GPS接收機校準中利用LNCORS進行長基線測量可行性測試設計

張曉明 柏儒峰

（遼寧省測繪產品質量監督檢驗站，遼寧 沈陽 110034）

GPS（Global Positioning System）全球定位系統的簡稱，能夠提供實時、全天候和全球性的導航定位服務，單點實時定位精度為m級，后處理精度可以達到cm級。進入90年代后全面應用于國內測繪行業中，進入21世紀GPS接收機已經成為所有測繪資質單位不可或缺的常用儀器設備。為確保其在實際生產中的準確性和可靠性，所開展的校準工作，被納入到計量學科長度計量器具中。所以測繪儀器檢定校準工作，是測繪地理信息和計量兩個學科知識的綜合體現。

1 遼寧GPS接收機校準場地現狀

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：該項目填補了省內空白，在國內處于領先水平；該檢定場可以為社會提供各類GPS接收機的檢測服務。隨即，向原省質量技術監督局提出建標申請，得到省質量技術監督局的批準并授權開展GPS接收校準工作。現有GPS觀測點位17個，其中微網點位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，經國家測繪局第一大地測量隊檢測各邊長中誤差優于0.3mm，相對精度全在10-7以上。

缺點：做長基線測量時，需在基線兩端架設儀器，往返幾十公里的路程，觀測結果還不一定滿足要求，經常需要重新測量，費時費力。

2 LNCORS簡介

遼寧省連續運行基準站網 （英文簡寫：LNCORS），是原省測繪地理信息局在十二五期間建設完成，高精度、三維、動態以及幾何基準與物理基準一體的現代測繪基準體系，為實現全省的ITRF框架或CGCS 2000坐標系下各等級控制點的快速建立和更新提供區域基準。覆蓋我省14.8萬km2，共68個衛星導航定位連續運行基準站，每個站址裝備一套高精度衛星定位接收機，全天候24小時連續觀測，并能夠實施為客戶提供相關服務。其中的LNSY、LNSB兩個站址距離我省GPS接收機校準場約20km，從距離上來說很好地滿足了GPS接收機校準工作中長基線測量的距離要求。

3 與原工作模式的比較

現有工作模式：如下圖，是在每個觀測墩上（04、05、06……）架設儀器，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，與已知基線長進行比對，表述的差值與基線兩端的儀器精度均相關。

項目工作模式：仍然在每個觀測墩上（04、05、06……）架設儀器，與LNCORS（LNCORS01-02-03）組成基線邊，這里在LNCORS站上的儀器，因為是不動的，所以他的位置坐標可以作為已知量來帶入后續的數據計算中，在原有工作模式的基礎上，減少了變量的引入。與已知基線長進行比對，表述的只是基線場觀測墩上架設的儀器精度。

圖1 LNCORS與基線場分布略圖

4 校準測試方法設計

步驟一、標準長度確定

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

步驟二、穩定性測試

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

步驟三、適用性測試

在研究周期內，利用不同廠家、不同型號受檢儀器的觀測數據進行長度解算，并與基線標準長度進行比較分析，最終形成適用性分析報告。具體要求：①統籌考慮、自由選取現階段市場上較為常用的儀器品牌和型號；②儀器水平標稱精度不低于（5mm+1mm×10-6D）、垂直標稱精度不低于 （6mm+1mm×10-6D）；③觀測時段數方面采用GPS接收機校準規范相關要求；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、觀測質量檢查

GPS數據觀測質量主要采用TEQC（Translation、Editing、and Quality Checking）軟件來進行，TEQC是一款對衛星導航系統觀測數據進行轉換、編輯和質量檢查的軟件。主要對GPS觀測后原始數據通用格式中O文件和n文件進行數據分析，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噪聲和多路徑效應；數據利用率情況，用百分數表示，一般要求MP1、MP2值不得大于0.5，數據利用率一般不低于85%。如下圖2.

不難看出，MP1為0.13、MP2為0.17、數據利用率為97%，說明本次觀測質量較好，滿足GPS對外部觀測環境的基本要求，數據可靠。

步驟五、結果分析

①穩定性分析：經過兩年周期的穩定性測試，統計出長基線年變化情況，參考（JJF 1118-2004）技術指標，判斷是否滿足GPS接收機校準工作的要求。

②適用性分析：統計現階段測繪行業中主流GPS接收機的實際測試情況，并結合采用原有校準方法進行的校準結果，分析利用LNCORS建立的新基線，在校準過程中數據采集及解算過程，是否存在不適用情況。

③預期結果：依照（JJF 1118-2004），原有校準方式下引入了與其構成基線的其它GPS接收機誤差，GPS接收機的測量誤差計算結果中，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運行基準站。所以，理論上來說，采用新方式下對GPS接收機的校準結果，應該是原來校準模式下的二分之一左右。

5 結語

在國內一些先進省份利用已建成的連續運行基準站網進行GPS接收校準工作，能夠有效提高GPS中長基線測量誤差校準的可靠性和準確性，避免校準過程中不必要的重測工作，具有較高的實用價值和推廣意義，但遼寧省的GPS接收機校準場地和LNCORS的組合，是否能夠滿足實際工作需要，是否能夠達到預期效果，只有實際檢驗才能得出明確答案。