GNSS接收机检测及其实验分析

畅 毅，徐庆儒，刘洪喜，杨 榕，司海新，张浚显

（1.中国石油集团东方公司装备服务处长庆作业部，宁夏银川750006；2.中国石油集团东方公司装备服务处设备物资科，河北涿州072750）

GNSS接收机检测及其实验分析

畅 毅1，徐庆儒1，刘洪喜2，杨 榕1，司海新1，张浚显1

（1.中国石油集团东方公司装备服务处长庆作业部，宁夏银川750006；2.中国石油集团东方公司装备服务处设备物资科，河北涿州072750）

介绍了全球导航卫星定位接收机检测的概念及其检测方法，使用不同型号全球导航卫星定位接收机在长庆银川短基线检验场进行了检测，并对实验数据结果进行了研究和分析，得出了全球导航卫星定位接收机经过长途搬迁或投入使用前必须进行检测的结论。

全球导航卫星定位接收机；检测；实验分析

0 引 言

随着全球定位系统（GPS）的技术升级以及GLONASS、Galileo及北斗导航系统的全面建设与联合应用，用户定位精度得到了显著提高，如：精密单点定位（PPP）、网络RTK（NRTK）等一些新技术的出现，精度已达到了厘米量级甚至优于1cm的量级，基本满足了绝大部分用户对精度的需求。尤其精密单点定位技术恰好集成了标准单点定位和差分定位的优点，它改变了以往只能使用双差相位定位模式才能达到较高定位精度的现状，是GNSS定位技术中继RTK/网络RTK技术后的又一次技术革命[1］。与之相比，决定用户安全性能的导航定位接收机的检测就变得更加突出[2］。

1 GNSS接收机检测

GNSS系统的指标有四个参数：精度、连续性、有效性和完备性[3］。

GNSS系统由空间部分、地面控制部分及用户部分三部分构成，导航卫星从发射信号、信号在介质中传播到接收机接收信号的整个过程中均受到各种误差的影响。根据误差来源分为：卫星（空间部分：卫星、轨道等）偏差、信号传播（地面控制部分，对卫星和轨道等进行控制和管理等）误差和接收机（主要是接收并处理卫星信号，为用户提供坐标、速度和时间等信息）误差三类。对于大多数用户而言，最关注的是与接收机有关的误差，所以，GNSS接收机的检测与测试对确保工程质量就显得至关重要。

2 GNSS接收机检测方法

GNSS接收机的检测与测试一般可分为出货检验、用户委托检定及用户现场检验等环节。

2.1 出货检验

出货检验是指产品在出货之前为保证出货产品满足客户品质要求所进行的检验，检验一般依据GB/T 18214.1－2000idt IEC 1108－1：1996《全球导航卫星系统（GNSS）第1部分：全球导航卫星系统（GPS）接收机性能标准、测试方法和要求的测试结果》[4］等标准进行检验，经检验合格的产品才能予以放行出货。出货检验一般实行抽检，出货检验结果记录有时根据客户要求提供给客户。

2.2 用户委托检定

用户委托检定是指用户新购置的GPS接收机，以及当接收机天线受到强烈撞击，或更新接收机部件后，或更新天线与接收机的匹配关系后的接收机，应由用户按规定送交经国家相关部门授权、有相关资质的检定部门按照CH 8016－95《全球定位系统（GPS）测量型接收机检定规程》[5］及CH/T 8018－2009《全球导航卫星系统（GNSS）测量型接收机RTK检定规程》[6］等标准进行的接收机系统内部噪声水平测试（零基线测试方法、超短基线测试方法等）、天线相位中心稳定性测试（相对测定法、旋转天线法）、GPS接收机野外作业性能及不同测程精度指标的测试、RTK测量精度、RTK测量重复性精度、RTK初始化时间及RTK初始化最大距离等的检测与检定工作。

2.3 用户现场检验

用户现场检验就是经检定合格的设备到达用户工区，为了避免因接收机天线受到强烈撞击或因天线与接收机的匹配关系变更等原因引起的接收机性能及精度降低，造成的作业质量问题，在新工区使用前由用户按照GT/T 18314－2009全球定位系统（GPS）测量规范[7］、CH/T 2009－2010全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范[8］及SY/T 5171－2011陆上石油物探测量规范[9］等标准、规范进行的仪器一致性检验与测试。

3 长庆探区GNSS接收机检测分析

长庆探区GNSS接收机现场检验以往都是接收机到达作业现场，操作员利用现有的接收机随机建立一条由多点组成的基线或一个由多点组成的网状几何图形，再利用其对所有接收机进行测试或检测，这样的检验可能因为个别设备或附件出现问题，导致检测结果失真，存在一定的作业质量风险。为了确保GNSS接收机检测结果的真实有效性，确保地震勘探测量作业成果的正确性，作业部组织建立了“长庆银川短基线检验场”，用于每年长庆探区的GNSS接收机的检测工作。

3.1 长庆银川短基线检验场简介

长庆银川短基线检验场有7个强制观测墩（点）组成，如图1所示，分别位于长庆物探处原办公楼顶（YC01）及长庆作业部办公楼顶（YC02－YC07），如图2所示。该检验场最长边（YC01－YC02）边长为973.978 8m，最短边（YC04－YC05）边长只有5.923 2m，累计观测时间达1 150h.

