摘要：GPS技术是一种重要的测量技术，在各类测量活动中发挥着重要作用。笔者针对GPS测量的误差问题，从信号传播和信号接收两个方面进行分析，并提出了相关解决对策，包括模型改正法和求差法。
关键词：GPS；测量误差；误差处理对策
1 前言
随着现代测绘技术的发展速度不断加快，各种测绘新技术也层出不穷，其中GPS测量技术凭借着局限性小、精确度高和操作方便的优势在众多测绘技术中脱颖而出。该技术的涉及领域较为广泛，因此成为测绘领域中的核心技术而得到广泛应用。在运用GPS技术进行定位测量时，难免存在一些误差，包括系统误差与偶然误差。系统误差和偶然误差均会对GPS定位测量结果造成影响，但系统误差带来的不良后果比偶然误差更大，危害性也比较强。笔者对GPS测量误差原因进行了相关探讨分析，为解决类似问题提供一些借鉴参考。
2 信号传播造成的GPS测量误差
2.1 电离层延迟造成的误差
在大气层中60千米至1000千米之间的部分被称作电离层，这种划分标准不同于气象学中对大气层的划分。在电离层中各种力的综合作用会将气体分子与原子电离，从而形成正离子和自由电子。如果电磁波信号受到这些带电的离子干扰，会引起电磁波信号传播速度产生较大变化，以及在空间的传播路径发生改变，最终导致计算出来的地面接收机与卫星之间的距离与实际距离产生误差，针对这一误差专业术语称为电离层延迟误差。如果GPS信号经过电离层的路径上面电子总含量TEC以及信号频率f出现异常均会造成电离层延迟误差。目前，减小电离层延迟误差的主要方法包括一下两种：第一，依照电离层的色散效果建立相关的双频修正模型，这种方法运用双频观测数据直接组成无电离层延迟或者计算出延迟并改正的组合观测量，修正效果最佳。第二，运用建立的区域固定GPS观测点所得到的双频观测数据，采用数学方法建立有关该区域电离层延迟的修正模型。这种方法是运用实际观察得到的离散电离层延迟或者电子含量而建立的模型。
2.2 多路径效应造成的误差
在进行GPS测量时，卫星信号由各个方向向GPS天线进行传送，部分信号可能直接进入GPS接收天线，部分信号可能经测站周围的障碍物和地面反射后再进入GPS接收天线，这些经过反射后在进入接收天线的信号和直接进入接收天线的信号会产生干涉效应，引起干涉延时，进而导致GPS观测值与真实值出现偏差，这种误差即为多路径效应误差。多路径效应引起的误差会对GPS测量精确度产生较大的影响，严重时可能导致GPS测量信号出现失锁，信号失锁是造成大部分GPS测量误差的主要原因，此外由于这种原因造成的误差很难用数学方法进行消除，属于不可避免误差。经过大量实验检测和理论分析，测站附近的环境以及接收机的性能是导致产生多路径效应误差的主要原因，同时对观察时间的把握是否准确也是影响因素之一不能忽略。
3 接收机造成的GPS测量误差
3.1 接收机钟造成的误差
为了降低成本，GPS的接收机内部大部分都使用石英钟，跟卫星上使用的原子钟相比，稳定性相当不好，由这种接收机钟的本身的不稳定性所造成的误差，就是接收机钟误差。石英钟的缺点包括：钟差值过大，变化速度快且无规律可循。有关专家常选择三次多项式或者更为复杂的四次多项式计算，来对接收机的独特钟差进行拟合，但结果依然差强人意。在实际的检测过程中，有些类型的接收机，一旦其钟差的绝对值超过1ms，就会调整回1ms，促使显示出来的钟差始终维持在不超过1ms的范围，从而钟差的序列便可以不再一直连续。所以，接收机钟之所以会造成误差，最大的原因就是接收机内部石英钟缺乏稳定性，质量不高，同时，使用环境也是一个不可忽视的因素。
3.2 GPS接收机噪声造成的误差
GPS接收机在用于测量设备时，出于成本的考虑，设备的制作精密性、工艺科学性和材料的受限性都能造成测量误差，另外实际测试多在户外进行，受环境影响较大，测量数据所反映的结果一定不能忽视随机性误差的影响，该误差值就是测量噪声，通常来说，该数值在观测误差中所占比重很小，假设长时间进行观察测量，那么噪声值几乎可忽略处理掉。
4 误差的校正方式
4.1 建立模型进行纠正
