浅谈测地型GNSS 接收机计量校准

陈吉祥

（福建省测绘产品质量检测中心 福建福州 350001）

1 引言

随着北斗系统完成全球组网部署，全球导航卫星系统GNSS 技术进入公众视野。目前GNSS 模块或接收机已经广泛用于测绘服务、资源调查、车船导航、交通运输、生态环保等领域的位置服务。而测地型GNSS 接收机作为其中一份子，主要应用于建筑施工、规划设计等所需高精度定位测绘业务中。按照相关规程规范的要求，测地型GNSS 接收机在使用前，必须经过计量校准，确保其该设备能够正常应用，保障测绘成果的质量。

2 GNSS 接收机校准方法与校准装置

2.1 GNSS 接收机校准方法

依据JJF 1118-2004《全球定位系统（GPS）接收机（测地型和导航型）校准规范》[1]，一般外业采用静态相对定位组网测量，内业进行基线比对的方法对测地型GNSS 接收机进行校准。通过接收机在不同长度的基线点上采用不同时间段的观测、获取数据信息、经过数据后处理软件的处理，最后提取有效数据进行长度比较，依据校准规范评定规则，准确评价接收机性能、软件和精度。

2.2 GNSS 接收机校准装置

全球定位系统（GPS）接收机校准装置（计量标准代码：01217800）[2]。装置中主要的设备为按照JJF1214-2008《长度基线场校准规范》[3]建立的标准基线场，所有观测点采用强制对中观测墩。具体组成如下：

（1）接收机天线相位中心一致性校准：采用GNSS 接收机检定场超短基线场，如图1，GBW5 作为基准点摆放基准接收机，周围的8 个基线点为待校准基线点用于摆放待校准接收机，形成3～6m 的长度基线。

图1 超短基线场示意图

（2）短基线、中长基线校准：采用福州GNSS 接收机检定场如图2，由短基线边和中长基线网组成。本检定场采用基于FJCORS 网点建设，直接采用校准当天数据比较稳定的CORS 站观测数据，使待校准接收机只需在超短基线场架设，无需转场，节省架设在中长基线点的时间，提高工作效率。中长基线基准点位DZBF、DZLJ、DZCL、DZYT,与超短基线场中8个待校准基线点形成约（10～40）km 的中长基线。GB01、GB02 作为短基线校准的基准点，与待校准基线点形成（24～1736m）的长度基线。

图2 福州GNSS 接收机检定场示意图

3 GNSS 接收机校准流程

图3 GNSS 接收机校准流程

3.1 作业准备

对接收机的外观、功能、电源及配件进行检查，对采样间隔、数据存储模式等参数进行设置，必要时静态观测测试，确保接收机能够正常运行并获取正确的观测数据。做好仪器出检计划，在确保校准周期的同时，尽量安排相同厂家、型号的仪器设备安排在同步时段。

3.2 外业观测

观测时段为4 个时段，时间分别为1h、1h、1h、2h。基于上述校准装置，将3 台标称精度的基准接收机分别架设在GBW5、GB01、GB02 三个基准点上，待校准机型架设在超短基线场的8 个校准点上，按照约定统一方向指向北方向。待校准机按照进行4个时段观测，切换时段时，同时统一按照顺时针方向转动90 度，共4 个方向。基准接收机无需切换时段。

3.3 数据准备及处理

（1）数据下载及转换：采用中海达HGO 数据处理软件进行GPS 观测数据解算，因待检机型厂家型号各异，解算前需将所有下载的观测文件转换成标准RINEX 格式。

（2）CORS 站数据筛选：因4 个CORS 站位置相距较远，观测条件可能受气象原因影响较大，需对数据进行筛选截取。根据基线残差时序图，如图4，查看所跟踪卫星数据的连续性、周跳等情况，从截取的同步时段数据中挑选1 个最稳定的站点数据参与基线解算。

图4 基线残差序列图

（3）基线解算统计：在HGO 数据处理软件中对图5 所列相关的基线进行解算。计算参照GB/T 18314-2009《全球定位系统（GPS）测量规范》[4]

（4）统计表观测值选取及结果统计：

天线相位中心一致性，采用待检机架设基线点与GBW5 基准点全部4 个时段基线解算值，统计结果取最大值与最小值之差。短基线含2 段数据，分别为待检机架设基线点与GB01、GB02 所构成的基线，每段观测值采用4 个时段基线解算值的平均值。统计结果取与标准基线值之差的平均值。中长基线1段，采用4 个时段计算值平均值，统计结果取该值与标准基线值之差。

图5 基线值解算统计表

3.4 出具校准证书

将图5 所示的计算结果录入到仪检项目管理系统中，形成待校准接收机的校准证书。

4 校准工作相关的问题思考

4.1 测量不确定度评定

参照JJF1118-2004[1]附录B 所示的接收机定位误差的测量不确定度分析方法，不确定度的来源主要来自校准装置与接收机。鉴于接收机的分辨率目前都在毫米级，该不确定度分量评定影响较小。但由于基线长度与基线段精度均不相同，需分别评定测量扩展不确定度。建议引入的如下分量，使测量不确定度值与校准结果一一对应，更加直观。

（1）由标准校准基线引入的不确定度分量u1，分别对超短基线、短基线、中长基线计算不确定度分量。

（2）由接收机安置误差引入的不确定度分量u2。

（3）由短基线重复性测量给出的不确定度。校准网型涉及到长短边的问题，在重复性试验中，超短基线、中长基线采用规范规定的进度指标，不重复带入测量不确定度的计算。重复观测数据为4 组，按照JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》[5]中极差法的计算公式与极差系数评定该分量。

（4）评定的频率：相同标称精度的接收机校准可采用同样的不确定度分量，降低测量不确定度的评定工作量，提高校准效率。

4.2 基线是否需要进行平差

目前国内大多采用基线长度比对的方法进行校准，无需进行组网平差。平差可以理解为一个将误差均摊的过程，不易反映某台接收机的校准结果。

4.3 基线解算软件的选取

日常可使用中海达HGO 数据处理软件，该软件残差序列图包含卫星数据情况图与时序表，编辑较为方便直观。由于各厂家接收机内部结构及数据接收、存储方式、格式存在差异，当判断某台接收机数据不符合要求时，应采用该品牌专用的数据处理软件再计算一遍，对结果进行核实，确保校准评价的正确性。

4.4 校准值的使用

校准值与标称误差、外业测量误差这三者概念完全不同，校准值反应的只是该仪器在校准时的状态，数据符合时表明该设备正常可用，不能替代使用。

5 结束语

GNSS 接收机校准工作应根据不同厂家、型号类型仪器的特点，制定完备的内外业计划，确保校准流程各个环节工作有序进行。以上为笔者长期从事测绘仪器计量检校工作，对GNSS 接收机校准工作的标准装置使用、校准方法及流程的总结，以及校准工作的一点思考，便于共同交流学习。