《GNSS RTK接收機精度評定實驗探究》4400字（論文）

GNSSRTK接收機精度評定實驗探究目錄TOC\o"1-2"\h\u30555GNSSRTK接收機精度評定實驗探究 121781.1“ISO17123-8”的檢定場與數據獲取流程 1237991.1.1檢定場 1259321.1.2數據獲取 289231.1.3數據處理 3285341.1.4精度評定 479341.2“規(guī)程CH/T8018-2009”的檢定場與數據獲取流程 583961.2.1檢定場 5145641.2.2數據獲取 6276471.2.3數據處理 693961.2.4精度評定 6307081.3“規(guī)范JJF1118-2004”的檢定場與數據獲取流程 6275951.3.1檢定場 6221301.3.2數據獲取 7223151.3.3數據處理 764991.3.4精度評定 1212864結論 147761.4各標準檢定項目對比 141.1“ISO17123-8”的檢定場與數據獲取流程1.1.1檢定場（1）檢定場介紹根據“ISO17123-8”要求，本次課題設計了如圖所示的模擬場地來檢定GNSSRTK接收機。檢定場由3臺RTK接收機組成，均為南方銀河6接收機，其中包括兩個流動站1和站2及一個基準站。檢定場兩流動站之間的距離要求為在2m到20ｍ之間，本次研究使用的是15m；基準站與流動站1之間的距離不是固定的，但要求在100m范圍內，本次設計的距離為85m；（2）檢定場示意圖如下：圖1.1“ISO17123-8”模擬檢定場示意圖1.1.2數據獲取（1）測前準備在開始測量之前，對于操作者來說，確保設備、GNSS接收機和天線有足夠的精度來完成所需的任務是很重要的。檢查各站點的接收機、天線及其附屬設備是否處于可接受的狀態(tài)。操作者應遵循制造商參考手冊中定位要求的指導方針，如最小衛(wèi)星數量、最小觀測時間，以及可能的其他必要前提條件。操作者應在每次測量前通過重置接收機功率來初始化接收機，并在整型模糊度確定完成后收集數據。REF_Ref20715\r\h[8]（2）數據要求根據“ISO17123-8”中要求，測試過程需要采集至少包含不同序列的各5組觀測數據其中各組觀測數據需要連續(xù)觀測的兩個流動站，分別為流動站1和2。（3）注意事項數據采集時間間隔：為了避免多路徑效應、電離層及對流層對測試結果的影響，確保每個序列的５組觀測均勻分布在25分鐘，相鄰序列相隔90min；（4）采集流程將基準站RTK接收機定于北校區(qū)已知點W1處，由于本次數據的高程精度為15mm，按照數據采集的要求，利用全站儀，在東方向20-100m處定向流動站1的位置，在距流動站1為15m的地方定向流動站2的位置，分別在兩個流動站處安置接收機。全站儀測量：使用全站儀在已知點W1照準W1A方向，在W1A方向估計A點的大概位置，放置棱鏡進行水平距離的測量，獲得水平距離D’與目標距離D=85m進行比較，根據距離相差值在W1A方向上移動棱鏡的位置，直到測得的距離與已知水平距離D相等或幾乎一致的情況時可以確定該測量點為A[9。同理，在確定的B點架設全站儀，照準AB方向，D1’與D1=15m進行比較，確定出流動站2的位置，定為點B。分別在A、B點架設儀器，測量AB之間的距離與高差D*和h*作為參考值。RTK測量：在W1、A、B點分別架設三臺同型號的RTK接收機，此處均為南方銀河6接收機，將W1處接收機設置為基準站，其余兩點設置為移動站。數據采集，兩臺接收機同時測量，一個序列5組數據，相鄰序列之間相隔90min，時間安排如下：表1.1“ISO17123-8”數據采集時間安排表1.1.3數據處理（1）簡化測試程序獲取完全符合ISO17123-8要求的實驗數據，見表1.2表1.2“ISO17123-8”序列一實驗數據根據表達式(1)和表1.2的數據，計算表1.3的結果，這里只展示序列一的果，其余結果見附錄B。表1.3“ISO17123-8”序列一簡化測試計算結果（2）完整測試程序將“ISO17123-8”規(guī)定采集的數據嚴格按照3.1.2所述方法及公式處理、計算，為了減少計算量，本部分借助MATLAB計算程序（見附錄E）來計算sxy和sh。