该处理方式是用通过建立数学模型测算出一个值用以反映误差大小的影响程度，以对测量数据直接校正。因为修正模型自身误差以及观测中取得的修正模型中必要的各参数的存在一些不可避免和不能消除的误差仍然会被带入模型中，进而影响观测值。而且这些不可避免的偏差通常情况下要大于偶然性的误差值， 以至于对GPS 的定位准确性产生较为严重的影响。所以，在用模型法进行数据修正与校准时，必须对误差本身特征、规律及生成机制有成熟的掌握，有理论数据和公式所支持。通常所适用的误差源可分为：对流层延迟导致的误差；相对论效应误差源；电离层延误差等。但仍存在部分误差模型化难度大或不能建立模型，所以该方法存在其局限性。
4.2 求差正校处理方式
该处理方式是按照对观测参数间进行数学处理即对数值间按特定方法进行求差运算，已达到去除和减弱求差运算后所测数据中同类或近似的误差因素影响。处理误差结果对测量数据的影响， 进行合适的观测计划和观察结果的处理方式较常使用的有同步性测量等方法，便可将误差和测量结果相关性加以运算处理，求差去除或可较大程度地削弱其左右测量数据结果的处理方式便叫做求差正校。求差正校处理方式要求误差有较强的相关性，比如空间相关、时间相关等。主要应用范围包括：电离层检测延迟、卫星轨道检测误差等。求差正校处理方式的不足表现为测站间相距越远，空间相关性便越弱，处理的结果偏差也就比较大。
5 结语
根据数据与实际使用监测情况结合分析，我们应从两个方面总结GPS测量误差的原因：1.路径误差，主要是指传播中的路径误差，造成原因如电离层由于延迟而导致的误差等；2.接收端误差，主要是由于地面接收设备原因而导致的误差，如钟误差等。在实际作业中，还应考虑因为环境导致的误差，设备本身的造成的误差和人为造成的误差。当今处于科技高速发展的时代，一种近乎适用各种条件的GPS误差处理方法被广泛应用，即将用参数估计来检测纠正系统偏差的方法，但是该方法不可将所有因素都列为估计参数。所以，应当综合考虑各种影响因素，才能更好的做出分析和找出处理方法。
参考文献
［1］王刚，李伶.矿区GPS测量误差研究［J］.现代矿业，2011，3（01）：46-47.
［2］陶歆贵.对GPS测量的误差及处理方法在高层建筑施工中的分析［J］.矿山测量，2009，3（06）：71-72.
［3］杨增金.论全球定位系统（GPS）的原理及在工程中的应用［J］.建材与装饰（下旬刊），2008，4（06）：62-63.
关键词：GPS；测量误差；误差处理对策
1 前言
随着现代测绘技术的发展速度不断加快，各种测绘新技术也层出不穷，其中GPS测量技术凭借着局限性小、精确度高和操作方便的优势在众多测绘技术中脱颖而出。该技术的涉及领域较为广泛，因此成为测绘领域中的核心技术而得到广泛应用。在运用GPS技术进行定位测量时，难免存在一些误差，包括系统误差与偶然误差。系统误差和偶然误差均会对GPS定位测量结果造成影响，但系统误差带来的不良后果比偶然误差更大，危害性也比较强。笔者对GPS测量误差原因进行了相关探讨分析，为解决类似问题提供一些借鉴参考。
2 信号传播造成的GPS测量误差
2.1 电离层延迟造成的误差
在大气层中60千米至1000千米之间的部分被称作电离层，这种划分标准不同于气象学中对大气层的划分。在电离层中各种力的综合作用会将气体分子与原子电离，从而形成正离子和自由电子。如果电磁波信号受到这些带电的离子干扰，会引起电磁波信号传播速度产生较大变化，以及在空间的传播路径发生改变，最终导致计算出来的地面接收机与卫星之间的距离与实际距离产生误差，针对这一误差专业术语称为电离层延迟误差。如果GPS信号经过电离层的路径上面电子总含量TEC以及信号频率f出现异常均会造成电离层延迟误差。目前，减小电离层延迟误差的主要方法包括一下两种：第一，依照电离层的色散效果建立相关的双频修正模型，这种方法运用双频观测数据直接组成无电离层延迟或者计算出延迟并改正的组合观测量，修正效果最佳。第二，运用建立的区域固定GPS观测点所得到的双频观测数据，采用数学方法建立有关该区域电离层延迟的修正模型。这种方法是运用实际观察得到的离散电离层延迟或者电子含量而建立的模型。
2.2 多路径效应造成的误差
