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

中華人民共和國測繪行業(yè)標準全球定位系統(tǒng)(GPS)測量型接收機檢定規(guī)程SpecificationforofGPSReceiverofSurveyingModel1995—01—03發(fā)布1995—07—01實施 2引用標準 3術語 4GPS接收機的檢驗項目和檢定周期 5GPS接收機檢驗的內容 6GPS接收機檢驗的方法和技術要求 附錄A用零基線檢驗接收機內部噪聲水平(補充件) 附錄B用超短基線檢驗接收機內部噪聲水平(補充件) 附錄C相對定位法進行天線中心穩(wěn)定性檢驗(補充件) 附錄D旋轉天線法測定天線相位中心偏移(補充件) 1全球定位系統(tǒng)(GPS)測量型ofGPSReceiverofSurveyingModel本標準規(guī)定了全球定位系統(tǒng)測量型接收機(以下簡稱測量型GPS接收機)的檢定目的，GPS接收機檢驗的目的是了解儀器性能、工作特性及其可能達到的精度水平。它是制定GPS作業(yè)計劃的依據，也是GPS定位測量順利完成的重要保證。本規(guī)程適用于各種精度測量型GPS接收機的驗收與作業(yè)前的檢驗。作業(yè)單位可根據具體要求參照本規(guī)程有關條款ZBA75001測繪技術設計規(guī)定ZBA75002測繪產品檢查驗收規(guī)定CH2001-92全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范指邊長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。其理論設計應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2接收機的內部噪聲是接收機通道間的偏差，延遲鎖相環(huán)、碼跟蹤環(huán)的偏差，以及鐘差等引起的測距和測相誤差的綜合反映。4GPS接收機的檢驗項目和檢定周期4.1檢定分類：a.新購置的和修理后的GPS接收機的檢定；b.使用中的GPS接收機的定期檢定。4.2對于不同的類別，檢定的項目有所不同，見表1。對于a類接收機，應檢定表1中的所有項目。表1檢定類別ab十十內部噪聲水平測試十十十十十2十十十4.3表1中b類各項目的檢定周期一般不超過一年。5GPS接收機檢驗的內容5.1GPS接收機的檢驗5.1.1GPS接收機檢視項目a.GPS接收機及天線外觀是否良好，型號是否正確，主機與配件是否齊全；b.需固緊的部件是否有松動和脫落；c.設備使用手冊和后處理軟件手冊是否齊全；d.后處理軟盤數是否齊全。5.1.2GPS接收機通電檢驗GPS接收機與電源正確連接，然后進行以下檢驗：3a.電源信號燈工作是否正常；b.按鍵和顯示系統(tǒng)工作是否正常；c.利用自測試命令檢測儀器工作是否正常；d.檢驗接收機鎖定衛(wèi)星時間的快慢，接收信號的信噪比及信號失鎖情況。5.1.3.GPS接收機實測檢驗項目a.GPS接收機內部噪聲水平測試；b.接收機天線相位中心穩(wěn)定性測試；c.接收機野外作業(yè)性能及不同測程精度指標的測試；d.接收機頻標穩(wěn)定性檢驗和數據質量的評價；e.接收機高低溫性能測試。5.2GPS接收機附件檢驗項目5.2.1電池、電纜和充電機的檢驗a.電池電容量的檢驗；b.電纜型號及接頭是否配套和完好；c.充電機功能是否完好。5.2.2天線連接件及天線高量尺的檢驗a.天線與基座連接件是否完好及配套；b.基座光學對中器的檢驗；c.天線或基座圓水準器的檢驗；d.天線高量尺是否完好及尺長精度。5.2.3數據轉錄設備及軟件GPS接收機數據傳輸接口配件及軟件是否齊全，數據傳輸性能是否完好。5.2.4氣象測試儀表檢驗內容氣象儀表的檢驗，一般應送氣象部門檢驗，其檢驗內容應包括：a.通風干濕表的檢驗，見全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范附錄C;b.空盒氣壓表的檢驗，見全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范附錄C。5.3數據后處理軟件驗收和測試5.3.1數據后處理軟件檢查驗收項目a.基線處理軟件(盤)及軟件說明書，網平差軟件(盤)及軟件說明書，軟盤活動加密卡及功能；b.