GNSS误差源 介绍
全球导航卫星系统（GNSS）的定位精度受多种误差源影响，这些误差可归纳为三大类：与卫星相关的误差、与信号传播相关的误差，以及与接收机相关的误差。
一、与卫星相关的误差
- 卫星轨道误差
- 成因：卫星在轨道运行中受地球引力、太阳辐射压力等复杂摄动力影响，轨道预报存在误差。
- 影响：单点定位时误差可达数十米，短基线相对定位中可通过站间差分大幅削弱。
- 校正技术：使用精密星历（如IGS最终产品）或实时轨道修正服务（如SSR）。
- 卫星钟差
- 成因：卫星钟受温度、老化等因素影响，与地面钟产生微小差异。
- 影响：钟差可达数纳秒，对应距离误差约0.3米（GPS L1频段）。
- 校正技术：通过卫星广播的钟差参数校正，或双频观测值组合消除。
- 相对论效应
- 成因：卫星钟与接收机钟因运动速度和重力位差异产生误差。
- 影响：卫星钟每天快约38微秒，对应距离误差约11.4公里（未校正时）。
- 校正技术：卫星钟频率预先调整（如GPS卫星钟频率降低0.0045MHz）。
二、与信号传播相关的误差
- 电离层延迟
- 成因：电离层中自由电子使信号传播速度变化，产生延迟。
- 影响：单频接收机误差可达数十米，双频接收机可消除一阶项影响。
- 校正技术：双频无电离层组合（如L1/L2）、电离层模型（如Klobuchar）或差分技术。
- 对流层延迟
- 成因：中性大气折射导致信号延迟，与温度、湿度、气压相关。
- 影响：干分量（占80%-90%）可通过模型修正，湿分量（剩余部分）误差可达数米。
- 校正技术：对流层模型（如Saastamoinen、GPT3）或差分定位（如RTK）。
- 多路径效应
- 成因：信号经建筑物、地面等反射后产生干涉。
- 影响：伪距误差可达米级，载波相位误差较小。
- 校正技术：天线设计（如扼流圈天线）、算法（如APME+）或选点规避反射面。
三、与接收机相关的误差
- 接收机钟差
- 成因：接收机晶振稳定性不足导致时钟偏差。
- 影响：钟差可达数微秒，对应距离误差约数百米。
- 校正技术：通过接收机钟差参数估计或差分定位校正。
- 天线相位中心偏差
- 成因：天线设计或安装不精确导致信号接收点与几何中心不一致。
- 影响：误差可达数厘米至分米级。
- 校正技术：相位中心校准（如ANTEX文件）或模型修正。
- 接收机噪声和通道延迟
- 成因：硬件电路噪声和信号处理延迟。
- 影响：噪声误差约数毫米至厘米级。
- 校正技术：多路径抑制算法（如卡尔曼滤波）或硬件优化。
误差对定位精度的影响及应对策略
| 误差类型 | 典型误差范围 | 主要影响场景 | 校正技术 |
|---|---|---|---|
| 电离层延迟 | 1-30米（单频） | 高纬度、太阳活动高峰期 | 双频观测、电离层模型、差分定位 |
| 对流层延迟 | 0.5-15米 | 潮湿、低压环境 | 对流层模型、差分定位、气象参数修正 |
| 多路径效应 | 0.1-5米 | 城区、水面附近 | 天线设计、算法抑制、选点策略 |
| 卫星轨道/钟差 | 0.1-10米 | 长基线、低精度需求场景 | 精密星历、钟差产品、差分定位 |
| 接收机钟差/噪声 | 0.1-3米 | 所有场景 | 差分定位、接收机校准、滤波算法 |
高精度定位技术
- RTK（实时动态定位）
- 原理：基准站与流动站差分，消除公共误差。
- 精度：厘米级（固定解）。
- 应用：测绘、农机导航、无人机。
- PPP（精密单点定位）
- 原理：利用精密卫星轨道/钟差产品，结合单站观测数据。
- 精度：分米至厘米级（收敛后）。
- 应用：海洋、航空、科学研究。
- 多系统融合
- 原理：结合GPS、GLONASS、BDS、Galileo信号。
- 优势：提高卫星可见性、几何强度、抗干扰能力。
- 应用：城市峡谷、遮挡环境。