CN104614736A - 一种gps接收机校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GPS接收机校准方法，包括GPS接收机内部噪声水平校准、天线相位中心稳定性校准、不同测程相对定位精度指标校准、GPS接收机RTK测量指标校准。GPS接收机内部噪声水平校准与不同测程相对定位精度指标校准方法均是通过直接比对基线向量值来进行检定的。天线相位中心稳定性校准是将2台接收机天线分别安置在两个天线墩上；观测两个天线，求解各时段的基线向量值等步骤求得。GPS接收机RTK测量指标校准是在地方坐标系下进行数据比对的,通过计算得到RTK测量点的点位精度。本发明能够快速处理待校GPS接收机的校准数据,有效地杜绝人为错误对校准结果带来的影响,大大提高仪器校准的效率和精度。

Description

一种GPS接收机校准方法

技术领域

本发明涉及卫星定位接收技术领域，尤其涉及一种GPS接收机校准方法。

背景技术

GPS系统通过卫星发送导航定位信号是一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、海洋和空间的广大用户,只要用户拥有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备，即GPS信号接收机，就可以在任何时候用GPS信号进行导航定位测量。根据使用目的的不同，用户要求的GPS信号接收机也各有差异。

本文重点研究的是测绘生产领域中广泛使用的测地型GPS接收机。

按照国家行业标准《全球定位系统(GPS)测量规范》的要求，新购置的GPS接收机应按规定必须进行全面检定后才能使用，并且应当定期检定。国家测绘局在1995年颁布了《全球定位系统(GPS)测量型接收机检定规程》；国家质量监督检验检疫总局也于2004年颁布了《全球定位系统(GPS)接收机（测地型和导航型）校准规范》，规定了GPS接收机的校准和检定方法，但是，缺少具体操作的方法和程序。而且随着技术的不断发展，如何进一步完善GPS接收机检定内容，以及实现GPS接收机检定数据科学正确的处理，以期获得客观准确的结果和参数，是测绘仪器计量检定机构进行GPS接收机检定的工作实施时必须研究并予以解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高效率和精度的GPS接收机校准方法,以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种GPS接收机校准方法，包括GPS接收机内部噪声水平校准、天线相位中心稳定性校准、不同测程相对定位精度指标校准、GPS接收机RTK测量指标校准，具体方法如下：

1）GPS接收机内部噪声水平校准

在微型网超短基线上进行校准，微型网为等边六边形,边长6m，

内部噪声水平校准是将相对定位所得的超短基线值Si与因钢尺丈量所得的高精度基线Li进行长度比对:

(1-1)

从而检定仪器内部噪声水平平均值：

(1-2)

平均内部噪声水平的检定精度：

(1-3)

2）天线相位中心稳定性校准

将2台接收机天线分别安置在微型网天线墩T1和另外任意的一个天线墩；首先，两个天线指北定向标志都指向正北,观测1个时段：然后T1天线固定不动，Ti天线依次顺时针旋转90°，180°，270°，观测3个时段；接着，Ti不动，T1天线依次顺时针旋转90°，180°，270°，再观测3个时段；整个检定过程观测了7个时段，每个时段观测1.5h。求解各时段的基线向量值以及第i条基线平面坐标差,建立误差方程：

(1-4)

根据最小二乘原理求得未知数X的值：

(1-5)

式中,，为未知参数向量,L=-(dx1,dy1,dx2,dy2,dx3,dy3,dx4,dy4,dx5,dy5,dx6,dy6,dx7,dy7)T，为观测值向量；V=(V1，V2，V3，V4，V5，V6,V7，V8，V9，V10，V11，V12，V13，V14)T,为观测值改正向量；P为权阵,并设7个时段观测值是等权观测；

