GPS接收机检定方法探讨

2014-09-26赵新曙易鸣镝

科技创新与应用 2014年29期

赵新曙+++易鸣镝

摘要：GPS全球定位系统的诞生标志着空间信息的成功转换。GPS接收机是GPS定位系统的重要组成部分。GPS接收机的质量和运行状态，对测量工作有重要的影响。GPS接收机精度监测工作就是为了能够保证GPS信号接收的准确性。检定GPS接收机的精度，需要掌握专业的方法，执行国家行业标准。GPS接收机的检定工作需要定期进行，对采集的数据细致分析，以保证GPS接收机能够维持正常的运转。文章从三方面阐述了GPS接收机的检定方法。

关键词：GPS接收机；检定方法；质量评估；测试方法

引言

GPS全球定位系统主要依靠的是卫星技术，通过地面的监控设备实施信息的交换。GPS全球定位系统主要由三个部分构成。主要包括空间星座部分，地面监控部分和用户设备部分。空间星座部分就是卫星部分。GPS信号接收机目前的产品种类已经有几百种。大致可以分为测地型、导航型和授时型[1]。

1 GPS接收机的质量评估内容

1.1 GPS接收机的外观和各部件的完整性

关于GPS的整体性国家标准并不多。但是，对于GPS接收机而言，目前比较完整的测试评估标准就是2000年8月17日发布的《全球导航卫星系统第一部分：全球定位系统GPS接收机设备性能标准、测试方法和要求的测试结果》。在2001年5月1日实施后，采用了国际电工委员会（IEC）标准。这个标准具有一定的局限性，对于现阶段的接收机型号和测试结果具有相应的限制[2]。判断GPS接收机质量的首要参考标准就是外观的统一性，除此还要重视各部件的完整性。在设备初始化过程中就可以发现很多问题。例如GPS接收机的硬件情况和软件工作情况，内部噪声的大小等。GPS的外观判断能够对设备的基础性能起到提示的作用。

1.2 信息数据的处理功能

GPS接收机的主要工作任务就是对卫星传输的数据进行接收、传输和有效分析。信息处理功能依靠GPS的软件系统。GPS接收机在通讯正常的情况下，可以实时扩大信息接收的范围。对信息数据的处理能够显现出GPS接收机的主要功能。软件工作状况是信息处理功能的主要参考值。信息数据的处理需要有成熟的技术作为支持。数据处理过程，是一个循环的过程，对待出现的任何变量，都要进行必要的调整。

1.3 GPS接收机天线相位中心的一致性

GPS接收机的天线设计是衡量接收机质量的重要参考标准。天线相应的中心位置只有保持一致性才能对信号接收系统起到积极作用。现代的GPS接收机多为一个机器多个天线的设计，这种设计就是为了能够保证信息接收过程的信息完整性[3]。不同的天线针对不同的角度，但是由于同来自一个机器设备，所以就需要做好一致性的协调。GPS接收机天线检验合格后才能进行超短基线法或者零基线法进行内部声音的控制和调整。

1.4 GPS接收机的测量误差与定位误差

测量误差主要是指基线解算值和标准基线值之间的差。GPS接收机的精度是各部相同的。按照全球定位系统接收机的校准规范，GPS接收机的测量误差应该小于标准差。精度要求是接收机的重要质量评估标准，但是，GPS定位系统在运行过程中，精度出现差异也可以有卫星因素或者地面控制技术造成。误差的出现要及时查找出原因。GPS接收机的质量评估项目中，对于精确度的检验非常重要[4]。GPS接收机的定位误差也是影响精度的主要因素。卫星数据质量高需要接收机的天线和主机进步必要的分离，避免电磁串扰造成的信号差异。

2 GPS接收机的主要检测项目和检测方法

2.1 GPS接收机的稳定性检测

GPS接收机的稳定性检测主要指的是短期频率的稳定特性。在观测数据时，考虑观测值的残差大小，小周跳，半周周跳出现频率。GPS接收机需要高精度的数据指标，频标的稳定性，能够现实接收机的整体质量。在测试过程中，可以参考的因素就是数据质量的变化，周跳出现的频率，接收机的噪声水平[5]。

在这个环节上的检测方法通常为一般性检视和通电检视。主要步骤为检查主机和天线的外观状态，型号标准，主件和附件是否齐全。通电检视主要需要检验接收机的按键、显示系统和仪表的工作情况。特别是在锁定卫星时间的速度上，需要进行严格把握。接收机的噪声测试也是其中一项重要内容，内部噪声是一种综合性的反映，是信号接收过程中延时引起的误差。可以通过零基线测试方法和超短基线测试方法。天线相位的稳定性测试一般都是采用相对定位法，可以进行超短基线上测试，或者进行旋转天线法测试。

