4.2 钟差、轨道误差及地球潮汐影响分析与处理
4.2.1 钟差
4.2.1.1 钟差影响
卫星钟差是卫星钟频率漂移引起的卫星钟时间与GNSS标准时之间的差值，是由其噪声的累积效应引起的。使用定位电文广播的三个标定系数αf0、αf1、αf2及参考时刻toc可修正大部分卫星钟差，并且同一颗卫星上的所有信号卫星钟差的修正都是一样的，广播星历一般采用二次多项式来模拟卫星钟随时间的变化，并将这些参数实时播发给用户，但目前广播星历所提供的卫星钟差改正精度只能达到5～10ns。还有一个附加的修正项，卫星中信号之间的同步偏差项
，必须被补偿，另外，相对论的修正是用来补偿卫星时钟速度的变化，这与椭圆轨道上的卫星速度和重力势有关。
残余的钟差和星历误差取决于控制段轨道和时钟建模的质量、广播的导航电文的有效期和量化、卫星和控制段时钟的稳定性和控制段监控网络的容量。通过改善观测量的几何分布，大的监测站网络可以更好地分离三个星历误差分量及卫星钟差。在2005年的L-AⅡ后，平均GPS星历测距误差为0.45m，然而，在Block-ⅡR及后继卫星上安装的铷钟较之之前卫星上使用的铯钟而言，在数据校正时间周期内幅值稳定性提高了一个数量级，随着星座的更新，该值将会进一步减少。
GNSS的运行通常会引入空间信号误差（SIS），SIS误差是由于星历和卫星钟差引起的综合距离误差的标准差。对于GPS星座，在2011年平均的SIS误差为0.9m。但是SIS误差随着卫星的设计不同而不同。如对于Block ⅡR和ⅡR-M卫星，SIS误差大约为0.5m，而对于Block ⅡF卫星，SIS误差大约为0.3m。使用新的CNAV、MNAV和C2NAV电文同样能够获得较低的SIS误差。GLONASS的SIS误差在2012年为1.6m。
接收机钟差可定义为GNSS接收机钟面时与标准GNSS时之间的差值，主要由接收机内晶体振荡器的频率漂移引起，接收机钟差一般在数据处理中与观测站的位置参数一并求解。
4.2.1.2 钟差影响的一般处理措施
（1）忽略卫星钟的数学同步误差，根据卫星导航电文中给出的钟参数求得卫星钟差，在这种情况下，观测方程中只含有4个未知数：观测瞬间用户三维坐标以及接收机的钟差。
（2）通过其他渠道获取精确的卫星钟差，在精密单点定位中，一般不组成差分观测值，而是直接利用非差观测值，所以无法利用星间差分的方法消除接收机钟差的影响。对于精密单点定位，采用导航电文中给出的钟参数求的钟差已经无法满足要求，需要通过其他渠道获取精确的卫星钟差，对于精确卫星钟差数据的获取，目前一般通过国际GNSS服务IGS来获取，IGS及其分析中心为了满足精密定位及精密时间传递等应用的需要，IGS所提供的卫星钟差的精度可优于0.1ns，已可以提供5min或30s采样间隔的事后精密卫星钟差产品，通过内插计算得到每个历元所对应的卫星钟差。内插的方法一般用低阶多项式就可以满足精度要求。
（3）通过对观测值求差消除公共的钟差项。该方法用于采用载波相位观测值进行相对定位，观测值和定位结果的精度都很高。在接收机间求一次差可消除卫星钟差，再在接收机和卫星间求二次差，则接收机钟的相对钟差就被消去。但求差会造成数据的利用率降低，部分参数未解算出来，结果的利用价值也有所降低。
4.2.2 卫星轨道（星历）误差
4.2.2.1 轨道误差及星历分类
卫星轨道误差是指卫星星历中所给出或计算出的卫星位置与卫星真实位置之间的差值，星历误差对于一个具体卫星而言，属于系统性误差。卫星星历是由地面监控站跟踪卫星而求出的。卫星运行中受到多个摄动力的影响，而监控站又难以充分测定这些受力及其作用规律，从而导致星历预报产生误差。在一个观测时间段内，星历误差一般属系统误差，可看作是一种起算数据误差。星历误差会严重影响单点定位的精度，也会给精密相对定位产生较大影响。轨道误差主要受到计算采用的模型，地面跟踪站网的规模、分布，观测时长等因素的影响。
