GPS从入门到放弃（十六）、卫星时钟误差和卫星星历误差

一、卫星时钟误差

GPS卫星时钟误差（简称卫星钟差）是指GPS卫星时钟与GPS标准时间之间的差值。尽管GPS卫星采用了高精度的原子钟来保证时钟的精度，具有比较长期的稳定性；但原子钟依然有频率偏移和老化的问题，导致它们与GPS标准时之间会存在一个差异。这个偏差是必须加以修正的。当然其他的GNSS系统如北斗也会有类似的问题，这里我们仅以GPS为例说明。
 

下面说一下对于式中的相对论效应修正项的处理。相对论效应包含狭义相对论效应和广义相对论效应。尽管GPS卫星已经按照相对论效应对时钟频率进行了调整，但由于卫星轨道并非是规则的圆形，而是椭圆形，所以相对论效应在不同轨道位置对时钟的频率影响大小是不同的，因此还需要修正。

GPS的接口说明文档中给出的相对论修正项为：

二、卫星星历误差

卫星在空间运行时，其轨道会收到各种因素的影响，如地球质量不均匀引起的作用力、潮汐影响、大气阻力、太阳光压等等，造成卫星轨道复杂且不规则。所以通过星历计算出的卫星位置与卫星实际位置总会有偏差，我们把这个误差叫做卫星星历误差。

       卫星星历误差属于系统误差。它是一个三维向量，可以分为三个方向的分量：径向分量、切向分量和法向分量。其中径向分量是在接收机和卫星连线方向上的分量；切向分量在卫星轨道平面内与径向分量垂直指向卫星的飞行速度方向；法向分量则垂直于轨道平面。这三个分量中，切向分类和法向分量对伪距观测量的影响基本可以忽略，主要影响伪距观测量的是径向分量。

目前常用的星历有广播星历和精密星历

•  广播星历是定位卫星播放的。其精度不稳定，受星历年龄、轨道是否调整、是否处于地球和月亮的阴影区等很多对用户而言是偶然因素的影响。广播星历误差是当前GPS定位的重要误差来源之一。目前根据广播星历所计算出来的卫星星历误差已经可以降低到分米级。
• 精密星历是为卫星精密定位所使用的卫星轨道信息。其由若干卫星跟踪站的观测数据，经事后处理算得。目前的GPS精密星历主要有两种：由美国国防制图局(DMA)生产的精密星历以及由IGS生产的精密星历。前者的星历精度约为2cm，后者的星历精度约为5cm。

三、误差消除

卫星时钟误差和卫星星历误差对所有的接收机都是一样的，因此可以通过差分的方式来消除。

double geodist(const double *rs, const double *rr, double *e)
{
    double r;
    int i;
 
    if (norm(rs,3)<RE_WGS84) return -1.0;
    for (i=0;i<3;i++) e[i]=rs[i]-rr[i];
    r=norm(e,3);
    for (i=0;i<3;i++) e[i]/=r;
    return r+OMGE*(rs[0]*rr[1]-rs[1]*rr[0])/CLIGHT;
}