《GNSS RTK接收机精度评定实验探究》4400字（论文）

GNSSRTK接收机精度评定实验探究目录TOC\o"1-2"\h\u30555GNSSRTK接收机精度评定实验探究 121781.1“ISO17123-8”的检定场与数据获取流程 1237991.1.1检定场 1259321.1.2数据获取 289231.1.3数据处理 3285341.1.4精度评定 479341.2“规程CH/T8018-2009”的检定场与数据获取流程 583961.2.1检定场 5145641.2.2数据获取 6276471.2.3数据处理 693961.2.4精度评定 6307081.3“规范JJF1118-2004”的检定场与数据获取流程 6275951.3.1检定场 6221301.3.2数据获取 7223151.3.3数据处理 764991.3.4精度评定 1212864结论 147761.4各标准检定项目对比 141.1“ISO17123-8”的检定场与数据获取流程1.1.1检定场（1）检定场介绍根据“ISO17123-8”要求，本次课题设计了如图所示的模拟场地来检定GNSSRTK接收机。检定场由3台RTK接收机组成，均为南方银河6接收机，其中包括两个流动站1和站2及一个基准站。检定场两流动站之间的距离要求为在2m到20ｍ之间，本次研究使用的是15m；基准站与流动站1之间的距离不是固定的，但要求在100m范围内，本次设计的距离为85m；（2）检定场示意图如下：图1.1“ISO17123-8”模拟检定场示意图1.1.2数据获取（1）测前准备在开始测量之前，对于操作者来说，确保设备、GNSS接收机和天线有足够的精度来完成所需的任务是很重要的。检查各站点的接收机、天线及其附属设备是否处于可接受的状态。操作者应遵循制造商参考手册中定位要求的指导方针，如最小卫星数量、最小观测时间，以及可能的其他必要前提条件。操作者应在每次测量前通过重置接收机功率来初始化接收机，并在整型模糊度确定完成后收集数据。REF_Ref20715\r\h[8]（2）数据要求根据“ISO17123-8”中要求，测试过程需要采集至少包含不同序列的各5组观测数据其中各组观测数据需要连续观测的两个流动站，分别为流动站1和2。（3）注意事项数据采集时间间隔：为了避免多路径效应、电离层及对流层对测试结果的影响，确保每个序列的５组观测均匀分布在25分钟，相邻序列相隔90min；（4）采集流程将基准站RTK接收机定于北校区已知点W1处，由于本次数据的高程精度为15mm，按照数据采集的要求，利用全站仪，在东方向20-100m处定向流动站1的位置，在距流动站1为15m的地方定向流动站2的位置，分别在两个流动站处安置接收机。全站仪测量：使用全站仪在已知点W1照准W1A方向，在W1A方向估计A点的大概位置，放置棱镜进行水平距离的测量，获得水平距离D’与目标距离D=85m进行比较，根据距离相差值在W1A方向上移动棱镜的位置，直到测得的距离与已知水平距离D相等或几乎一致的情况时可以确定该测量点为A[9。同理，在确定的B点架设全站仪，照准AB方向，D1’与D1=15m进行比较，确定出流动站2的位置，定为点B。分别在A、B点架设仪器，测量AB之间的距离与高差D*和h*作为参考值。RTK测量：在W1、A、B点分别架设三台同型号的RTK接收机，此处均为南方银河6接收机，将W1处接收机设置为基准站，其余两点设置为移动站。数据采集，两台接收机同时测量，一个序列5组数据，相邻序列之间相隔90min，时间安排如下：表1.1“ISO17123-8”数据采集时间安排表1.1.3数据处理（1）简化测试程序获取完全符合ISO17123-8要求的实验数据，见表1.2表1.2“ISO17123-8”序列一实验数据根据表达式(1)和表1.2的数据，计算表1.3的结果，这里只展示序列一的果，其余结果见附录B。表1.3“ISO17123-8”序列一简化测试计算结果（2）完整测试程序将“ISO17123-8”规定采集的数据严格按照3.1.2所述方法及公式处理、计算，为了减少计算量，本部分借助MATLAB计算程序（见附录E）来计算sxy和sh。经MATLAB计算程序运行得到，数据量data有30组，i=3；j=5；k=2；单次测量实验标准差sx=5.2mm；sy=7.1mm；平面位置实验标准差sxy＝7.1mm；高差实验标准差sh＝1.3mm。