程度等。此外与星历的外推时间间隔也有关系。星历误差是GPS测量的重要误差源。目前, GPS卫星轨道误差的等效伪距误差 (使用广播星历) 为4.2m, 美国的SA政策和AS政策人为地使导航定位的精度降低, 点位误差有时达到100m。卫星钟误差。卫星的位置随时间变化, GPS测量是以精密测时为基础的。信号由卫星到达地面的传播时间乘以光速就等于站星间的几何距离。因此, GPS测量的精度与时钟误差密切相关。卫星钟差指GPS卫星时钟与GPS标准时间的差别, GPS采用高精度原子钟 (铷钟和铯钟) , 但它们与GPS标准时之间的偏差和漂移总量仍在1ms～0.1ms之间, 由此引起的等效距离误差将达300km～30km。这是一个系统误差, 必须加以修正。可以通过连续监测精确确定其运行状态参数。用二项式模拟卫星钟的误差能保证卫星钟与标准GPS时间同步在20ms之间, 由此引起的等效偏差不会超过6m。要想进一步消弱剩余的卫星钟残差, 可通过对观测量的差分技术进行。

2.2 与GPS信号传播有关的误差

GPS信号传播误差主要包括电离层折射、对流层折射以及多路径传播。电离层折射误差。电离层是指高度在50 km～1 000 km之间的大气层, 受太阳辐射 (主要是X射线和紫外线区能量辐射) 作用, 高层大气中的气体分子被电离, 形成带正电的粒子和自由电子, 这种电离气体的密度是高度、时间和经纬度的函数, 呈非均匀分布。GPS信号在电离层中传播产生延迟, 从而使测得的结果产生偏差。在纬度地区测站天顶方向的电离层延迟白天达30 ns (相当于10m) , 夜间为3ns～10ns (相当于1m～3m) 。传播方向的延迟与观测仰角有关, 一般在30ns～50ns (相当于9m～45m) 之间。可见它对测量精度影响是不可忽略的, 必须对它进行改正。进行电离层改正时, 单频接收机和双频接收机采用的方法不同。单频接收机采用电离层改正模型, 常用Klo-buchar模型。实测资料表明, 该模型能改正电离层影响的50%～60%, 理想情况下能改正75%。另外, 单频用户还可以采用GPS导航电文提供的Tgd参数进行电离层延迟改正。Tgd参数表示的是GPS发播的2个频率L1和L2的群延迟之差。对于双频用户, 由于电离层对L1和L2频率有色散性质 (即折射指数随频率变化) , 可采取双频观测量组合消除电离层的影响。对流层折射误差。对流层折射误差是电磁波信号通过对流层时其传播速度不同于真空中光速所引起的。对流层是离地面高度40km以下的大气层, 该层集中了大气质量的99%。电磁波在其中的传播与频率无关, 只与大气折射率和电磁波传播方向有关, 在天顶方向延迟可达2.3m, 在高度角10°时可达20m。对流层折射与大气压力、温度和湿度有关。由于对流层大气状态变化复杂, 所以大气折射率的变化及其影响比较复杂。多路径效应。在GPS测量中, 测站周围的反射物所反射的卫星信号进入接收机天线, 并和直接来自卫星的信号产生干涉, 使观测值偏离真值产生多路径误差。这种由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应被称为多路径效应。据大量资料的分析统计, 多路径误差对点位坐标的影响在一般环境下可达5～9 cm, 在高反射环境下可达15 cm, 多路径效应是影响GPS测量精度的一个重要误差源, 严重时还可能引起卫星信号失锁。

3 减少或消除误差的措施

3.1 测站安置

测站不宜选择在山坡、山谷和盆地内, 应远离大面积平静水面, 其附近不应有高层建筑物、广告牌等 (即所谓净空) 。测站应选择反射能力较差的粗糙地面, 以减少多路径误差。另外, 延长观测时间, 选择配有抑径板的接收天线也可减少多路径误差。

选择适当的截止高度角, 既可延迟和限制电离层、对流层的影响, 又能尽量多接收几个卫星的信号, 以增加多余观测数, 改善几何图形。

在测段间重新整平对中仪器, 以减少接收机的整平对中误差。同时还要求天线盘方向标志指北 (偏差在5s之内) , 便于对接收机相位中心偏差进行改正。

3.2 测量方法

用载波相位测量代替伪距测量。由于载波波长很短 (λ1=19.0cm, λ2=24.4cm) , 因此, 比伪距测量精度高2～3个数量级, 用双频改正还能减少或消除电离层延迟误差。

用相对定位代替绝对定位。2点或2点以上的同步相对定位与单点的绝对定位相比, 可减小卫星星历误差、卫星钟差、大气延迟误差 (2点间距<100km) 。

采用区域差分技术或广域差分技术不但能减小基准站和用户站共同的误差, 而且可使站间距从100km增加到2000km。

3.3 数据处理

用精密星历代替或部分代替广播星历。授权用户可由Internet随时下载精密星历提供给解算软件, 达到减小与星历有关误差影响和SA政策影响的目的。采用适当的起算数据。有3种可行方案:首先与国家GPS网A、B级控制点或其他高级GPS网控制点连测, 精度可达米级;其次, 将原有国家级已知点的坐标转换到WGS-84坐标系中, 精度在几米级;最后, 如果没有条件与其他控制点连测, 也可用不少于观测30min的单点定位结果做起算数据, 其精度为10～15m。载波相位测量中采用适当的线性组合。如分别在接收机、卫星、历元间求一次差, 可分别消除卫星钟误差、接收机钟误差和整周模糊度。在接收机、卫星间求二次差可同时消除卫星钟误差和接收机钟误差。在三者间求三次差可得到只有坐标差未知数的方程。

