CN102829802B - 三点差分gps动态定向准确度校准方法 - Google Patents

三点差分gps动态定向准确度校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种三点差分GPS动态定向准确度校准方法，其先设置GPS固定站，再设置两个间距为10m～100m的GPS运动站和GPS运动参考站；在电动导轨一上放置GPS运动站的GPS天线，在电动导轨二上设置GPS运动参考站的GPS天线；GPS运动站的GPS天线和GPS运动参考站的GPS天线分别在电动导轨一和电动导轨二上作直线运行，并且GPS运动站的GPS天线和GPS运动参考站的GPS天线运动状态一致；多次测量，计算得到三点差分GPS动态定向准确度。本发明基准建立方便，解决了大运动载体不易制作的难题，电动导轨的速度可调，对于不同速度的使用状态，只需对导轨进行调速，即可满足要求，不需更换设备。

Description

三点差分GPS动态定向准确度校准方法
技术领域
本发明属于几何量计量校准领域，具体涉及三点差分GPS动态测量方位角准确度的校准方法。
背景技术
“差分GPS定向”是指用GPS接收机分别测出相隔一定距离地面两点的经度、纬度和高程，进行差分，算出该两点联线的大地方位角。两点的距离越远，则两点的经、纬度差值越大，得出的方位角的准确度也越高；“差分”并能消减定位中的公共误差，如：卫星轨道误差，卫星钟差，电离层效应，对流层效应等，提高定向准确度。
差分GPS定向准确度高；适用范围广，能适应远距离，高低温，强阳光，冰雪等环境条件（但需防雷击），机动性强，携带使用方便，不需事先设置测量标等固定设施；而且具有良好的动态性能，能用于运动状态的定向。
“三点差分GPS动态定向”原理如图1所示。“三点差分GPS动态定向”是指利用三台GPS接收机，其中一台为GPS固定站，工作中固定不动，两台为GPS运动站，可以放置于运动的载体上，实时测出两运动站点的大地经纬度和高程，然后解算出这两点连线的大地方位角。
“三点差分GPS定向”的静态定向准确度，可以用已知大地方位角的基线网进行校准，但是动态定向准确度的校准，至今仍是个难题。国内也没有相应的校准方法，而且GPS接收机的技术资料中没有给出动态参数相对应的动态精度指标，这就限制了GPS技术在动态领域中的应用，为此，准确、方便、快速进行GPS差分定向动态准确度的校准方法是当前急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种准确、方便、快速的三点差分GPS动态定向准确度校准方法。
实现本发明目的的技术方案：一种三点差分GPS动态定向准确度校准方法，其包括如下步骤：
（a）先设置GPS固定站，即在三脚架上装GPS固定站的天线，GPS固定站的天线连接GPS固定站的接收机，GPS固定站的接收机连接发射电台；
再设置两个间距为10m～100m的GPS运动站和GPS运动参考站；在电动导轨一上放置GPS运动站的GPS天线，电动导轨一架设在GPS运动站基准点i上，GPS运动站的GPS天线连接GPS运动站的接收机，GPS运动站的接收机连接接收电台和计算机；在电动导轨二上设置GPS运动参考站的GPS天线，电动导轨二架设在GPS运动参考站基准点j上，GPS运动参考站的GPS天线连接GPS运动参考站的接收机，GPS运动参考站的接收机连接接收电台和计算机；
测得GPS运动站基准点i和GPS运动参考站基准点j连线的大地方位角，作为定向基准A0；
（b）由GPS固定站的接收机通过GPS固定站的天线接收卫星信号，并通过发射电台不断向GPS运动站和GPS运动参考站发射提供差分数据；
GPS运动站的接收机通过GPS运动站的GPS天线接收卫星信号，并通过接收电台接收GPS固定站的差分数据；GPS运动参考站的接收机通过GPS运动参考站的GPS天线接收卫星信号，并通过接收电台接收GPS固定站的差分数据；
GPS运动站的GPS天线和GPS运动参考站的GPS天线分别在电动导轨一和电动导轨二上作直线运行，并且GPS运动站的GPS天线和GPS运动参考站的GPS天线运动状态一致；GPS运动站的GPS天线和GPS运动参考站的GPS天线接收GPS固定站的差分数据，实时输出定位数据；
计算机采集GPS运动站的GPS天线和GPS运动参考站的GPS天线的定位数据，实时解算出GPS运动站基准点i和GPS运动参考站基准点j连线的大地方位角A1；
