单基站CORS定位的误差来源分析

单基站 CORS定位的误差来源分析

刘杰

江苏数创智能科技发展有限公司 江苏 · 南通 226000

摘要：随着科技的不断创新，单基站CORS系统测量为一定区域的测量工作提供重要参考依据，是卫星定位发展的必然趋势，它小城市基础设施建筑、基础测绘、工程测量等工作带来革命性的变化。本文通过对单基站CORS系统的误差来源的分析，并针对这些误差提出了一些有效的消除误差措施，用来提高单基站CORS的测量精度，扩展它在测绘的各个领域广泛应用。

关键词：单基站，CORS，GNSS，误差分析

1引言

目前单基站CORS系统的应用已经成为热点话题，它与多基站CORS网络系统相比具有很多的优点。单基站系统结构成简单、成本低、易于建设，可以随时随地升级成多基站CORS系统。单基站CORS系统可以满足小型城市的要求据相关文献报道，在20-30km范围内，其定位精度可以满足诸多工程放样精度要求，因此，在快速发展的小型城市具有很大的应用前景。但单基站CORS系统也有一定的缺点，就是超过一定的测量范围，测量精度会随着距离的增加而降低。为此，应从单基站CORS定位的误差入手进行分析，针对这些误差进行研究，采用合适的办法减弱定位误差影响，提高定位精度。

2 单基站CORS定位误差分析

卫星是在外太空围绕地球进行高速旋转的，卫星通过传播电磁信号，达到地面的单基站CORS定位系统，通过相关卫星信号处理软件，对卫星定位信号进行解算，获得地面单基站CORS的位置以及相关的信号误差信息。利用单基站CORS定位其误差来源是比较复杂的一个过程。但是可以根据卫星定位过程进行剖析，将单基站CORS定位误差来源进行分类：一是与卫星信号传播有关的误差，二是与卫星星座系统有关的误差，三是与地面接收机本身有关的误差。

2.1与信号传播有关误差

1）电离层折射误差

卫星信号要想到达地面，首先得穿越电离层。电离层是地球大气的一个电离区域它受太阳高能辐射以及宇宙线的激励而电离的高层大气。电离层的范围比较宽泛，从离地面约50km开始伸展到约1000km高度的地球高层大气空域。该层大气处于部分电离或完全电离的状态，部分电离的大气区域是电离层，而完全电离的大气区域则本称作磁层。该区存在相当多的自由电子和离子，能使电磁信号改变传播速度，发生折射、反射和散射，使得信号得到削减，产生极化面的旋转并使得信号受到不同程度的吸收。因此，卫星信号的电磁波在传播到电离层时速度发生改变，使得计算距离过程出现了偏差，电离层折射误差直接影响地面定位精度。

2）对流层折射误差

卫星信号穿过电离层以后则进入了对流层，对流层是地球近地表的大气层，其空气密度随着高度的变化而变化，越靠近地面密度越大。对流层中含有大量的水气和气溶胶等物质，甚至有些带电荷的尘埃和水汽。对流层的大气密度比电离层的大气密度要大，而且对流层与地表直接接触，地下的复杂变化使得大气的状态也很复杂，因此，卫星信号穿越对流层时，传播途径发生弯曲，使得信号途经的距离变长，导致测得的卫星信号通过时间和速度反算的位置产生较大偏差。使得单基站CORS定位产生误差。

3）多路径误差

卫星信号在传播过程中，遇见强反射物面时，卫星信号发生反射，如果GNSS接收天线，接收到了反射卫星信号，因干扰信号的影响，使得计算地面点位置时，产生误差，不利于卫单基站CORS定位。

2.2与卫星星座有关的误差

1）卫星钟差

卫星信号的传递过程是通过记录GPS标准时间与卫星时钟的时间差，来计算卫星位置和反算卫星到地面的距离。卫星钟误差直接影响定位精度，通常卫星采用高精度的原子钟，保证它与GPS标准时之间的偏差和漂移小于0.1ms。根据电磁波传播计算方法，卫星钟差引起的等效误差将达30km。因此，卫星钟差这一个对定位影响较大的误差必须得修正。才能保证单基站CORS的定位精度。

