摘要：從GPS水下地形測量出發，粗略地分析研究了GPS的誤差來源以及誤差對水下地下測量的影響，同時，提出了相應的改正辦法。
　　關鍵詞：GPS、誤差、改正
　　
　　差分GPS水深測量的誤差來源傳統劃分為平面定位誤差和水深測量誤差，事實上，由于GDPS水道測繪系統是由多種系統設備所組成，單純地考慮三維定位測量是不全面的。GDPS定位測量的誤差來源應分為GDPS平面定位誤差、水深測量誤差、水面高程傳遞誤差、系統延時和船舶姿態等綜合誤差進行討論。
　　1差分GPS定位誤差
　　1.1差分GPS平面定位誤差
　　差分GPS是利用基準站和移動站GPS接收機之間誤差的相關性，用差分技術消除和削弱兩者的公共誤差提高移動臺的動態定位精度。但采用偽距差分和載波相位差分時，其誤差的相關性是隨著兩站間距離的增加而減弱，定位精度隨之下將。
　　DGPS差分技術在30Km內，基本消除了衛星鐘差、衛星軌道誤差、大氣層延遲誤差，但隨著距離的增加，衛星軌道誤差、大氣層延遲誤差及RMS顯著增大，因此可認為差分GPS技術在局部范圍內對移動臺定位精度有很大改善。
　　1.2差分GPS的時間延遲
　　由DGPS的定位原理，移動臺是接收來自基準站的差分信號進行差分改正而實時計算出移動臺的位置.在此過程中，移動臺GPS接收機要經過基準站差分改正數的計算→改正數發射→差分信號接收→觀測衛星→差分改正→發送位置信息→計算機接受信號的過程。在這個過程中，包含兩方面的時間延遲:其一是由基準站GPS接收機計算出差分改正數，經過數模轉換、數傳機到移動臺的數傳機，再經過數模轉換進入移動臺GPS接收機的時間延遲。其二是進入移動臺GPS接收機的差分信號經接收機進行處理計算，在送至計算機，由計算機進行計算和存儲的時延。
　　此外，若系統采用事后差分模式，由于目前大多數的導航軟件在設計的過程中，移動臺記錄的定位數據中的時間系統采用計算機的時鐘，而基準站進行數據采集時，一般為UTC時間，這樣在后處理過程中進行數據合并時，如果計算機的時鐘同UTC時間不能保持嚴格同步，則會引起基準站和移動臺數據的時間系統誤差而影響最終的處理結果。
　　2水面高程傳遞誤差
　　海洋測量中海底的高程獲得是依靠水面進行傳遞。在高程傳遞的過程中需要進行深度基準面的確定、潮位站水尺零點的測定、潮位觀測、潮位改正過程。在這個過程中，必然會產生這樣或那樣的誤差。
　　2.1深度基準面的確定誤差
　　深度基準面是一種相對基準面，是為方便船舶航行、便于海圖的水深換算以及滿足海洋航道科研、設計的基準面，有時也稱為設計水位，深度基準面在理論上是同大地平均水準平行的，我國普遍采用理論深度基準面.但在內河，此相對基準面是傾斜的，大致同河床平行，稱為航行基準面，在長江航行基準面呈西高東低的形態，在長江下游地區感潮河段，則采用理論深度基準面。
　　理論深度基準面的確定一般是以水文計算的辦法來確定，以航行保證率的方法計算。通常以95%的通航率為標準，而航行保證率是用統計的方法確定的，統計資料的時間愈長，得到的保證率愈高.然而，在最初確定某處深度基準面時，是很難依據保證率來確定。因而，理論深度基準面雖然是顧及潮汐變化的一個人為的深度起算面，但它對海圖使用的影響最終與潮位預報的準確程度有關，只要獲得準確的從深度基準面起算的潮高，就可獲得實際水深值。我們知道理論基準面是依驗潮站多年的資料確定的，其實質是確定理論深度基準面同平均海面的差值.但在多年的潮汐觀測過程中，地殼的形變、水尺基準水準點的不規則下沉，水尺零點水準測量過程、潮汐的觀測以及統計資料時間區間上儀器、觀測方法的更新必然會帶來系統誤差和觀測誤差，直接影響理論深度基準面的確定精度，最終影響到理論深度基準面之間及同國家高程基準間的換算精度。
　　2.2潮位站水尺零點的測定誤差
　　潮位站水尺零點的精度直接關系到潮汐觀測的準確度，測定。在水準測量過程中基準點，儀器、水準尺、觀測過程、從而給水尺零點高程帶來誤差。
　　2.3潮位觀測誤差
