单波束水下地形测量中GPS定位延时问题的试验与分析

单波束水下地形测量中GPS定位延时问题的试验与分析GPS延时值与接收机的处理系统、数据线路传输等因素相关。本文分析了GPS定位延时导致动态测量误差的问题，并以Trimble-R10GPS为例，通过试验在不同测量环境中分别计算求得其延时值。建议在使用Hypack软件处理测量数据时设置相应的延时值，以解决单波束测量中的GPS延迟问题。标签：GPS定位延时；单波束水下地形测量；延时校正0引言单波束一般水深测量和RTK测量均依赖于GPS的平面定位，GPS接收机的系统优良等因素导致延时值具有不确定性，由此导致的测量误差在单波束水深测量中往往被忽略。《多波束外业测量及内业处理概述》文中给出多波速延时校正方法以及GPS延时的大致范围：200ms至1200ms，以此为依据，假定船速：5kph，1kph约：1.852km/h，即船速约为：9.3km/h，那么由于GPS延时误差导致的地理位置的偏差约在0.52m-3.1m，这个误差范围对测量精度有一定的影响。本文通过试验计算了Trimble-R10GPS定位延时值，测量中GPS定位延时误差与船速正相关，测量船只船速较快时，由GPS延时导致的地理位置偏差就会较大。1GPS定位延时问题及原因分析在单波束测量工作中，考虑到GPS定位与换能器测深是同步进行，换能器声波传播速度一般为1400m/s左右，这个速度可以通过声速仪测得，所以换能器也存在一定的延迟性，按照50m的水深计算，声波从发射到接受往返的延迟值在71ms。这个值相对而言很小，所以换能器的延迟误差无论对本文试验还是对实际测量工作都是可以忽略的，本文仅研究GPS定位时延误差。GPS定位时，GPS用户端通过搜索并连接空间4个以上的卫星信号，才能确定空间三维地理坐标[1]，GPS定位的时间将不同于其输出数据给采集计算机的时间，《多波束外业测量及内业处理概述》给出延时主要来自以下两个方面：1）GPS接收机由接受到卫星信号计算出当前地理位置的时间。2）GPS接收机输出数据的时间。船只分别以V1、V2的速度行驶，V2大于V1。参照物实际位置是已知的，由于GPS延时记录的参照物位置是未知的，及S1、S2的值是不知道的，但是只要得到即S1、S2的差值即可通过计算得到延时值。使用GPS记录点位1、點位2，导入数据处理软件，比如CASS成图软件，可以得距离差值，设GPS延时值为T，则：S1=T*V1，S2=T*V2，=S2-S1，T=/（V2-V1）參照物实际位置为：沿行驶方向减去船速V与延时T乘积的值。2通过试验计算GPS延时值2.1试验过程以TrimbleR10GPS为例，计算其动态测量情况下延时值的试验：试验一：在GPS不接入计算机时，无数据传输等影响的情况，直接求该型号GPS延时值。1）试验条件：①卫星至GPS接受机之间的信号良好且稳定。②没有其它软件的数据传输干扰。2）试验方法：为方便试验，用汽车或其它交通工具代替船只，汽车在顺直路面行驶。3）试验步骤：①设置GPS测量参数：a.查找资料得到国家C级以上大地坐标控制网的3个以上点的当地坐标（北京54空间直角坐标）；b.用GPS测量相对应位置的WGS-84经纬度坐标，利用GPS手簿工地校正求得转换参数。[2]②静态采集参照物坐标：a.选择合适的场地，确定参照物，预设行驶路线；b.GPS静态采集参照物地理坐标；③动态采集参照物坐标：将GPS置于汽车内，汽车以不同速度匀速行驶，为方便观测和采集数据，汽车行驶速度在80km/h内为宜，在汽车到达参照物时，使用GPS手簿采集地理坐标，记录测量序号以及所对应的GPS点位和汽车行驶速度。④计算GPS的延时值：a.将GPS点位值导入CASS成图软件，根据记录好的序号以得出相邻两次动态测量的距离差；b.根据多组值，计算相应的多个延时T的值；实验二：在单波束测量中将GPS接入测量计算机时，有数据传输等影响的情况，再次求得该型号GPS延时值。实验的方法、步骤等均与试验一相同。2.2计算GPS定位延时值在试验中，我们注意到测量员操作GPS采集点位坐标时间即按下确认键至松开确认键的时间，记为Tc，水深测量时相对明显的表明了这种误差。由于测量时均包含Tc，试验数据处理时，计算采用两次均为动态测量的数据，能较大地减小由人员操作带来Tc误差的影响。在载体为行驶中的汽车的情况下，将Trimble-R10GPS测量数据导入CASS成图软件中分别求得，（m）。=40-20，=80-20，=80-40。=6.0-3.1，=7.5-3.1，=7.5-6.0（s）=/，得到车载延时值：T1=0.52，T2=0.26，T3=0.14。即无数据传输的情况下，TrimbleR10GPS延时值范围大致在：140～520ms。在载体为行驶中的船只的情况下，单波束水下地形测量中，将Trimble-R10GPS测量数据导入CASS成图软件中，同理得到船载单波束测量中延时值T1=2.04，T2=1.38，T3=1.02。即单波束测量中GPS连接至电脑，有数据传输的情况下，TrimbleR10GPS延时值范围大致在为：1020～2040ms。由此，通过试验一和试验二，得到在两类测量环境中的GPS延时值。根据《海道测量规范》和《工程测量学》[2]中水下地形测绘定位点的点位平面位置中误差的一般要求，试验得出单波束测量中，在测量船速为5kph时，GPS定位延时导致的误差为2.6～5.1m，不能满足较大比例尺误差限制要求。3单波束测量中校正GPS延时误差的方法Hypack软件的测量数据验证，当GPS延迟值设置为1s时，5节船速的偏差约2.6m。在使用Hypack软件处理测量数据中进行GPS延迟改正，可以通过以下步骤：⒈进入菜单目录——数据处理——单波束编辑器；⒉导入测量数据*.RAW文件，设置完潮位改正和声速改正的操作后进入下一界面——读取参数——偏移——输入GPS延迟值。4结束语对于单波束于水下地形测量，在同一地域进行两次或两次以上的地形测量中，如果两次相反的行船方向进行同一测线的测量，同一地点两次测量会造成两倍GPS定位延时值形成的平面坐标位置偏差。参考收集的相关资料，结合实验计算结果，建议在Hypack处理测量数据时，将GPS延迟值设置在1.0s左右，实际水下测量过程中，GPS延时值受多方面的因素影响并不固定，单波束测量时，可根据实际情况留意并大致判断，本文建议值仅供参考。参考文献：[1]刘基余，李征航，王跃虎，