高中生的科技論文1500字

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　　高中生的科技論文1500字篇一

　　GPS系統(tǒng)誤差來源的分析

　　摘要：全球覆蓋連續(xù)導(dǎo)航定位:由于GPS有24顆衛(wèi)星,且分布合理,軌道高達(dá)20~200km,所以在地球上和近地空間任何一點(diǎn),均可連續(xù)同步地觀測4顆以上衛(wèi)星,實現(xiàn)全球、全天候連續(xù)導(dǎo)航定位。對于GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號傳播過程和地面接收設(shè)備都會對GPS測量產(chǎn)生誤差。計劃在未來10年內(nèi)對GPS做一系列的調(diào)整和改進(jìn)。

　　關(guān)鍵詞：GPS，誤差，應(yīng)用，改進(jìn)

　　一、概述GPS及其應(yīng)用

　　GPS即全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioning System)是美國從本世紀(jì)

　　70年代開始研制，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。作為新一代的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展，已成為在航空、航天、軍事、交通運(yùn)輸、資源勘探、通信氣象等所有的領(lǐng)域中一種被廣泛采用的系統(tǒng)。我國測繪部門最初主要將GPS系統(tǒng)用于高精度大地測量和控制測量，建立各種類型和等級的測量控制網(wǎng)，現(xiàn)在它除了繼續(xù)在這些領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用外還在測量領(lǐng)域的其它方面得到充分的應(yīng)用，如用于各種類型的工程測量、變形觀測、航空攝影測量、海洋測量和地理信息系統(tǒng)中地理數(shù)據(jù)的采集等。GPS以測量精度高; 操作簡便，儀器體積小，便于攜帶; 全天候操作;觀測點(diǎn)之間無須通視;測量結(jié)果統(tǒng)一在WGS84坐標(biāo)下，信息自動接收、存儲，減少繁瑣的中間處理環(huán)節(jié)、高效益等顯著特點(diǎn),贏得廣大測繪工作者的信賴。GPS 的主要特點(diǎn)有：

　　(1)全球覆蓋連續(xù)導(dǎo)航定位:由于GPS 有24 顆衛(wèi)星,且分布合理,軌道高達(dá)20~200km,所以在地球上和近地空間任何一點(diǎn),均可連續(xù)同步地觀測4顆以上衛(wèi)星,實現(xiàn)全球、全天候連續(xù)導(dǎo)航定位。

　　(2)高精度三維定位: GPS 能連續(xù)地為各類用戶提供三維位置、三維速度和精確時間信息。GPS提供的測量信息多,既可通過偽碼測定偽距,又可測定載波多普勒頻移、載波相位。

　　(3)抗干擾性能好、保密性強(qiáng); GPS 采用數(shù)字通訊的特殊編碼技術(shù),即偽噪聲碼技術(shù),因而具有良好的抗干擾性和保密性。

　　二、GPS 定位的誤差來源分析

　　GPS 測量是通過地面接收設(shè)備接收衛(wèi)星傳送來的信息，計算同一時刻地面接收設(shè)備到多顆衛(wèi)星之間的偽距離，采用空間距離后方交會方法，來確定地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)。因此，對于GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號傳播過程和地面接收設(shè)備都會對GPS 測量產(chǎn)生誤差。主要誤差來源可分為:與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差;與信號傳播有關(guān)的誤差;與接收設(shè)備有關(guān)的誤差。

　　1.與衛(wèi)星有關(guān)的誤差

　　(1)衛(wèi)星星歷誤差

　　衛(wèi)星星歷誤差是指衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星空間位置與衛(wèi)星實際位置間的偏差,由于衛(wèi)星空間位置是由地面監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星測軌結(jié)果計算求得的,所以又稱為衛(wèi)星軌道誤差。它是一種起始數(shù)據(jù)誤差,其大小取決于衛(wèi)星跟蹤站的數(shù)量及空間分布、觀測值的數(shù)量及精度、軌道計算時所用的軌道模型及定軌軟件的完善程度等。星歷誤差是GPS 測量的重要誤差來源.