结束语

GPS测量中存在上述多种误差, 深刻理解了这些误差, 在设计技术方案时采取相应的措施消除或消弱这些影响。在实际作业中要严格按照测量规范进行操作。在作业过程中, 测量的主要误差是多路径误差, 点位的对中误差, 作业时应尽量避免并减少其误差从而提高成果的可靠性和精确性。同时, 只有深刻理解这些误差, 才能设计合理的GPS接收机硬件和软件系统, 从而促进GPS的进一步发展。

参考文献

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GPS测量的误差及精度控制 第8篇

Global Positioning System全球定位系统是美国的国防部为其陆、海、空三军所研制的卫星导航系统。它是可以全球性、全天候以及连续性的进行卫星定位、导航、测速、定时等作用的系统。而GPS系统也可以为全球的任何一个用户提供全天候的、连续的以及高精度的三维坐标、速度与时间等信息的技术参数。而GPS的全球定位系统则是由空间的卫星系统、地面的监控系统以及用户的接收系统三大部分所组成的。

1.1 空间的卫星群

GPS的空间的卫星群是由24颗的高约2.02万千米的卫星群所组成的, 并且均匀的分布在了6个固定的轨道面之上, 其各个平面之间的交角为60。, 而轨道与地球赤道间的倾角为55。, 其卫星轨道的运行周期为11小时58分, 只有这样才可以保证在任何的时间与任何的地点以及地平线以上, 至少可以接收到4颗以上的GPS卫星所发送出的信号。

1.2 GPS的地面控制系统

地面的控制系统包括一个主控站、3个注入站与5个监测站, 其中主控站的作用就是根据各个监控站对于GPS所观测的数据, 来计算卫星的星历与卫星钟改正参数等并将这些数据通过注入站注入到卫星中去;注入站的作用则是将主控站所计算的数据注入到卫星当中去。监控站的作用就是接收卫星信号, 监测卫星的工作状态。

1.3 GPS的用户部分

由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成, 其作用是接收GPS卫星发出的信号, 利用信号进行导航定位等。在测量领域, 随着现代科学技术的发展, 体积小、重量轻便于携带的GPS。

2 GPS测量的误差来源

2.1 卫星星历误差

卫星的星历是由其地面的监测站跟踪GPS卫星来求定的, 由于地面的监测站测定的误差和卫星在空中受到的摄动力等多重的影响, 从而使得其测定的卫星轨道会有一定的误差, 卫星的星历都是地面的监测站根据卫星轨道所推算出来的, 使得卫星的星历所提供的卫星位置和实际的位置之间会有一定的偏差。星历的误差是GPS测量的重要的误差来源, 如果定位的精度要求也会小于1 ppm时可以忽略轨道的误差。要求定位精度较高的可以通过同步观测值求差来减弱卫星轨道误差的影响, 尤其基线较短时, 其影响更不明显。

2.2 信号传播误差

2.2.1 对流层与电离层折射的影响

在电离层当中, 因为分子在太阳作用之下发生了电离, 从而使得卫星的信号在其传播的过程当中会产生一定的延迟, 从而使其测量的结果产生一定的偏差。对于电离层的影响。对流层折射的影响是从地面向上40 km的对流层当中, 大气中质量的99%都集中在此层当中, 这层也是气象现象的主要出现地区。而电磁波在其中传播也和大气的折射率相关联。对流层当中的大气折射率分为干分量和湿分量两个部分, 干分量和大气的温度与大气压相关联, 湿分量和信号在传播路径之上大气的湿度与高度有关。

2.2.2 观测误差

观测的误差和仪器的硬件、软件对于卫星信号观测所能达到的分辨率有关。观测的误差还和天线的安置精度相联系, 即天线的对中误差、天线的整平误差以及量取天线高度的误差。因此, 在精密的定位当中, 要应注意去整平天线, 仔细的对中。

2.2.3 接收机时钟误差

一般的GPS接收机之内时钟所采用的石英晶体振荡器, 其稳定度约为1×10-6~5×10-6。如果卫星时钟和地面的接收机时钟同步的误差为1s时, 所引起的等效距离误差就会为300m, 而这个误差是很大的。

2.2.4 天线中心位置偏差

在GPS的测量当中, 所有的观测值都是由测量卫星到接收机天线相位中心的距离, 而天线的对中就是以天线的几何中心为标准, 因此, 就要求在天线的相位中心和天线的几何中心要保持一致。但是, 在天线的相位中心瞬时的位置会随信号输入的强度和方向的不同而发生变化, 所以, 在观测时相位中心瞬时的位置会与理论上的相位中心不一致, 而这个偏差就会造成定位的误差。

