CH 8016-1995 全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量型接收機(jī)檢定規(guī)程

中華人民共和國(guó)測(cè)繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量型接收機(jī)檢定規(guī)程SpecificationforofGPSReceiverofSurveyingModel1995—01—03發(fā)布1995—07—01實(shí)施 2引用標(biāo)準(zhǔn) 3術(shù)語(yǔ) 4GPS接收機(jī)的檢驗(yàn)項(xiàng)目和檢定周期 5GPS接收機(jī)檢驗(yàn)的內(nèi)容 6GPS接收機(jī)檢驗(yàn)的方法和技術(shù)要求 附錄A用零基線檢驗(yàn)接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平(補(bǔ)充件) 附錄B用超短基線檢驗(yàn)接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平(補(bǔ)充件) 附錄C相對(duì)定位法進(jìn)行天線中心穩(wěn)定性檢驗(yàn)(補(bǔ)充件) 附錄D旋轉(zhuǎn)天線法測(cè)定天線相位中心偏移(補(bǔ)充件) 1全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量型ofGPSReceiverofSurveyingModel本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了全球定位系統(tǒng)測(cè)量型接收機(jī)(以下簡(jiǎn)稱測(cè)量型GPS接收機(jī))的檢定目的，GPS接收機(jī)檢驗(yàn)的目的是了解儀器性能、工作特性及其可能達(dá)到的精度水平。它是制定GPS作業(yè)計(jì)劃的依據(jù)，也是GPS定位測(cè)量順利完成的重要保證。本規(guī)程適用于各種精度測(cè)量型GPS接收機(jī)的驗(yàn)收與作業(yè)前的檢驗(yàn)。作業(yè)單位可根據(jù)具體要求參照本規(guī)程有關(guān)條款ZBA75001測(cè)繪技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)定ZBA75002測(cè)繪產(chǎn)品檢查驗(yàn)收規(guī)定CH2001-92全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范指邊長(zhǎng)5-10m的基線。天線相位中心(平均天線相位中心AverageofAntennaPhaseCenter)是指微波天線的電氣中心。其理論設(shè)計(jì)應(yīng)與天線幾何中心一致。天線相位中心與幾何中心之差稱為天線相位中心偏差。天線視在相位中心與天線相位中心之差稱為天線相位中心的變化。批準(zhǔn)2接收機(jī)的內(nèi)部噪聲是接收機(jī)通道間的偏差，延遲鎖相環(huán)、碼跟蹤環(huán)的偏差，以及鐘差等引起的測(cè)距和測(cè)相誤差的綜合反映。4GPS接收機(jī)的檢驗(yàn)項(xiàng)目和檢定周期4.1檢定分類：a.新購(gòu)置的和修理后的GPS接收機(jī)的檢定；b.使用中的GPS接收機(jī)的定期檢定。4.2對(duì)于不同的類別，檢定的項(xiàng)目有所不同，見(jiàn)表1。對(duì)于a類接收機(jī)，應(yīng)檢定表1中的所有項(xiàng)目。表1檢定類別ab十十內(nèi)部噪聲水平測(cè)試十十十十十2十十十4.3表1中b類各項(xiàng)目的檢定周期一般不超過(guò)一年。5GPS接收機(jī)檢驗(yàn)的內(nèi)容5.1GPS接收機(jī)的檢驗(yàn)5.1.1GPS接收機(jī)檢視項(xiàng)目a.GPS接收機(jī)及天線外觀是否良好，型號(hào)是否正確，主機(jī)與配件是否齊全；b.需固緊的部件是否有松動(dòng)和脫落；c.設(shè)備使用手冊(cè)和后處理軟件手冊(cè)是否齊全；d.后處理軟盤數(shù)是否齊全。5.1.2GPS接收機(jī)通電檢驗(yàn)GPS接收機(jī)與電源正確連接，然后進(jìn)行以下檢驗(yàn)：3a.電源信號(hào)燈工作是否正常；b.按鍵和顯示系統(tǒng)工作是否正常；c.利用自測(cè)試命令檢測(cè)儀器工作是否正常；d.