在进行GPS测量时，卫星信号由各个方向向GPS天线进行传送，部分信号可能直接进入GPS接收天线，部分信号可能经测站周围的障碍物和地面反射后再进入GPS接收天线，这些经过反射后在进入接收天线的信号和直接进入接收天线的信号会产生干涉效应，引起干涉延时，进而导致GPS观测值与真实值出现偏差，这种误差即为多路径效应误差。多路径效应引起的误差会对GPS测量精确度产生较大的影响，严重时可能导致GPS测量信号出现失锁，信号失锁是造成大部分GPS测量误差的主要原因，此外由于这种原因造成的误差很难用数学方法进行消除，属于不可避免误差。经过大量实验检测和理论分析，测站附近的环境以及接收机的性能是导致产生多路径效应误差的主要原因，同时对观察时间的把握是否准确也是影响因素之一不能忽略。
3 接收机造成的GPS测量误差
3.1 接收机钟造成的误差
为了降低成本，GPS的接收机内部大部分都使用石英钟，跟卫星上使用的原子钟相比，稳定性相当不好，由这种接收机钟的本身的不稳定性所造成的误差，就是接收机钟误差。石英钟的缺点包括：钟差值过大，变化速度快且无规律可循。有关专家常选择三次多项式或者更为复杂的四次多项式计算，来对接收机的独特钟差进行拟合，但结果依然差强人意。在实际的检测过程中，有些类型的接收机，一旦其钟差的绝对值超过1ms，就会调整回1ms，促使显示出来的钟差始终维持在不超过1ms的范围，从而钟差的序列便可以不再一直连续。所以，接收机钟之所以会造成误差，最大的原因就是接收机内部石英钟缺乏稳定性，质量不高，同时，使用环境也是一个不可忽视的因素。
3.2 GPS接收机噪声造成的误差
GPS接收机在用于测量设备时，出于成本的考虑，设备的制作精密性、工艺科学性和材料的受限性都能造成测量误差，另外实际测试多在户外进行，受环境影响较大，测量数据所反映的结果一定不能忽视随机性误差的影响，该误差值就是测量噪声，通常来说，该数值在观测误差中所占比重很小，假设长时间进行观察测量，那么噪声值几乎可忽略处理掉。
4 误差的校正方式
4.1 建立模型进行纠正
该处理方式是用通过建立数学模型测算出一个值用以反映误差大小的影响程度，以对测量数据直接校正。因为修正模型自身误差以及观测中取得的修正模型中必要的各参数的存在一些不可避免和不能消除的误差仍然会被带入模型中，进而影响观测值。而且这些不可避免的偏差通常情况下要大于偶然性的误差值， 以至于对GPS 的定位准确性产生较为严重的影响。所以，在用模型法进行数据修正与校准时，必须对误差本身特征、规律及生成机制有成熟的掌握，有理论数据和公式所支持。通常所适用的误差源可分为：对流层延迟导致的误差；相对论效应误差源；电离层延误差等。但仍存在部分误差模型化难度大或不能建立模型，所以该方法存在其局限性。
4.2 求差正校处理方式
该处理方式是按照对观测参数间进行数学处理即对数值间按特定方法进行求差运算，已达到去除和减弱求差运算后所测数据中同类或近似的误差因素影响。处理误差结果对测量数据的影响， 进行合适的观测计划和观察结果的处理方式较常使用的有同步性测量等方法，便可将误差和测量结果相关性加以运算处理，求差去除或可较大程度地削弱其左右测量数据结果的处理方式便叫做求差正校。求差正校处理方式要求误差有较强的相关性，比如空间相关、时间相关等。主要应用范围包括：电离层检测延迟、卫星轨道检测误差等。求差正校处理方式的不足表现为测站间相距越远，空间相关性便越弱，处理的结果偏差也就比较大。
5 结语
根据数据与实际使用监测情况结合分析，我们应从两个方面总结GPS测量误差的原因：1.路径误差，主要是指传播中的路径误差，造成原因如电离层由于延迟而导致的误差等；2.接收端误差，主要是由于地面接收设备原因而导致的误差，如钟误差等。在实际作业中，还应考虑因为环境导致的误差，设备本身的造成的误差和人为造成的误差。当今处于科技高速发展的时代，一种近乎适用各种条件的GPS误差处理方法被广泛应用，即将用参数估计来检测纠正系统偏差的方法，但是该方法不可将所有因素都列为估计参数。所以，应当综合考虑各种影响因素，才能更好的做出分析和找出处理方法。
参考文献
［1］王刚，李伶.矿区GPS测量误差研究［J］.现代矿业，2011，3（01）：46-47.
［2］陶歆贵.对GPS测量的误差及处理方法在高层建筑施工中的分析［J］.矿山测量，2009，3（06）：71-72.
［3］杨增金.论全球定位系统（GPS）的原理及在工程中的应用［J］.建材与装饰（下旬刊），2008，4（06）：62-63.