3 GPS测量的精度控制

3.1 卫星精度控制

卫星历的误差控制:

利用区域性GPS跟踪网就可以确定GPS的卫星轨道。跟踪站的地心坐标误差对于卫星的轨道影响是10倍或者更大。所以, 就要提供优于2m精度的卫星轨道要求跟踪站的地心坐标精度要优于0.1m。约束全球基站的松弛轨道加权的约束基准方法, 从中可以得出优于5cm的相对坐标值, 基本上就能满足我国现阶段的区域性定轨需要。如果以我国现有的GPS卫星跟踪基站, 根据对各个卫星所记录观测的数值, 计算出对现有的卫星历轨道根数的误差改正值, 可以进一步的计算长弧轨道的精密星历, 从而就能直接的向用户播发精密的星历, 取代现有的技术从而降低精度以后的广播星历。

3.2 信号传播误差

3.2.1 电离层与对流层折射的精度控制

3.2.1. 1 电离层的延迟我们可以通过以下三种方法来减弱其影响:

a.利用电离层的模型加以改

正。b.利用双频的接收机减少在电离层延迟。c.利用同步的测量来求差。

3.2.1. 2 减少对流层的折射影响, 我们主要有两个方面的措施:

a.利用模型来改正。实测地区气象资料利用模型改正, 能减少对流层对电磁波延迟达92%~93%。b.利用同步的观测求差。

3.2.2 观测误差精度控制

现今已有的太阳光压改正模型有:多项式光压模型、ROCK4光压摄动模型与标准光压模型, 而这几种光压模型的精度基本上是相当的, 都可以满足1m定轨的要求。但最近却有人提出, 可用附加随机的过程参数或是对较长轨道运用一阶三角多项式逼近非模型化的长期项影响, 可以得到更为理想的结果, 甚至是可以满足到0.1~0.2m精度定轨的要求[2]。

3.2.3 接收机钟精度控制

接收机的天线附近水平面、斜面与垂直面都能GPS的信号产生镜反射。而天线附近的地形和事物, 例如池塘、建筑物、树木、沙滩、山谷、水沟、山坡和道路等都可以构成镜反射。所以, 在选择GPS的点位时要特别的去注意避这些事物和地形。解决接收机钟差的办法有如下的几种:单点的定位时, 就是要将钟差作为一个未知数在方程当中求解;而在载波相位相对的定位当中, 要采用对观测值的求差 (星间单差, 星站间双差) 方法, 能有效地去除接收机钟差。高精度定位时, 要用外接频标的方法, 为接收机提供高精度的时间标准。

3.2.4 天线中心位置偏差精度控制

在设计天线时, 要尽量去减少这一误差, 其要求天线盘上所指定的指北方向。这样, 在相对的定位时, 就可以通过求差来削弱其相位中心偏差以及影响。在野外的观测时, 要求天线要严格对中、整平。之后还要将天线盘上的方向标指北。

4 结论

通过上文的叙述和分析, 我们就可以利用各自不同的组合来进行相对的定位, 从而有效的消除或是减小上述各的项误差对与定位结果的影响, 进一步的提高测定基线向量的精度。

摘要：所谓的GPS测量就是通过地面的接收设备来接收卫星所传送过来的信息, 而计算在同一时刻的地面接收设备与多颗卫星之间的距离, 最后采用空间距离后方的交会方法以确定地面目标点的三维空间坐标。所以说在GPS卫星、卫星信号的传播过程当中与地面的接收设备等等都会对GPS的测量产生误差。其中主要的误差来源可以分为:与卫星有关、与信号的传播有关, 与观测以及接收设备相关的误差。主要从对卫星历与卫星信号误的综述, 提出在GPS测量当中对误差的精度控制。

关键词：GPS,测量,精度控制,GPS测量误差

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试论如何提高GPS测量精度 第9篇

1 GPS测量精度误差的主要原因分析

1.1 电离层的信号传播延迟

电离层是引起信号传播延迟的重要原因, 其具体是由于沿用卫星与用户接收机之间的相互作用而引起的, 两者在视线方向所显示的电子密度互有不同。当两者的视线关系出现垂直情况的时候, 其延迟方面在白天多能表现为15m, 在夜晚也有3m以上。当两者的视线关系呈现底仰视角度时, 其在白天的延迟可以达到45m, 在夜间的延迟可以达到9m。若遇到特殊的情况, 其延迟方面则更为突出。在实际的操作中可以使用双拼GPS接收器来进行观察, 在电离层干扰严重的区域不建议使用这种设备, 例如赤道或极低等相关位置, 否则所检测到的结果将偏离事实。