2.2 GPS接收机的硬件性能检测

对于一台新引进的GPS接收机，性能测试项目中，硬件测试是必检项目。硬件测试对GPS接收机有明显的影响。例如温度较高时，GPS接收机的信号出现周跳频率升高，而GPS基线解的整周模糊倍率则变得较低。基线误差出现。硬件性能检定是新购投入使用的机器设备必要的检测内容。

硬件性能检测主要是对芯片的质量、耐用性、并行通道数、定位时间和精度、数据记录、周跳和物理指标进行检测。检测过程中需要对芯片进行数据质量分析，对耐用性进行无故障时间衡量。在并行通道数检测上采用陆地应用标准、海上应用标准和空中应用标准。在定位时间测定上需要重新启动接收器进行初始化速度测定。精度测定可以根据静态和动态两种进行测量。在数据记录检测上需要衡量内置存储容器指标的大小。检测周跳要根据仪器本身查找原因。物理指标检测需要进行体积、重量、防尘、防水、温度等指标的测定。

2.3 GPS接收机的软件处理功能检测

GPS的接收机在工作过程中，需要进行数据的存储的分析处理。这些工作是由接收机的软件部分完成。在GPS数据后处理的过程中，软件功能测试需要通过计算机的计算完成。通过GPS接收机所接受的原始数据进行标准格式的转换，然后对基线进行统一的解算。GPS后处理软件功能的检测需要采用专业的数据处理软件进行，需要从数学和力学角度去检测[3]。endprint

软件性能检测需要进行天线设备、网络、地图投影和精度估算等方式。软件检测需要进行数据分析，在数据计算分析过程中，需要采用精度计算。把接收到的数据信息保存完好，为相关工作提供数据信息参考。根据GPS接收机的检定结果就可以判断出其精准度，并且能够掌握其运行的特性。

3 评估GPS接收机的主要参考标准和途径。

3.1 确准GPS接收机检定工作的基础条件

在检定GPS接收机的过程中，首要的任务就是要做好检定工作的各项准备。主要包括相关工具的准备，如数据传输设备，天线，软件，电池设备等。在测试前应该调整好接收机的机座，保证电池存储充足，根据设定好的卫星高度角进行数据采集。准备工作的充足能够为检定工作带来优质的效果。参见图2。

图2 用交直流电阻箱校准回路阻抗接线图

3.2 保证数据采集过程的规划化和专业化

数据采集是检定过程中的一项重要工作。数据采集一般是通过野外作业，对天线相位中心一致性进行检定，对不同测量的误差进行检定。然后通过内业数据的处理，通过软件将数据传到电脑上，在软件平台上进行GPS数据处理[6]。整个数据采集过程都需要专业的具体操作。例如基线点的测试，精度检测等。数据采集过程能够产生误差，要对误差做确定性的分析。

3.3 运用精确的计算方法进行数据分析

GPS接收的检定过程中，需要对系统要进行实时校准。在数据结果的技术上，进行必要的分析。进行数据分析需要实时查看卫星数据的质量，软件数据功能，数据转化处理。精确的计算方法能够为检测工作提供准确的信息，从而保证检测工作能够进行规范的数据分析。

4 结束语

GPS全球定位系统已经在各个领域取得了优异的成绩。依靠GPS定位系统能够在短时间内掌握信息资料，服务于各项生产工作。GPS接收机的质量评估能够保证信号在接收过程中，维持良好的状态。做好GPS接收机的检定工作，就是从根本上解决了数据传输的终端质量，保证了全球定位系统工作的精确性。

参考文献

[1]张健，曹瑞基，张惠，等.CORS网参考站GPS接收机检定方法的探讨[J].中国计量，2011（3）.

[2]杨锟.接收机的检定及校准方法的研究[J].西安电子科技大学，2009.

[3]陈逸群，刘大杰.GPS接收机天线相位中心偏差的一种检定与计算方法[J].测绘通报，2000（12）.

[4]陈明剑，吕志伟，郝金明.GPS短基线解算中两种后处理软件的比较[J].测绘学院学报，2002（4）.

[5]廖超明，谭庆林，秦元丽，等.GPS接收机检定原理及检定数据自动化处理思路探讨[J].测绘通报，2007（2）.

[6]李小军.GPS接收机检定原理与方法[J].地理空间信息，2008（5）.

作者简介：赵新曙（1972-），男，民族：汉，学历：硕士研究生，陕西户县人，现就职于北京卫星导航中心，研究方向为卫星导航和接收机技术。