　　其測定是通過水準測量的方法標石等下沉因素會到來誤差，受太陽、月球及起天體引力和地球自轉的相互作用，地球瞬時海面形成一個動態起伏的面。影響瞬時海面高程變化的因素很多，但主要是由潮汐和波浪所引起。潮汐是一種長周期波，具有極強的規律性，通常將其看作為一個確定性過程，而波浪為一種短周期的波動，具有一定的隨機統計性，通常將其作為一個擾動因素。目前，幾乎所有的潮位觀測方法均是針對波浪的擾動，消除和消弱其擾動影響，以期獲得準確的潮汛水位值。潮汐觀測(或水位觀測)方法主要有水尺觀測法、驗潮井觀測法和傳感器式水位觀測法等。
　　水尺觀測法是海洋測量中普遍采用的方法，多應用于臨時驗潮站上。基本方法是選擇一個合適的驗潮位置，豎立驗潮水尺，某時刻在水尺上讀取2-3個瞬時水面觀測值，取其平均值作為該時刻的水位觀測值.此方法簡單易實施，生產成本較低，但在動態環境上讀取水位觀測值，受觀測者的主觀因素很大，雖然人工讀數用平均法消除了部分波浪的影響，但又附加了一部分人的隨機觀測誤差.因此，讀數平均法的濾波性能不穩定、數據精度不高。
　　2.4潮位改正誤差
　　在沉PS和水深測量儀器聯合作業中，所測得的水深值是測船定位點處的瞬時海面至該點海底的深度。除了聲速改正、吃水改正等影響測深儀讀數的改正外，還必須將實際測量的水深值換算為相對于理論深度基準面或平均海水面的高程，也就是得到穩定的深度場，需要進行潮汐改正(或稱水位改正)。由于測量船所處的海面受到潮汐的漲落起伏，作周期性的升降運動，水深測量是在這個不斷升降的海面上進行的，測得的深度是由瞬時海面起算的深度，為了正確地表示海底地貌、就要把測得的深度化為規定的深度基準面(我國采用理論深度基準面)起算的深度，在工程測量中，有時采用當地多年平均海面作為起算的深度，這就是水位改正。如圖l所示
　　
　　圖1潮位改正誤差圖
　　潮位改正的數學模型為:
　　H=h-Hc
　　式中，h為實測水深；Hc為瞬時相對于理論深度基準面的水位(或潮位)；H為測深瞬間海底相對于理論深度基準面的高程。
　　從式中可看出，Hc的觀測精度會直接影響最終海底的相對高程。
　　在上段中，我們討論了潮汐的觀測方法及其誤差來源，這個討論是基于單個的潮位站開展的。事實上，在水深測量的過程中，隨著測深位置同潮位站的距離的增加，其潮位的相關性顯著減少，因而在一定的精度誤差約束下，驗潮站存在一定的有效作用范圍。對于大范圍的海洋水深測量，則必須設置多個驗朝站進行驗潮，并進行內插改正。
　　3時間測定誤差
　　測深儀的發射器由震蕩、功能、發聲等電路組成，回聲信號放大器由功放、檢波、限幅、射極輸出等電路組成，時間的測定是在這兩者間對信號放大比較測定，由于受分辨率的限值和信號在線路及電路上的延遲，必然存在時間的測定誤差，則對深度值的影響為
　　
　　式中，為時間測定誤差。
　　隨著電子技術的發展，對于測深儀的時間測定問題目前已得到很好的解決，時間測定誤差己不再是影響水深測量的主要誤差源。
　　4波浪對測深數據的影響及其消除
　　引起海面起伏的原因很多，如風浪，潮汐，海嘯等。由風引起的波浪，是海上分布最廣，出現概率最高，對水深測量產生影響最大而最不容易消除的一種隨機誤差。
　　波浪與普遍物理上的規則波有所不同，規則波的振幅、周期，波狀是有恒定的值，而波浪的振幅變化無章，相位雜亂;周期、波長變化和方向分散;波浪發生的時間是隨機的，形狀也極不規則。在水深測量中，測區內每一測點的波浪是隨地點變化的，其變化無法預知，沒有規律性。例如相隔幾米其波面高之差比兩點的潮汐差大得多。因此，對于波浪的影響的消除是件不易的事。
　　波浪除了隨機性外，還有方向性、傳播性。波浪是帶有方向性的物理現象，它是跟當地的風的方向以及外海波浪的傳播方向有關，而且還表現在波浪本身的方向分散。對于某個海區的一個大范圍來說，波浪又具有統計特征，由于海區波浪的時空變化的隨機性，一般可采用概率統計的方法去估算、預報波高、波周期和波長，所以可以得到某海區一定范圍內的統計值。但并不能預測到海區內每一點波浪要素，因此，波浪的這一統計特征并不符合水深測量對測深點的同步要求。
　　
　　參考文獻：
　　[1]郭秉義，李洪濤.差分GPS定位技術與應用[M].北京電子工業出版社，2005.
　　[2]吳定邦.TRD-GPS技術在水下地形測量中的應用及探討[J].江西水利科技，2004(10).