1.2 对流层的信号传播延迟

对流层也在某种程度上影响信号的传播, 这是因为电磁波信号具有一定的特殊性, 在通过对流层的时候传播的速度与真空状况下存在着很大的出入, 该过程具体的延迟程度与对流层的性质有关。根据对流层的情况, 可以将其分为干湿两大种大气分量, 每种都对应着不同的影响效果。在其视线方向呈现低仰角状态时, 延迟通常为20米左右。在整个大气结构上, 干大气分量通常达到八九成, 需要采用相关的模型进行纠正。大气分量的有关数值一般不大, 但在维度与高度的变化过程中, 会有所改变。那些维度与高度都高的情况下, 它的变化也是否明显, 会随着时间快速改变。在实际操作中, 很难以把握空气的干湿度, 无法实现准确的预测。所以, 在针对这方面的实际检测过程中, 都是干湿气两种结为一体的数据结果, 其有效性难以得到准确的判定。电流层与电离层延迟则不是这种情况, 其影响因素多为天顶方向。这些造成延迟的要素之间都有一定的关联, 所以采用长或短基线测量, 都能够有效地避免干扰, 从而获得相对准确的结果。

1.3 多路径误差

在GPS信号传播的实际过程中, 很有可能出现信号在遇到其他物体时反射到GPS接收天线上的情况, 这种情况也就是常说的多路径误差的产生过程。该误差的大小一般取决于反射波自身的强弱情况与用户接收器的抗反射波性能。用户在使用的过程中也可以对接收器进行一定操作, 从而减少这种误差, 比如将天线加设半径达到0.4m的仰径板, 并将其调高1-2米。除此之外, 用户还应该明确当接收机的天线与周边水平面呈现垂直角度时, 会出现镜反射, 在使用的过程中应避免这种情况。

1.4 周跳

这一情况的另一种说法是失周。在使用GPS进行精密定位的过程中, 相关的观测值都属于相位观测者, 这种观测值指的是接收机的自身的震荡与卫星载波之间存在着一定的差额。在现实的检测过程中, 相关的结果中只涵盖那些不到一周的小数。这种情况产生的原因大多是GPS接收机的质量因素和外部其他相关的因素造成的。在对设备进行动态测量的过程中, 载体移动速度可能过快, 天线也有可能倾斜, 这都是影响测试结果的外部因素。由于其他方面因素的干扰, 接收机有时候难以收到信号, 造成信号丢失, 或者接收机收到信号但是存在故障, 难以顺利解读信号, 这些都是GPS接收机本身存在的问题所造成的。工作人员在实际应用的过程中, 就重点关注这些差额产生因素, 尽量减少这种误差对测试结果的影响。

2 提高GPS测量精度的相关措施

(1) 很多操作人员在运用GPS相关设备进行工作的时候, 都会对该设备进行相应的准确度测试。通常会对已知点的坐标进一步分析与研究, 确保各个已知点在坐标数据上保持准确性, 这样做能够加强GPS的精确度。具体的检验过程可以按照如下程序进行操作:一是操作人员要认真核对已有的数据与资料;二是借助更精确的设备, 如测距仪等, 对已知点进行核算;三是对已知点进行分组计算, 找出精度最高的已知点。

(2) 针对那些精度要求高的项目, 在进行GPS内部的检测过程中, 可以在网内设置一级光电测距导线, 利用该导线的闭合坐标进行精度检测。这种检测方法不仅能够获得GPS的控制精度结果, 还能够得到已知点的精度情况。

(3) 利用GPS技术进行城市测量工作具有多方面优势, 其精度与准确度都非常高, 对于测量位置的要求相对较低, 给工作人员提供了很大方便。相关工作人员应具备专业的GPS测量技术, 能够针对观测所得的数据进行准确度与精度方面的判断。因为每一失误都有可能造成观测成果和内业计算成果的错误, 造成返工或不可弥补的损失。

(4) 工作人员在室外进行施工时, 当温度低于零下的时候, 要对设备进行预热。这样能避免测试的结果因设备温度过低而产生一定误差, 确保测试结果的准确性。

3 结束语

综上所述, 对于如何提高GPS测量精度在地形测量上的应用来说, GPS测量误差的主要原因以及提高GPS测量精度的相关措施等的关系是紧密相连且不可分割的, 而就目前来说, 因为各类原因的存在, GPS测量技术在地形测量上的应用还存在不少问题, 这是地形测量随着社会经济不断进步的必然产物, 也是顺应时代发展的必然选择。而充分的将GPS测量技术在地形测量上的应用发挥出来是一项有着一定难度的工作, 这离不开社会各界的大力支持, 也离不开地形测量中健全而完善的测量精度管理体系, 而在这个过程中, GPS测量技术在地形测量上的应用观念的及时转变更是离不开的。

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GPS测量的误差及精度控制 第10篇

GPS测量误差按产生来源主要包括三个部分:

(1) 卫星轨道误差和美国SA、AS影响, 即GPS信号自身导致的误差。

(2) GPS在传输过程中产生的误差, 主要包括电离层延迟、多路径传播、太阳光压、对流层延迟, 以及因他们的影响或其他原因引起的周跳。

(3) GPS地面接收设备产生的误差, 即接收机在地面对GPS信号进行接收时产生的误差, 主要原因包括锁相环延迟、钟误差、码跟踪环误差、通道间误差及天线相位中心偏差等。

