GPS接收机校准中利用LNCORS进行长基线测量可行性测试设计

张晓明 柏儒峰

（辽宁省测绘产品质量监督检验站，辽宁 沈阳 110034）

GPS（Global Positioning System）全球定位系统的简称，能够提供实时、全天候和全球性的导航定位服务，单点实时定位精度为m级，后处理精度可以达到cm级。进入90年代后全面应用于国内测绘行业中，进入21世纪GPS接收机已经成为所有测绘资质单位不可或缺的常用仪器设备。为确保其在实际生产中的准确性和可靠性，所开展的校准工作，被纳入到计量学科长度计量器具中。所以测绘仪器检定校准工作，是测绘地理信息和计量两个学科知识的综合体现。

1 辽宁GPS接收机校准场地现状

1997年开始筹建，1999年10月通过专家考核和评议，得出以下鉴定意见：该项目填补了省内空白，在国内处于领先水平；该检定场可以为社会提供各类GPS接收机的检测服务。随即，向原省质量技术监督局提出建标申请，得到省质量技术监督局的批准并授权开展GPS接收校准工作。现有GPS观测点位17个，其中微网点位4个用于超短基线测量，其余做为短基线和中、长基线测量使用，基线边长从72m 至40000m不等，经国家测绘局第一大地测量队检测各边长中误差优于0.3mm，相对精度全在10-7以上。

缺点：做长基线测量时，需在基线两端架设仪器，往返几十公里的路程，观测结果还不一定满足要求，经常需要重新测量，费时费力。

2 LNCORS简介

辽宁省连续运行基准站网 （英文简写：LNCORS），是原省测绘地理信息局在十二五期间建设完成，高精度、三维、动态以及几何基准与物理基准一体的现代测绘基准体系，为实现全省的ITRF框架或CGCS 2000坐标系下各等级控制点的快速建立和更新提供区域基准。覆盖我省14.8万km2，共68个卫星导航定位连续运行基准站，每个站址装备一套高精度卫星定位接收机，全天候24小时连续观测，并能够实施为客户提供相关服务。其中的LNSY、LNSB两个站址距离我省GPS接收机校准场约20km，从距离上来说很好地满足了GPS接收机校准工作中长基线测量的距离要求。

3 与原工作模式的比较

现有工作模式：如下图，是在每个观测墩上（04、05、06……）架设仪器，同步观测1个小时，解算出相对距离（04-05、05-06、04-06），一般距离比较短（小于1km），基线两端的仪器均是变量，与已知基线长进行比对，表述的差值与基线两端的仪器精度均相关。

项目工作模式：仍然在每个观测墩上（04、05、06……）架设仪器，与LNCORS（LNCORS01-02-03）组成基线边，这里在LNCORS站上的仪器，因为是不动的，所以他的位置坐标可以作为已知量来带入后续的数据计算中，在原有工作模式的基础上，减少了变量的引入。与已知基线长进行比对，表述的只是基线场观测墩上架设的仪器精度。

图1 LNCORS与基线场分布略图

4 校准测试方法设计

步骤一、标准长度确定

利用已校准合格的高精度测地型GNSS接收机，在现有基线场按照国家大地测量GNSSC级网观测要求进行观测，与LNCORS本时段观测数据进行联合评差，将解算出的相对长度作为本次课题的基线标准长度。具体要求：①接收机天线类型需为大地型接收天线；②仪器水平标称精度不低于（3mm+0.5mm×10-6D）、垂直标称精度不低于 （6mm+0.5mm×10-6D）；③为了提高观测精度，计划在观测时段数方面在原C级网基础上增加两个时段；④基线解算软件采用天宝GPS静态解算软件TGO；⑤采样间隔为1″～5″。

步骤二、稳定性测试

在研究周期内，每月上旬进行一次标准长度稳定性复测，通过对不同站址、不同时期、不同时长、不同数据采样间隔的选取，将复测结果与基线标准长度进行比较分析，最终形成稳定性分析报告。具体要求：①接收机天线类型需为大地型接收天线；②仪器水平标称精度不低于（3mm+0.5mm×10-6D）、垂直标称精度不低于（6mm+0.5mm×10-6D）；③观测时段数方面采用国家C级网标准；④基线解算软件采用天宝GPS静态解算软件TGO；⑤采样间隔为5″。

步骤三、适用性测试

在研究周期内，利用不同厂家、不同型号受检仪器的观测数据进行长度解算，并与基线标准长度进行比较分析，最终形成适用性分析报告。具体要求：①统筹考虑、自由选取现阶段市场上较为常用的仪器品牌和型号；②仪器水平标称精度不低于（5mm+1mm×10-6D）、垂直标称精度不低于 （6mm+1mm×10-6D）；③观测时段数方面采用GPS接收机校准规范相关要求；④基线解算软件采用各厂商公开的商用软件；⑤采样间隔为5″。

步骤四、观测质量检查

GPS数据观测质量主要采用TEQC（Translation、Editing、and Quality Checking）软件来进行，TEQC是一款对卫星导航系统观测数据进行转换、编辑和质量检查的软件。主要对GPS观测后原始数据通用格式中O文件和n文件进行数据分析，其中MP1是P1（或C1）、L1、L2的线性组合，MP2是P2、L1和L2的线性组合，这些值可以很好地反映接收机噪声和多路径效应；数据利用率情况，用百分数表示，一般要求MP1、MP2值不得大于0.5，数据利用率一般不低于85%。如下图2.

不难看出，MP1为0.13、MP2为0.17、数据利用率为97%，说明本次观测质量较好，满足GPS对外部观测环境的基本要求，数据可靠。

步骤五、结果分析

①稳定性分析：经过两年周期的稳定性测试，统计出长基线年变化情况，参考（JJF 1118-2004）技术指标，判断是否满足GPS接收机校准工作的要求。

②适用性分析：统计现阶段测绘行业中主流GPS接收机的实际测试情况，并结合采用原有校准方法进行的校准结果，分析利用LNCORS建立的新基线，在校准过程中数据采集及解算过程，是否存在不适用情况。

③预期结果：依照（JJF 1118-2004），原有校准方式下引入了与其构成基线的其它GPS接收机误差，GPS接收机的测量误差计算结果中，并没有得到很好的消除；而新的基线测量方式下，基线的一端是固定不动的连续运行基准站。所以，理论上来说，采用新方式下对GPS接收机的校准结果，应该是原来校准模式下的二分之一左右。

5 结语

在国内一些先进省份利用已建成的连续运行基准站网进行GPS接收校准工作，能够有效提高GPS中长基线测量误差校准的可靠性和准确性，避免校准过程中不必要的重测工作，具有较高的实用价值和推广意义，但辽宁省的GPS接收机校准场地和LNCORS的组合，是否能够满足实际工作需要，是否能够达到预期效果，只有实际检验才能得出明确答案。