《GNSS RTK接收機(jī)精度評(píng)定實(shí)驗(yàn)探究》4400字（論文）

GNSSRTK接收機(jī)精度評(píng)定實(shí)驗(yàn)探究目錄TOC\o"1-2"\h\u30555GNSSRTK接收機(jī)精度評(píng)定實(shí)驗(yàn)探究 121781.1“ISO17123-8”的檢定場(chǎng)與數(shù)據(jù)獲取流程 1237991.1.1檢定場(chǎng) 1259321.1.2數(shù)據(jù)獲取 289231.1.3數(shù)據(jù)處理 3285341.1.4精度評(píng)定 479341.2“規(guī)程CH/T8018-2009”的檢定場(chǎng)與數(shù)據(jù)獲取流程 583961.2.1檢定場(chǎng) 5145641.2.2數(shù)據(jù)獲取 6276471.2.3數(shù)據(jù)處理 693961.2.4精度評(píng)定 6307081.3“規(guī)范JJF1118-2004”的檢定場(chǎng)與數(shù)據(jù)獲取流程 6275951.3.1檢定場(chǎng) 6221301.3.2數(shù)據(jù)獲取 7223151.3.3數(shù)據(jù)處理 764991.3.4精度評(píng)定 1212864結(jié)論 147761.4各標(biāo)準(zhǔn)檢定項(xiàng)目對(duì)比 141.1“ISO17123-8”的檢定場(chǎng)與數(shù)據(jù)獲取流程1.1.1檢定場(chǎng)（1）檢定場(chǎng)介紹根據(jù)“ISO17123-8”要求，本次課題設(shè)計(jì)了如圖所示的模擬場(chǎng)地來檢定GNSSRTK接收機(jī)。檢定場(chǎng)由3臺(tái)RTK接收機(jī)組成，均為南方銀河6接收機(jī)，其中包括兩個(gè)流動(dòng)站1和站2及一個(gè)基準(zhǔn)站。檢定場(chǎng)兩流動(dòng)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(zhǔn)站與流動(dòng)站1之間的距離不是固定的，但要求在100m范圍內(nèi)，本次設(shè)計(jì)的距離為85m；（2）檢定場(chǎng)示意圖如下：圖1.1“ISO17123-8”模擬檢定場(chǎng)示意圖1.1.2數(shù)據(jù)獲?。?）測(cè)前準(zhǔn)備在開始測(cè)量之前，對(duì)于操作者來說，確保設(shè)備、GNSS接收機(jī)和天線有足夠的精度來完成所需的任務(wù)是很重要的。檢查各站點(diǎn)的接收機(jī)、天線及其附屬設(shè)備是否處于可接受的狀態(tài)。操作者應(yīng)遵循制造商參考手冊(cè)中定位要求的指導(dǎo)方針，如最小衛(wèi)星數(shù)量、最小觀測(cè)時(shí)間，以及可能的其他必要前提條件。操作者應(yīng)在每次測(cè)量前通過重置接收機(jī)功率來初始化接收機(jī)，并在整型模糊度確定完成后收集數(shù)據(jù)。REF_Ref20715\r\h[8]（2）數(shù)據(jù)要求根據(jù)“ISO17123-8”中要求，測(cè)試過程需要采集至少包含不同序列的各5組觀測(cè)數(shù)據(jù)其中各組觀測(cè)數(shù)據(jù)需要連續(xù)觀測(cè)的兩個(gè)流動(dòng)站，分別為流動(dòng)站1和2。（3）注意事項(xiàng)數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔：為了避免多路徑效應(yīng)、電離層及對(duì)流層對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，確保每個(gè)序列的５組觀測(cè)均勻分布在25分鐘，相鄰序列相隔90min；（4）采集流程將基準(zhǔn)站RTK接收機(jī)定于北校區(qū)已知點(diǎn)W1處，由于本次數(shù)據(jù)的高程精度為15mm，按照數(shù)據(jù)采集的要求，利用全站儀，在東方向20-100m處定向流動(dòng)站1的位置，在距流動(dòng)站1為15m的地方定向流動(dòng)站2的位置，分別在兩個(gè)流動(dòng)站處安置接收機(jī)。全站儀測(cè)量：使用全站儀在已知點(diǎn)W1照準(zhǔn)W1A方向，在W1A方向估計(jì)A點(diǎn)的大概位置，放置棱鏡進(jìn)行水平距離的測(cè)量，獲得水平距離D’與目標(biāo)距離D=85m進(jìn)行比較，根據(jù)距離相差值在W1A方向上移動(dòng)棱鏡的位置，直到測(cè)得的距離與已知水平距離D相等或幾乎一致的情況時(shí)可以確定該測(cè)量點(diǎn)為A[9。