淺談測地型GNSS 接收機(jī)計量校準(zhǔn)

陳吉祥

（福建省測繪產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心 福建福州 350001）

1 引言

隨著北斗系統(tǒng)完成全球組網(wǎng)部署，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS 技術(shù)進(jìn)入公眾視野。目前GNSS 模塊或接收機(jī)已經(jīng)廣泛用于測繪服務(wù)、資源調(diào)查、車船導(dǎo)航、交通運(yùn)輸、生態(tài)環(huán)保等領(lǐng)域的位置服務(wù)。而測地型GNSS 接收機(jī)作為其中一份子，主要應(yīng)用于建筑施工、規(guī)劃設(shè)計等所需高精度定位測繪業(yè)務(wù)中。按照相關(guān)規(guī)程規(guī)范的要求，測地型GNSS 接收機(jī)在使用前，必須經(jīng)過計量校準(zhǔn)，確保其該設(shè)備能夠正常應(yīng)用，保障測繪成果的質(zhì)量。

2 GNSS 接收機(jī)校準(zhǔn)方法與校準(zhǔn)裝置

2.1 GNSS 接收機(jī)校準(zhǔn)方法

依據(jù)JJF 1118-2004《全球定位系統(tǒng)（GPS）接收機(jī)（測地型和導(dǎo)航型）校準(zhǔn)規(guī)范》[1]，一般外業(yè)采用靜態(tài)相對定位組網(wǎng)測量，內(nèi)業(yè)進(jìn)行基線比對的方法對測地型GNSS 接收機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)。通過接收機(jī)在不同長度的基線點(diǎn)上采用不同時間段的觀測、獲取數(shù)據(jù)信息、經(jīng)過數(shù)據(jù)后處理軟件的處理，最后提取有效數(shù)據(jù)進(jìn)行長度比較，依據(jù)校準(zhǔn)規(guī)范評定規(guī)則，準(zhǔn)確評價接收機(jī)性能、軟件和精度。

2.2 GNSS 接收機(jī)校準(zhǔn)裝置

全球定位系統(tǒng)（GPS）接收機(jī)校準(zhǔn)裝置（計量標(biāo)準(zhǔn)代碼：01217800）[2]。裝置中主要的設(shè)備為按照J(rèn)JF1214-2008《長度基線場校準(zhǔn)規(guī)范》[3]建立的標(biāo)準(zhǔn)基線場，所有觀測點(diǎn)采用強(qiáng)制對中觀測墩。具體組成如下：

（1）接收機(jī)天線相位中心一致性校準(zhǔn)：采用GNSS 接收機(jī)檢定場超短基線場，如圖1，GBW5 作為基準(zhǔn)點(diǎn)擺放基準(zhǔn)接收機(jī)，周圍的8 個基線點(diǎn)為待校準(zhǔn)基線點(diǎn)用于擺放待校準(zhǔn)接收機(jī)，形成3～6m 的長度基線。

圖1 超短基線場示意圖

（2）短基線、中長基線校準(zhǔn)：采用福州GNSS 接收機(jī)檢定場如圖2，由短基線邊和中長基線網(wǎng)組成。本檢定場采用基于FJCORS 網(wǎng)點(diǎn)建設(shè)，直接采用校準(zhǔn)當(dāng)天數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定的CORS 站觀測數(shù)據(jù)，使待校準(zhǔn)接收機(jī)只需在超短基線場架設(shè)，無需轉(zhuǎn)場，節(jié)省架設(shè)在中長基線點(diǎn)的時間，提高工作效率。中長基線基準(zhǔn)點(diǎn)位DZBF、DZLJ、DZCL、DZYT,與超短基線場中8個待校準(zhǔn)基線點(diǎn)形成約（10～40）km 的中長基線。GB01、GB02 作為短基線校準(zhǔn)的基準(zhǔn)點(diǎn)，與待校準(zhǔn)基線點(diǎn)形成（24～1736m）的長度基線。

圖2 福州GNSS 接收機(jī)檢定場示意圖

3 GNSS 接收機(jī)校準(zhǔn)流程

圖3 GNSS 接收機(jī)校準(zhǔn)流程

3.1 作業(yè)準(zhǔn)備

對接收機(jī)的外觀、功能、電源及配件進(jìn)行檢查，對采樣間隔、數(shù)據(jù)存儲模式等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，必要時靜態(tài)觀測測試，確保接收機(jī)能夠正常運(yùn)行并獲取正確的觀測數(shù)據(jù)。做好儀器出檢計劃，在確保校準(zhǔn)周期的同時，盡量安排相同廠家、型號的儀器設(shè)備安排在同步時段。

3.2 外業(yè)觀測

觀測時段為4 個時段，時間分別為1h、1h、1h、2h。基于上述校準(zhǔn)裝置，將3 臺標(biāo)稱精度的基準(zhǔn)接收機(jī)分別架設(shè)在GBW5、GB01、GB02 三個基準(zhǔn)點(diǎn)上，待校準(zhǔn)機(jī)型架設(shè)在超短基線場的8 個校準(zhǔn)點(diǎn)上，按照約定統(tǒng)一方向指向北方向。待校準(zhǔn)機(jī)按照進(jìn)行4個時段觀測，切換時段時，同時統(tǒng)一按照順時針方向轉(zhuǎn)動90 度，共4 個方向?；鶞?zhǔn)接收機(jī)無需切換時段。