采样时刻采集的大地方位角A1与已知的两基准点的方位角A0进行比较，即得出三点差分GPS动态定向误差ΔA，按下式计算：
ΔA＝A1-A0
多次测量，计算得到三点差分GPS动态定向准确度。
如上所述的一种三点差分GPS动态定向准确度校准方法，其所述的电动导轨一和电动导轨二结构相同并由一个电机控制。
本发明的效果在于：本发明只需在野外无信号遮挡的地方建立两个相距10-100m左右的大地定位基准点，通过这两点的定位数据计算出其连线的方位角作为定向基准，基准建立方便。本发明使用的硬件设备只需要两台一样的电动导轨，用来模拟两台GPS运动站在刚体上运动，解决了大运动载体不易制作的难题。电动导轨的速度可调，对于不同速度的使用状态，只需对导轨进行调速，即可满足要求，不需更换设备。
附图说明
图1为三点差分GPS动态定向原理图；
图2为三点差分GPS动态定向校准示意图；
图中：1．GPS运动站的GPS天线；2.电动导轨一；3.GPS运动站基准点i；4.GPS运动参考站的GPS天线；5.电动导轨二；6.GPS运动参考站基准点j；7.三脚架；8.GPS固定站。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的三点差分GPS动态定向准确度校准方法作进一步描述。
如图2所示，本发明所述的三点差分GPS动态定向准确度校准方法包括如下步骤：
（a）先设置GPS固定站8，即在三脚架7上装GPS固定站的天线，GPS固定站的天线连接GPS固定站的接收机，GPS固定站的接收机连接发射电台；
再设置两个间距为10m～100m（例如10m或100m）的GPS运动站和GPS运动参考站；
在电动导轨一2上放置GPS运动站的GPS天线1，电动导轨一2架设在GPS运动站基准点i3上，GPS运动站的GPS天线1连接GPS运动站的接收机，GPS运动站的接收机连接接收电台和计算机；
在电动导轨二5上设置GPS运动参考站的GPS天线4，电动导轨二5架设在GPS运动参考站基准点j6上，GPS运动参考站的GPS天线4连接GPS运动参考站的接收机，GPS运动参考站的接收机连接接收电台和计算机；
测得GPS运动站基准点i3和GPS运动参考站基准点j6连线的大地方位角，作为定向基准A0；
（b）由GPS固定站的接收机通过GPS固定站的天线接收卫星信号，并通过发射电台不断向GPS运动站和GPS运动参考站发射提供差分数据；
GPS运动站的接收机通过GPS运动站的GPS天线1接收卫星信号，并通过接收电台接收GPS固定站的差分数据；GPS运动参考站的接收机通过GPS运动参考站的GPS天线4接收卫星信号，并通过接收电台接收GPS固定站的差分数据；
GPS运动站的GPS天线1和GPS运动参考站的GPS天线4分别在电动导轨一2和电动导轨二5上作直线运行，并且GPS运动站的GPS天线1和GPS运动参考站的GPS天线4运动状态一致；GPS运动站的GPS天线1和GPS运动参考站的GPS天线4接收GPS固定站7的差分数据，实时输出定位数据；
计算机采集GPS运动站的GPS天线1和GPS运动参考站的GPS天线4的定位数据，实时解算出GPS运动站基准点i3和GPS运动参考站基准点j6连线的大地方位角A1；
采样时刻采集的大地方位角A1与已知的两基准点的方位角A0进行比较，即得出三点差分GPS动态定向误差ΔA，按下式计算：
ΔA＝A1-A0
多次测量，计算得到三点差分GPS动态定向准确度。
上述电动导轨一2和电动导轨二5结构相同并且速度可调，由一个电机控制。
如图1所示，本发明三点差分GPS动态定向时，固定站一旦设置完成，即固定不动，不断向两台运动站提供差分数据；两运动站放置于运动载体上，接收固定站的差分信息，实时输出高精度的定位数据；计算机采集两台GPS运动站的定位数据，实时解算出两运动站点连线的大地方位角，实现动态定向。
本发明三点差分GPS定向校准方案如图2所示。三点差分GPS定向中，受GPS定位精度的限制，两运动站连线的基线太短，定向准确度不高，要提高定向精度，就需要增大GPS运动站间基线的距离，为了保证动态定向精度，使用中要求两台GPS运动站点的距离尽量远。但受运动载体长度限制，一般在运动载体上的架设距离为10-100m。结合具体使用情况，校准中采用两个相距10-100m的一等天文点，两点连线的精确方位角作为方位基准。
动态定向校准时，为了模拟运动载体的运动，在两个一等天文点上放置两个相同的电动导轨。为保证GPS运动站天线运动状态一致，需要两台一样的导轨。两个电动导轨由一个电机控制器控制，同时启动，停止，可模拟一个载体运动。