其中，为天线相位中心偏差；为和之间坐标差；由式（1-5）求得X的惟一解，即得天线相位中心偏差改正数；

3）不同测程相对定位精度指标校准

不同测程相对定位精度指标校准方法与仪器内部噪声水平的校准方法基本相同，也是通过直接比对基线向量值来进行检定的；利用GPS接收机求解各检定基线值Si，与已知基线值Li进行比较，求得不同测程相对定位误差：

（1-6）

其中式中；

4）GPS接收机RTK测量指标校准

RTK测量指标检定是在地方坐标系下进行数据比对的,通过计算得到RTK测量点的点位精度；检定原理:假设仪器检定值是一组同精度的独立观测值,将RTK测量所得点位坐标分量与检定场相应点三维坐标分量进行比较，得,,,由式(1-7)计算RTK测量坐标分量精度：

(1-7)

(1-8)

(1-9)

则RTK测量所得的测点点位精度为：

(1-10)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能够快速处理待校GPS接收机的校准数据,有效地杜绝人为错误对校准结果带来的影响,大大提高仪器校准的效率和精度。

附图说明

图1是微型网天线墩点位分布图；

图2是天线相位中心校准示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例中，规程或规范中的检定方法对人员和场地的要求很高,一般机构很难完整地从外业数据采集到整理数据和后期处理以得到准确的结果。本发明可以完善地做好一系列工作，提高校准的可操作性和结果的准确程度，得出正确的结论。

GPS接收机主要包含以下六个方面的校准项目：

GPS接收机外观检查、GPS接收机通电检验、GPS接收机内部噪声水平校准、天线相位中心稳定性校准、不同测程相对定位精度指标校准、GPS接收机RTK测量指标校准。

但是,这两个标准并没有给出具体的方法,使得绝大多数检定机构无法在实际工作中操作。因为,这需要有扎实的测量和仪器相关的知识，使得很多检定人员无所适从，本发明主要针对GPS接收机内部噪声水平校准、天线相位中心稳定性校准、不同测程相对定位精度指标校准、GPS接收机RTK测量指标校准的方法进行研究。具体方法如下。

1.1.1内部噪声水平校准

GPS接收机内部噪声是接收机通道间的偏差,延迟锁相环、码跟踪环的偏差,以及钟差等引起的测距和测相误差的综合反映。其检定可在微型网超短基线上进行检定。微型网设计为等边六边形,边长6m，如图1所示。

内部噪声检定思路是将相对定位所得的超短基线值Si与因钢尺丈量所得的高精度基线Li进行长度比对:

(1-1)

从而检定仪器内噪声水平平均值

(1-2)

平均内部噪声水平的检定精度

(1-3)

1.1.2天线相位中心稳定性的校准

天线相位中心稳定性检定原理如图2所示。

将2台接收机天线分别安置在微型网天线墩T1和另外任意的一个天线墩如T2上。首先，两个天线指北定向标志都指向正北,观测1个时段：然后T1天线固定不动，T2天线依次顺时针旋转90°，180°，270°，观测3个时段。接着，T2不动，T1天线依次顺时针旋转90°，180°，270°，再观测3个时段。

整个检定过程观测了7个时段，每个时段观测1.5h。求解各时段的基线向量值以及第i条基线平面坐标差,建立误差方程

(1-4)

根据最小二乘原理求得未知数X的值

(1-5)

式中,，为未知参数向量,L=-(dx1,dy1,dx2,dy2,dx3,dy3,dx4,dy4,dx5,dy5,dx6,dy6,dx7,dy7)T，为观测值向量；V=(V1，V2，V3，V4，V5，V6,V7，V8，V9，V10，V11，V12，V13，V14)T,为观测值改正向量；P为权阵,并设7个时段观测值是等权观测。