檢驗(yàn)接收機(jī)鎖定衛(wèi)星時(shí)間的快慢，接收信號(hào)的信噪比及信號(hào)失鎖情況。5.1.3.GPS接收機(jī)實(shí)測(cè)檢驗(yàn)項(xiàng)目a.GPS接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平測(cè)試；b.接收機(jī)天線相位中心穩(wěn)定性測(cè)試；c.接收機(jī)野外作業(yè)性能及不同測(cè)程精度指標(biāo)的測(cè)試；d.接收機(jī)頻標(biāo)穩(wěn)定性檢驗(yàn)和數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)；e.接收機(jī)高低溫性能測(cè)試。5.2GPS接收機(jī)附件檢驗(yàn)項(xiàng)目5.2.1電池、電纜和充電機(jī)的檢驗(yàn)a.電池電容量的檢驗(yàn)；b.電纜型號(hào)及接頭是否配套和完好；c.充電機(jī)功能是否完好。5.2.2天線連接件及天線高量尺的檢驗(yàn)a.天線與基座連接件是否完好及配套；b.基座光學(xué)對(duì)中器的檢驗(yàn)；c.天線或基座圓水準(zhǔn)器的檢驗(yàn)；d.天線高量尺是否完好及尺長(zhǎng)精度。5.2.3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)錄設(shè)備及軟件GPS接收機(jī)數(shù)據(jù)傳輸接口配件及軟件是否齊全，數(shù)據(jù)傳輸性能是否完好。5.2.4氣象測(cè)試儀表檢驗(yàn)內(nèi)容氣象儀表的檢驗(yàn)，一般應(yīng)送氣象部門檢驗(yàn)，其檢驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)包括：a.通風(fēng)干濕表的檢驗(yàn)，見(jiàn)全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范附錄C;b.空盒氣壓表的檢驗(yàn)，見(jiàn)全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范附錄C。5.3數(shù)據(jù)后處理軟件驗(yàn)收和測(cè)試5.3.1數(shù)據(jù)后處理軟件檢查驗(yàn)收項(xiàng)目a.基線處理軟件(盤)及軟件說(shuō)明書(shū)，網(wǎng)平差軟件(盤)及軟件說(shuō)明書(shū)，軟盤活動(dòng)加密卡及功能；b.數(shù)據(jù)后處理軟件所需要的支撐系統(tǒng)(如DOS,WINDOWS等);c.軟件功能測(cè)試和評(píng)價(jià)。5.3.2接收機(jī)所配備商用軟件測(cè)試及評(píng)價(jià)接收機(jī)軟件所具備的功能應(yīng)通過(guò)實(shí)例計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)收，一般測(cè)量型接收機(jī)基本測(cè)試內(nèi)容a.預(yù)報(bào)與觀測(cè)計(jì)劃軟件測(cè)試；4b.靜態(tài)定位軟件測(cè)試；c.網(wǎng)平差軟件測(cè)試。對(duì)具有準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定位功能；往返式重復(fù)測(cè)量功能；連續(xù)動(dòng)態(tài)及快速靜態(tài)定位功能的接收機(jī)應(yīng)補(bǔ)充相應(yīng)軟件的檢驗(yàn)與測(cè)試內(nèi)容。5.3.3軟件的評(píng)價(jià)a.數(shù)據(jù)處理的精度；b.軟件使用的方便性；c.自動(dòng)批處理功能是否齊全；d.數(shù)據(jù)刪選、人工修復(fù)功能是否靈活，周跳判斷與修復(fù)、整周模糊度解算能力、相位殘差圖形化處理功能是否強(qiáng)；e.網(wǎng)平差軟件使用靈活性、實(shí)用性及最多可平差網(wǎng)點(diǎn)數(shù)。5.4GPS接收機(jī)綜合性能的評(píng)價(jià)a.接收機(jī)快速響應(yīng)特性，即捕獲衛(wèi)星信號(hào)、鎖定衛(wèi)星、開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)的速度；b.儀器操作方便性和靈活性；c.接收機(jī)體積、重量和功耗；d.