与接收设备有关的误差.DOC

與接收設備有關的誤差 ? 首頁? ? GPS Principles ? 最後更新：JAN/28/2004 GPS測量使用來說，GPS與使用者接收設備有關的誤差包括：觀測誤差、接收儀時鐘誤差、相位中心誤差和載波相位觀測的週波未定值誤差。　 觀測誤差這類的誤差除了觀測的分辨誤差以外，尚包括接收儀天線相對測站安置誤差。根據經驗，一般認為觀測的分辨誤差約為信號波長的1%。由此，對GPS碼信號和載波信號的觀測精度如表5-6所列。觀測誤差屬於偶然性質的誤差，適當增加觀測量將會明顯地改善其影響。信號 波長 觀測誤差P碼 29.3m 0.3mC/A碼 293m 2.9m載波 L1 19.05m 1.9mm載波 L2 24.45m 2.4mm接收儀天線相對觀測站中心的安置誤差，主要有天線的定平，定心誤差及量取天線相位中心高度(天線高)的誤差。例如，當天線高度為1.60m時，如果天線定平誤差約為0.1度，則由此引起的光學定心器誤差約為3mm。因此，精密定位工作必須仔細操作，以儘量減少這種誤差的影響。同時，天線高必須確實量測(斜高或垂直高)記錄之，不可疏忽。接收儀時鐘誤差GPS接收儀一般採用石英鐘，其穩定性約為10-11。如果接收儀時鐘與衛星時鐘間的同步差約為1μs，則由此引起等效距離誤差約為300m。處理接收儀時鐘誤差比較有效的方法，是在每個觀測站上引入一個時鐘差參數作為未知數，在數據處理中與觀測站的位置參數一併求解。這時如假設在每一觀測瞬間時鐘誤差都是獨立的，則處理較為簡單。所以這一方法廣泛應用於即時定位中。在靜態定位中，也可以如同衛星時鐘的處理方式，將接收儀時鐘誤差表示成多項式的形式，並在觀測量的平差計算中求解多項式的係數。此法在時鐘誤差模式中，須考慮對時鐘誤差特性所作假設的正確性。在定位精度要求較高時，可以採用高精度的外接時鐘（即時間標準）。如銣原子鐘或銫原子鐘，以提高接收儀時間標準的精度。在精密相對定位中，可以利用觀測值差分的方法有效地消除接收儀時鐘誤差的影響。週波未定值與週波脫落載波相位觀測法是當前普遍採用最精密的定位方法，可精確地測定衛星至觀測站的距離。完整的載波相位是由週波未定值N0、整數週波值INT(ψ)及小數週波值Fr(ψ)三個部份組成。因此，雖然小數週波值Fr(ψ)可以高精度量測獲得，但是週波未定值N0及整數週波值INT(ψ)亦須正確無誤。由於接收儀只能測定載波相位差非整週的小數部份和從某一起始曆元至觀測曆元間載波相位變化的整週數，而無法直接測定載波相位相對應該起始曆元在傳播路徑上變化的整週數(即週波未定值)。因而在載波相位觀測中，將存在週波未定值的影響。週波未定值之求解及週波脫落(Cycle Slips)之偵測與修護為載波相位測量的數據處理上，必須小心處理的兩個問題。週波未定值之計算另章討論本章將介紹週波脫落之偵測(detect)與修護(repair)。任意時刻t的接收儀相位量測值由兩個部份組成：一部份是不足一整週的小數週波值Frψ(t)，它在在t時刻的一個瞬時量測值，是由接收儀所產生的信號和接收來自衛星的載波信號之相位差中小於一週的部份；另一個部份是整數週波值INT(ψ)，它是從t0持續觀測到ti時，用計數器逐個累計下來的信號之整數週。一旦訊號受到某些因素干擾或中斷，當在恢復正常接收時，其小數週波值雖然可以繼續量測得到，但其間經過之整數週波值卻無法正確計數，會造成一整數週波的偏差量，參圖5-10。此即週波脫落或稱之為跳週之問題。產生整數週計數暫時中斷的原因很多，例如衛星信號被某些障礙物遮蔽；由於接收儀線路的瞬間故障使基準信號無法與衛星信號產生差頻信號，或雖產生差頻信號但無法正確計數；信號強度過於微弱；電離層過於強烈干擾等現象，則接收儀的跟蹤無法鎖定信號而引起的暫時失鎖(loss of lock)。當用戶接收儀收到衛星訊號並進行即時跟蹤(鎖定)後，載波訊號的整數週便可由接收儀自動地計數。但是在觀測中，如果衛星的訊號被阻擋或是受到干擾，則接收儀的跟蹤便可能中斷。而當衛星訊號被重新鎖定後，被量測載波相位的小數部份仍將和未發生中斷的情形一樣，是連續的，可是這時的整數週並不是連續的，這種情況稱之為週波脫落。週波脫落在載波相位測量中是經常發生的，它對距離觀測的影響和週波未定值的影響相似，在精密定位的數據處理中，都是一個非常重要的問題，必須小心處理以避免影響定位成果。目前一般軟體均具有自動偵測(detect)週波脫落及修護(repair)的功能。天線的相位中心位置偏差所謂天線的相位中心是指無線電波信號於量測時所所對應的一點。在GPS測量中，無論是電碼虛擬距離或載波相位距離，觀測值都是以接收儀天線的相位中心位置為準的，而天線的相位中心其幾何中心，在理論上應保持一致。可是實際上天