二、GPS信号的自身误差

GPS信号的自身误差包括卫星轨道误差和美国的SA技术与AS影响。

1. 轨道误差

有关部门提供一定精度的卫星轨道, 以广播星历形式发播给用户使用, 从而即可知观测瞬间所观测的卫星位置, 所以轨道误差即星历误差, 同时卫星星历误差又等效于伪距误差。卫星的星历是由其地面的监测站跟踪GPS卫星来求定的, 由于地面的监测站测定的误差和卫星在空中受到的摄动力等多重的影响, 从而使得其测定的卫星轨道会有一定的误差, 卫星的星历都是地面的监测站根据卫星轨道所推算出来的, 使得卫星的星历所提供的卫星位置和实际的位置之间会有一定的偏差。现代GPS技术中, 卫星星历误差的等效伪距为4.2m, 但是美国方面的SA和AS政策人为的降低导航定位, 使点位误差明显增大, 有时可达100m甚至更多。卫星星历误差是GPS测量重要的误差来源, 如果定位的精度要求小于1ppm时可以忽略误差较小的轨道误差。

2. 美国的SA技术和AS影响

SA技术是选择可用性 (Selective Ava ilab ility) 的简称, 它是由两种技术使用户的定位精度降低, 即δ技术和ε技术。δ技术是人为地施加周期为几分钟的呈随机特征的高频抖动信号, 使GPS卫星频率10.23MH z加以改变, 最后导致定位产生干扰误差, ε技术是降低卫星星历精度, 呈无规则的随机变化, 使得卫星的真实位置增加了人为的误差。

AS技术 (An ti-Spoofing) 叫反电子欺骗技术, 其目的是为了在和平时期保护其P码, 不让非授权用户使用;战时防止敌方对精密导航定位作用的P码进行电子干扰。AS技术使得用C/A码工作的用户无法再和P码相位测量值联合解算进行双频电离层精密测距修正, 实际降低了用户定位精度。

三、GPS在传输过程中产生的误差

1. 电离层的信号传播延迟

信号在传播的过程中引起延迟的原因是电离层, 其主要是和沿用卫星与用户使用的接收机视线方向所呈现出来的电子密度有关, 接收视线方向如果处于垂直视线, 那么所体现出来的延迟值在夜间平均可以达到三米, 在白天的时候延迟值可以达到十五米, 然而在低仰视角度情况中, 所出现的延迟值分别是九米和四十五米, 并且在反常时期所出现的延迟值还会进一步增加。

2. 对流层的信号传播延迟

出现对流层延迟的原因, 主要是电磁波信号在通过对流层的时候, 其传播速度和真空中光的传播速度不同所引起的。其中又分为干大气分量和湿大气分量, 在低仰角的时候其能够达到20米。其中干大气分量大概占有80%至90%, 这点能够利用模型将其大部分进行改正。大气分量所占用的数值虽然不大, 但是它随着纬度和高度出现的变化, 而随之变化。在实践中对于空气中的水汽与干气非常的难以预测, 因此在实践当中进行大气测试, 通常都是干气和湿气两者融合在一起的数值, 所以对于准确性就显得难以做出有效的判断。

3. 多路径误差

有时GPS信号并不能直接射至GPS信号接收天线, 而是先射至物体, 经过反射才到达GPS接收天线, 从而会对GPS信号直接射至接收天线的直线波产生干扰, 这就是多路径误差。多路径误差的强度根据情况不同会有所差异, 主要差异原因在于用户GPS信号接收天线的抗干扰能力以及反射信号的强弱。为了防止多路径误差可在用户天线附近设置仰径板, 当天线长度在1m-2m时, 可采用直径为40cm的仰径板, 这样可以有效的避免多路径误差。

经过GPS测量技术长期的发展, 并通过对大量的数据统计资料进行分析发现, 多路径误差存在以下危害:

(1) 在高反射环境 (城镇、水体旁、沙滩、飞机、舰船等) 下, 码信号受多

径误差的影响, 可导致接收机的相位失锁。

(2) 当边长小于10 km时, 主要误差源是天线的对中误差和多路径误差。

(3) 观测值中的很多周跳都是由于多路径误差引起的。

(4) 多路径误差对点位坐标的影响, 在一般环境下可达5-9 cm, 在高反射环

境下可达15 cm。

4. 周跳

周跳也称失周。GPS定位系统在工作室采用相位观测值进行相对定位。相位观测值是接收机自身震荡而长生的相位与接收机接收的卫星载波的相位差, 进行量测时, 只能测量到小于1周的小数部分, 最准确的可以精确到0.01周。理想条件下, 卫星可被接收机锁住并进行跟踪, 测出包括整数部分的相位变化数值, 从而每个历元的相位观测量与接收机到卫星的距离相差载波波长的一个整数倍, 这是一个固定不变的数值, 这个整数成为整周模糊度, 在进行解算时和其他的参数一起求出。但是在实际情况并不能完全符合理想条件, 接收机对卫星的跟踪偶尔会断开连接, 在失去联系的这段时间相位的变化就不能被了解和确定, 此时失周、周跳就产生了。

对于周跳的影响程度可通过观察周跳周数进行确定, 大于10周的周跳可轻易发现并予以消除, 但是对于小于10周的周跳, 尤其是1-5周的周跳、半周跳、四分之一周跳特别难以发现, 而对含有周跳的观测值在进行处理时, 将把周跳忽略掉, 所以此时的周跳将严重影响GPS测量的精度。

