全球定位系统(GPS)测量型接收机检定规程（CH 8016-1995）.pdf

中华人民共和国测绘行业标准全球定位系统(G P S)测量型 接收机检定规程C H 8 0 1 6一 9 5S p e c i f i c a t i o n f o r c h e c k of f a n d t e s tof GP S r e c e i v e r of s u r v e y i n g mo d e l1 主题 内容与适用范围1.1 主题内容 本标准规定了全球定位系统测量型接收机 以下简称测量型G P S接收机)的检定目的、检定项日和检定方法。1.2 适用范围 G P S接收机检验的目的是了解仪器性能、工作特性及其可能达到的精度水平。臼是制定G S作业计划的依据，也是G P S定位测量顺利完成的重要保证。本规程适用于各种精度测量型G P S接收机的验收与作业前的检验。作业单位可根据具体要求参照本规程有关条款执行 A级 士(5 m m 0.5 ppm)以上高精度 G P S测量型接收机的检验亦可参照执行。2 引用标准Z B A7 5 0 0 1 测绘技术设计规定Z B A 7 5 0 0 2 测绘产品检查验收规定C H 2 0 0 1-9 2 全球定位系统(G P S)测量规范术语 零基线 Z e r o B a s e l i n e 二台或多台接收机通过多路功分器接收来自同一天线的卫星信号，由此构成的基线其理论值为超短基线 M i n i-B a s e l i n e指边长5 1 0 m的基线。天线相位中 心 A n t e n n a P h a s e C e n t e r天线相位中心 平均天线相位中心A v e r a g e of A n t e n n a P h a s e C e n t e r)是指微波天线的电气中心月.。八2，口乐零33.其理论设计应与天线几何中心一 致。天线相位中心与几何中心之差称为天线相位中心偏差天线视在相位中心与天线相位中心之差称为天线相位中心的变化，3.4接收机的内 部噪 声水平 R e c e iv e r I n t e r i or N oi s e l e v e l 接收机的内部噪声是接收机通道间的偏差，延迟锁相环、码跟踪环的偏差，以及钟差等引起的测p和测相误差的综合反映。4 G P S 接收机的检验项目 和检定周期4.1 检定分类:国家测绘局1 9 9 5-0 1 一 0 3 批准1 9 9 5 一 0 7-0 1 实施C H 8 0 1 6一9 5 a)新购置的和修理后的G P S接收机的检定;b)使用中的G P S接收机的定期检定4.2 对于不同的类别，检定的项目有所不同，见表 1。对于a 类接收机，应检定表 1 中的所有项目 表 1章条检定项目检定类别 一b不卜 一不-5.1.1接收机系统检视5.1.2接收机通电检验一 主 十厂一 二-5.1.3 a)内部噪声水平测试十5.1.3 6)接收机天线相位中心稳定性测试5.1.3 0接收机野外作业性能及不同测程精度指标的测试5.1.3 d)接收机颇标稳定性检验和数据质量的评价卜十-5.1.3 0接收机高低温性能侧试十5.2G P S接收机附件检验+5.3 数 据 后 处 理 软 件 验 收 和 测 试+5.4 接 收 机 综 合 性 能 的 评 价 注:表 1中“十”代表必检项目产一，代表可检可不检项目。4.3 表 1中b类各项目的检定周期一般不超过一年5 G P s接收机检验的内容5 门G P S接收机的检验5.1.1 GP s接收机检视项 目 a)G P S接收机及天线外观是否良好，型号是否正确，主机与配件是否齐全;b)需固紧的部件是否有松动和脱落;c)设备使用手册和后处理软件手册是否齐全;d)后处理软盘数是否齐全。