接收機(jī)觀測(cè)數(shù)據(jù)噪聲水平；e.GPS接收機(jī)測(cè)量成果的精度和可靠性，以及數(shù)據(jù)剔除率；f.天線相位中心穩(wěn)定性；g.接收機(jī)后處理軟件的功能和精度。6GPS接收機(jī)檢驗(yàn)的方法和技術(shù)要求6.1接收機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部噪聲水平測(cè)試此項(xiàng)測(cè)試可根據(jù)具體情況采用以下二種方法之一進(jìn)行。并盡可能采用零基線測(cè)試方法。6.1.1零基線測(cè)試方法用零基線測(cè)試比對(duì)時(shí)，對(duì)1.5小時(shí)觀測(cè)值，基線分量及長(zhǎng)度應(yīng)在1mm以內(nèi)，接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平應(yīng)滿足廠商的指標(biāo)。詳見(jiàn)附錄A。6.1.2超短基線測(cè)試方法用超短基線測(cè)試時(shí)，對(duì)1.5小時(shí)觀測(cè)值，基線分量與地面測(cè)量值之差應(yīng)小于儀器固定誤差，接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平應(yīng)滿足廠商的指標(biāo)。詳見(jiàn)附錄B。6.2天線相位中心穩(wěn)定性測(cè)試天線相位中心穩(wěn)定性測(cè)試是測(cè)定天線相位中心與廠家提供的天線相位中心位置(天線幾何對(duì)稱軸線上的位置)之差?？刹捎靡韵露N方法之一進(jìn)行。6.2.1相對(duì)測(cè)定法(詳見(jiàn)附錄C)天線在不同方位下測(cè)定的基線變化應(yīng)小于2倍固定誤差。6.2.2旋轉(zhuǎn)天線法較為嚴(yán)格測(cè)定相位中心的方法為“旋轉(zhuǎn)天線法”(詳見(jiàn)附錄D),該法需要在專門的微波暗室內(nèi)利用固定的微波反射源測(cè)定天線相位方向圖，從而確定天線平均相位中心，以及天5線(視在)相位中心隨衛(wèi)星(信號(hào)源)高度和方位變化的規(guī)律。天線相位中心的偏差應(yīng)小于儀器固定誤差。6.3GPS接收機(jī)野外作業(yè)性能及不同測(cè)程精度指標(biāo)的測(cè)試此項(xiàng)檢驗(yàn)可分為短基線檢驗(yàn)和中長(zhǎng)基線檢驗(yàn)。6.3.1短基線直接比較法檢驗(yàn)該法在標(biāo)準(zhǔn)檢定場(chǎng)上進(jìn)行，天線應(yīng)嚴(yán)格整平對(duì)中，對(duì)中誤差應(yīng)小于1mm,天線指向正北，天線高量取至1mm。二臺(tái)或多臺(tái)儀器同步觀測(cè)1.5小時(shí)。內(nèi)業(yè)計(jì)算采用單雙頻分別計(jì)算。測(cè)試結(jié)果與基線長(zhǎng)比較應(yīng)小于儀器標(biāo)準(zhǔn)誤差。儀器標(biāo)稱精度為±(a+b×d),o——標(biāo)準(zhǔn)差，單位為mm;a——固定誤差，單位為mm;b-—比例誤差系數(shù)，單位為ppm;d——相鄰點(diǎn)間距離，單位為km。6.3.2中長(zhǎng)邊檢驗(yàn)在有檢定場(chǎng)的情況下中長(zhǎng)邊測(cè)試應(yīng)采用基線比對(duì)法。如無(wú)檢定場(chǎng)，則可采用重復(fù)邊檢驗(yàn)和異步環(huán)檢驗(yàn)。a.基線比對(duì)法在中長(zhǎng)邊基線場(chǎng)上對(duì)于40～50km以上邊長(zhǎng)應(yīng)同步觀測(cè)4小時(shí)，解算結(jié)果與已知基線之差應(yīng)符合下列規(guī)定：式中：w,為解算之邊長(zhǎng)與已知基線邊長(zhǎng)之差；w.,wy,w.為坐標(biāo)增量與已知基線坐標(biāo)增量之差；σ為相應(yīng)級(jí)別規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)誤差。b.重復(fù)邊檢驗(yàn)要求至少觀測(cè)兩個(gè)時(shí)段，對(duì)于40～50km以上邊長(zhǎng)，每時(shí)段應(yīng)同步觀測(cè)W?,wy,w≤3√w,w,w.為坐標(biāo)增量之差；σ為相應(yīng)級(jí)別規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)誤差。c.