武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院 劉基余

我國(guó)區(qū)域覆蓋的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)于2012年12月27日宣布建成后，它的用戶(hù)設(shè)備──北斗導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)也隨之迅速發(fā)展；其中，以所謂“多模接收機(jī)”（實(shí)際上就是GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)）發(fā)展更為迅速。對(duì)于研制者而言，他們需要確知自己的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力；對(duì)于使用者而言，他們需要確知所購(gòu)產(chǎn)品的適應(yīng)性。因此，GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)的基本性能，就成為大家的關(guān)注焦點(diǎn)。由于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)及其導(dǎo)航電文與GPS具有許多相似之處，兩者構(gòu)成的GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)也易檢測(cè)。筆者基于對(duì)GPS信號(hào)接收機(jī)基本性能的了解和對(duì)它的檢測(cè)實(shí)踐，提出了檢驗(yàn)GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)基本性能的零基線(xiàn)檢測(cè)法和超短基線(xiàn)檢測(cè)法，供實(shí)用參考。

一、GNSS接收機(jī)的理想性能

GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)的理想性能，筆者認(rèn)為，可以概括成如下所述：

1. 觀(guān)測(cè)量多

在研制GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)時(shí)，依據(jù)其應(yīng)用目的，選擇合乎需求的較多觀(guān)測(cè)量。一般說(shuō)來(lái)，GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)主要是指能夠接收、捕獲、跟蹤和測(cè)量GPS、GLONASS、北斗和Galileo導(dǎo)航信號(hào)的衛(wèi)星導(dǎo)航用戶(hù)設(shè)備；此處論述它們的觀(guān)測(cè)量，不可能一一而述，只能夠以GPS信號(hào)為例，予以說(shuō)明之，且僅對(duì)GPS第一、第二導(dǎo)航信號(hào)L1/L2而言（GPS L5信號(hào)請(qǐng)見(jiàn)筆者所著的【GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與方法】一書(shū)〖北京科學(xué)出版社于2013年1月出版發(fā)行〗的相關(guān)章節(jié)）。目前GPS L1/L2信號(hào)可供民間用戶(hù)選用的觀(guān)測(cè)量如表1所述。

表1 GPS基本觀(guān)測(cè)量

20世紀(jì)80年代末期所生產(chǎn)的GPS測(cè)地接收機(jī)，有的不提供“站星距離粗測(cè)值”，而要求用戶(hù)輸入點(diǎn)位精度為±150公里的概略值，用于該種GPS測(cè)地接收機(jī)的點(diǎn)位精密解算。由此可見(jiàn)，也非每位研制者都關(guān)注“站星距離粗測(cè)值”，而予以測(cè)量之。筆者認(rèn)為，對(duì)于各類(lèi)導(dǎo)航型接收機(jī)，必須精細(xì)測(cè)得“站星距離粗測(cè)值”！否則，無(wú)法實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)載體的精確導(dǎo)航。

2. 具有同時(shí)跟蹤和測(cè)量4顆以上有效GNSS衛(wèi)星 的能力

一臺(tái)GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)，能否同時(shí)跟蹤和測(cè)量多顆GNSS衛(wèi)星，取決于它具有的波道數(shù)。根據(jù)美國(guó)《GPS World》期刊于2012年第一期的統(tǒng)計(jì)報(bào)告可知，在58家生產(chǎn)廠(chǎng)商所生產(chǎn)的483種GNSS信號(hào)接收機(jī)中，Trimble公司的僅重1.75kg的NetR9 TI-1基準(zhǔn)接收機(jī)具有440個(gè)波道，能夠接收GPS、GLONASS、Galileo、北斗、QZSS、WAAS和EGNOS導(dǎo)航信號(hào)，以及OmniSTAR VBS、HP和XP差分改正信號(hào)。由此看來(lái)，現(xiàn)代的GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)，同時(shí)跟蹤和測(cè)量4顆以上有效GNSS衛(wèi)星是完全可行的；但是，如何剔除所接收到的病態(tài)GNSS衛(wèi)星，則是一個(gè)必須解除的難題；否則，穩(wěn)定而可靠的高精度導(dǎo)航定位，就是一句空話(huà)。對(duì)于GPS衛(wèi)星而言，它們的導(dǎo)航電文第四、第五子幀較詳細(xì)地給出了所發(fā)信號(hào)各個(gè)分量的“健康狀況”（詳見(jiàn)筆者前述著作的表3.1.1），依此即可剔除所接收到的病態(tài)GPS衛(wèi)星。

