继往绝可汗:gps误差分类

全球定位系统之误差来源种类繁多，而一般误差来源可区分成三大类，即卫星偏差、观测偏差及与观测相关之偏差。

卫星偏差

星历误差：由卫星实际运行之轨道或瞬间位置与导航讯号中广播星历之轨道

预估资料间之偏差。

卫星时钟之偏差：卫星上之时钟与全球定位系统时钟间之偏差。

观测偏差

指接收仪之时钟误差，即接收仪时钟与全球定位系统时钟间之偏差。

与观测相关之偏差

为卫星信号传播过程中，因传播介质与环境所引起的偏差。如起始整数周波未定值、对流层或电离层传播延迟、多路径误差、周波脱落值及精密值强弱度等因素。

周波未定值

由於相位是时间的连续函数,故接收仪接收到卫星的相位值与接收仪本身震荡的相位值不只是带有小数的周波值,而且也是一个连续的周波值。同理,载波相位接收值也应是一个连续的周波值,但是接收仪所量得的相位值与接收仪本身震荡的相位值的差值只是小数部分的周波值,而真正存於卫星与接收仪间的正整数周波值却无法得知。在起始接收时,接收仪本身会自行计算产生一个近似整数的周波值,此近似整数的周波值与正确的整数周波值间存在一个整数的差值,此整数差值称为相位未定值。只要接收仪所接收到的卫星讯号不中断,一组卫星接收仪间的相位未定值应为一个整数常数。欲求解相位未定值,可以利用三次差法,或采取前后相位差的方法予以去除。

电离层传播延迟

卫星讯号在传播过程中,经过大气层时会受到电离层及对流层折射之影响而产生传播延迟。电离层约在高度100公里到1000公里之大气范围,在此范围内充满了离子化微粒子与电子,因电子性质不稳定,对无线电信号造成很大的影响。电离层延迟修正的大小与卫星的高度即使用者的纬度有关,亦会受到电子密度的影响；而电子密度则会因日期、季节及太阳黑子周期而定。

对流层的影响

对流层乃是由地表起算到约40公里处之大气范围,至於40公里~80公里之大气部分其影响量可以忽略。对流层为一中性大气范围,它对电磁波的影响与讯号之频率无关,因此无法藉著同时对不同频率讯号接收的方式加以消除。只能以数学模式来推算其影响量而加以改正。对流层之影响会随卫星高度,测点纬度及测点位置高而异。

多路径效应

是指GPS载波讯号被接收仪附近的障碍物多次折射所产生的影响。像如此GPS讯号是经由两条以上的路径到达天线盘时,则被称为多路径效应。

周波脱落

当卫星讯号於传播过程中受到干扰而中断,以致无法在持续的作相位追踪,直到讯号重新被锁定后再做正常的相位追踪。此时,小数的周波数能可持续的追踪,但是中断期间造成相位连续累积的数值产生偏差,使得整数周波产生不连续的现象,而无法正常计算,此一现象被称为周波脱落。

DOP值

由於接收成果的好坏与被接收的卫星合使用者间的几何形状有关且影响甚距,该项所引起的误差大小称为精密值的强弱度(Dilution of Precision ,简称 DOP)。其可用为量测卫星的几何分布影响成果精度的程度。

精密值的强弱度可分为下列6种

GDOP三维坐标与时间（即几何形状）之精度强弱度:为纬度、经度、高程和时间等误差平方和的开根号值，所以

GDOP²=PDOP²+TDOP²

PDOP位置之精度强弱度：为纬度、经度和高程等 误差平方和的开根号值。

PDOP²=HDOP²+VDOP²

HDOP水平坐标之精度强弱度：为纬度和经度等误差平方和的开根号 值。

VDOP垂直（即高程）坐标之精度强弱度：为高程的误差值。

TDOP时间之精度强弱度：为接收仪内时表偏移误差值。

HTDOP水平坐标与时间之精度强弱度：为纬度、经度和时间等误差平方和的开根号值，所以

HTDOP²=HDOP²+TDO²P

对於测量人员而言,最关心的就是位置成果水平座标 。所以上述六种精密值的强弱度最常用的是PDOP和HDOP。当精度的强弱度值近似等於1,表示成果非常理想。如果该值大於6,则表示成果不能接受,必须重新观测。

误差种类
误差影响的极大值

卫星时钟误差 ±300000公尺,但若用广播讯号中提供的改正项(broadcast correction),将可以降低到±100公尺。
接收仪时钟误差 ±10公尺~±100公尺(视接收仪的种类而定)。
轨道误差 广播星历误差为正负80公尺(倘若用地面追踪站资料则为±10公尺)。
电离层迟滞误差 水平方向±150公尺(天顶方向降低至±50公尺)
对流层迟滞误差 地面高度10度方向为±20公尺(天顶方向则降低至2±公尺)
SELECTIVE AVAILABILITY ±100M
多路径效应 ±0.5M