四、地面接受设备产生的误差

1. 观测误差

观测误差主要由地面观测人员及观测设备的精度造成。接手设备的硬件、软件对于卫星的观测都有一定的分别率, 分别率越高。观测越准确。另外观测误差和接收信号天线也有很大关系, 在精密的GPS信号定位中应特别注意天线的安装精度。

2. 接收机时钟误差

一般GPS接收机内部所采用的时钟都采用石英晶体振荡器, 稳定度约为1×106-5×106。如果卫星时钟和地面接收机时钟同步存在误差, 比如误差为1s, 所引起的等效距离误差就会为300m, 由此可见误差很大。

3. 天线中心位置偏差

在GPS测量系统中, 测量的距离为卫星到天线相位中心的距离, 而天线的对中就是用天线的几何中心作为标准, 所以要求天线的几何中心和相位中心是重合的。但是由于GPS信号本身的问题, 比如信号强度时强时弱, 会造成天线相位中心瞬时的改变, 不能与几何中心重合, 所以造成几何中心与相位中心内的不一致, 造成误差。

五、GPS测量精度控制

GPS测量精度对于正确的定位起着非常重要的作用, 针对以上产生误差的原因, 本节将针对几个重要原因进行测量精度控制, 改善测量偏差。

1. GPS信号本身精度控制

卫星星历误差即轨道误差是GPS信号本身误差的主要方面, 下面对星历误差的控制进行详细阐述。利用区域性GPS跟踪网就可以确定GPS的卫星轨道。跟踪站的地心坐标误差对于卫星的轨道影响是10倍或者更大。所以, 就要提供优于2m精度的卫星轨道要求跟踪站的地心坐标精度要优于0.1m。约束全球基站的松弛轨道加权的约束基准方法, 从中可以得出优于5cm的相对坐标值, 基本上就能满足我国现阶段的区域性定轨需要。如果以我国现有的GPS卫星跟踪基站, 根据对各个卫星所记录观测的数值, 计算出对现有的卫星历轨道根数的误差改正值, 可以进一步的计算长弧轨道的精密星历, 从而就能直接的向用户播发精密的星历, 取代现有的技术从而降低精度以后的广播星历。

2. 信号传播精度控制

电离层延迟导致的信号误差可通过一下几个措施进行防治:

(1) 求差时利用同步测量。

(2) 模拟电离层模型, 实验改进方案。

(3) 更换接收机, 采用双频接受。

为了减少对流层的折射对信号传输的影响, 可采用的控制措施有:

(1) 利用同步观测求差值, 使结果更加精确。

(2) 同减少电离层影响的措施一样, 将对流程建模, 进行模型改正。首先测量对流层各项参数, 在实验室根据数据参数进行实际建模, 通过接近实际的模型来研究如何减少对流层对信号的影响。

3. 对地面接受信号准确度的控制

(1) 观测误差精度控制

首先对于地面工作站工作人员的专业素质进行培训, 使每个数据观测人员均能准确对检测数据进行收集与整理, 具备发现问题, 分析问题, 解决问题的能力。

其次对于观测精度的控制可采用太阳光压改正模型, 这些模型包括:标准光压模型、ROCK4光压摄动模型以及多项式光压模型, 这几种光压模型精度相当, 均可以满足1m定规要求。

(2) 接收机时钟精度控制

根据定位要求的不同可对接收机的时钟精度控制采用不同的策略。单点的定位, 可将钟差作为一个未知数, 代入方程进行求解, 并最终得出误差值;在载波相位相对的定位中, 可采用对观测值比如星间单差、星站间双差求差的方法;如果要求高精度定位, 可采用外接频标的方法, 为接收机提供很高精度的时间标准。以上集中方法, 根据要求定位的精度不同, 采用不同的方法进行精度控制, 可在经济思想的前提下, 实现最大有效精度的控制。

(3) 天线中心位置偏差精度控制

天线几何中心和相位中心需要重合, 所以在进行设计时需要尽量减少天线中心位置偏差。可采用的方法是:设计天线时让其天线盘上指定的指针均指向北方, 通过这种方法, 在进行相对位置定位时, 可采用求差的方法来削弱几何中心和相位中心不重合的偏差。并且在野外测量时, 要严格要求天线对中, 整平, 并且将天线盘上的方向指北。

六、结论

本文通过对GPS测量的误差来源进行分析, 找出产生定位偏差的原因, 并进一步对如何减轻和消除这些偏差进行了阐述, 进一步提高了测量精度, 减少了定位误差。

参考文献

[1]许其凤.GPS卫星导航与精密定位[M].北京:解放军出版社, 1994:108.

[2]宋雪源, 李建文, 李军正等.不同星历和钟产品对GPS动态PPP定位测量结果比较[J].全球定位系统, 2011, 2.