對(duì)于構(gòu)成多邊形的各獨(dú)立觀測(cè)基線，應(yīng)進(jìn)行異步環(huán)檢驗(yàn)。對(duì)于邊長(zhǎng)大于40～50km的基線，應(yīng)觀測(cè)4小時(shí)。各坐標(biāo)分量閉合差應(yīng)符合下式規(guī)定：式中：σ——相應(yīng)級(jí)別規(guī)定精度(即標(biāo)準(zhǔn)差);6w;,w,,w.為坐標(biāo)分量閉合差。檢測(cè)時(shí)，觀測(cè)時(shí)段參照表2執(zhí)行(表中數(shù)字以小時(shí)為單位)66.4GPS接收機(jī)頻標(biāo)穩(wěn)定性檢驗(yàn)和數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)GPS接收機(jī)頻標(biāo)的穩(wěn)定性(主要是短期頻率穩(wěn)定特性),對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量有著重大的影響，主要表現(xiàn)為觀測(cè)值殘差大小和噪聲水平，小周跳，特別是半周周跳出現(xiàn)的頻率。它是考核接收機(jī)性能和潛在的可達(dá)到的精度水平的一個(gè)重要的指標(biāo)。對(duì)于高精度GPS測(cè)量和地球動(dòng)力學(xué)研究方面的應(yīng)用，頻標(biāo)穩(wěn)定性及其對(duì)觀測(cè)值噪聲的影響分析將具有更為重要的a.數(shù)據(jù)的噪聲水平；c.低仰角情況下(例如：15°~25°),數(shù)據(jù)質(zhì)量的變化；d.低抑角情況下，多路徑效應(yīng)的影響。通過(guò)對(duì)較長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間段、不同測(cè)程的觀測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)果作殘差統(tǒng)計(jì)分析，以確定數(shù)據(jù)的平均噪聲水平，周跳出現(xiàn)的頻率，以及低仰角條件下觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的變化和多路徑效應(yīng)的影響。在沒(méi)有專門的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試軟件之前，暫時(shí)可用高精度GPS分析軟件做此項(xiàng)工作。此項(xiàng)測(cè)試可以在野外不同氣候條件下進(jìn)行，亦可以在專用的高低溫實(shí)驗(yàn)箱中進(jìn)行。在高低溫實(shí)驗(yàn)箱中測(cè)試時(shí)，其溫度均勻度應(yīng)≤土2C,其波動(dòng)度應(yīng)≤土0.5C。在高溫為+30C及低溫-10C之間進(jìn)行接收機(jī)內(nèi)噪聲水平測(cè)試。其作業(yè)方法及限差要求見(jiàn)6.1a.GPS接收機(jī)檢定場(chǎng)應(yīng)盡可能選擇在交通方便、便于使用的地方布設(shè)；b.檢定場(chǎng)點(diǎn)位布設(shè)應(yīng)含有短邊、中長(zhǎng)邊基線，以供不同測(cè)程檢定使用；7c.基線點(diǎn)應(yīng)選擇在地質(zhì)構(gòu)造堅(jiān)固、穩(wěn)定、利于長(zhǎng)期保存，交通方便，周圍沒(méi)有強(qiáng)無(wú)線電信號(hào)源干擾，全方位高度角10°以上無(wú)障礙物的地點(diǎn)，d.中長(zhǎng)邊基線應(yīng)組成網(wǎng)形以便于進(jìn)行閉合差檢驗(yàn)；e.基線場(chǎng)精度，對(duì)中長(zhǎng)邊(40km)應(yīng)達(dá)到10-7,對(duì)中短邊應(yīng)達(dá)到毫米量級(jí)8用零基線檢驗(yàn)接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平(補(bǔ)充件)A1零基線是檢驗(yàn)接收機(jī)鐘差、信號(hào)通道時(shí)延、延遲鎖相環(huán)誤差及機(jī)內(nèi)噪聲等電性能所引起的定位誤差的一種有效方法。它是采用“功率分配器”(簡(jiǎn)稱功分器)將同一天線輸出信號(hào)分成功率、相位相同的二路或多路信號(hào)送到接收機(jī)，然后，將觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙差處理求得坐標(biāo)增量，以檢驗(yàn)儀器固有誤差。