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GNSS校正数据解密(一)

发布时间:2022-09-30 20:36:14点击量:

如果您需要可靠的全球精确位置,通常您会先调研一下,然后决定买一个多频GNSS接收机。您订购GNSS评估板后,如何才能确保此接收机能达到它承诺的高精度?为了尽快地达到分米甚至厘米级的精度,GNSS接收机需要依靠外部校正来补偿各种各样的GNSS误差。

GNSS误差

由于GNSS卫星系统和地球大气层的造成的误差,基于GNSS的定位先天就面临着精度方面的挑战。

GNSS,全球导航卫星系统包括中国北斗、美国GPS、欧洲伽利略、俄罗斯GLONASS、日本QZSS和印度NavIC。这些卫星星系向接收机广播定位信息,接收机利用这些信息计算它们的位置。其本质是很多高精度的同步时钟一边环绕着地球运行一边不间断地“广播”出它们的位置和时间信息。GNSS用户接收机接收到这些“飞行时钟”的信号就能计算出到卫星之间的距离。接收机如果能知道到至少四颗卫星与自己之间的距离就能推算出自己所在地的位置。然而,这种位置的精度受到某些误差的影响。

对GNSS卫星的时钟和轨道偏差进行修正

为了得到更高定位精度,需要对GNSS卫星的时钟和轨道偏差进行修正

即使GNSS卫星使用的最先进的时钟也会发生微小的漂移,从而导致时钟误差(clock errors)。GNSS卫星的环绕地球运动的轨道是可以预测的。但预测的结果并不理想,这就是所谓的轨道误差(orbit errors)。此外,卫星设备还会带来小的信号误差,这些误差被归类为卫星偏差(satellite biases)。除了上述提及的这些卫星误差外,还有大气误差(atmospheric errors)。大气误差形成的原因是由于信号在穿越地球电离层和对流层时发生了失真和延迟。最后,接收机周围的环境以及接收机本身也会导致误差。例如,卫星信号常常被楼宇和高层建筑反射引起的多路径误差。

对于卫星误差和大气误差,GNSS接收器是无法自行校正,只能依靠外部数据。时钟和轨道误差与卫星本身有关,这意味着在世界各地这种误差都是一样的。但另一方面,大气误差则取决于信号自卫星到用户的传输路径,因此这种误差会因接收器的位置不同而有所不同。为了克服卫星和大气误差,人们通常使用参考站(也称为基站)。参考站是固定安装在已知精确位置上的GNSS接收机,这样它就可以估算GNSS的系统误差,再进行计算及播GNSS校正信息。如果将某个区域内的多个参考站接收机相连就组成了参考站网络。

GPS北斗接收机接收用于校正卫星和大气误差的数据

用户接收机接收用于校正卫星和大气误差的数据

接收机端的误差通过稳健的接收机技术和谨慎的操作可以部分消除。根据所应用的校正类型的不同,设备初始化时间需要耗时几秒到几分钟才能达到期望的高精度。

《未完待续》

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