一、引言 

　　全球定位系統（GPS）主要由三大部分組成。即空間星座部分、地面監控部分、用戶設備部分-GPS信號接收機。空間星座部分和地面監控部分是用戶應用該系統進行導航和定位的基礎。用戶只有通過用戶設備（GPS接收機）才能實現應用GPS進行測量和導航、定位的目的。

　　根據使用目的的不同，用戶要求的GPS接收機也各有差異。目前世界上已有幾十家工廠生產GPS接收機，產品也有幾百種。GPS接收機按用途分為測地型、導航型和授時型。

　　二、GPS接收機校準方法

　　對GPS接收機進行計量校準，是測繪部門為經濟建設提供可靠測繪保障不可缺少的一項重要工作。在GPS接收機校準過程中，主要按照《〈全球定位系統〉（GPS）接收機（測地型和導航型）校準規范》（以下簡稱《校準規范》）JJF1118-2004執行的。以下作者以某品牌4臺套測地型GPS接收機為案例，對如何校準靜態測量GPS接收機進行技術探討。

　　（一）工作準備

　　按照《校準規范》要求，客戶校準儀器必須攜帶有關電纜（數據傳輸線、天線電纜、手簿線 ）、軟件及軟件狗、電池、充電器等附件。內業檢查時，首先要調整好每一臺接收機的基座，充好電池，按規定設定好GPS接收機的衛星高度角、采樣率等參數；然后在樓頂進行短時間GPS觀測，以檢定該儀器的鎖星能力；最后，室內下載數據以檢定數據通訊是否正常。

　　（二）野外數據的采集

　　室內檢查是基礎，外業GPS數據采集就是整個儀器校準工作的關鍵，數據的精度就直接是衡量接收機精度的指標。因此，外業數據采集必須嚴格按《校準規范》要求執行。外業數據采集又分以下兩步進行：天線相位中心一致性檢定和不同測程測量誤差檢定。

　　1.天線相位中心一致性檢定

　　天線相位中心（Antenna Phase Center）是指微波天線的電氣中心，其理論設計應與天線幾何中心一致。天線相位中心一致性的檢測主要是在南寧GPS檢定場的微網場地進行。如圖1，將一臺接收機放在網中心W007號觀測墩上，其余三臺放在邊上任意三個觀測墩上。首先，將四臺GPS接收機的天線全部指北，觀測一個時段。然后，固定中間的W007，另外三臺接收機依次旋轉90°、180°、270°，觀測三個時段；最后，將外面三個GPS接收機天線的指北標志指北，再依次旋轉W007觀測墩的天線指向東、南、西方向分別觀測三個時段。整個過程觀測7個時段，每個時段觀測1個小時。每個天線在不同方位下測定同一基線的變化指標△d，按規范要求△d應小于GPS接收機標稱的固定誤差。在外業檢定工作中，檢定人員必須嚴格記錄測站點的相關信息，如接收機的天線號碼、天線高、觀測點名稱、觀測時段的起止時間、以及參考天線等。


圖1

　　2.不同測程測量誤差檢定

　　不同測程測量誤差檢定采用基線比較法進行。用強制對中連接桿將儀器架在基線點上，整平儀器，天線指北，用盒尺量取天線高，記錄天線編號和基線點的編號，全部儀器同步觀測2個小時。在GPS數據采集前，必須保證儀器天線指向標準指北；觀測過程要觀察儀器電池的使用情況；另外，禁止在接收機附近使用手機。外業檢定計劃中，盡可能地避免在中午12點到下午2點這一太陽活動高峰期進行中長基線觀測，這對后面內業的基線解算很有幫助。

　　3.內業數據處理

　　數據采集完成后，使用隨機軟件將數據傳輸到電腦，在隨機軟件平臺上進行GPS數據處理。通過剔除觀測時間過短的衛星、剔除周跳多的衛星，截去周跳多的時間段、剔除受多路徑影響嚴重的觀測值等方式解算得到最佳基線解。

　　（1）天線相位中心一致性檢定結果如表1所示。被檢測儀器的標稱精度為5mm+1×10-6，天線相位中心一致性檢定結果的最大變化量△d為3mm，小于接收機的固定誤差，該項檢定合格。

天線相位中心一致性 表1
基線邊 各方向基線解最大變化量△d（mm） 
W001-W007 3 
W002-W007 2 
W003-W007 3 
W007-W001 2
　　（2）不同測程基線誤差檢定結果如表2所示。由表2結果可知，各邊的測量誤差應小于：
　　
　　式中：σ— 標準差，mm；
　　　　　a — 固定誤差，mm；
　　　　　b — 比例誤差，mm；
　　　　　D — 所測距離，km（不足500m按500m計算）。
測量誤差 表2
基線邊 誤差（mm） 
C002-J003 5.2 
C007-J003 6.4 
C002-C003 3.8 
C002-C007 -1.6 
C003-C007 -2.5  
C003-C007 5.7
　　基線邊中C007-J003基線長17km，
　　（3）校準結果不確定度的簡略評定如下：
　　錯誤！未找到引用源。不確定度分量及計算
　　a.標準裝置誤差引入的不確定度分量 u1=1.04mm。
　　b.GPS接收機安置誤差引入的不確定度分量 u2=0.06mm。
　　c.GPS接收機分辨力引入的不確定度分量 u3=0.29mm。
　　d.測量誤差引入的不確定度分量u4。
　　u4的計算按測距誤差Li計算出算術平均值標準偏差。
　　錯誤！未找到引用源。單次測量標準偏差　　（1） 
　　式中：Li—各邊的測量值與已知值之差；
　　　　　—測量誤差值的平均值；
　　　　　n—測定邊數。
　　錯誤！未找到引用源。算術平均值標準偏差：
　　　　（2）
　　則：　　（3）
　　（4）合成標準不確定度計算
　　a.　　（4）
　　b.有效自由度不用計算。
　　錯誤！未找到引用源。 擴展不確定度評定
　　取置信概率95%，k95=2.0
　　　　（5）
　　根據上面的公式最后算得本次校準結果的擴展不確定度為2.8mm。

　　4.出具校準證書

　　儀器檢定合格后，即可給用戶出具校準證書。校準證書經批準人、校準員、核驗員三人簽字后蓋上校準專用章證即生效。

　　三、結論

　　GPS接收機校準過程中，檢定人員應注意如下關鍵問題：

　　1.出野外采集數據前，一定要充好電或準備備用電池，檢查機內數據和內存剩余量，同時檢查要同步觀測儀器的參數是否一致。

　　2.嚴格記錄開機時間，精確量取天線高，隨時檢查儀器工作狀態，觀測結束后要嚴格按照操作關機，每次觀測完后應及時下載數據。

　　3.內業數據處理時為保證基線解算結果的復現，要嚴格記錄下使用的軟件及版本、每個時段的起止時間以及處理中使用的參數以及其他人工干預信息。