數據后處理軟件所需要的支撐系統(tǒng)(如DOS,WINDOWS等);c.軟件功能測試和評價。5.3.2接收機所配備商用軟件測試及評價接收機軟件所具備的功能應通過實例計算進行驗收，一般測量型接收機基本測試內容a.預報與觀測計劃軟件測試；4b.靜態(tài)定位軟件測試；c.網平差軟件測試。對具有準動態(tài)定位功能；往返式重復測量功能；連續(xù)動態(tài)及快速靜態(tài)定位功能的接收機應補充相應軟件的檢驗與測試內容。5.3.3軟件的評價a.數據處理的精度；b.軟件使用的方便性；c.自動批處理功能是否齊全；d.數據刪選、人工修復功能是否靈活，周跳判斷與修復、整周模糊度解算能力、相位殘差圖形化處理功能是否強；e.網平差軟件使用靈活性、實用性及最多可平差網點數。5.4GPS接收機綜合性能的評價a.接收機快速響應特性，即捕獲衛(wèi)星信號、鎖定衛(wèi)星、開始記錄數據的速度；b.儀器操作方便性和靈活性；c.接收機體積、重量和功耗；d.接收機觀測數據噪聲水平；e.GPS接收機測量成果的精度和可靠性，以及數據剔除率；f.天線相位中心穩(wěn)定性；g.接收機后處理軟件的功能和精度。6GPS接收機檢驗的方法和技術要求6.1接收機系統(tǒng)內部噪聲水平測試此項測試可根據具體情況采用以下二種方法之一進行。并盡可能采用零基線測試方法。6.1.1零基線測試方法用零基線測試比對時，對1.5小時觀測值，基線分量及長度應在1mm以內，接收機內部噪聲水平應滿足廠商的指標。詳見附錄A。6.1.2超短基線測試方法用超短基線測試時，對1.5小時觀測值，基線分量與地面測量值之差應小于儀器固定誤差，接收機內部噪聲水平應滿足廠商的指標。詳見附錄B。6.2天線相位中心穩(wěn)定性測試天線相位中心穩(wěn)定性測試是測定天線相位中心與廠家提供的天線相位中心位置(天線幾何對稱軸線上的位置)之差?？刹捎靡韵露N方法之一進行。6.2.1相對測定法(詳見附錄C)天線在不同方位下測定的基線變化應小于2倍固定誤差。6.2.2旋轉天線法較為嚴格測定相位中心的方法為“旋轉天線法”(詳見附錄D),該法需要在專門的微波暗室內利用固定的微波反射源測定天線相位方向圖，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(信號源)高度和方位變化的規(guī)律。天線相位中心的偏差應小于儀器固定誤差。6.3GPS接收機野外作業(yè)性能及不同測程精度指標的測試此項檢驗可分為短基線檢驗和中長基線檢驗。6.3.1短基線直接比較法檢驗該法在標準檢定場上進行，天線應嚴格整平對中，對中誤差應小于1mm,天線指向正北，天線高量取至1mm。二臺或多臺儀器同步觀測1.5小時。內業(yè)計算采用單雙頻分別計算。測試結果與基線長比較應小于儀器標準誤差。儀器標稱精度為±(a+b×d),o——標準差，單位為mm;a——固定誤差，單位為mm;b-—比例誤差系數，單位為ppm;d——相鄰點間距離，單位為km。6.3.2中長邊檢驗在有檢定場的情況下中長邊測試應采用基線比對法。如無檢定場，則可采用重復邊檢驗和異步環(huán)檢驗。a.基線比對法在中長邊基線場上對于40～50km以上邊長應同步觀測4小時，解算結果與已知基線之差應符合下列規(guī)定：式中：w,為解算之邊長與已知基線邊長之差；w.,wy,w.為坐標增量與已知基線坐標增量之差；σ為相應級別規(guī)定的標準誤差。b.重復邊檢驗要求至少觀測兩個時段，對于40～50km以上邊長，每時段應同步觀測W?,wy,w≤3√w,w,w.為坐標增量之差；σ為相應級別規(guī)定的標準誤差。c.對于構成多邊形的各獨立觀測基線，應進行異步環(huán)檢驗。對于邊長大于40～50km的基線，應觀測4小時。各坐標分量閉合差應符合下式規(guī)定：式中：σ——相應級別規(guī)定精度(即標準差);6w;,w,,w.為坐標分量閉合差。檢測時，觀測時段參照表2執(zhí)行(表中數字以小時為單位)66.4GPS接收機頻標穩(wěn)定性檢驗和數據質量的評價GPS接收機頻標的穩(wěn)定性(主要是短期頻率穩(wěn)定特性),對觀測數據的質量有著重大的影響，主要表現為觀測值殘差大小和噪聲水平，小周跳，特別是半周周跳出現的頻率。它是考核接收機性能和潛在的可達到的精度水平的一個重要的指標。對于高精度GPS測量和地球動力學研究方面的應用，頻標穩(wěn)定性及其對觀測值噪聲的影響分析將具有更為重要的a.