部晨光，付子傲

(信息工程大學 地理空間信息學院，河南 鄭州 450000)

不同型號GNSS接收機短基線檢定實驗研究

部晨光，付子傲

(信息工程大學 地理空間信息學院，河南 鄭州 450000)

全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GNSS)以其全天候、操作簡便、高精度等優(yōu)點在測繪、航空、地質(zhì)勘察、環(huán)境監(jiān)測與保護等領域得到了廣泛應用。為提高GNSS接收機檢定設備的利用率和檢定工作的效率，也為測量工作中提高GNSS接收機的使用效率提供可靠依據(jù)，文中設計了不同型號的GNSS接收機與相同型號GNSS接收機聯(lián)合檢測和聯(lián)合數(shù)據(jù)處理的實驗。實驗證明，不同型號GNSS接收機聯(lián)合檢測具有可行性。

GNSS；聯(lián)合檢測；短基線；天線相位中心；RINEX文件

GNSS技術已成為大地坐標系統(tǒng)建立與維護、基礎地理信息獲取與更新的重要技術手段。近些年來，國內(nèi)外GNSS測量儀器的種類、型號不斷增加，目前常見的接收機生產(chǎn)廠家有美國的Trimble、Ashteh，瑞士的Leica，日本的Topcon、Sokkia，法國的Thales，還有國內(nèi)的接收機生產(chǎn)廠家，例如南方、中海達、合眾思壯、華測等公司。儀器種類的不斷增加，也推動了GNSS技術的廣泛應用。

GNSS接收機的檢定是為了確定接收機計量性能是否符合規(guī)定的要求。檢定項目中短基線測距誤差的檢測十分重要，但由于GNSS接收機種類、型號的不斷增加，在檢定過程中有時無法匹配相同型號的接收機進行靜態(tài)同步觀測。為驗證不同型號GNSS接收機聯(lián)合測量及解算的精度結(jié)果是否滿足檢定要求，在考慮到不同型號儀器天線相位中心及其改正模型不同，觀測數(shù)據(jù)類型不同，處理軟件不同等情況，可能造成不同型號接收機檢測結(jié)果的差異，設計并進行實驗。

1 聯(lián)合檢測實驗

1.1 實驗儀器與場地

實驗儀器選擇：實驗選擇測量工作中常見廠家的儀器，Trimble公司的5700，Topcon公司的Hiper GD，Leica公司的SR530。

接收機參數(shù)設置：數(shù)據(jù)采樣間隔15 s，衛(wèi)星截止高度角15°，天線高均量取至接收機天線座底部。

實驗場地選擇：GNSS短基線檢定場。選擇該基線場中相互通視的JB1、E10、C0 3個點進行觀測，以方便使用高精度測距儀測量其基線長度，所選的3個點均具有強制對中裝置，且不受強磁場、電場、強震的干擾，天線周圍高度角10°以上無障礙物。3條基線的標準值如表1所示。

表1 基線標準值

1.2 實驗準備與安排

實驗分為兩組，兩天進行。實驗1(第1天進行)為相同型號GNSS接收機聯(lián)合觀測，選用3臺5700進行同步觀測；實驗2(第2天進行)為不同型號GNSS接收機聯(lián)合觀測，分別使用3臺不同廠家的接收機進行同步觀測。

為保證觀測數(shù)據(jù)解算的需要以及測量重復性的驗證，兩組實驗分別安排了6個時段進行觀測，要求每個時段起止時間相同，觀測時間均超過1 h，觀測衛(wèi)星數(shù)量多于5顆，PDOP值小于6.0。

時段安排：第1時段9:30-10:30，第2時段10:50-12:00，第3時段12:20-13:20，第4時段13:30-14:30，第5時段14:40-15:40，第6時段15:50-16:50。

1.3 實驗數(shù)據(jù)采集

實驗1：相同型號GNSS接收機聯(lián)合觀測。使用3臺5700進行同步觀測，觀測時基座精確整平，多次量取天線高取平均值，同時開機進行靜態(tài)同步觀測。記錄觀測日期，各時段起始時間，儀器型號，天線號，天線高。