同理，在確定的B點(diǎn)架設(shè)全站儀，照準(zhǔn)AB方向，D1’與D1=15m進(jìn)行比較，確定出流動(dòng)站2的位置，定為點(diǎn)B。分別在A、B點(diǎn)架設(shè)儀器，測(cè)量AB之間的距離與高差D*和h*作為參考值。RTK測(cè)量：在W1、A、B點(diǎn)分別架設(shè)三臺(tái)同型號(hào)的RTK接收機(jī)，此處均為南方銀河6接收機(jī)，將W1處接收機(jī)設(shè)置為基準(zhǔn)站，其余兩點(diǎn)設(shè)置為移動(dòng)站。數(shù)據(jù)采集，兩臺(tái)接收機(jī)同時(shí)測(cè)量，一個(gè)序列5組數(shù)據(jù)，相鄰序列之間相隔90min，時(shí)間安排如下：表1.1“ISO17123-8”數(shù)據(jù)采集時(shí)間安排表1.1.3數(shù)據(jù)處理（1）簡(jiǎn)化測(cè)試程序獲取完全符合ISO17123-8要求的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，見表1.2表1.2“ISO17123-8”序列一實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)根據(jù)表達(dá)式(1)和表1.2的數(shù)據(jù)，計(jì)算表1.3的結(jié)果，這里只展示序列一的果，其余結(jié)果見附錄B。表1.3“ISO17123-8”序列一簡(jiǎn)化測(cè)試計(jì)算結(jié)果（2）完整測(cè)試程序?qū)ⅰ癐SO17123-8”規(guī)定采集的數(shù)據(jù)嚴(yán)格按照3.1.2所述方法及公式處理、計(jì)算，為了減少計(jì)算量，本部分借助MATLAB計(jì)算程序（見附錄E）來計(jì)算sxy和sh。經(jīng)MATLAB計(jì)算程序運(yùn)行得到，數(shù)據(jù)量data有30組，i=3；j=5；k=2；單次測(cè)量實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差sx=5.2mm；sy=7.1mm；平面位置實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差sxy＝7.1mm；高差實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差sh＝1.3mm。結(jié)果如圖所示：圖1.2“ISO17123-8”完整測(cè)試MatLab計(jì)算結(jié)果1.1.4精度評(píng)定（1）簡(jiǎn)單測(cè)試由3.1.1中提到的式（1）計(jì)算出的結(jié)果，如果滿足式（２）中的每一項(xiàng)，則有足夠的理由認(rèn)為這次測(cè)試結(jié)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(rèn)為其合格。REF_Ref21378\r\h[11]（2）完整測(cè)試南方測(cè)繪公司所給出南方銀河6接收機(jī)的技術(shù)指標(biāo)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(hào)機(jī)與0665號(hào)機(jī)的測(cè)量精度均達(dá)到了合格。1.2“規(guī)程CH/T8018-2009”的檢定場(chǎng)與數(shù)據(jù)獲取流程1.2.1檢定場(chǎng)（1）檢定場(chǎng)簡(jiǎn)介：根據(jù)《全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）測(cè)量型接收機(jī)RTK檢定規(guī)程》，檢定場(chǎng)測(cè)量點(diǎn)最少需要6個(gè)，基線長(zhǎng)度不進(jìn)行短基線與中長(zhǎng)基線的細(xì)分，均保持在2000m—5000m。檢定場(chǎng)有兩種形式，現(xiàn)對(duì)檢定場(chǎng)做以下說明：①檢定場(chǎng)的一種形式是各測(cè)量點(diǎn)均在一條直線上，只是點(diǎn)與點(diǎn)之間的基線長(zhǎng)度不一樣（如圖1.3）；②檢定場(chǎng)的另一種是各測(cè)量點(diǎn)不在一條直線上，組成網(wǎng)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(zhǔn)點(diǎn)精度：絕對(duì)地心坐標(biāo)(WGS84)的精度在1m以上。