测地型GPS接收机校准规范 (JJF1118-2004)

测地型GPS接收机校准规范 (JJF1118-2004),1、概述卫星导航定位系统组成： （1）天上的多颗卫星构成星座 GPS实际在轨卫星31颗，分布在6个轨道面上，每个轨道面倾角为55。轨道平均高度为20 200km。保证任何地方、任何时刻都能观测到至少4颗GPS卫星，最多时可达12颗。 （2）地面跟踪服务站 1个主控站设在美国本土； 3个注入站，设在大西洋、印度洋、太平洋岛屿基地； 5个监控站，设在主控站、夏威夷、北太平洋、印度洋、大西洋岛屿； （3）用户接收机发展现状：美国的GPS，俄罗斯的GLONASS，日本QZSS 欧盟的Galileo ，中国的北斗Compass=BDS全球五个GNSS系统，百颗导航卫星发播16个频率载波信号。,美国的GPS系统：截止2014年10月，GPS在轨卫星31颗中，包括波音公司制造的4颗Block A型、12颗洛克希德公司的Block R型、7颗洛克希德公司的BlockR-M型、8颗波音公司的BlockF型。新增了L5波段信号。俄罗斯的GLONASS系统：截止2014年10月，GLONASS在轨卫星28颗，包括24颗工作、1颗备用、1颗修理、2颗测试。在俄境外建设6-7个跟踪站，中俄互为对方建设3个站，联合研发芯片。欧盟的Galileo系统：截止2016年，Galileo在轨卫星18颗。,中国的BDS系统：到2020年完整的北斗星座将包括35颗卫星：5颗地球静止轨道（GEO-geostationary earth orbit）卫星,高度36000km，位于东经58.75，80，110.5，140，160 ；27颗中高轨道卫星（MEO-medium earth orbit）,高度21500km，分布在3个轨道面上。5颗倾斜同步轨道卫星（IGSO-inclined geosynchronous orbit2016年6月在轨卫星达到23颗。GNSS接收机类型按功能分类：基本型、兼容型、双模型、授时型、高动态型、 抗干扰型；按应用分类：手持型、车载型、测量型、机载型、弹载型。,GPS系统地面监控部分：主控站，设在美国本土Falcon空军基地；3个注入站，设在大西洋、印度洋、太平洋岛屿基地；5个监控站，设在主控站、夏威夷、北太平洋、印度洋、大西洋岛屿。,BDS系统目前的五个地面监控站：乌鲁木齐、喀什、长春、临潼、昆明,定位基本原理：三边测距后方交会 距离测量原理： （1）伪随机码测距（2）载波相位测距 广播星历:三维位置误差3m,每2小时更新一次.任意时刻的位置靠外推计算: M=M0+(t-t0)n0 n0平均角速度星历中包括6个轨道参数、9个摄动力参数等共计17个参数。精密星历:国际GPS服务组织IGS发布的精密星历三维位置误差5cm，15天后才可以得到。,定位基本原理：三边测距后方交会 距离测量原理： （1）伪随机码测距 =tc 误差在m量级（2）载波相位测距 误差在mm量级 本质都是时间测量。,GNSS定位测量原理(1) 单点定位原理 对4颗以上卫星同步观测就可以解算出接收机的位置XYZ和钟差t。,(Xj,Yj,Zj) j卫星坐标；(X0,Y0,Z0) 接收机点坐标 伪距测量值 t 卫星钟差，可从导航电文获取； t 接收机钟差，作未知数解算。,(2) 静态相对定位原理 在A、B两个测站Ti时刻同步观测j卫星，得到载波相位观测量及单差：,静态长时间测量，历元之间求差消除接收机钟差.用基线解算软件可以计算两点间的三维坐标差: dX、dY、dZ 相对定位观测量。,二者相减得到单差，消除了卫星钟差t的影响：,(3) 动态相对定位（RTK）原理 参考站接收机对所有可见卫星连续观测，通过无线电传输设备将观测数据实时传送到流动站，根据相对定位原理，流动站接收机对本站和来自参考站的观测数据进行载波相位差分计算，实时获取流动站的定位结果。 ：,GPS接收机的分类导航型 实时测定位置和速度,定位误差10m; 低动态-用于车载、航海; 中动态-航空； 高动态导弹、卫星.(2) 测地型 相对定位误差3mm+0.5ppmD,用于大地测量； 又分为单频机、双频机；也可分为静态型和RTK动态型。 (3)授时型 提供高精度时间标准，用于天文测量、无线电通讯.,国内常见的测地GPS接收机：,GNSS的坐标系统:GPS的坐标系统：WGS-84 ，a=6378137m, f=1/298.257223563GLONASS坐标系统: PZ-90 ，a=6378136m, f=1/298.257839303Galileo坐标系统：GTRF =ITRF2005BDS的坐标系统：CGCS2000，a=6378137m, f=1/298.257222101时间系统:GPS采用国际原子时IAT，时间起点定义在1980年1月6日UTC 0时。