2）卫星星历误差

卫星信号又称为载波信号，载波信号中包含着卫星星历，通过卫星星历才能够进行卫星定位与导航。卫星星历误差是卫星空间位置、轨道参数等信息的一个编码文件，也是地面cors基站，计算卫星测轨的依据。能够根据卫星星历数据，计算卫星空间位置与卫星实际位置间的偏差以及卫星钟差等重要数据信息。依据CORS跟踪站的数量及空间分布、观测值的数量及精度、轨道模型及定轨信息，计算地面点三维位置，星历误差属于起算数据误差，也属于系统误差的一种。

2.3与接收机有关的误差

1）接收机天线相位中心偏差

地面接收机时通过同步卫星信号来获取广播星历的，记录同步卫星信号，然后利用软件进行解算和定位。因此，观测值卫星数据时，以接收机的相位中心位置为准的，接收机天线的几何中心和相位中心理论应保持一致。但是卫星分布于整个天空，卫星信号强弱不同、方向不同，导致接收机天线相位中心产生偏差变化。相位中心偏差可导致接收机很大的偏差，甚至可达数cm级影响。

2）接收机位置误差

接收机位置误差包括天线置平误差和对中误差,量取天线高误差。主要是指接收机天线中心于地面测站标石中心位置的误差。这个误差主要来源人为操作，误差影响大约1-5mm左右。

3）接收机钟差

GNSS接收机通常采用高精度的石英钟,它与GPS标准时间之差称为接收机钟差。根据上述分析，钟差对于卫星定位影响极大，必须对接收机钟差进行改正，否则将导致较大定位误差。

2.4 其他误差

单基站CORS实时定位得到的单点坐标与已知的控制点的坐标的解算过程中，需要转换多种不同的坐标系，在坐标参数转换过程中也存在误差：空间直角坐标与大地坐标之间，大地坐标系与国家坐标系之间，大地坐标转化为平面坐标等过程都会产生坐标转换误差。单基站CORS定位时，流动站需要得到CORS基站的数据是通过无线电数据传输完成的。而数据通信误差：如果想要得到高质量的测量成果必须要有可靠信号通信，数据中心传输数据给流动站信号的强弱定位偏差。

3 单基站CORS定位误差的消除措施

为了提高单基站CORS的定位精度，必须消除或减弱上述误差的影响。为了减弱对流层偏差，通常采用在卫星定位解算时加入对流层模型，来改正对流层误差的影响。还可以利用对颗卫星同步观测，利用同步观测求差的方法消除该误差影响，但是需要多颗可视卫星同步观测数据。此外，一些学者将对流层误差看作是一个待定未知的参数，在数据处理时求得这个误差，也可以消除其影响。减弱电离层偏差对单基站CORS的影响，可以采用（1）同步观测值求差；（2）加入电离层模型改正；（3）双频观测等方法进行消除和削弱。选择合适的测量站点，周围空旷没有反射物，选择带有扼流线圈接收机，并增加观测时间，可以减弱或减少多路径误差。

此外，因天空中的卫星众多，可以选择能够接收多种卫星信号的接收机，卫星信号较好的观测时段进行观测等措施来减小观测误差的影响。在数据处理时，可以将有些误差看作时未知参数，通过数据处理来计算出误差值，进而削弱其影响。数据处理过程还可以实行卫星间求差、接收机间球差、同步观测球差等方法消除单基站CORS的影响。

4结论

随着技术的不断进步和发展，单基站CORS测量会更加的完善。单基站CORS的建设费用逐渐降低，操作难度不高，并且效率比RTK高出很多，测量范围也有很大优势，单基站CORS采用GPRS流量方式传输数据，稳定可靠，可以满足一般工程建设需要，可为小城市范围内提供较稳定的控制基准。为地区地籍测量、工程测量、土地利用调查、基础测绘等测绘相关工作提供高精度稳定的参考站信息。

参考文献

1. 柳广春. GPS与TCA结合在三峡高切坡监测中的应用研究[D].江西理工大学,2009.

2. 魏瑞娟,等.单基站CORS的建设与应用研究[J].测绘通报,2010(06):23-26.

3. 陶叶青.单基站CORS-RTK精度分析与测量数据处理[D].辽宁工程技术大学,2009.

作者简介：刘杰，1988年生，河南济源人，现就职于江苏数创智能科技发展有限公司，主要从事三维地理信息系统开发与研究。