實驗2：不同型號GNSS接收機聯(lián)合觀測。使用3臺不同廠家的儀器(見表2)進行同步觀測，觀測時基座精確整平，多次量取天線高取平均值，同時開機進行靜態(tài)同步觀測。記錄觀測日期，各時段起始時間，儀器型號，天線號，天線高。

表2 點號與儀器

2 數(shù)據(jù)處理與分析

2.1 數(shù)據(jù)傳輸與格式轉(zhuǎn)換

將檢測儀器用其配套軟件進行靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸，并將不同類型的數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為標準的RINEX文件，以RINEX文件為橋梁，進行聯(lián)合解算。在數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換過程中注意RINEX格式文件的版本是否相同，在使用Trimble公司的Convert To RINEX軟件進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時，應選擇Leica公司的數(shù)據(jù)理軟件LGO可以識別的RINEX v2.10版本進行轉(zhuǎn)換。各型號儀器對應處理軟件見表3。

表3 各型號儀器對應處理軟件

2.2 設置天線類型

天線高是指天線相位中心至測站標識頂面的垂直距離，通常分為上下兩端，上端是從相位中心至天線約定位置，這是生產(chǎn)廠家給出的常數(shù)，下端是天線約定位置到測站中心標志面的高度，由測量員現(xiàn)場量取。外業(yè)觀測量取天線高后，內(nèi)業(yè)利用LGO，TBC，Topcon Tool等軟件進行數(shù)據(jù)后處理時，天線相位中心高度應在所量取天線高的基礎上加上L1、L2相位垂直偏差及瞬時相位中心改正。

選擇正確的天線類型，以及自定義新的天線類型并輸入相應的參數(shù)是不同型號GNSS接收機觀測數(shù)據(jù)聯(lián)合處理的關鍵。不同型號接收機的觀測數(shù)據(jù)導入數(shù)據(jù)后處理軟件，在解算前需要修改天線高及其相關模型。Trimble公司的TBC軟件的檢查更新模塊中，選擇 “Trimble GPS Configuration Files Utility”選項，可下載新的或更新GPS天線數(shù)據(jù)和接收機數(shù)據(jù)；Leica公司的LGO軟件和Topcon公司的Topcon Tool軟件都有自動和手動兩種導入天線參數(shù)的方法。本文以LGO軟件為例，以NGS網(wǎng)站發(fā)布的天線相位中心改正參數(shù)作為自定義新天線類型的參考依據(jù)，簡要介紹LGO軟件自動和手動兩種導入天線參數(shù)的方法。

2.2.1 自動導入天線參數(shù)

首先登陸NGS網(wǎng)站(http://www.ngs.noaa.

gov/ANTCAL/)查閱各型號接收機的天線參數(shù)改正模型，選擇接收機生產(chǎn)廠家，找到所需的天線型號，再點擊天線文件“ANTEX”(ANTEX為新版天線格式文件，ANTINFO為舊版天線格式文件，LGO軟件僅接受新版天線文件)，復制內(nèi)容并粘貼到記事本內(nèi)，另存為一個以“.DOME”為后綴名的文件；打開LGO軟件，在“天線管理”模塊中右鍵“天線”點擊“輸入天線”，選擇前面保存好的DOME天線參數(shù)文件，點擊“打開”完成天線定義。

2.2.2 手動新建天線參數(shù)

首先打開LGO軟件，在“天線管理”模塊右鍵“天線”點擊“新建”；打開下載好的參數(shù)文件，輸入天線的主要參數(shù)，“TYPE/SERIAL NO”為天線的名稱，“G01 START OF FREQUENCY”為L1位相中心的偏差參數(shù)，“G02 START OF FREQUENCY”為L2位相中心的偏差參數(shù)，從左到右依次為北方向偏差量、東方向偏差量、垂直方向偏差量，單位為毫米。把這些參數(shù)輸入到軟件，完成后對應的天線就會出現(xiàn)在“天線管理”模塊內(nèi)。

2.3 數(shù)據(jù)解算

實驗1的觀測數(shù)據(jù)使用Trimble公司的數(shù)據(jù)處理軟件TBC進行處理，檢測基線結(jié)果見表4。

表4 實驗1檢測基線結(jié)果 m

實驗2的觀測數(shù)據(jù)先使用各自配套軟件轉(zhuǎn)換為測標準RINEX格式，使用Leica公司的LGO軟件進行數(shù)據(jù)處理，處理前輸入正確的天線類型參數(shù)。檢測基線結(jié)果見表5。