Claims (1)

1.一种三点差分GPS动态定向准确度校准方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(a)先设置GPS固定站(8)，即在三脚架(7)上装GPS固定站的天线，GPS固定站的天线连接GPS固定站的接收机，GPS固定站的接收机连接发射电台；
再设置两个间距为10m～100m的GPS运动站和GPS运动参考站；在电动导轨一(2)上放置GPS运动站的GPS天线(1)，电动导轨一(2)架设在GPS运动站基准点i(3)上，GPS运动站的GPS天线(1)连接GPS运动站的接收机，GPS运动站的接收机连接接收电台和计算机；在电动导轨二(5)上设置GPS运动参考站的GPS天线(4)，电动导轨二(5)架设在GPS运动参考站基准点j(6)上，GPS运动参考站的GPS天线(4)连接GPS运动参考站的接收机，GPS运动参考站的接收机连接接收电台和计算机；所述的电动导轨一(2)和电动导轨二(5)结构相同并且速度可调，由一个电机控制；
测得GPS运动站基准点i(3)和GPS运动参考站基准点j(6)连线的大地方位角，作为定向基准A0；
(b)由GPS固定站的接收机通过GPS固定站的天线接收卫星信号，并通过发射电台不断向GPS运动站和GPS运动参考站发射提供差分数据；
GPS运动站的接收机通过GPS运动站的GPS天线(1)接收卫星信号，并通过接收电台接收GPS固定站的差分数据；GPS运动参考站的接收机通过GPS运动参考站的GPS天线(4)接收卫星信号，并通过接收电台接收GPS固定站的差分数据；
GPS运动站的GPS天线(1)和GPS运动参考站的GPS天线(4)分别在电动导轨一(2)和电动导轨二(5)上作直线运行，并且GPS运动站的GPS天线(1)和GPS运动参考站的GPS天线(4)运动状态一致；GPS运动站的GPS天线(1)和GPS运动参考站的GPS天线(4)接收GPS固定站(8)的差分数据，实时输出定位数据；
计算机采集GPS运动站的GPS天线(1)和GPS运动参考站的GPS天线(4)的定位数据，实时解算出GPS运动站基准点i(3)和GPS运动参考站基准点j(6)连线的大地方位角A1；
采样时刻采集的大地方位角A1与已知的两基准点的方位角A0进行比较，即得出三点差分GPS动态定向误差ΔA，按下式计算：
ΔA＝A1-A0
多次测量，计算得到三点差分GPS动态定向准确度。
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