其中，为天线相位中心偏差；为和之间坐标差，（静态测量得到，为已知值）。由式（1-5）求得X的惟一解，即得天线相位中心偏差改正数。

1.1.3不同测程相对定位精度指标校准

不同测程相对定位误差这一指标的检定可在标准检定场中的短基线、中长基线上进行。

其中，短基线要求的长度在24米至2公里之间该基线不得少于6段距离，主要用于接收机野外作业性能和短距离的精度指标的测试；中长基线在2公里至30公里之间，该基线需要10km、15km、20km、25km、30km等不同长度，可与超短基线、短基线的点相关连，应构成闭合图形，如三角形或大地四边形，以便进行图形条件检验，提高检定的可靠性。

静态相对定位误差的检定方法与仪器内部噪声水平的检定方法基本相同，也是通过直接比对基线向量值来进行检定的。利用GPS接收机随机软件求解各检定基线值Si，与已知基线值Li进行比较，求得不同测程相对定位误差

（1-6）

其中式中。

1.1.4实时动态RTK测量误差的校准

实时动态测量,简称RTK。

RTK定位技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术,它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果,并达到厘米级精度。在RTK作业模式下,基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据,还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术。

RTK测量指标检定是在地方坐标系下进行数据比对的,通过计算得到RTK测量点的点位精度。检定原理:假设仪器检定值是一组同精度的独立观测值,将RTK测量所得点位坐标分量与检定场相应点3维坐标分量进行比较，得,,,由式(1-7)计算RTK测量坐标分量精度

(1-7)

(1-8)

(1-9)

则RTK测量所得的测点点位精度为

(1-10)

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种GPS接收机校准方法，其特征在于，包括GPS接收机内部噪声水平校准、天线相位中心稳定性校准、不同测程相对定位精度指标校准、GPS接收机RTK测量指标校准，具体方法如下：

1）GPS接收机内部噪声水平校准

在微型网超短基线上进行校准，微型网为等边六边形,边长6m，

内部噪声水平校准是将相对定位所得的超短基线值Si与因钢尺丈量所得的高精度基线Li进行长度比对:

(1-1)

从而检定仪器内部噪声水平平均值：

(1-2)

平均内部噪声水平的检定精度：

(1-3)

2）天线相位中心稳定性校准

将2台接收机天线分别安置在微型网天线墩T1和另外任意的一个天线墩；首先，两个天线指北定向标志都指向正北,观测1个时段：然后T1天线固定不动，Ti天线依次顺时针旋转90°，180°，270°，观测3个时段；接着，Ti不动，T1天线依次顺时针旋转90°，180°，270°，再观测3个时段；整个检定过程观测了7个时段，每个时段观测1.5h。

2.求解各时段的基线向量值以及第i条基线平面坐标差,建立误差方程：

(1-4)

根据最小二乘原理求得未知数X的值：

(1-5)

式中,，为未知参数向量,L=-(dx1,dy1,dx2,dy2,dx3,dy3,dx4,dy4,dx5,dy5,dx6,dy6,dx7,dy7)T，为观测值向量；V=(V1，V2，V3，V4，V5，V6,V7，V8，V9，V10，V11，V12，V13，V14)T,为观测值改正向量；P为权阵,并设7个时段观测值是等权观测；

其中，为天线相位中心偏差；为和之间坐标差；由式（1-5）求得X的惟一解，即得天线相位中心偏差改正数；

3）不同测程相对定位精度指标校准方法

不同测程相对定位精度指标校准方法与仪器内部噪声水平的校准方法基本相同，也是通过直接比对基线向量值来进行检定的；利用GPS接收机求解各检定基线值Si，与已知基线值Li进行比较，求得不同测程相对定位误差：

（1-6）

其中式中；

4）GPS接收机RTK测量指标校准

RTK测量指标检定是在地方坐标系下进行数据比对的,通过计算得到RTK测量点的点位精度；检定原理:假设仪器检定值是一组同精度的独立观测值,将RTK测量所得点位坐标分量与检定场相应点三维坐标分量进行比较，得,,,由式(1-7)计算RTK测量坐标分量精度：

(1-7)

(1-8)

(1-9)

则RTK测量所得的测点点位精度为：

(1-10)。