⑤儀器架設(shè)精度：對(duì)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(chǎng)示意圖如下：圖1.3“規(guī)程CH/T8018-2004”檢定場(chǎng)1圖1.4“規(guī)程CH/T8018-2004”檢定場(chǎng)21.2.2數(shù)據(jù)獲取由于疫情原因，本課題對(duì)于此檢定規(guī)程的研究?jī)H存于理論階段，其數(shù)據(jù)采集方式嚴(yán)格按照3.2所述方法進(jìn)行。1.2.3數(shù)據(jù)處理測(cè)量精度按照3.2.1所示公式（32）進(jìn)行計(jì)算；測(cè)量重復(fù)性精度按照3.2.2公式（33）計(jì)算。1.2.4精度評(píng)定“規(guī)程CH/T8018-2009”在規(guī)定中對(duì)RTK測(cè)量精度和RTK測(cè)量重復(fù)性精度的要求需要小于標(biāo)稱精度σ，RTK初始化時(shí)間小于3分鐘。其標(biāo)準(zhǔn)精度按照式（34）計(jì)算。1.3“規(guī)范JJF1118-2004”的檢定場(chǎng)與數(shù)據(jù)獲取流程1.3.1檢定場(chǎng)（1）天線相位中心一致性檢定場(chǎng)天線位相中心一致性精度評(píng)定是通過GPS接收機(jī)檢定場(chǎng)里超短線網(wǎng)的相對(duì)定位法實(shí)現(xiàn)的。REF_Ref20826\r\h[10]常用的短基線網(wǎng)由七個(gè)強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)墩組成的，它的分布主要是有1個(gè)中心點(diǎn)和6個(gè)頂點(diǎn)，這里要求兩兩觀測(cè)墩之間的距離要一致。而本次課題所用的數(shù)據(jù)來自于貴州質(zhì)檢站，其檢定場(chǎng)由三個(gè)點(diǎn)組成，檢定場(chǎng)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(chǎng)（2）短基線檢定場(chǎng)短基線檢定場(chǎng)的基線長(zhǎng)度規(guī)定在2000m內(nèi)，但是至少要求有6段基線構(gòu)成，與“規(guī)程CH/T8018-2009”的圖1.2檢定場(chǎng)相同。（3）中長(zhǎng)基線檢定場(chǎng)常用的中長(zhǎng)基線網(wǎng)是由5個(gè)強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)墩組成的四邊形網(wǎng)，有1個(gè)中點(diǎn)，4個(gè)頂點(diǎn)，其中基線最短為10km，最長(zhǎng)為35km。。而本次課題所用的數(shù)據(jù)來自于貴州質(zhì)檢站，其檢定場(chǎng)由四個(gè)點(diǎn)組成，檢定場(chǎng)示意圖如下：圖1.6“規(guī)范JJF1118-2001”中長(zhǎng)基線測(cè)量精度檢定場(chǎng)1.3.2數(shù)據(jù)獲取由于疫情原因，此規(guī)程所需數(shù)據(jù)均由“貴州質(zhì)檢站”提供。其數(shù)據(jù)采集嚴(yán)格按照3.3所述方法進(jìn)行。1.3.3數(shù)據(jù)處理本章節(jié)所用的數(shù)據(jù)處理軟件為HGO，為南方測(cè)繪公司所提供的接收機(jī)專用的隨機(jī)處理軟件。本章處理流程以“中長(zhǎng)基線”步驟為例（1）讀入原始數(shù)據(jù)HGO軟件可以處理的數(shù)據(jù)格式包括GNS/ZHD以及RINEX格式的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，首先需要讀取原始的測(cè)量數(shù)據(jù)。讀入數(shù)據(jù)的流程如下：圖示網(wǎng)圖中的綠色標(biāo)志越大，表示基線誤差越大。