表5 實驗2檢測基線結(jié)果 m

2.4 結(jié)果分析

將已知的短基線網(wǎng)中的3條基線的標準值分別與兩實驗的解算結(jié)果作差，得到基線各時段測量結(jié)果的觀測誤差(見表6)，可以看出兩實驗各時段的觀測誤差均在允許范圍內(nèi)，靜態(tài)測量精度滿足標稱精度指標要求。實驗1基線各時段測量誤差整體比實驗2的小，基線E10-C0兩組實驗的測量誤差較其它兩條基線大，基線JB1-E10兩組實驗的測量誤差較小，由此可推斷C0點處可能有干擾存在；從時段來看，兩次實驗均在時段3時測量誤差較小，在時段5、時段6測量誤差較大，所以在靜態(tài)測量時選擇合適的時段也是要考慮的問題。

表6 基線各時段解算值與標準值誤差 m

為了確定兩實驗觀測數(shù)據(jù)的精度，根據(jù)3條基線各時段的觀測結(jié)果得到各時段間最大互差(見表7)。可以看出兩實驗的基線各時段間最大互差相差不大，說明兩組實驗的解算結(jié)果都較為集中，穩(wěn)定性較好。

表7 基線各時段間最大互差 m

同時利用公式計算出基線的重復性標準差，并對其進行比較分析。計算重復性標準差的公式為

由基線6個時段解算的重復性標準差結(jié)果(見表8)可以看出，兩組實驗靜態(tài)測量觀測結(jié)果重復性都符合檢測要求，其中實驗1中3條基線的重復性標準差均比實驗2小，這說明實驗1靜態(tài)測量觀測結(jié)果離散性較小，重復性較好。

表8 基線重復性標準差 m

3 結(jié) 論

1)本文提出了不同型號GNSS接收機進行聯(lián)合檢測和聯(lián)合數(shù)據(jù)處理的方法，并通過兩組實驗證明了此方法的合理性和有效性。不僅解決了單臺GNSS接收機的檢測問題，而且提高了工作效率，也為GNSS 接收機的檢定和測量工作提供了依據(jù)。

2)不同廠家GNSS接收機聯(lián)合數(shù)據(jù)處理時，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標準RINEX文件，數(shù)據(jù)格式得到了統(tǒng)一，使不同格式的數(shù)據(jù)在同一種軟件上解算成為可能，從兩組實驗解算結(jié)果來看，測量誤差均小于限差，結(jié)果符合要求。

3)不同型號GNSS接收機測量數(shù)據(jù)聯(lián)合解算時，由于有些解算軟件并未包含其它廠家儀器的天線參數(shù)及改正模型，所以在數(shù)據(jù)解算前輸入正確的天線參數(shù)對不同型號接收機數(shù)據(jù)聯(lián)合解算也是十分必要的。

4)不同型號GNSS 接收機聯(lián)合作業(yè)與聯(lián)合數(shù)據(jù)處理結(jié)果的精度還有待通過大量的實例加以統(tǒng)計分析。

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[責任編輯：劉文霞]

Experimental research of short baseline verificationusing different type of GNSS receivers

BU Chenguang, FU Ziao

(School of Geospatial Information, Information Engineering University, Zhengzhou 450000,China)

The global navigation satellite system (GNSS) with the advantages of all-weather, simple operation, high precision has been widely applied to surveying and mapping, aviation, geological prospecting, environment monitoring and protection, and other fields. Joint verification and data processing between the different type of GNSS receivers and the same type of GNSS receivers are designed in this paper to improve the utilization rate of GNSS receivers test equipment and the efficiency of verification work, which provides a reliable basis for the efficiency of the use of GNSS receivers in measurement. The experimental result shows that the different type of GNSS receivers are feasible for joint verification.

GNSS; joint verification; short baseline; antenna phase center; RINEX file

2016-09-01

部晨光(1989-)，男，助理實驗師，碩士.

著錄：部晨光，付子傲.不同型號GNSS接收機短基線檢定實驗研究[J].測繪工程，2017，26(9)：32-35.

10.19349/j.cnki.issn1006-7949.2017.09.007

P228.4

A

1006-7949(2017)09-0032-04