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GNSS系列（3）------GNSS定位漂移讨论

2023-05-16

由于工作需要，最近开启了GNSS系列文章的撰写工作，发布于公司官网，现将其同步至CSDN。

原文链接：

http://onemo10086.com/#/school/article/196

      小伙伴们，大家好，我们继续讨论GNSS相关的知识，上期我们讨论如何在地图上显示出正确的GNSS位置，但总有小伙伴反馈定位的位置不准确，存在漂移。这期我们就来重点讨论讨论GNSS漂移是如何产生。

 

一、GNSS定位原理

 

      在讨论GNSS漂移之前，先大致讲讲GNSS定位的基本原理。

      GNSS(Global Navigation Satellite System)泛指所有的卫星导航系统。顾名思义就是利用天上的卫星来获取位置信息。下面以美国的GPS系统为例，讲解是如何通过卫星获取位置信息。其它系统：北斗、伽利略、GLONASS等类似。

GPS系统由三部分组成：

1、空间部分：24颗中轨道卫星(实际上不止24颗)；

2、控制部分：地面上的注入站、监控站、主控站等；

3、用户部分：各类GPS定位终端，如手机、GPS导航器等。

image.png

根据立体几何知识，用户机只要接收到3颗卫星，根据距这3颗卫星的距离和卫星位置，就可以计算自己的位置。即以3颗卫星为球心、距离为半径各自画球面，3球面交汇的地方即是用户机位置(X,Y,Z)。

image.png

卫星的位置和距离从哪里来?卫星的位置很容易得到。实际上，运行于宇宙空间的GPS卫星，每一个都在时刻不停地向全球广播自己的当前位置坐标信息。任何一个GPS接收器都可以通过天线很轻松地接收到这些信息，并且能够读懂这些信息（GPS芯片的核心功能之一）。

距离哪里来的呢？GPS卫星除了在广播自己的当前位置坐标外，还会附加上该数据包发出时的时间戳。GPS接收器收到数据包后，用当前时间减去时间戳上的时间，就是数据包在空中传输所用的时间了。知道了传输时间再乘以传输速度(即光速)，就得到了距离。

根据立体几何知识，理论上只需要3颗卫星就够了，但实际上至少的需要4颗卫星。通过增加卫星数来消除误差，这是因为:

    1、传输速度为光速，非常大，要求时间非常精确才行。卫星上的时钟可以使用高精度昂贵的銫原子钟，但不可能给每个GPS接收器也配置一个銫原子钟，只能使用低成本精度低一些的时钟。计算得到的是传输时间就必然存在误差。

    2、传输速度也会受到空气中电离层的引起，带来误差。GPS卫星广播的自己位置也会存在误差。

 

二、引起GPS漂移的因素

 

1、时钟误差

    包含卫星时钟误差和GPS时钟误差。产生误差原因上面已经讲过，不再赘述。

2、星历误差

即卫星轨道位置误差。进行GPS定位时，计算在某时刻GPS卫星位置所需的卫星轨道参数是通过各种类型的星历提供的，但不论采用哪种类型的星历，所计算出的卫星位置都会与其真实位置有所差异，这就是所谓的星历误差。

3、大气层引入的误差

特指电离层和对流层对GPS信号的延迟。电离层延迟是由于地球周围的电离层对电磁波的折射效应，使得GPS信号的传播速度发生变化，这种变化称为电离层延迟。对流层延迟指的是对于地球周围的对流层对电磁波的折射效应，使得GPS信号的传播速度发生变化，这种变化称为对流层延迟。

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4、多路径效应

多路径效应由于接收终端周围环境的影响，使得接收机所接收到的卫星信号中还包含有反射和折射信号的影响，这就是所谓的多路径效应。例如在高楼林立的楼群中以及山脉密林中，卫星信号收到折射或者反射的几率相当大。这也是为什么建议测试时尽量在空旷地带进行。

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5、SA政策

SA政策是美国政府从其国家利益出发，通过降低广播星历精度（ε技术）、在GPS信号中加入高频抖动等方法，人为降低普通用户利用GPS进行导航定位时的精度的一种方法。

6、GPS接收机周围环境因素

    包含天气情况，周围其它电磁信号干扰，密集建筑、树林等等。

7、GPS接收机性能因素

    包含GPS天线信号接收性能，GPS芯片时钟误差，定位频率，数据处理算法等。

 

三、GPS漂移的类型

 

GPS漂移分为静态漂移和动态漂移。

1、静态漂移。当GPS终端静止的时候，其定位坐标在某个范围不停的变化，甚至还会显示出速度，这便是静态漂移。

2、定位点漂移。定位点漂移指亮点之间的漂移距离超过100米或芯片软件设置的门限距离，且无速度数据，过一段时间后又以同样的距离回到原点。这种情况常反应在星历气候，模块干扰，2D定位和3D定位瞬间变化的过程中。此漂移方向没规律性，较难处理。

3、定位精度漂移。常反应在运动过程中，突然在某一点漂移出去，然后又瞬间漂移回来，有时带有速度，有时不带速度数据。多为信号折射干扰引起，突然有一个很强的折射信号参与定位所致。折射信号一丢失，又恢复正常定位精度。

4、叠加漂移。多反应在2D定位时，定位点沿着一定的方向连续漂移，每个点之间的距离不大，并带有速度，当漂移到一定距离后，又慢慢的漂移回原点。此漂移一般是由于GSP模块长时间处于弱信号，或设备收到干扰引起。

 

声明：以上内容和图片均来自参考文献，仅作汇总而已，版权归原文档作者所有。

参考文献：

[1] https://www.cnblogs.com/magicboy110/archive/2010/12/09/1901669.html

[2] https://www.cnblogs.com/cxt-janson/p/9274438.html

[3] https://jingyan.baidu.com/article/636f38bb4baffdd6b846109a.html

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