經MATLAB計算程序運行得到，數據量data有30組，i=3；j=5；k=2；單次測量實驗標準差sx=5.2mm；sy=7.1mm；平面位置實驗標準差sxy＝7.1mm；高差實驗標準差sh＝1.3mm。結果如圖所示：圖1.2“ISO17123-8”完整測試MatLab計算結果1.1.4精度評定（1）簡單測試由3.1.1中提到的式（1）計算出的結果，如果滿足式（２）中的每一項，則有足夠的理由認為這次測試結果是可靠的。即由表1.3可以看出，距離殘差與高差殘差均滿足規(guī)范要求的限差，即滿足了“ISO17123-8”的要求，認為其合格。REF_Ref21378\r\h[11]（2）完整測試南方測繪公司所給出南方銀河6接收機的技術指標為，σｘｙ＝8mm；σｈ＝15mm，8mm<15mm，則表明本次課題研究所使用的南方銀河6的7424號機與0665號機的測量精度均達到了合格。1.2“規(guī)程CH/T8018-2009”的檢定場與數據獲取流程1.2.1檢定場（1）檢定場簡介：根據《全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）測量型接收機RTK檢定規(guī)程》，檢定場測量點最少需要6個，基線長度不進行短基線與中長基線的細分，均保持在2000m—5000m。檢定場有兩種形式，現對檢定場做以下說明：①檢定場的一種形式是各測量點均在一條直線上，只是點與點之間的基線長度不一樣（如圖1.3）；②檢定場的另一種是各測量點不在一條直線上，組成網狀，兩兩相連為一條基線（如圖1.4）；③基線的精度：小于1×10-6ppm。④基準點精度：絕對地心坐標(WGS84)的精度在1m以上。⑤儀器架設精度：對中誤差小于1mm。⑥天線高精度：三方向較差小于3.mm并取平均值。（2）檢定場示意圖如下：圖1.3“規(guī)程CH/T8018-2004”檢定場1圖1.4“規(guī)程CH/T8018-2004”檢定場21.2.2數據獲取由于疫情原因，本課題對于此檢定規(guī)程的研究僅存于理論階段，其數據采集方式嚴格按照3.2所述方法進行。1.2.3數據處理測量精度按照3.2.1所示公式（32）進行計算；測量重復性精度按照3.2.2公式（33）計算。1.2.4精度評定“規(guī)程CH/T8018-2009”在規(guī)定中對RTK測量精度和RTK測量重復性精度的要求需要小于標稱精度σ，RTK初始化時間小于3分鐘。其標準精度按照式（34）計算。1.3“規(guī)范JJF1118-2004”的檢定場與數據獲取流程1.3.1檢定場（1）天線相位中心一致性檢定場天線位相中心一致性精度評定是通過GPS接收機檢定場里超短線網的相對定位法實現的。REF_Ref20826\r\h[10]常用的短基線網由七個強制對中觀測墩組成的，它的分布主要是有1個中心點和6個頂點，這里要求兩兩觀測墩之間的距離要一致。而本次課題所用的數據來自于貴州質檢站，其檢定場由三個點組成，檢定場示意圖如下：圖1.5“規(guī)范JJF1118-2001”天線相位中心一致性檢定場（2）短基線檢定場短基線檢定場的基線長度規(guī)定在2000m內，但是至少要求有6段基線構成，與“規(guī)程CH/T8018-2009”的圖1.2檢定場相同。（3）中長基線檢定場常用的中長基線網是由5個強制對中觀測墩組成的四邊形網，有1個中點，4個頂點，其中基線最短為10km，最長為35km。。而本次課題所用的數據來自于貴州質檢站，其檢定場由四個點組成，檢定場示意圖如下：圖1.6“規(guī)范JJF1118-2001”中長基線測量精度檢定場1.3.2數據獲取由于疫情原因，此規(guī)程所需數據均由“貴州質檢站”提供。其數據采集嚴格按照3.3所述方法進行。1.3.3數據處理本章節(jié)所用的數據處理軟件為HGO，為南方測繪公司所提供的接收機專用的隨機處理軟件。