图1 “长庆银川短基线检验场”强制观测墩点位分布图（7个点位）

图2 “长庆银川短基线检验场”强制观测墩点位分布图（长庆作业部楼顶6个点位））

图3 “长庆银川短基线检验场”控制网图

长庆银川短基线检验场控制网则由14个观测点组成，如图3所示，最长边（B001－D098）达215 911.224 8m，最短边（YC04－YC05）只有5.923 2m，累计观测时间超过1 600h.GNSS数据处理方法包括数据处理软件及数据处理方案，由于采用数学模型的差异以及数据处理的具体策略及算法的不同，由不同的数据处理软件所获得的结果并不相同[10］，为了确保数据处理的准确性，该网数据全部采用TBC、LGO及GAMIT与Power ADJ科研版软件分别进行基线处理与网平差，并相互进行了验证。

通过GAMIT与Power ADJ软件进行基线处理与网平差的数据分析可知，该网布设均匀，结构合理，观测时间符合设计要求，采用网联式观测，获得了精度很高的结果（如表1、表2所示）。最终求取YC01～YC07点的精确坐标及其21条基线长作为GNSS设备现场检验的基准。

表1 38组基线重复性精度统计

表2 点位精度中误差区间个数统计（单位：个）

3.2 GNSS接收机检测

2014年初长庆作业部对投入到长庆探区的80多台GNSS接收机按项目组分别安排在图1所示的“长庆银川短基线检验场”进行了检测，检测分为静态和RTK两种方式：

3.2.1 静态

每组7台仪器（点）为一个同步观测时段，全部为强制对中，每组同步观测30min，观测结束换另外一组仪器按同样方法进行操作，观测数据用随机TBC或LGO软件进行处理，获取每台仪器间的相邻基线长并与标准基线长进行对比，检测仪器及其附件的性能及精度。

3.2.2 RTK

将一台仪器固定在YC01上作为基准站，另外的仪器均在YC02－YC07等6个点中任选1个点逐台进行RTK测试，每点观测并记录3个历元的数据，观测数据用随机TBC或LGO软件进行处理，获取每台仪器的观测坐标并与YC05点的标准坐标进行对比，检测仪器及其附件RTK的性能及精度。

3.3 GNSS接收机检测与测试结果分析

3.3.1 GNSS接收机静态检测与测试结果分析

GNSS接收机静态检测与测试结果是利用随机TBC或LGO软件处理获取的，测量数据不可避免地带有误差，带有误差的观测量是一个随机变量。观测得出的有限个观测值构成一组子样，因此观测本身就是一种随机抽样[11］。分别选取几种不同品牌、型号的仪器的检测结果进行统计、分析。

表3 Trimble 5700静态检测结果比较（部分）

由表3，Trimble 5700仪器的检测结果比较可见，架设在YC03点的编号0220312069的仪器有问题，凡是与该仪器有关系的基线长较差均超限，甚至导致该仪器架设的YC03点与0220268326架设的YC04点的基线解都无法解算，这可能是5700仪器老化，加之检定后长途运输撞击所造成的。同时，0220268326架设的YC04点可能存在人为干扰问题，导致其与0220317836仪器架设的YC06点基线长较差也超限，其余基线长较差均小于10mm.

由图4，Trimble R7仪器的检测结果比较表可见，所有基线长较差基本上均小于5mm，最小为0.5mm，这说明Trimble R7仪器性能稳定，精度高，其双星系统确保了定位精度的提高。

由图5，Leica GS10仪器静态检测结果比较表可见，所有基线长较差基本上均小于5mm，最小为0.0mm，这说明Leica GS10仪器性能稳定，精度高，其双星系统确保了定位精度的提高。

图4 Trimble R7静态检测结果比较图（部分）

图5 Leica GS10静态检测结果比较图（部分）

3.3.2 GNSS接收机RTK检测与测试结果分析

GNSS接收机RTK检测与测试结果也是利用随机TBC或LGO软件处理获取的，下面分别选取几种不同品牌、型号的仪器检测结果分析如下：

图6示出了以YC06点的标准坐标x＝3.827、y＝6.498、h＝6.925（为了保密，只取尾数进行比较分析，下同）与仪器编号分别为A、B、C、D、E、F、G、H、I、J等仪器检测实测的坐标比较结果，可见，Trimble5700RTK检测点位（X、Y、h）较差则都在0.01～0.08m，超出图7、图8所示的Trimble R7RTK及Leica GS10RTK仪器检测精度的一个数量级，这与其为单星系统仪器精度低及接收机老化可能有关系。