高精度GPS网布设技术研究 第11篇

GPS控制网按其精度分为一、二、三、四级, 采用高级控制低级的原则布测。一、二级应布设均匀覆盖全国的连续网, 构成我国高精度三维大地控制网基础框架;对于区域性的地球动力学研究、各种地壳形变测量、各种精密工程测量等精度要求较高的可视其要求的精度, 采用一、二级GPS测量。三、四级可视需要灵活布设, 主要用于一般工程定位、军控测量、海洋控制测量、城市控制测量和测图、地籍、物探、建筑等控制测量。另外在这四级之上还有GPS连续观测站、VLBI站和SLR站, 它们构成了我国最高等级的大地控制网, 是我们布设GPS大地控制网时的坐标系参考基准。

一个全新的GPS大地控制网的建立分三步完成, 由于全部工作都由GPS来完成, 故首先选择一个与WGS84坐标系相匹配的地心框架, 而ITRF坐标系统既与WGS84相似, 又比WGS84精度高, 故是最好的选择。其次网的设计与数据采集, 网的设计根据精度要求不同分为不同等级, 数据采集时根据不同的等级要求, 确定观测时间的长短。第三是数据处理与建立控制网信息库。

自80年代末, 随着全球定位系统 (GPS) 的广泛应用, 世界各发达国家和地区都相继建立了区域性的、高精度GPS网。美国自80年代起先后建立了国家大地测量 (NGS) 的跟踪网、美国海岸防护队 (USCG) 的差分网、联邦航空管理 (FAA) 的WAAS网以及美国工程兵 (USACE) 的跟踪网等局部网, 这些网由美国大地测量局统一负责, 称为“连续运行参考站”系统, 它由137个基准站组成, 该系统计划发展到250个基准站, 平均站距为100～200公里, 覆盖全美, 构成新一代动态国家参考系统。该系统的数据和信息包括每个观测站接收到的卫星伪距、相位信息、站坐标、站移动矢量、GPS星历、站四周的气象数据等, 用户可以很方便地通过信息网络得到。它的主要目的是:使全美领域内的用户更方便地利用该系统实现厘米级的水平定位和导航;促进用户利用空间参考系统来发展GIS;监测地壳形变:支持遥感的应用;求定大气中的水汽分布;监测电离层中自由电子浓度和分布;通过与水准测量结合, 实时确定点位的正常高。

英国于1992年建立了由700个站组成的国家GPS网, 并建立了近30个GPS连续观测站;加拿大大地测量局在本土建立了由10几个永久站组成的GPS跟踪网;德国也在全国范围内建立了由100个永久GPS跟踪站组成的卫星定位网, 平均站距为40公里;日本在全国建成了由近1200个GPS站组成的综合服务系统, 该系统的永久跟踪站平均距离30公里, 构成了一个网格式的GPS永久站排列, 是日本国家的重要基础设施。

上述国家的GPS网应用于许多方面, 如地震的监测和预报、控制测量、工程控制和监测、测图和地理信息系统的更新、气象监测和预报、研究地球动力等等, 为军事、工农业各方面提供服务。

目前, 利用高精度、连续运行的GPS网站建立和维持全球统一的地心大地测量坐标系, 已成为大地测量发展的新趋势。

1 技术设计

GPS网布设前首先根据任务的目的、要求、技术指标做出详细的技术规定, 技术规定包括布网原则、点位分布要求、点间距、点间相对精度等。

1.1 技术设计准备

(1) 根据任务需要, 搜集与测区范围有关的国家三角网、导线网、天文重力水准网、水准网、人卫站、甚长基线干涉测量站、天文台、航天测控站和GPS网点等已知资料。 (2) 搜集测区范围内有关的地形图、交通图、地质图及地质、地震资料等。 (3) 搜集测区范围内的气候、气象资料、冻土层资料, 社会治安情况、流行病情况等。图上设计前, 对上述资料分析研究, 必要时进行实地勘察, 然后进行图上设计。

1.2 图上设计

图上设计一般结合收集的资料在地形图上进行, 按照高级控制低级的原则, 根据所布控制网的精度要求和点距要求, 在图上标出新设计的GPS点的点位、点名、点号和级别;并在图上标出有关的三角、导线网点以及有关的水准路线。为了便于实地选点, 每点应设计2～3个选址方案。

若建立一个全新的GPS控制网, 必须首先需要选择一个地心参考基准。目前, ITRF框架与WGS84基本上是一致的, 而且精度比WGS84要高, ITRF测站在全球己布设了200多个, 而且还在逐年增多。因此在布高等级控制网时, 要以工TRF或IGS站为基准站, 站间距离按相应等级的控制网要求进行布设。使用双频接收机, 要有足够长的观测时间, 以保证测站坐标必须达到相应等级的精度要求。

