GPS接收機(jī)校準(zhǔn)中利用LNCORS進(jìn)行長基線測量可行性測試設(shè)計

張曉明 柏儒峰

（遼寧省測繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站，遼寧 沈陽 110034）

GPS（Global Positioning System）全球定位系統(tǒng)的簡稱，能夠提供實(shí)時、全天候和全球性的導(dǎo)航定位服務(wù)，單點(diǎn)實(shí)時定位精度為m級，后處理精度可以達(dá)到cm級。進(jìn)入90年代后全面應(yīng)用于國內(nèi)測繪行業(yè)中，進(jìn)入21世紀(jì)GPS接收機(jī)已經(jīng)成為所有測繪資質(zhì)單位不可或缺的常用儀器設(shè)備。為確保其在實(shí)際生產(chǎn)中的準(zhǔn)確性和可靠性，所開展的校準(zhǔn)工作，被納入到計量學(xué)科長度計量器具中。所以測繪儀器檢定校準(zhǔn)工作，是測繪地理信息和計量兩個學(xué)科知識的綜合體現(xiàn)。

1 遼寧GPS接收機(jī)校準(zhǔn)場地現(xiàn)狀

1997年開始籌建，1999年10月通過專家考核和評議，得出以下鑒定意見：該項目填補(bǔ)了省內(nèi)空白，在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平；該檢定場可以為社會提供各類GPS接收機(jī)的檢測服務(wù)。隨即，向原省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局提出建標(biāo)申請，得到省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局的批準(zhǔn)并授權(quán)開展GPS接收校準(zhǔn)工作?，F(xiàn)有GPS觀測點(diǎn)位17個，其中微網(wǎng)點(diǎn)位4個用于超短基線測量，其余做為短基線和中、長基線測量使用，基線邊長從72m 至40000m不等，經(jīng)國家測繪局第一大地測量隊檢測各邊長中誤差優(yōu)于0.3mm，相對精度全在10-7以上。

缺點(diǎn)：做長基線測量時，需在基線兩端架設(shè)儀器，往返幾十公里的路程，觀測結(jié)果還不一定滿足要求，經(jīng)常需要重新測量，費(fèi)時費(fèi)力。

2 LNCORS簡介

遼寧省連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng) （英文簡寫：LNCORS），是原省測繪地理信息局在十二五期間建設(shè)完成，高精度、三維、動態(tài)以及幾何基準(zhǔn)與物理基準(zhǔn)一體的現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系，為實(shí)現(xiàn)全省的ITRF框架或CGCS 2000坐標(biāo)系下各等級控制點(diǎn)的快速建立和更新提供區(qū)域基準(zhǔn)。覆蓋我省14.8萬km2，共68個衛(wèi)星導(dǎo)航定位連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站，每個站址裝備一套高精度衛(wèi)星定位接收機(jī)，全天候24小時連續(xù)觀測，并能夠?qū)嵤榭蛻籼峁┫嚓P(guān)服務(wù)。其中的LNSY、LNSB兩個站址距離我省GPS接收機(jī)校準(zhǔn)場約20km，從距離上來說很好地滿足了GPS接收機(jī)校準(zhǔn)工作中長基線測量的距離要求。

3 與原工作模式的比較

現(xiàn)有工作模式：如下圖，是在每個觀測墩上（04、05、06……）架設(shè)儀器，同步觀測1個小時，解算出相對距離（04-05、05-06、04-06），一般距離比較短（小于1km），基線兩端的儀器均是變量，與已知基線長進(jìn)行比對，表述的差值與基線兩端的儀器精度均相關(guān)。

項目工作模式：仍然在每個觀測墩上（04、05、06……）架設(shè)儀器，與LNCORS（LNCORS01-02-03）組成基線邊，這里在LNCORS站上的儀器，因?yàn)槭遣粍拥?，所以他的位置坐?biāo)可以作為已知量來帶入后續(xù)的數(shù)據(jù)計算中，在原有工作模式的基礎(chǔ)上，減少了變量的引入。與已知基線長進(jìn)行比對，表述的只是基線場觀測墩上架設(shè)的儀器精度。

圖1 LNCORS與基線場分布略圖

4 校準(zhǔn)測試方法設(shè)計

步驟一、標(biāo)準(zhǔn)長度確定

利用已校準(zhǔn)合格的高精度測地型GNSS接收機(jī)，在現(xiàn)有基線場按照國家大地測量GNSSC級網(wǎng)觀測要求進(jìn)行觀測，與LNCORS本時段觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合評差，將解算出的相對長度作為本次課題的基線標(biāo)準(zhǔn)長度。具體要求：①接收機(jī)天線類型需為大地型接收天線；②儀器水平標(biāo)稱精度不低于（3mm+0.5mm×10-6D）、垂直標(biāo)稱精度不低于 （6mm+0.5mm×10-6D）；③為了提高觀測精度，計劃在觀測時段數(shù)方面在原C級網(wǎng)基礎(chǔ)上增加兩個時段；④基線解算軟件采用天寶GPS靜態(tài)解算軟件TGO；⑤采樣間隔為1″～5″。