结果如图所示：图1.2“ISO17123-8”完整测试MatLab计算结果1.1.4精度评定（1）简单测试由3.1.1中提到的式（1）计算出的结果，如果满足式（２）中的每一项，则有足够的理由认为这次测试结果是可靠的。即由表1.3可以看出，距离残差与高差残差均满足规范要求的限差，即满足了“ISO17123-8”的要求，认为其合格。REF_Ref21378\r\h[11]（2）完整测试南方测绘公司所给出南方银河6接收机的技术指标为，σｘｙ＝8mm；σｈ＝15mm，8mm<15mm，则表明本次课题研究所使用的南方银河6的7424号机与0665号机的测量精度均达到了合格。1.2“规程CH/T8018-2009”的检定场与数据获取流程1.2.1检定场（1）检定场简介：根据《全球导航卫星系统（GNSS）测量型接收机RTK检定规程》，检定场测量点最少需要6个，基线长度不进行短基线与中长基线的细分，均保持在2000m—5000m。检定场有两种形式，现对检定场做以下说明：①检定场的一种形式是各测量点均在一条直线上，只是点与点之间的基线长度不一样（如图1.3）；②检定场的另一种是各测量点不在一条直线上，组成网状，两两相连为一条基线（如图1.4）；③基线的精度：小于1×10-6ppm。④基准点精度：绝对地心坐标(WGS84)的精度在1m以上。⑤仪器架设精度：对中误差小于1mm。⑥天线高精度：三方向较差小于3.mm并取平均值。（2）检定场示意图如下：图1.3“规程CH/T8018-2004”检定场1图1.4“规程CH/T8018-2004”检定场21.2.2数据获取由于疫情原因，本课题对于此检定规程的研究仅存于理论阶段，其数据采集方式严格按照3.2所述方法进行。1.2.3数据处理测量精度按照3.2.1所示公式（32）进行计算；测量重复性精度按照3.2.2公式（33）计算。1.2.4精度评定“规程CH/T8018-2009”在规定中对RTK测量精度和RTK测量重复性精度的要求需要小于标称精度σ，RTK初始化时间小于3分钟。其标准精度按照式（34）计算。1.3“规范JJF1118-2004”的检定场与数据获取流程1.3.1检定场（1）天线相位中心一致性检定场天线位相中心一致性精度评定是通过GPS接收机检定场里超短线网的相对定位法实现的。REF_Ref20826\r\h[10]常用的短基线网由七个强制对中观测墩组成的，它的分布主要是有1个中心点和6个顶点，这里要求两两观测墩之间的距离要一致。而本次课题所用的数据来自于贵州质检站，其检定场由三个点组成，检定场示意图如下：图1.5“规范JJF1118-2001”天线相位中心一致性检定场（2）短基线检定场短基线检定场的基线长度规定在2000m内，但是至少要求有6段基线构成，与“规程CH/T8018-2009”的图1.2检定场相同。（3）中长基线检定场常用的中长基线网是由5个强制对中观测墩组成的四边形网，有1个中点，4个顶点，其中基线最短为10km，最长为35km。。而本次课题所用的数据来自于贵州质检站，其检定场由四个点组成，检定场示意图如下：图1.6“规范JJF1118-2001”中长基线测量精度检定场1.3.2数据获取由于疫情原因，此规程所需数据均由“贵州质检站”提供。其数据采集严格按照3.3所述方法进行。1.3.3数据处理本章节所用的数据处理软件为HGO，为南方测绘公司所提供的接收机专用的随机处理软件。本章处理流程以“中长基线”步骤为例（1）读入原始数据HGO软件可以处理的数据格式包括GNS/ZHD以及RINEX格式的标准数据，首先需要读取原始的测量数据。读入数据的流程如下：图示网图中的绿色标志越大，表示基线误差越大。新建项目：进行项目名称等基本信息的编辑以及确定项目属性（如图1.7）设置坐标系统与投影方式（如图1.8）图1.7HGO软件限差设置图1.8HGO软件椭球与投影设置导入数据（如图1.9）图1.9HGO软件数据导入文件显示：图示网图中的绿色标志越大，表示基线误差越大（如图1.10）刚导入的数据中，基线、同步环、异步环均有可能存在不合格的现象（如图1.11和图1.12）图1.10网图显示图1.11同步环处理前状态图1.12残差序列图（2）设置基线参数检查观测数据的测站坐标、观测时间等基本信息是否对应之后，对基线的采样间隔、高度截止角、星历类型、解算模糊度的等常规参数进行设置，其余的参数一般按照默认处理。（如图1.13）高度截止角：限制运行高度低的卫星不参与基线解算。通常默认为15度。