目前, 我国已建立了25个高精度的GPS连续观测站, 今后几年内将增加到260个, 它们属于ITRF框架, 因此布设控制网时, 可充分利用这些站作为基准站。

2 实地选址与埋石

GPS网点的选择和埋石在整个网的布设中是关键的一步, 也是非常重要的, 不仅关系整个网的精度, 也关系到控制网完成后的利用效率和产生的经济效益。

2.1 选点

GPS控制网点位选择涉及的因素很多, 也比较灵活。基本遵循以下原则。

(1) 站点周围的地理环境。GPS点位间虽然不要求直接通视, 但需要一个相对开阔的地带, 点位周围仰角10度以上应无障碍物。 (2) 点位的地质条件。实地选点也要结合大比例尺地质图;建立高等级控制网, 要确保点位的相对稳定。在实地选点时, 首先要避开断裂带, 避开地质不稳定的地方, 这些地方不能确定其运动的方向和速率, 在数据处理时无法进行地壳运动改正:因此选址时, 要选在地质相对稳定的地方, 如岩石上、基岩上:在没有基岩的地方, 建立土层点时, 也要考虑当地土质的稳定性, 如避开松软的土层等。 (3) 点位的交通条件。点位应选在交通方便的地方, 一是在观测时上点方便;二是节约搬站时间, 同时也节约了测量费用;三是方便利用, 能充分发挥点位的效率。 (4) 长期保存。了解站位所在地的规划情况、社会情况、风土人情, 根据实际情况确定点位的位置。为了点位的长久保存, 要征求当地政府和规划部门的意见, 避开即开发的地区。 (5) 点位应避开大型金属物体、大面积水域和其它易反射电磁波等物体, 以避免产生多路径效应误差。多路径效应在观测过程中不能发现, 只有在测后数据处理时才能知道, 如果在观测时不注意, 事后发现再补测, 不仅影响工作而且造成不必要的浪费。在GPS一级网测量时, 上海佘山天文台就出现了这种情况, 由于距点位5米远有一座高于点位的铁皮房, 观测时天线略低于房顶, 测量过程中未出现异常, 事后数据处理时误差较大。后来观测时天线架设高于房顶, 解算结果有了明显的好转。 (6) 在点位上方无高压输电线, 距点位100米范围内不能有变电站;远离大功率的电台、微波中继站等辐射电源。GPS二级观测中, 湛江一点位在92年观测时正常, 94年测量时由于附近新建了电视台, 接收机无信号, 直到离开电视台1 0 k m才重新收到信号, 98年在三网联测中, 在福建94年测的GPS二级网点上, 由于附近新建呼机台, 接收机信号不连续, 测量结果不能使用;点位避免选在两强微波站之间, 在96年某基地网观测中, 由于点位在两微波站之间, L2没有信号, 偏离这个方向Ikm左右, 接收机则恢复正常。

2.2 埋石

高精度GPS控制网一般是国家的基础网, 要求精度高、长期保存、长期利用。因此埋石时要考虑点位的安全、标石对精度的影响。

(1) 埋石前, 首先对选定的位置进行实地考查, 以确定点位位置的地质条件是否符合埋石要求。 (2) 为防止标石下沉与倾斜, 埋设标石前应在坑底填以砂石并夯实和整平, 在冻土地区标石的坑深应在冻土层以下。 (3) 为避免观测时的对中误差, 标石的标志要求为强制对中, 因此标石应建成观测墩, 观测墩为钢筋混凝土浇筑, 其高应为1.0～1.2米, 并且在墩的侧面刻上点位的点号、等级及施工的年月, 点位还要方便于水准联测和其它常规测量的使用。

3 GPS网的野外布设

在实施观测前, 要做出观测实施方案, 一个方案的好坏不仅关系到整个控制网的精度, 也决定了施测时间的长短、费用的多少和参测人员的辛苦程度。

做实施方案前, 需要首先详细了解以下几点。

(1) 投入的力量。包括参测的仪器数量、人员、车辆、生活保障情况、油料供应情况。 (2) 测区的点位分布情况, 根据测区调查及埋石资料, 将点位展在一张小比例尺地形图或交通图上, 为做调度命令做好准备。 (3) 测区内交通情况, 根据参加观测的接收机数量、观测点的分布情况, 进行分区:调度时, 根据测区的交通情况、每个点位的难易程度, 安排每台仪器迁站时的路线和搬迁的时间, 确保每台仪器搬迁时间大致相同, 基本上能保证同时上点观测, 提高工作效率。 (4) 气候情况。根据整个测区的气候情况, 安排观测的前后, 避开测区内最不易行走的时间。 (5) 社会情况。了解测区内的民族风俗、风土人情、社会治安、流行病及测区内对人有危险的虫兽。出发前做好准备必要的药品及有关器材, 防止施测过程中出现意外事故而影响工作进度。

GPS观测中的测区分区。在大面积GPS控制网作业中, 往往点很多, 分布又很广, 不可能每台仪器上一个点, 这时就不得不进行分区观测, 同一区的观测同步进行, 区与区之间有一定数量的连接点, 分区时应考虑以下几点。

(1) 控制网的整体性。即不能产生局部扭曲。 (2) 误差传播。连接作为不同分区的公共点, 也是区与区之间误差传播的枢纽, 在控制网平差中, 公共点的定位误差将影响分区的精度, 并且带都一定的系统性。 (3) 网的多余观测。一定数量的多余观测可以通过平差提高网的精度和可靠性, 在解算过程中剔出不合格的数据后, 还能满足规范要求的测段数量。 (4) 方便检核。在基线解算完成后, 平差前, 要对观测质量进行检核, 一般通过网点组成的图形来进行, 因此分区时要考虑相邻点的联接。 (5) 布网时的费用。在分区时不同的方法其工作效率不同, 在保证构图的同时, 还要考虑作业人员观测与迁站的时间、迁站的路程等。

参考文献

[1]田建波.东北、华北GPS二级网实施方案.1995.