3. 具有弱信號(hào)的捕獲測(cè)量能力

現(xiàn)代的GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)，需要在許多復(fù)雜環(huán)境條件下使用；例如，需要在深山峽谷或市鎮(zhèn)鬧區(qū)進(jìn)行衛(wèi)星導(dǎo)航定位測(cè)量。在這種場(chǎng)合下，GNSS導(dǎo)航信號(hào)的強(qiáng)度往往低于－160dBw，GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)就需要具有弱信號(hào)的捕獲測(cè)量能力。此外，GNSS衛(wèi)星所發(fā)送的幾種導(dǎo)航信號(hào)電平也不相同，需要認(rèn)真思考解決方法；例如，根據(jù)GLONASS ICD 2008 Edition 5.1可知，GLONASS衛(wèi)星L1/L2最低接收功率電平（dBw）隨衛(wèi)星高度角（度）變化如圖1所示。由該圖可見(jiàn)，當(dāng)GLONASS衛(wèi)星高度角為30°時(shí)，其L1信號(hào)的最低接收功率電平是－160dBw，而L2信號(hào)的最低接收功率電平是－167.5dBw左右。如果GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)不具備較強(qiáng)的弱信號(hào)捕獲測(cè)量能力，就難以實(shí)現(xiàn)GLONASS衛(wèi)星的雙頻測(cè)量，不能夠匹配其他GNSS衛(wèi)星的雙頻率測(cè)量成果。目前已經(jīng)研發(fā)了專(zhuān)用于捕獲GNSS衛(wèi)星弱信號(hào)的相干累加、非相干累加、差分相干累加和基于廣義差分相干累加等算法，并成功地用于作業(yè)實(shí)踐。

4. 具有多頻的接收測(cè)量能力

圖1 GLONASS衛(wèi)星的L1/L2最低接收功率電平（dBw）隨衛(wèi)星高度角（°）的變化

單頻接收機(jī)的制作成本和售價(jià)雖較低，但它們不適宜用于厘米級(jí)測(cè)量精度的應(yīng)用場(chǎng)合，如站間距離為百余公里以上的測(cè)地應(yīng)用；又如，星載GNSS的定軌測(cè)量，等等。對(duì)于這種高精度的應(yīng)用場(chǎng)合，必須采用多頻GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)，才能夠有效地削弱電離層效應(yīng)的精度損失?，F(xiàn)行的GNSS衛(wèi)星均能夠提供三種導(dǎo)航定位信號(hào)，因此，只要GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)具有捕獲接收三種導(dǎo)航定位信號(hào)的能力，就能夠?qū)崿F(xiàn)三個(gè)載波頻率的導(dǎo)航定位測(cè)量。

5. 內(nèi)存容量大

在20世紀(jì)90年代生產(chǎn)的GPS信號(hào)接收機(jī)，其內(nèi)存容量一般為0.5Mb～80Mb；它們的存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)短，既取決于GPS定位數(shù)據(jù)的更新率，又取決于被測(cè)衛(wèi)星的多少，例如，當(dāng)內(nèi)存容量為1Mb，被測(cè)衛(wèi)星為5顆，采用15秒數(shù)據(jù)更新率，可存儲(chǔ)14小時(shí)的GPS數(shù)據(jù)；若其他條件不變，僅改用1秒數(shù)據(jù)更新率，則只能存儲(chǔ)56分鐘的GPS數(shù)據(jù)。但是，Trimble 5700 GPS信號(hào)接收機(jī)，采用內(nèi)置小型的48MB Flash存儲(chǔ)器，可以存儲(chǔ)對(duì)6顆衛(wèi)星以15秒更新率作雙頻（L1/L2）觀(guān)測(cè)的1080小時(shí)（45天）的GPS數(shù)據(jù)；若連續(xù)運(yùn)行的基準(zhǔn)站（CORS），采用Trimble 5700 GPS信號(hào)接收機(jī)，則可選用能夠存儲(chǔ)2750小時(shí)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的Flash存儲(chǔ)器，其所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)仍為對(duì)6顆衛(wèi)星以15秒更新率作雙頻（L1/L2）觀(guān)測(cè)的GPS數(shù)據(jù)。由此看來(lái)，隨著內(nèi)置小型存儲(chǔ)器的迅速發(fā)展，GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)能夠?qū)嵤┐笕萘康膬?nèi)置存儲(chǔ)，而為用戶(hù)實(shí)用便利。