目前卫星星历形式主要有两种：一种是采用参考时刻的开普勒轨道根数、轨道摄动参数及其变化率来描述卫星轨道（如GPS卫星的广播星历）；另外一种星历采用一定时间间隔直接给出了卫星空间的三维坐标及三维运动速度（如IGS提供的精密星历），用户通过内插得到观测瞬间的位置和速度。自GPS系统运行以来，得益于性能良好的新型卫星，并通过降低导航电文的数据龄期，加强卫星钟的管理，对滤波方法的改进，地面跟踪站位置精度不断得到提高，使得GPS的广播星历目前可达到优于1m的精度。同时GLONASS及我国的BDS的广播星历精度也在不断地发展,在朱永兴等人所撰写的《基于精密星历的北斗卫星广播星历精度分析》一文中给出了北斗的广播星历精度可达到1m，著名的IGS综合精密星历可达到1～3cm。
4.2.2.2 卫星星历对定位精度的影响
1.卫星星历对单点定位精度的影响
一般来说，卫星单点定位误差的量级大体与卫星星历误差的量级相同，因而采用广播星历的单点定位一般只能满足导航或者低精度的定位需要。对于厘米级的单点定位必须采用精密星历。
2.卫星星历对相对定位精度的影响
无论是精密星历或者广播星历，其星历误差对相对定位的影响比单点定位要小得多，大量实验表明，在GNSS精密定位中，卫星星历误差SS′对相对定位的结果影响可估算为
式中：Δb为卫星星历误差所引起的基线误差；ρ为测站至卫星距离；（
）的取值根据基线的位置、方向、长度、卫星观测质量及分布而确定。
目前广播星历精度可达到1m，如至卫星距离观测值为2.3×104km，星历误差对相对定位的影响约为9.2×10-7～2.3×10-8，一般均可小于10-7。如果采用精密星历，星历精度可优于0.025m，那么相对定位误差
仅为 （0.3～0.12）×10-9。
由以上分析结果可看出，目前星历误差水平对工程测量相对定位的影响微乎其微。
4.2.2.3 削弱星历误差影响的方法
目前,削弱或消除星历误差影响的方法主要有采用精密星历和采用相对定位模式两种。
1.采用精密星历
精密星历主要用在高精度相对定位领域以及单点精密定位领域。对于精度要求较高并受工期限制的工程测量项目，建议选用IGS服务所提供的快速精密星历，对于高精度定位用户就需要选用最终精密星历。
图4.1 星历预报误差的组成
2.采用相对定位模式
采用这种方法定位可保持很高的相对定位精度，通过与IGS站联测，可以获取高精度的绝对坐标，对于高精度相对定位领域依然需要选择精密定位模式，但在一般的工程测量相对定位工作中，应用广播星历可完全满足要求。
根据卫星信号的几何分布变化，卫星星历误差引起的测距误差将发生变化，故对于不同位置的用户而言是不同的，但主导因素为径向分量
，如图4.1所示。
4.2.3 地球潮汐影响
地球潮汐影响包括地球固体潮影响及海洋负荷潮汐影响。
月球、太阳（摄动天体）对弹性地球的引力作用，会使地球表层发生周期性涨落，称为固体潮。固体潮对GNSS测量影响改正在径向和水平方向分别达到30cm和5cm。固体潮包括与纬度有关的长期偏移和主要由日周期及半日周期构成的周期项。通过24h的静态观测，可平均掉大部分的周期项影响。但是对于长期项部分，在中纬度地区，该项改正在径向可达12cm，即使采用长时间观测，该项影响仍然包含在测站坐标中。根据ITRF协议，虽然通过长时间观测可削弱大部分的周期项影响，但当采用单点定位时，仍然需要顾及完整固体潮改正，否则其长期项会引起径向12.5cm和北向5cm的测站坐标系统误差。但对于工程测量常用的短基线，在GNSS相对定位中，两个测站的固体潮几乎无差异，可通过差分将绝大部分予以抵消，可不考虑此项改正。例如，在神树水电站采用GAMIT软件加载模型和不加载模型进行了基线解算，其结果仅有微小差异，但对于几百公里以上的长基线解算，其影响比较显著，需要考虑固体潮改正，这也是一般GNSS随机软件不能进行高精度长基线处理的原因之一。对于PPP（精密单点定位）来讲，必须利用该模型进行改正。
海洋负荷潮汐影响，是由海潮周期性涨落所引起的。其与固体潮类似，主要由日周期和半日周期项组成，但数值要比固体潮的数值小一个量级。如果要想获得厘米级动态定位精度，或在沿海地区高精度静态定位观测时段不足24h，就必须考虑海洋负荷潮汐改正。此外，当需要精确估算对流层天顶延迟量(ZPD)或接收机精密钟差时，无论观测时长，均需要考虑海洋负荷潮汐改正。对于测站远离海洋该影响微小，可不予以考虑。