5.1.2 G P S接收机通电检验 G P S接收机与电源正确连接，然后进行以下检验:a)电源信号灯工作是否正常;b)按键和显示系统工作是否正常;c)利用自测试命令检测仪器工作是否正常;d)检验接收机锁定卫星时间的快慢，接收信号的信噪比及信号失锁情况5 门.3 G P S接收机实测检验项H a)GP S接收机内部噪声水平测试;b)接收机天线相位中心稳定性测试;c)接收机野外作业性能及不同测程精度指标的测试;d)接收机频标稳定性检验和数据质量的评价;e)接收机高低温性能测试。5.2 G P s接收机附件检验项目5.2.1 电池、电缆和充电机的检验 a)电池电容量的检验;b)电缆型号及接头是否配套和完好;c)充电机功能是否完好5.2.2 天线连接件及天线高量尺的检验C H 8 0 1 6 一 9 5 。)天线与基座连接件是否完好及配套;b)基座光学对中器的检验:。)天线或基座圆水准器的检验;d)天线高量尺是否完好及尺长精度5.2.3 数据转录设备及软件 G P s接收机数据传输接日配件及软件是否齐全，数据传输性能是否完好。5.2.4 气象测试仪表检验内容 气象仪表的检验，般应送气象部门检验，其检验内容应包括:a)通风 湿表的检验，见全球定位系统(GP S)测量规范附录 C;b)空盒气压表的检验，见全球定位系统(G P S)测量规范附录C5.3 数据后处理软件验收和测试5.3 门数据后处理软件检查验收项 目 a)基线处理软件(盘)及软件说明书，网平差软件(盘)及软件说明书，软盘活动加密 片 及功能;b)数据后处理软件所需要的支撑系统(如D O S,WI N D O WS等);c)软件功能测试和评价5.3.2 接收机所配备商用软件测试及评价 接收机软件所具备的功能应通过实例计算进行验收，一般测量30接收机基本测试内容应包括:a)预报与观测计划软件测试;b)静态定位软件测试;e)网平差软件测试 对具有准动态定位功能;往返式重复测量功能;连续动态及快速静态定位功能的接收机应补充相应软件的检验与测试内容5.3.3 软件的评价 a)数据处理的精度:卜)软件使用的方便性;c)自动批处理功能是否齐全;d)数据删选、人工修复功能是否灵活，周跳判断与修复、整周模糊度解算能力、相位残差图形化处理功能是否强;e)网平差软件使用灵活性、实用性及最多可平差网点数5.4 G P S接收机综合性能的评价 a)接收机快速响应特性，即捕获卫星信号、锁定卫星、开始记录数据的速度;b)仪器操作方便性和灵活性;C)接收机体积、重量和功耗;d)接收机观测数据噪声水平;C)G P S接收机测量成果的精度和可靠性，以及数据剔除率;f)天线相位中心稳定性;9)接收机后处理软件的功能和精度6 C P S 接收机检验的方法和技术要求6.1 接收机系统内部噪声水平测试 此项测试可根据具体情况采用以下两种方法之一进行。并尽可能采用霉基线测试方法6.1.1 零基线测试方法 用零基线测试比对时，对 1.5 h观测值，基线分量及长度应在 1 m m以内，接收机内部噪声水平琦C H 8 0 1 6 一 9 5满足厂商的指标。详见附录 A6 门 2 超短基线测试方法 用超短基线测试时，对1.5 h观测值，基线分量与地面测量值之差应小于仪器固定误差，接收机内部噪声水平应满足J商的指标。详见附录 B6.2 天线相位中心稳定性测试 天线相位中心稳定性测试是测定天线相位中心与厂家提供的天线相位中心位置 天线几何对称轴线上的位置)之差。可采用以下二种方法之 一 进行。6.2 门相对测定法(详见附录C)天线在不同方位下测定的基线变化应小于2 倍固定误差6.2.2 旋转天线法 较为严格测定相位中心的方法为“旋转天线法)(详见附录D)，该法需要在 专门的微波暗室内利川固定的微波反射源测定天线相位方向图，从而确定天线平均相位中心，以及天线(视在)相位中心随卫星(信号源)高度和方位变化的规律 天线相位中心的偏差应小于仪器固定误差6.3 G PS接收机野外作业性能及不同测程精度指标的测试 此项检验可分为短基线检验和中长基线检验6.3.1 短基线直接比较法检验 该法在标准检定场上进行，天线应严格整平对中，对中误差应小于 1 mm，天线指向正北，天线高量取至 1 mm。二台或多台仪器同步观测 1.5 h。内业计算采用单双频分别计算。