　　(2)衛(wèi)星鐘差

　　衛(wèi)星鐘差是指GPS衛(wèi)星時鐘與GPS標(biāo)準(zhǔn)時間的差別。為了保證時鐘的精度，GPS衛(wèi)星均采用高精度的原子鐘，但它們與GPS標(biāo)準(zhǔn)時之間的偏差和漂移和漂移總量仍在1ms～0.1ms以內(nèi)，由此引起的等效誤差將達(dá)到300km～30km。這是一個系統(tǒng)誤差必須加于修正。

　　(3)SA干擾誤差

　　SA誤差是美國軍方為了限制非特許用戶利用GPS進(jìn)行高精度點(diǎn)定位而采用的降低系統(tǒng)精度的政策，簡稱SA政策，它包括降低廣播星歷精度的ε技術(shù)和在衛(wèi)星基本頻率上附加一隨機(jī)抖動的δ技術(shù)。實施SA技術(shù)后，SA誤差已經(jīng)成為影響GPS定位誤差的最主要因素。雖然美國在2000年5月1日取消了SA，但是戰(zhàn)時或必要時，美國可能恢復(fù)或采用類似的干擾技術(shù)。

　　(4)相對論效應(yīng)的影響

　　這是由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)所處的狀態(tài)(運(yùn)動速度和重力位) 不同引起的衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘之間的相對誤差。

　　2.與傳播途徑有關(guān)的誤差

　　(1)電離層折射

　　在地球上空距地面50～100 km 之間的電離層中,氣體分子受到太陽等天體各種射線輻射產(chǎn)生強(qiáng)烈電離,形成大量的自由電子和正離子。。當(dāng)GPS 信號通過電離層時,與其他電磁波一樣,信號的路徑要發(fā)生彎曲,傳播速度也會發(fā)生變化,從而使測量的距離發(fā)生偏差,這種影響稱為電離層折射。對于電離層折射可用3 種方法來減弱它的影響: ①利用雙頻觀測值,利用不同頻率的觀測值組合來對電離層的延尺進(jìn)行改正。②利用電離層模型加以改正。③利用同步觀測值求差,這種基線的效果尤為明顯。

　　(2)對流層折射

　　對流層的高度為40km 以下的大氣底層,其大氣密度比電離層更大,大氣狀態(tài)也更復(fù)雜。對流層與地面接觸并從地面得到輻射熱能,其溫度隨高度的增加而降低。GPS 信號通過對流層時,也使傳播的路徑發(fā)生彎曲,從而使測量距離產(chǎn)生偏差,這種現(xiàn)象稱為對流層折射。減弱對流層折射的影響主要有3 種措施: ①采用對流層模型加以改正,其氣象參數(shù)在測站直接測定。②引入描述對流層影響的附加待估參數(shù),在數(shù)據(jù)處理中一并求得。③利用同步觀測量求差。

　　(3)多路徑效應(yīng)

　　測站周圍的反射物所反射的衛(wèi)星信號(反射波)進(jìn)入接收機(jī)天線,將和直接來自衛(wèi)星的信號(直接波) 產(chǎn)生干涉,從而使觀測值偏離,產(chǎn)生所謂的“多路徑誤差”。這種由于多路徑的信號傳播所引起的干涉時延效應(yīng)被稱作多路徑效應(yīng)。減弱多路徑誤差的方法主要有: ①選擇合適的站址。測站不宜選擇在山坡、山谷和盆地中,應(yīng)離開高層建筑物。②選擇較好的接收機(jī)天線,在天線中設(shè)置徑板,抑制極化特性不同的反射信號。

　　3.與GPS 接收機(jī)有關(guān)的誤差

　　(1)接收機(jī)鐘差

　　GPS 接收機(jī)一般采用高精度的石英鐘,接收機(jī)的鐘面時與GPS 標(biāo)準(zhǔn)時之間的差異稱為接收機(jī)鐘差。把每個觀測時刻的接收機(jī)鐘差當(dāng)作一個獨(dú)立的未知數(shù),并認(rèn)為各觀測時刻的接收機(jī)鐘差間是相關(guān)的,在數(shù)據(jù)處理中與觀測站的位置參數(shù)一并求解，可減弱接收機(jī)鐘差的影響。