国际原子时1s=9192631170T (T铯133原子辐射波周期)原子时标国家计量基准的频率不确定度优于510-15 (k=1) ，时刻偏差小于10nsBDS采用国际原子时IAT，时间起点定义在2006年1月1日UTC 0时。GPST=BDT+14s,2013年5月时，n=35,2、关于GNSS接收机的规程规范现行的JJF11182004校准规范适用范围： 测地型GPS接收机 ， 导航型GPS接收机。,测地型GNSS接收机的组成：,卫星天线,信号处理部分,记录装置,显示装置,电 池,解算软件,相关的规程规范：国家质检总局：全球定位系统（GPS）接收机（测地型和导航型）校准规范 JJF11182004 国家测绘局：全球定位系统测量型接收机检定规程CH 8016-1995 全球定位系统（GPS）测量规范GB/T183142009 GNSS测量型接收机RTK检定规程JJG(测绘)23012013（CH8018） 解放军：GPS接收机检定规程GJB 6564-2008 ISO 17123-8:2015GNSS field measurement systems in real-time kinematic (RTK),3、JJF11182004校准规范的术语 精度因子：接收机位置与定位所用卫星分布构成的图形强度系数。 通常记为DOP, Dilution Of Precision 实质是误差放大因子，或者精度稀释因子。 定位误差 ：=DOP 0 ， 0 测距误差 水平定位误差： H=HDOP 0 垂直定位误差： V=VDOP 0 空间位置误差： P=PDOP 0 时间测定误差： T=TDOP 0 时空合成误差： G=GDOP 0,C/A码定位SPS标准定位服务: 0 =30m 100m P码定位服务： 0 =5m10m PPS精密定位:0.3m,4. GPS接收机的计量特性和校准项目（1）外观检查、通电检查： 部件齐全完好，按键有效、指示灯明亮正常,屏幕显示清晰。 基座检查：水准气泡是否正确牢固，光学对中器误差1mm（2）静态定位锁定卫星时间15min ,RTK初始化时间3min *(3) 内部噪声水平，JJF1118没有此项目，CH8016、GJB6564都有。 零基线长度1mm ,超短基线误差标称固定误差a（4）接收机天线相位中心误差 a or 2a 术语：天线相位中心与几何中心之差。（5）短基线测量误差 = or =a+bD （6）中长基线基线测量误差 5km以内S ， 5km以外S 2 （7）RTK测量平面坐标误差：dx，dy 2RTK (8) 导航定位平面位置误差P 出厂标称值（9）量高尺误差，1mm/3m,5、校准条件装置的组成和要求（1）功分器，1入多出，功率、相位均匀；（2）超短基线，0.2m24m，长度标准偏差s超1mm；（3）短基线，24m 2000m，长度标准偏差s短1mm +110-6D（4）中长基线，2km 30km,长度标准偏差s中3mm +0.0110-6D,四输出功分器,八输出功分器,超短基线场基线长度:0.2m24m,6、校准方法6.1静态定位锁定卫星时间 JJF1118要求T静15min 在视野开阔的地点安置接收机，开启电源时记录时间t1，观察仪器屏幕，首次显示单点定位结果时记录时间t2,锁星时间 T静=t2-t1 6.2 RTK定位锁定卫星时间 JJF1118要求T动3min 在检定场的基线点上设置参考站接收机，连通电台后，在距离参考站500m-1000m处视野开阔的地点设置流动站接收机，遮蔽接收机天线，使其接不到任何卫星信号，撤出遮蔽时记录时间t3，观察仪器屏幕，首次显示固定解时记录时间t4,RTK锁星时间 T动=t4-t3,6.3内部噪声水平定义：接收机内部电路引起的基线误差。性质：随机误差零基线测量法(CH8016-1995)主要设备：功分器 or 转发器 规程要求观测60min90min，基线长1mm,天线,功率分配器,GPS接收机1,GPS接收机2,零基线测量,超短基线法测量内部噪声(CH8016-1995)主要设备：超短基线 规程要求观测60min90min，基线长误差 0a ，a标称固定误差,6.4 天线相位中心误差 定义：卫星信号接收天线的电气中心与几何中心的相对位置差。