3.3 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及處理

（1）數(shù)據(jù)下載及轉(zhuǎn)換：采用中海達(dá)HGO 數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行GPS 觀測數(shù)據(jù)解算，因待檢機(jī)型廠家型號各異，解算前需將所有下載的觀測文件轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)RINEX 格式。

（2）CORS 站數(shù)據(jù)篩選：因4 個CORS 站位置相距較遠(yuǎn)，觀測條件可能受氣象原因影響較大，需對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選截取。根據(jù)基線殘差時序圖，如圖4，查看所跟蹤衛(wèi)星數(shù)據(jù)的連續(xù)性、周跳等情況，從截取的同步時段數(shù)據(jù)中挑選1 個最穩(wěn)定的站點(diǎn)數(shù)據(jù)參與基線解算。

圖4 基線殘差序列圖

（3）基線解算統(tǒng)計：在HGO 數(shù)據(jù)處理軟件中對圖5 所列相關(guān)的基線進(jìn)行解算。計算參照GB/T 18314-2009《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》[4]

（4）統(tǒng)計表觀測值選取及結(jié)果統(tǒng)計：

天線相位中心一致性，采用待檢機(jī)架設(shè)基線點(diǎn)與GBW5 基準(zhǔn)點(diǎn)全部4 個時段基線解算值，統(tǒng)計結(jié)果取最大值與最小值之差。短基線含2 段數(shù)據(jù)，分別為待檢機(jī)架設(shè)基線點(diǎn)與GB01、GB02 所構(gòu)成的基線，每段觀測值采用4 個時段基線解算值的平均值。統(tǒng)計結(jié)果取與標(biāo)準(zhǔn)基線值之差的平均值。中長基線1段，采用4 個時段計算值平均值，統(tǒng)計結(jié)果取該值與標(biāo)準(zhǔn)基線值之差。

圖5 基線值解算統(tǒng)計表

3.4 出具校準(zhǔn)證書

將圖5 所示的計算結(jié)果錄入到儀檢項(xiàng)目管理系統(tǒng)中，形成待校準(zhǔn)接收機(jī)的校準(zhǔn)證書。

4 校準(zhǔn)工作相關(guān)的問題思考

4.1 測量不確定度評定

參照J(rèn)JF1118-2004[1]附錄B 所示的接收機(jī)定位誤差的測量不確定度分析方法，不確定度的來源主要來自校準(zhǔn)裝置與接收機(jī)。鑒于接收機(jī)的分辨率目前都在毫米級，該不確定度分量評定影響較小。但由于基線長度與基線段精度均不相同，需分別評定測量擴(kuò)展不確定度。建議引入的如下分量，使測量不確定度值與校準(zhǔn)結(jié)果一一對應(yīng)，更加直觀。

（1）由標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)基線引入的不確定度分量u1，分別對超短基線、短基線、中長基線計算不確定度分量。

（2）由接收機(jī)安置誤差引入的不確定度分量u2。

（3）由短基線重復(fù)性測量給出的不確定度。校準(zhǔn)網(wǎng)型涉及到長短邊的問題，在重復(fù)性試驗(yàn)中，超短基線、中長基線采用規(guī)范規(guī)定的進(jìn)度指標(biāo)，不重復(fù)帶入測量不確定度的計算。重復(fù)觀測數(shù)據(jù)為4 組，按照J(rèn)JF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》[5]中極差法的計算公式與極差系數(shù)評定該分量。

（4）評定的頻率：相同標(biāo)稱精度的接收機(jī)校準(zhǔn)可采用同樣的不確定度分量，降低測量不確定度的評定工作量，提高校準(zhǔn)效率。

4.2 基線是否需要進(jìn)行平差

目前國內(nèi)大多采用基線長度比對的方法進(jìn)行校準(zhǔn)，無需進(jìn)行組網(wǎng)平差。平差可以理解為一個將誤差均攤的過程，不易反映某臺接收機(jī)的校準(zhǔn)結(jié)果。

4.3 基線解算軟件的選取

日?？墒褂弥泻＿_(dá)HGO 數(shù)據(jù)處理軟件，該軟件殘差序列圖包含衛(wèi)星數(shù)據(jù)情況圖與時序表，編輯較為方便直觀。由于各廠家接收機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)接收、存儲方式、格式存在差異，當(dāng)判斷某臺接收機(jī)數(shù)據(jù)不符合要求時，應(yīng)采用該品牌專用的數(shù)據(jù)處理軟件再計算一遍，對結(jié)果進(jìn)行核實(shí)，確保校準(zhǔn)評價的正確性。

4.4 校準(zhǔn)值的使用

校準(zhǔn)值與標(biāo)稱誤差、外業(yè)測量誤差這三者概念完全不同，校準(zhǔn)值反應(yīng)的只是該儀器在校準(zhǔn)時的狀態(tài)，數(shù)據(jù)符合時表明該設(shè)備正?？捎茫荒芴娲褂?。

5 結(jié)束語

GNSS 接收機(jī)校準(zhǔn)工作應(yīng)根據(jù)不同廠家、型號類型儀器的特點(diǎn)，制定完備的內(nèi)外業(yè)計劃，確保校準(zhǔn)流程各個環(huán)節(jié)工作有序進(jìn)行。以上為筆者長期從事測繪儀器計量檢校工作，對GNSS 接收機(jī)校準(zhǔn)工作的標(biāo)準(zhǔn)裝置使用、校準(zhǔn)方法及流程的總結(jié)，以及校準(zhǔn)工作的一點(diǎn)思考，便于共同交流學(xué)習(xí)。