采样间隔：采样间隔越大，基线处理的速度越高，但也要根据实际情况调节，不能过大。REF_Ref21025\r\h图1.13基线解算设置（3）基线解算处理、解算基线。基进行完数据导入和基线参数设置之后，就要完成基线解算的步骤。基线解算的第一步是解算全部基线，这一步一般是软件自动进行的。（如图1.14）当全部基线解算完成后，大部分甚至于全部基线都会合格，且图中基线的颜色会发生变化，由灰色变为蓝色。但是还有少数基线或者同步环、异步环存在不合格的情况，则需要对每一条基线以及组成同步环、异步环的基线精细化手动处理，这个过程一般是根据残差序列图，取消掉状态欠佳的卫星以及对单个基线的参数进行修改来达到其合格的目的。图1.14基线解算过程（4）网平差平差的目的是借助多余观测来消除观测过程中的测量误差，以提高测量精度。本文进行测量平差使用的理论为最小二乘法。图1.15网平差设置（5）解算结果图1.16中长基线同步环处理结果图1.17天线相位中心一致性同步环处理结果图1.18天线相位中心一致性异步环处理结果（节选）1.3.4精度评定（1）天线相位中心一致性精度评定三条基线在四个方向所测得的基线长度与每条基线的四个方向最大值与最小值之间的差值表如下：表1.4天线相位中心一致性检测统计表基线时段及方向基线长度（m）最大值与最小值之差（mm）允许限差（mm）是否合格570-5770度27.26032.32.5合格90度27.2608180度27.2585270度27.2589570-5790度9.11841.8合格90度9.1177180度9.1166270度9.1169577-5790度18.14891.1合格90度18.1494180度18.1483270度18.1486本次实验所用的仪器型号为中海达，通过进入中海达仪器官网可以得知该仪器的固定误差为：2.5mm。此时测量结果中的最大互差为2.3mm，2.3mm<2.5mm，由此可判断该项检定结果为合格。（2）中长基线精度评定平差后WGS-84坐标和点位精度见表1.5。表1.5“规范JJF1118-2004”WGS-84坐标和点位精度ID状态XYZX偏移mmY偏移mmZ偏移mm_570固定-1269690.53725013633.73393722972.28840.000.000.00_485-1269670.91205013625.43453722989.61972.551.992.71_577-1235591.64975013792.21503733778.94762.745.733.38_788-1235618.11825013790.08283733772.28512.895.763.31ID状态BLHB偏移秒H偏移秒L偏移秒_570固定35.93065751N101.21123560E1717.82420.000000.000000.0000_48535.93085196N101.21104741E1717.57860.000060.000085.5167_57736.05238862N101.84403000E1505.47070.000080.000096.2799_78836.05232113N101.84432081E1505.29060.000070.000106.3643通过布网设计内容的要求对外业采集数据进行内业处理，其中中长基线计算结果如表1.6。可以得到不同测程基线误差应小于σ的结果。表1.6“规范JJF1118-2004”基线计算表基线标准值/m所得值/m差值/mmσ标准差/mm5702510—485251028.466928.4652-1.72.500155772510—485251035751.784335751.7664-17.435.83415772510—570251035777.702935777.6837-19.235.85797882510—485251035721.699835721.6801-19.735.80717882510—570251035749.578535749.5597-18.835.83097882510—577251027.215927.2146-1.32.5001结论从表1.6看基线5702510—4852510、基线5772510—4852510、基线5772510—5702510、基线5702510—4852510、基线5702510—4852510、基线5702510—4852510均在限差之内