由于這種方法可以消除衛(wèi)星幾何圖形的影響；天線相位中心偏移；大氣傳播時(shí)延誤差；信號(hào)多路徑效應(yīng)誤差及儀器對(duì)中誤差等等。所以是檢驗(yàn)接收機(jī)內(nèi)部噪聲的一種可靠方法。A2功分器的設(shè)計(jì)與要求功分器是用微帶電路設(shè)計(jì)而成，在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮二路信號(hào)對(duì)稱性，即功率相同，相位相同。在零基線測(cè)試前應(yīng)對(duì)新的功分器進(jìn)行功率、相位測(cè)試。二路相位差應(yīng)小于2°。對(duì)于適用雙頻GPS接收機(jī)的功分器，應(yīng)對(duì)L1、L2二個(gè)頻率測(cè)試相位延遲誤差。A3零基線測(cè)試方法a.選擇周圍高度角10°以上無(wú)障礙物的地方安放天線，按圖連接功分器；功分器c.二臺(tái)儀器同步接收4顆以上衛(wèi)星1.5小時(shí)；d.交換接收機(jī)天線接口，同c項(xiàng)要求再觀測(cè)一個(gè)時(shí)段；e.用靜態(tài)定位軟件計(jì)算坐標(biāo)增量和基線長(zhǎng)度，坐標(biāo)增量及其誤差應(yīng)小于1mm。用雙差觀測(cè)值(或原始載波相位觀測(cè)值)表示的接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平應(yīng)小于廠商給出的精度指標(biāo)。對(duì)Trimble和AshtéchC/A碼接收機(jī)，原始載波相位觀測(cè)值的內(nèi)部噪聲水平應(yīng)小于2mm。9附錄B用超短基線檢驗(yàn)接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平(補(bǔ)充件)B1在無(wú)功分器的條件下可采用超短基線檢驗(yàn)接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平。B2超短基線應(yīng)選擇在地面平坦、周圍高度角10°以上無(wú)障礙物、無(wú)強(qiáng)電磁波干擾及地面反射系數(shù)較小的地方。基線長(zhǎng)度約5～10m。用鑒定后的鋼尺量距。二臺(tái)儀器的天線應(yīng)嚴(yán)格對(duì)中、整平，滿足6.3.1節(jié)的技術(shù)指標(biāo)。天線定向標(biāo)志指向北方向。同時(shí)開(kāi)機(jī)，同步接收4顆以上衛(wèi)星觀測(cè)1.5小時(shí)。用靜態(tài)定位軟件計(jì)算，其基線值與地面測(cè)量值之差應(yīng)小于儀器固定誤差。接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平應(yīng)滿足廠商的指標(biāo)。相對(duì)定位法進(jìn)行天線中心穩(wěn)定性檢驗(yàn)(補(bǔ)充件)C1相對(duì)定位法測(cè)定天線相位中心穩(wěn)定性應(yīng)在超短基線上進(jìn)行。C2測(cè)試時(shí)將GPS接收機(jī)天線分別安置在基線點(diǎn)上，精確對(duì)中、整平，天線定向標(biāo)志指向正北。觀測(cè)一個(gè)時(shí)段(1.5小時(shí))。然后固定一個(gè)天線不動(dòng)，其它天線依次旋轉(zhuǎn)90°、180°、270°,再測(cè)三個(gè)時(shí)段。最后，原固定不動(dòng)的天線相對(duì)任意一個(gè)天線依次旋轉(zhuǎn)90°,再測(cè)三個(gè)時(shí)段。分別求出各時(shí)段基線值，其最大互差不能超過(guò)二倍固定誤差。旋轉(zhuǎn)天線法測(cè)定天線相位中心偏移(補(bǔ)充件)D1旋轉(zhuǎn)天線法測(cè)定天線相位中心是在微波暗室中采用專用微波天線測(cè)量設(shè)備，通過(guò)測(cè)定天線全方位波形圖，通過(guò)分析和計(jì)算，確定天線(平均)相位中心相對(duì)天線幾何中心之偏移量，以及天線(視在)相位中心隨信號(hào)源(衛(wèi)星)方位和高度變化的規(guī)律D2測(cè)試設(shè)備D2.1定向微波發(fā)射天線，發(fā)射頻率可調(diào)D2.2可編程微波接收機(jī)，頻率范圍D2.3方向圖繪圖儀D2.4微波暗室a.微波暗室是一個(gè)全封閉式錐形暗室，其錐頂角比較小(<26°)可避免來(lái)自暗室側(cè)墻、地板和天