相对测定法： 在超短基线场，固定A天线方向指向北，依次让B天线指向北、东、南、西各同步测量一个时段（30min），计算4个时段的基线长互差：JJF1118要求：(Dmax-Dmin )a ， CH8016要求：(Dmax-Dmin )2a,A,B,A,A,A,B,B,B,旋转天线法： 需要专门的微波暗室，内有模拟卫星信号源。,超短基线场基线长度:0.2m24m,6.5 短基线测量误差 主要设备：GPS短基线场（基线长度:24m2000m ) 规程要求同步观测时间60min，3条边长。 短基线长度误差: |D测-D标|6.6 中长基线测量误差 主要设备：GPS中长基线场 （基线长度:2km30km ) 规程要求观测时间：D5km，t1.5h， 5kmD15km，t2.0h， 15kmD30km，t4.0h， 中长基线坐标误差: |X测-X标| 2 , |Y测-Y标| 2 中长基线长度误差: |D测-D标| 2,6.7 RTK测量坐标比对 主要设备：RTK基线场 坐标误差: dx2RTK , dy2 RTK 在n个点测量计算平面定位标准差uP 高程测量标准差uH,GJB6564-2008规程的RTK功能检定方法：在距离参考站不同远近的至少n=8个基线点上分别设置流动站，每个点上连续测量k=5次，计算XYH平均值及其与标准值的差。 V=平均值 - 测量值 ， =标准值 - 平均值,GNSS测量型接收机RTK检定规程JJG（测绘）23012013CH/T 8018-2009国家测绘地理信息局发布,1、CH/T 8018-2009 检定项目,1、JJG（测绘）23012013 规定的检定项目,2、检定条件,3、计量性能要求(1) RTK测量精度RTK(2) RTK测量重复性RTK(3) RTK初始化时间3min(4) RTK初始化最大距离: 达到标称指标,4、检定方法4.1 RTK测量精度检定 检定流动站在每个点测量20次，至少测量4个点。 根据坐标计算测量点到基准站的距离测量值Di ， 与距离标准值D0比较，计算RTK测量精度ms 与距离平均值 比较，计算 RTK测量重复性mr,RTK测量精度检定示例数据见规程的附录A,4、检定方法4.2 RTK测量初始化时间检定流动站安置在基线点,从开启电源到首次获得固定解的时间t1关机,再次开启电源到首次获得固定解的时间t2再关机,第3次开启电源到首次获得固定解的时间t3取最大值为结果: T=maxt1,t2,t34.3 RTK测量初始化最大距离检定 ? 参考站设在理想位置,流动站逐步远离参考站, 每到一处进行RTK定位,寻找最远可测距离.4.4 RTK测量附件检定 光学对中器误差,流动站对中杆的气泡正确性检查.,国际标准 INTERNATIONAL STANDARDISO 17123-8:2015大地测量仪器的野外测试程序Part 8GNSS field measurement systems in real-time kinematic (RTK)Part 2 :水准仪Part 3 :经纬仪Part 5 :全站仪,1、点位布置两个流动站点间距a20m ；基准站到流动站距离b根据需要确定。两个流动站点之间的水平距离和高差的参考值应采用精密仪器测定，要求其标准偏差应达到：s 3mm,2、完全测试 (Full test)2.1 完全测试数据采集3个系列（series）测量，每个系列包含5组（set）测量，每组包括2个点坐标。每个系列的测量结果如下表：,在完全测试过程的3个系列中，每个点被测量了15次，计算平均值和残差：,自由度=（15-1）*2=28 ，计算标准差：,2.2 完全测试数据计算,sxy、sh服从X2分布：,2.3 完全测试结果判断,2.4 RTK测量坐标的不确定度分析合成标准不确定度uxy、uh计算,其中：uISO-GNSS-xy 测量仪器引起的平面标准不确定度sxy uISO-GNSS-h 测量仪器引起的高程标准不确定度sh ha 天线高 ， ubub 对中杆气泡标准差 8 uha 天线高的不确定度 1mm udisp 接收机显示坐标的收舍误差 0.29mm uc 天线杆对中误差 1mmudx 、udy 、udh 天线相位中心修正残差 udx=udy=1mm ,udh=2mmutr 坐标系转换引起的误差,udH 大地水准面波动引起的误差。,3、简化测试(Simplified test)3.1 简化测试数据采集1个系列（serie