图6 Trimble 5700RTK检测结果比较图（部分）

图7 Trimble R7RTK检测结果比较图（部分）

图8 Leica GS10RTK检测结果比较图（部分）

图7、图8分别示出了以YC05点的标准坐标x＝4.418、y＝0.969、h＝7.608（为了保密，只取尾数进行比较分析，下同）与仪器编号分别为a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ、Ⅻ等仪器检测实测值进行比较的结果，可见，除Leica GS10仪器号为1596143（Ⅷ）的高程较差（h＝－0.142m）超限外，其它Trimble R7/R8/R10及Leica GS10RTK检测点位（X、Y）较差基本都在0.01m內，高程较差（h）大多数也在0.01m內，这可能是该仪器检定后长途运输撞击所造成的或存在人为干扰问题所致，经紧固主要板件后重新测试一切正常。

4 结束语

GNSS技术已经成为石油物探测量的重要方法和手段之一，性能完好、稳定及精度可靠的GNSS接收机是确保工作质量、工程质量的主要保障。通过上述检测及数据处理结果对比分析可得出如下结论：

1）GNSS接收机在使用前必须进行现场检测；

2）GNSS接收机经过长途搬运后必须进行现场检测；

3）通过更换GNSS接收机主要部件等维修手段维修后的接收机必须进行现场检测；

4）经过现场检测，性能完好、稳定及精度可靠的GNSS接收机才能投入到工程项目中；

5）实际作业中要切实加强GNSS接收机的保养维护工作。

[1]李征航，张小红.卫星导航定位新技术及高精度数据处理方法[M］.武汉：武汉大学出版社，2009.

[2]秘金钟.GNSS完备性检测理论与应用[M］.北京：测绘出版社，2012.

[3]刘经南，陈俊勇，张燕平，等.广域差分GPS原理和方法[M］.北京：测绘出版社，1999.

[4]徐 刚，王达民，吴 燕，等.GB/T 18214.1－2000.全球导航卫星系统（GNSS）第1部分：全球导航卫星系统（GPS）接收机性能标准、测试方法和要求的测试结果[S］.北京：中国标准出版社，2001.

[5]李毓麟，过静珺，程鹏飞，等.CH 8016－95.全球定位系统（GPS）测量型接收机检定规程[S］.北京：测绘出版社，1995.

[6]翟清斌，张 锐，方爱平，等.CH/T 8018－2009.全球导航卫星系统（GNSS）测量型接收机RTK检定规程[S］.北京：测绘出版社，2010.

[7]肖学年，岳建利，张 鹏，等.GB/T 18314－2009.全球定位系统（GPS）测量规范[S］.北京：中国标准出版社，2009.

[8]骆光飞，杨 洪，葛中华，等.CH/T 2009－2010.全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范[S］.北京：测绘出版社，2010.

[9]李秀山，易昌华，孙绍斌，等.SY/T 5171－2011.陆上石油物探测量规范[S］，北京：石油工业出版社，2011.

[10]李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理[M］.2版.武汉：武汉大学出版社，2012.

[11]陶本藻.测量数据处理的统计理论和方法[M］.北京：测绘出版社，2007.

GNSS Receiver Monitoring and Its Experimental Analysis

CHANG YI1，XU Qingru1，LIU Hongxi2，YANG Rong1，SI Haixin1，ZHANG Junxian1
（1.Changqing Department of Work in Division of Equipment Service，BGP INC.，Yin′chuan 750006，China；2.Equipments and Supplies Section of Work in Division of Equipment Service，BGP INC.，Zhuo′zhou 072750，China）

The theory and methods of GNSS receiver monitoring are introduced.GNSS equipments of different models are tested in Changqing short baseline proving ground and the data is analyzed in this paper，and the experimental data is studied and analyzed.Then we proved that the GNSS equipments have to pass the integrity monitoring after a long distance transportation or before ever use.

GNSS receivers；monitoring；experimental and analysis

P228.4

A

1008－9268（2015）01－0086－05

10.13442/j.gnss.1008－9268.2015.01.020

畅 毅（1963－），男，甘肃镇原人、高级工程师，主要从事全球卫星导航定位技术及其新技术在石油工程中应用等工作。

徐庆儒（1972－），男，甘肃会宁人、助理工程师，主要从事石油物探测量放样及数据处理工作。

刘洪喜（1975－），男，辽宁瓦房店人，工程师，主要从事石油测量工程及其新技术应用等工作。

2014－01－13

联系人：畅毅E－mail：chp＿2001＠163.com