　　(2)接收機(jī)的位置誤差

　　接收機(jī)天線相位中心相對測站標(biāo)石中心位置的誤差,叫接收機(jī)位置誤差。其中包括天線置平和對中誤差,量取天線高誤差。在精密定位時,要仔細(xì)操作,來盡量減少這種誤差影響。。在變形監(jiān)測中,應(yīng)采用有強(qiáng)制對中裝置的觀測墩。相位中心隨著信號輸入的強(qiáng)度和方向不同而有所變化,這種差別叫天線相位中心的位置偏差。這種偏差的影響可達(dá)數(shù)毫米至厘米。而如何減少相位中心的偏移是天線設(shè)計中的一個重要問題。在實際工作中若使用同一類天線,在相距不遠(yuǎn)的兩個或多個測站同步觀測同一組衛(wèi)星,可通過觀測值求差來減弱相位偏移的影響。但這時各測站的天線均應(yīng)按天線附有的方位標(biāo)進(jìn)行定向,使之根據(jù)羅盤指向磁北極。

　　(3)接收機(jī)天線相位中心偏差

　　在GPS 測量時,觀測值都是以接收機(jī)天線的相位中心位置為準(zhǔn)的,而天線的相位中心與其幾何中心,在理論上應(yīng)保持一致。但是觀測時天線的相位中心隨著信號輸入的強(qiáng)度和方向不同而有所變化,這種差別叫天線相位中心的位置偏差。這種偏差的影響可達(dá)數(shù)毫米至厘米。而如何減少相位中心的偏移是天線設(shè)計中的一個重要問題。

　　三、GPS的最新發(fā)展與改進(jìn)

　　面對導(dǎo)航市場的迅速發(fā)展和強(qiáng)大的競爭壓力，美國政府不得不作出反映，計劃在未來10年內(nèi)對GPS做一系列的調(diào)整和改進(jìn)。對GPS的改進(jìn)將對GPS系統(tǒng)的3個部分進(jìn)行，其中對星座部分的改進(jìn)最大。

　　1.GPS星座的改進(jìn)

　　(1)改善星座的分布(2)增強(qiáng)衛(wèi)星的自主導(dǎo)航能力(3)取消SA政策(4)增加民用頻率(5)頻率復(fù)用(6)增強(qiáng)衛(wèi)星發(fā)射信號的功率

　　2.地面監(jiān)控部分的改進(jìn)

　　衛(wèi)星位置的精度直接影響到用戶的定位精度，而地面監(jiān)控站的數(shù)量和分布部分地決定了GPS衛(wèi)星定軌的質(zhì)量。目前GPS共有5個監(jiān)控站，衛(wèi)星位置的精度為1m～2m。。美國軍方正計劃將國家制圖局(NIMA)的7個GPS監(jiān)控站納入目前的控制網(wǎng)，使將來的監(jiān)控站的分布更加均勻、密度更大，為了計算衛(wèi)星的位置提供更多的、更及時的高質(zhì)量觀測數(shù)據(jù)。預(yù)計在未來10年，衛(wèi)星星歷的精度將達(dá)到亞米級，甚至達(dá)到厘米級，同時，向衛(wèi)星上傳數(shù)據(jù)的頻率也將更高。

　　3.用戶接受部分的改進(jìn)

　　由于用戶的用途不同，用戶接受機(jī)的改進(jìn)也是多樣化的。接收機(jī)的硬件部分正朝多樣化、小型化、模塊化、集成化、操作簡單等方向發(fā)展，例如出現(xiàn)了一些新的接收機(jī)可根據(jù)用戶的需求用軟件設(shè)定單頻GPS、雙頻GPS等模式。接收機(jī)的面板上只有一、兩個按鈕和若干個顯示燈組成，可完成接收機(jī)的基本操作。GPS的數(shù)據(jù)解算軟件將基于數(shù)據(jù)庫，朝著圖形化、智能化等方向發(fā)展。這些發(fā)展的最終的目的是讓一般用戶更方便的使用GPS。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[3]張守信等.GPS技術(shù)與應(yīng)用.國防工業(yè)出版社.2004.1

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