GPS原理应用(5-3)与卫星有关的误差-卫星轨道偏差(星历误差)

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由于卫星在运动中受多种摄动力的复杂影响,而通过地面监测站又难以可靠地测定这些作用力并掌握其作用规律,因此,卫星轨道误差的估计和处理一般较困难。

目前,通过导航电文所得的卫星轨道信息,相应的位置误差约10m左右。随着摄动力模型和定轨技术的不断完善,卫星的位置精度将可提高到5m左右,精密轨道的精度为5cm以内, 卫星的轨道误差是当前GPS定位的重要误差来源之一

卫星轨道偏差对绝对定位的影响可达几十米到一百米。而在相对定位中,由于相邻测站星历误差具有很强的相关性,因此对相对定位的影响远远低于对绝对定位的影响。不过,随着基线距离的增加,卫星轨道偏差引起的基线误差将不断加大。 GPS卫星到地面观测站的最大距离约为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下表所示。

GPS卫星到地面观测站的最大距离约为25000km,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下表所示。从表中可见,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。

处理方法

在GPS定位中,根据不同要求,处理轨道误差方法:

  • 忽略轨道误差:广泛用于实时单点定位。
  • 采用轨道改进法处理观测数据:卫星轨道的偏差主要由各种摄动力综合作用而产生,摄动力对卫星6个轨道参数的影响不相同,而且在对卫星轨道摄动进行修正,根据引入轨道偏差改正数的不同,分为短弧法和半短弧法。
  • 采用精密星历 :e.g. IGS
  • 同步观测值求差:由于同一卫星的位置误差对不同观测站同步观测量的影响具有系统性。利用两个或多个观测站上对同一卫星的同步观测值求差,可减弱轨道误差影响。当基线较短时,有效性尤其明显,而对精密相对定位,也有极其重要意义。
  • 采用轨道改进法处理观测数据:卫星轨道的偏差由各种摄动力综合作用产生,在对卫星轨道摄动进行修正时,所采用的各摄动力模型精度也不一样。

根据引入轨道偏差改正数的不同,分为

  • 短弧法:引入全部6个轨道偏差改正,作为待估参数,在数据处理中与其它待估参数一并求解。可明显减弱轨道偏差影响,但计算工作量大。
  • 半短弧法:根据摄动力对轨道参数的不同影响,只对其中影响较大的参数,引入相应的改正数作为待估参数。据分析,目前该法修正的轨道偏差不超过10m,而计算量明显减小。

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