數據的噪聲水平；c.低仰角情況下(例如：15°~25°),數據質量的變化；d.低抑角情況下，多路徑效應的影響。通過對較長觀測時間段、不同測程的觀測數據的結果作殘差統(tǒng)計分析，以確定數據的平均噪聲水平，周跳出現的頻率，以及低仰角條件下觀測數據質量的變化和多路徑效應的影響。在沒有專門的標準測試軟件之前，暫時可用高精度GPS分析軟件做此項工作。此項測試可以在野外不同氣候條件下進行，亦可以在專用的高低溫實驗箱中進行。在高低溫實驗箱中測試時，其溫度均勻度應≤土2C,其波動度應≤土0.5C。在高溫為+30C及低溫-10C之間進行接收機內噪聲水平測試。其作業(yè)方法及限差要求見6.1a.GPS接收機檢定場應盡可能選擇在交通方便、便于使用的地方布設；b.檢定場點位布設應含有短邊、中長邊基線，以供不同測程檢定使用；7c.基線點應選擇在地質構造堅固、穩(wěn)定、利于長期保存，交通方便，周圍沒有強無線電信號源干擾，全方位高度角10°以上無障礙物的地點，d.中長邊基線應組成網形以便于進行閉合差檢驗；e.基線場精度，對中長邊(40km)應達到10-7,對中短邊應達到毫米量級8用零基線檢驗接收機內部噪聲水平(補充件)A1零基線是檢驗接收機鐘差、信號通道時延、延遲鎖相環(huán)誤差及機內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”(簡稱功分器)將同一天線輸出信號分成功率、相位相同的二路或多路信號送到接收機，然后，將觀測數據進行雙差處理求得坐標增量，以檢驗儀器固有誤差。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；大氣傳播時延誤差；信號多路徑效應誤差及儀器對中誤差等等。所以是檢驗接收機內部噪聲的一種可靠方法。A2功分器的設計與要求功分器是用微帶電路設計而成，在設計中應考慮二路信號對稱性，即功率相同，相位相同。在零基線測試前應對新的功分器進行功率、相位測試。二路相位差應小于2°。對于適用雙頻GPS接收機的功分器，應對L1、L2二個頻率測試相位延遲誤差。A3零基線測試方法a.選擇周圍高度角10°以上無障礙物的地方安放天線，按圖連接功分器；功分器c.二臺儀器同步接收4顆以上衛(wèi)星1.5小時；d.交換接收機天線接口，同c項要求再觀測一個時段；e.用靜態(tài)定位軟件計算坐標增量和基線長度，坐標增量及其誤差應小于1mm。用雙差觀測值(或原始載波相位觀測值)表示的接收機內部噪聲水平應小于廠商給出的精度指標。對Trimble和AshtéchC/A碼接收機，原始載波相位觀測值的內部噪聲水平應小于2mm。9附錄B用超短基線檢驗接收機內部噪聲水平(補充件)B1在無功分器的條件下可采用超短基線檢驗接收機內部噪聲水平。B2超短基線應選擇在地面平坦、周圍高度角10°以上無障礙物、無強電磁波干擾及地面反射系數較小的地方?；€長度約5～10m。用鑒定后的鋼尺量距。二臺儀器的天線應嚴格對中、整平，滿足6.3.1節(jié)的技術指標。天線定向標志指向北方向。同時開機，同步接收4顆以上衛(wèi)星觀測1.5小時。用靜態(tài)定位軟件計算，其基線值與地面測量值之差應小于儀器固定誤差。接收機內部噪聲水平應滿足廠商的指標。相對定位法進行天線中心穩(wěn)定性檢驗(補充件)C1相對定位法測定天線相位中心穩(wěn)定性應在超短基線上進行。C2測試時將GPS接收機天線分別安置在基線點上，精確對中、整平，天線定向標志指向正北。觀測一個時段(1.5小時)。然后固定一個天線不動，其它天線依次旋轉90°、180°、270°,再測三個時段。最后，原固定不動的天線相對任意一個天線依次旋轉90°,再測三個時段。分別求出各時段基線值，其最大互差不能超過二倍固定誤差。旋轉天線法測定天線相位中心偏移(補充件)D1旋轉天線法測定天線相位中心是在微波暗室中采用專用微波天線測量設備，通過測定天線全方位波形圖，通過分析和計算，確定天線(平均)相位中心相對天線幾何中心之偏移量，以及天線(視在)相位中心隨信號源(衛(wèi)星)方位和高度變化的規(guī)律D2測試設備D2.1定向微波發(fā)射天線，發(fā)射頻率可調D2.2可編程微波接收機，頻率范圍D2.3方向圖繪圖儀D2.4微波暗室a.微波暗室是一個全封閉式錐形暗室，其錐頂角比較小(<26°)可避免來自暗室側墻、地板和天