本章處理流程以“中長基線”步驟為例（1）讀入原始數據HGO軟件可以處理的數據格式包括GNS/ZHD以及RINEX格式的標準數據，首先需要讀取原始的測量數據。讀入數據的流程如下：圖示網圖中的綠色標志越大，表示基線誤差越大。新建項目：進行項目名稱等基本信息的編輯以及確定項目屬性（如圖1.7）設置坐標系統(tǒng)與投影方式（如圖1.8）圖1.7HGO軟件限差設置圖1.8HGO軟件橢球與投影設置導入數據（如圖1.9）圖1.9HGO軟件數據導入文件顯示：圖示網圖中的綠色標志越大，表示基線誤差越大（如圖1.10）剛導入的數據中，基線、同步環(huán)、異步環(huán)均有可能存在不合格的現象（如圖1.11和圖1.12）圖1.10網圖顯示圖1.11同步環(huán)處理前狀態(tài)圖1.12殘差序列圖（2）設置基線參數檢查觀測數據的測站坐標、觀測時間等基本信息是否對應之后，對基線的采樣間隔、高度截止角、星歷類型、解算模糊度的等常規(guī)參數進行設置，其余的參數一般按照默認處理。（如圖1.13）高度截止角：限制運行高度低的衛(wèi)星不參與基線解算。通常默認為15度。采樣間隔：采樣間隔越大，基線處理的速度越高，但也要根據實際情況調節(jié)，不能過大。REF_Ref21025\r\h圖1.13基線解算設置（3）基線解算處理、解算基線?；M行完數據導入和基線參數設置之后，就要完成基線解算的步驟。基線解算的第一步是解算全部基線，這一步一般是軟件自動進行的。（如圖1.14）當全部基線解算完成后，大部分甚至于全部基線都會合格，且圖中基線的顏色會發(fā)生變化，由灰色變?yōu)樗{色。但是還有少數基線或者同步環(huán)、異步環(huán)存在不合格的情況，則需要對每一條基線以及組成同步環(huán)、異步環(huán)的基線精細化手動處理，這個過程一般是根據殘差序列圖，取消掉狀態(tài)欠佳的衛(wèi)星以及對單個基線的參數進行修改來達到其合格的目的。圖1.14基線解算過程（4）網平差平差的目的是借助多余觀測來消除觀測過程中的測量誤差，以提高測量精度。本文進行測量平差使用的理論為最小二乘法。圖1.15網平差設置（5）解算結果圖1.16中長基線同步環(huán)處理結果圖1.17天線相位中心一致性同步環(huán)處理結果圖1.18天線相位中心一致性異步環(huán)處理結果（節(jié)選）1.3.4精度評定（1）天線相位中心一致性精度評定三條基線在四個方向所測得的基線長度與每條基線的四個方向最大值與最小值之間的差值表如下：表1.4天線相位中心一致性檢測統(tǒng)計表基線時段及方向基線長度（m）最大值與最小值之差（mm）允許限差（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本次實驗所用的儀器型號為中海達，通過進入中海達儀器官網可以得知該儀器的固定誤差為：2.5mm。此時測量結果中的最大互差為2.3mm，2.3mm<2.5mm，由此可判斷該項檢定結果為合格。（2）中長基線精度評定平差后WGS-84坐標和點位精度見表1.5。表1.5“規(guī)范JJF1118-2004”WGS-84坐標和點位精度ID狀態(tài)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狀態(tài)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通過布網設計內容的要求對外業(yè)采集數據進行內業(yè)處理，其中中長基線計算結果如表1.6?？梢缘玫讲煌瑴y程基線誤差應小于σ的結果。表1.6“規(guī)范JJF1118-2004”基線計算表基線標準值/m所得值/m差值/mmσ標準差/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結論從表1.6看基線5702510—4852510、基線5772510—4852510、基線5772510—5702510、基線5702510—4852510、基線5702510—4852510、基線5702510—4852510均在限差之內