新建項(xiàng)目：進(jìn)行項(xiàng)目名稱等基本信息的編輯以及確定項(xiàng)目屬性（如圖1.7）設(shè)置坐標(biāo)系統(tǒng)與投影方式（如圖1.8）圖1.7HGO軟件限差設(shè)置圖1.8HGO軟件橢球與投影設(shè)置導(dǎo)入數(shù)據(jù)（如圖1.9）圖1.9HGO軟件數(shù)據(jù)導(dǎo)入文件顯示：圖示網(wǎng)圖中的綠色標(biāo)志越大，表示基線誤差越大（如圖1.10）剛導(dǎo)入的數(shù)據(jù)中，基線、同步環(huán)、異步環(huán)均有可能存在不合格的現(xiàn)象（如圖1.11和圖1.12）圖1.10網(wǎng)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(shè)置基線參數(shù)檢查觀測(cè)數(shù)據(jù)的測(cè)站坐標(biāo)、觀測(cè)時(shí)間等基本信息是否對(duì)應(yīng)之后，對(duì)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(shù)進(jìn)行設(shè)置，其余的參數(shù)一般按照默認(rèn)處理。（如圖1.13）高度截止角：限制運(yùn)行高度低的衛(wèi)星不參與基線解算。通常默認(rèn)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(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)，不能過大。REF_Ref21025\r\h圖1.13基線解算設(shè)置（3）基線解算處理、解算基線?；M(jìn)行完數(shù)據(jù)導(dǎo)入和基線參數(shù)設(shè)置之后，就要完成基線解算的步驟?；€解算的第一步是解算全部基線，這一步一般是軟件自動(dòng)進(jìn)行的。（如圖1.14）當(dāng)全部基線解算完成后，大部分甚至于全部基線都會(huì)合格，且圖中基線的顏色會(huì)發(fā)生變化，由灰色變?yōu)樗{(lán)色。但是還有少數(shù)基線或者同步環(huán)、異步環(huán)存在不合格的情況，則需要對(duì)每一條基線以及組成同步環(huán)、異步環(huán)的基線精細(xì)化手動(dòng)處理，這個(gè)過程一般是根據(jù)殘差序列圖，取消掉狀態(tài)欠佳的衛(wèi)星以及對(duì)單個(gè)基線的參數(shù)進(jìn)行修改來達(dá)到其合格的目的。圖1.14基線解算過程（4）網(wǎng)平差平差的目的是借助多余觀測(cè)來消除觀測(cè)過程中的測(cè)量誤差，以提高測(cè)量精度。本文進(jìn)行測(cè)量平差使用的理論為最小二乘法。圖1.15網(wǎng)平差設(shè)置（5）解算結(jié)果圖1.16中長(zhǎng)基線同步環(huán)處理結(jié)果圖1.17天線相位中心一致性同步環(huán)處理結(jié)果圖1.18天線相位中心一致性異步環(huán)處理結(jié)果（節(jié)選）1.3.4精度評(píng)定（1）天線相位中心一致性精度評(píng)定三條基線在四個(gè)方向所測(cè)得的基線長(zhǎng)度與每條基線的四個(gè)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(cè)統(tǒng)計(jì)表基線時(shí)段及方向基線長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)所用的儀器型號(hào)為中海達(dá)，通過進(jìn)入中海達(dá)儀器官網(wǎng)可以得知該儀器的固定誤差為：2.5mm。此時(shí)測(cè)量結(jié)果中的最大互差為2.3mm，2.3mm<2.5mm，由此可判斷該項(xiàng)檢定結(jié)果為合格。（2）中長(zhǎng)基線精度評(píng)定平差后WGS-84坐標(biāo)和點(diǎn)位精度見表1.5。表1.5“規(guī)范JJF1118-2004”WGS-84坐標(biāo)和點(diǎn)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(wǎng)設(shè)計(jì)內(nèi)容的要求對(duì)外業(yè)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理，其中中長(zhǎng)基線計(jì)算結(jié)果如表1.6?？梢缘玫讲煌瑴y(cè)程基線誤差應(yīng)小于σ的結(jié)果。表1.6“規(guī)范JJF1118-2004”基線計(jì)算表基線標(biāo)準(zhǔn)值/m所得值/m差值/mmσ標(biāo)準(zhǔn)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(jié)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(nèi)