步驟二、穩(wěn)定性測試

在研究周期內(nèi)，每月上旬進(jìn)行一次標(biāo)準(zhǔn)長度穩(wěn)定性復(fù)測，通過對不同站址、不同時期、不同時長、不同數(shù)據(jù)采樣間隔的選取，將復(fù)測結(jié)果與基線標(biāo)準(zhǔn)長度進(jìn)行比較分析，最終形成穩(wěn)定性分析報告。具體要求：①接收機(jī)天線類型需為大地型接收天線；②儀器水平標(biāo)稱精度不低于（3mm+0.5mm×10-6D）、垂直標(biāo)稱精度不低于（6mm+0.5mm×10-6D）；③觀測時段數(shù)方面采用國家C級網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)；④基線解算軟件采用天寶GPS靜態(tài)解算軟件TGO；⑤采樣間隔為5″。

步驟三、適用性測試

在研究周期內(nèi)，利用不同廠家、不同型號受檢儀器的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行長度解算，并與基線標(biāo)準(zhǔn)長度進(jìn)行比較分析，最終形成適用性分析報告。具體要求：①統(tǒng)籌考慮、自由選取現(xiàn)階段市場上較為常用的儀器品牌和型號；②儀器水平標(biāo)稱精度不低于（5mm+1mm×10-6D）、垂直標(biāo)稱精度不低于 （6mm+1mm×10-6D）；③觀測時段數(shù)方面采用GPS接收機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范相關(guān)要求；④基線解算軟件采用各廠商公開的商用軟件；⑤采樣間隔為5″。

步驟四、觀測質(zhì)量檢查

GPS數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量主要采用TEQC（Translation、Editing、and Quality Checking）軟件來進(jìn)行，TEQC是一款對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、編輯和質(zhì)量檢查的軟件。主要對GPS觀測后原始數(shù)據(jù)通用格式中O文件和n文件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，其中MP1是P1（或C1）、L1、L2的線性組合，MP2是P2、L1和L2的線性組合，這些值可以很好地反映接收機(jī)噪聲和多路徑效應(yīng)；數(shù)據(jù)利用率情況，用百分?jǐn)?shù)表示，一般要求MP1、MP2值不得大于0.5，數(shù)據(jù)利用率一般不低于85%。如下圖2.

不難看出，MP1為0.13、MP2為0.17、數(shù)據(jù)利用率為97%，說明本次觀測質(zhì)量較好，滿足GPS對外部觀測環(huán)境的基本要求，數(shù)據(jù)可靠。

步驟五、結(jié)果分析

①穩(wěn)定性分析：經(jīng)過兩年周期的穩(wěn)定性測試，統(tǒng)計出長基線年變化情況，參考（JJF 1118-2004）技術(shù)指標(biāo)，判斷是否滿足GPS接收機(jī)校準(zhǔn)工作的要求。

②適用性分析：統(tǒng)計現(xiàn)階段測繪行業(yè)中主流GPS接收機(jī)的實(shí)際測試情況，并結(jié)合采用原有校準(zhǔn)方法進(jìn)行的校準(zhǔn)結(jié)果，分析利用LNCORS建立的新基線，在校準(zhǔn)過程中數(shù)據(jù)采集及解算過程，是否存在不適用情況。

③預(yù)期結(jié)果：依照（JJF 1118-2004），原有校準(zhǔn)方式下引入了與其構(gòu)成基線的其它GPS接收機(jī)誤差，GPS接收機(jī)的測量誤差計算結(jié)果中，并沒有得到很好的消除；而新的基線測量方式下，基線的一端是固定不動的連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站。所以，理論上來說，采用新方式下對GPS接收機(jī)的校準(zhǔn)結(jié)果，應(yīng)該是原來校準(zhǔn)模式下的二分之一左右。

5 結(jié)語

在國內(nèi)一些先進(jìn)省份利用已建成的連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)進(jìn)行GPS接收校準(zhǔn)工作，能夠有效提高GPS中長基線測量誤差校準(zhǔn)的可靠性和準(zhǔn)確性，避免校準(zhǔn)過程中不必要的重測工作，具有較高的實(shí)用價值和推廣意義，但遼寧省的GPS接收機(jī)校準(zhǔn)場地和LNCORS的組合，是否能夠滿足實(shí)際工作需要，是否能夠達(dá)到預(yù)期效果，只有實(shí)際檢驗(yàn)才能得出明確答案。