测试结果与基线长比较应小十仪器标准误差。仪器标称精度为士(a+b X d)，仪器标准误差以下式计算 a=了 护+(b d)式中:。标准差，单位为m m;a固定误差，单位为mm;b 一一比例误差系数，单位为P P M;d相邻点间距离，单位为 k m6.3.2 中长边检验 在有检定场的情况下中长边测试应采用基线比对法。如无检定场，则可采用重复边检验和异步环检 验 a)基线比对法 在巾长边基线场上对于 4 0 5 0 k m以上边长应同步观测 4h，解算结果与已知基线之差应符合 下 列规定:w板2 a w s,w y,w镇2 a 式中:。解算之边长与已知基线边长之差;(U w y,w i 一一坐标增量与已知基线坐标增量之差;。相应级别规定的标准误差 b)重复边检验要求至少观测两个时段，对于 4 0 -5 0 k m 以上边长，每时段应同步观测 4 h,两个时 段的互差应符合下列规定:w,4 0 k m2.0 1.5 1.192.5 2.0 2.03.0 2.5 2.53.5 3.0 3.04.0 3.5 3.56.4 G P S接收机频标稳定性检验和数据质量的评价 G P S接收机频标的稳定性(主要是短期频率稳定特性)，对观测数据的质量有着重大的影响，主要表现为观测值残差大小和噪声水平，小周跳，特别是半周周跳出现的频率。它是考核接收机性能和潜在的可达到的精度水平的一个重要的指标。对于高精度G P S测量和地球动力学研究方面的应用，频标稳定性及其对观测值噪声的影响分析将具有更为重要的意义。考核的主要指标为:a)数据的噪声水平;b)周跳出现的频率;c)低仰角情况下(例如:1 5。.2 5 0),数据质量的变化;d)低仰角情况下，多路径效应的影响。检验方法:通过对较长观测时间段、不同测程的观测数据的结果作残差统计分析，以确定数据的平均噪声水平，周跳出现的频率，以及低仰角条件下观测数据质量的变化和多路径效应的影响。在没有专门的标准测试软件之前，暂时可用高精度 G P S分析软件做此项工作6.5 G P S接收机高低温性能的测试 此项测试可以在野外不同气候条件下进行，亦可以在专用的高低温实验箱中进行。在高低温实验箱中测试时，其温度均匀度应士2 C，其波动度应镇士。5 c。在高温为十3 0 C及低温-1 0 c 之问进行接收机内噪声水平测试。其作业方法及限差要求见 6.1.了 对 G P S接收机验收、检定场地的要求 a)G P S接收机检定场应尽可能选择在交通方便、便于使用的地方布设;b)检定场点位布设应含有短边、中长边基线，以供不同测程检定使用;c)基线点应选择在地质构造坚固、稳定、利十长期保存，交通方便，周围没有强无线电信号源干扰全方位高度角 1 0。以 仁 无障碍物的地点;d)中长边基线应组成网形以便于进行闭合差检验;e)基线场精度，对中长边(4 0 k m)应达到 1 0-对中短边应达到毫米量级。C H 8 0 1 6 一 9 5 附录A用零基线检验接收机内部噪声水平 (补充件)A 1 零基线是检验接收机钟差、信号通道时延、延迟锁相环误差及机内噪声等电性能所引起的定位误差的一种有效方法。它是采用“功率分配器，(简称功分器)将同 一 天线输出信号分成功率、相位相同的-路或多路信号送到接收机，然后，将观测数据进行双差处理求得坐标增量，以检验仪器固有误差 由可这种方法可以消除卫星几何图形的影响;天线相位中心偏移;大气传播时延误差;信号多路径效应误差及仪器对中误差等等。所以是检验接收机内部噪声的一种可靠方法A 2 功分器的设计与要求 功分器是用微带电路设计而成，在设计中应考虑二路信号对称性，即功率相同，相位相同 在零基线测试前应对新的功分器进行功率、相位测试。二路相位差应小于2 0。对于适用双频G P s接收机的功分器，应对L 1,L 2 二个频率测试相位延迟误差。A3 零基线测试方法 a)选择周围高度角 1 0 0 以上无障碍物的地方安放天线，按图连接功分器;Ol b 连接电源;c)台仪器同步接收 4 颖以上卫星 1.5 h;d)交换接收机天线接口，同c)项要求再观侧一个时段;e)用静态定位软件计算坐标增量和基线长度，坐标增量及其误差应小于 7原始载波相位观测值)表示的接收机内部噪声水平应小于厂商给出的精度指标。C/A码接收机，原始载波相位观测值的内部噪声水平应小于 2 mm,mm。用双差观测值(或对 Tr i mb l e 和 A s h l e c h 附录B用超短荃线检验接收机内部噪声水平 (补充件)B 1 在无功分器的条件下可采用超短基线检验接收机内部噪声水平B 2 超短基线应选择在地面平坦、周围高度角1 0 以上无障碍物、无强电磁波干扰及地面反射系数较小的地方。基线长度约5-1 0 m。用鉴定后的钢尺量距。两台仪器的天线应严格对中、整平，满足 6.3.1节的技术指标。夭线定向标志指向北方向。同时开机，同步接收4 颗以上卫星观测 1.5 h。用静态定位软件计算，其基线值与地面测量值之差应小于仪器固定误差。接收机内部噪声水平应满足厂商的指标C H 8 0 1 6-9 5 附录C相对定位法进行天线中心稳定性检验 (补充件)c 1 相对定位法测定天线相位中心稳定性应在超短墓线上进行。C 2 测试时将G P S接收机天线分别安置在基线点 L，精确对中、整平，天线定向标志指向正北_观测个时段(1.5 6)0 然后固定一个天线不动，其它天线依次旋转9 0 0,1 8 0 0,2 7 0 0,再测资个时段 最后.PP:M J 定不动的天线相对任意个天线依次旋转 9 0 ,再测三个时段分别求出各时段基线值，其最大7(.差不能超过_ _ 倍固定误井 附录D旋转夭线法测定夭线相位中心偏移 (补充件)D 1 旋转天线法测定天线相位中心是在微波暗室中采用专用微波天线测量设备，通过测定天线全方位波形图，通过分析和计算，确定天线(平均)相位中心相对天线几何中心之偏移量.以及天线(视在)相f 命中心随信号源(卫星)方位和高度变化的规律D 2 测试设备D 2 门定向微波发射天线，发射频率可调 1 一 2 GHzD 2.2 of 编程微波接收机，频率范围 1.0-1 8.O GH7,D 2.3 方向图绘图仪D Z.4 微波暗室 a)微波暗室是一个全封闭式锥形暗室 其锥顶角比较小(2 6“)可避免来 自暗室侧墙、地板和天花板大角度镜像反射干扰;b)暗室内布满黑橡胶空心圆锥体，外涂有吸收材料，它可吸收厘米波段微波，垂直衰减a为3。一1 0 d B;。)天线布设见下图，待测天线安放在可作水平和垂直旋转的旋转台 卜，该台位于微波暗室的静Ii(即受各种杂散波干扰最小的区域)，静区直径应大于待测天线口径 DD 3 天线相位中心测试方法 a)将G P S天线安置在旋转台上，使G P S天线几何刘称轴与微波暗室纵轴一致，并使天线几何中心与旋转台旋转轴一致该位置为零位，此时天线可以绕转台纵轴旋转，也可以在平行和垂直于暗室纵轴线方 句上平移 b)由微波发射天线发射频率为L l(或L 2)信号，G P S接收天线接收后由高频电缆将信号送往微波接收机，与提供给发射天线的基准信号进行相位比较。比较后的相对相位值送绘图仪绘制相对相位方向图。利用相位方向图微调 G P S大线，直到天线相位中心位于转台轴 卜，所测相位方向图相位对称。然后用游标卡尺测量天线中心相对于仪器零位的位移量x,z值 。)然后将天线定向箭头向上转 9 0 0(指天顶方向)并将被测天线恢复零位 再按步骤测试为y和 2的值。大线相位中心偏移值为:x,v,(z,+z)/2C H 8 0 1 6 9 5d)根据相位方向图，计算和分析天线(视在)相位中心随信号源(即卫星)方向 与高度变化的规律发射螺旋天线 (右旋)6rS接收系统人线，抽模邢塔!轴转台记 15 8 1;e A a 1 丫卜1幅相接收机功率分配器一 门 卜r,M 比)负级1.5 了 5 5 MHz参考.I 信号1 zv电池G P S天线测试装置和布局图附加说明:本标准由国家测绘局提出并归口。本标准由中国测绘科学研究院、清华大学、中国测绘工程规划设计中心负责起草本标准主要起草人:李毓麟、过静增.程鹏飞、卫治华、李俊杰、傅京。