6. 無(wú)故障時(shí)間長(zhǎng)

平均無(wú)故障時(shí)間MTBF（mean time been without failure）表征GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)的耐用性；美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)定為MTBF≥13000小時(shí)；而現(xiàn)行的民用GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)的平均無(wú)故障時(shí)間一般為60000小時(shí)左右。

7. 測(cè)量精度高

精度，表示一個(gè)量的觀(guān)測(cè)值與其真值接近或一致的程度。正如前述，Trimble公司的僅重1.75kg的NetR9 TI-1基準(zhǔn)接收機(jī)，具有440個(gè)波道，而能夠接收多種衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，以致它的GNSS測(cè)距碼差分定位的二維位置精度能夠達(dá)到?(25cm＋1PPM)，高程測(cè)量精度為?(50cm＋1PPM)；它的GNSS靜態(tài)定位的二維位置精度能夠達(dá)到?(3mm＋0.1PPM)，高程測(cè)量精度為?(3.5mm＋0.4PPM)。筆者認(rèn)為，這代表GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)現(xiàn)代的高精度測(cè)量水平，值得我們借鑒。

8. 作業(yè)適應(yīng)性強(qiáng)

一臺(tái)較理想的GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)，既能作靜態(tài)定位，又能作動(dòng)態(tài)測(cè)量，也即能在高低動(dòng)態(tài)環(huán)境條件下作7維狀態(tài)參數(shù)測(cè)量；而且具有較強(qiáng)的抗客體干擾能力。干擾GPS信號(hào)接收的信號(hào)（如表2所示），有人為射頻干擾類(lèi)（Jamming）和客體射頻干擾類(lèi)（Unintentional RF Interference）。后者是一些客觀(guān)存在的無(wú)線(xiàn)電發(fā)送設(shè)備引起的電子干擾；例如，1996年2月26日，我們?cè)诤？谑幸粋€(gè)高層建筑物上擬設(shè)立一個(gè)GPS基準(zhǔn)站，首先用AOA公司生產(chǎn)的SNR-8000 GPS信號(hào)接收機(jī)進(jìn)行試測(cè)，但不能接收到GPS信號(hào)；當(dāng)用Trimble 4000SSE GPS 信號(hào)接收機(jī)安設(shè)在這同一點(diǎn)位上時(shí)，卻能夠正常地捕獲和跟蹤到GPS信號(hào)，而實(shí)現(xiàn)GPS導(dǎo)航定位。后續(xù)的調(diào)查研究表明，近處有一座無(wú)線(xiàn)電發(fā)射臺(tái)。由此可見(jiàn)，不同類(lèi)型的GPS信號(hào)接收機(jī)，其抗電子干擾能力相差較大。

表2 GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的射頻干擾源及其類(lèi)型

9. 低功耗，小而輕

非手持式的GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)，應(yīng)具有交直流供電的適應(yīng)能力，而且對(duì)供電電源的電壓范圍不作過(guò)高要求。最好在GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)內(nèi)部安設(shè)有鋰電池，可供它在野外作業(yè)十來(lái)小時(shí)。而且整機(jī)的功耗小，重量輕，以便野外作業(yè)使用。

10. 數(shù)據(jù)處理軟件功能強(qiáng)

GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)的內(nèi)置軟件，既能解算用戶(hù)的位置、速度和時(shí)間，又能作數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)管理、載波相位測(cè)量的周跳探測(cè)及其注記、儀器自診斷及其控制。

GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)的測(cè)后數(shù)據(jù)處理軟件，能夠作觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的初加工、預(yù)處理、基線(xiàn)向量解、網(wǎng)平差計(jì)算、坐標(biāo)變換（包括從通用橫軸墨卡托平面坐標(biāo)變換成高斯平面坐標(biāo)），等等。

二、GNSS接收機(jī)的質(zhì)量指標(biāo)

GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)的質(zhì)量?jī)?yōu)劣，主要表現(xiàn)在它自身測(cè)量站星距離的誤差大小。當(dāng)以GPS信號(hào)接收機(jī)為例時(shí)，在簡(jiǎn)化公式推導(dǎo)的情況下，用L1-P碼和L2-P碼測(cè)得的偽距分別為

式中，ρj為GPS信號(hào)接收天線(xiàn)至第j顆GPS衛(wèi)星的真實(shí)距離；IjL1為L(zhǎng)1-P碼偽距的電離層效應(yīng)的距離偏差；IjL2為L(zhǎng)2-P碼偽距的電離層效應(yīng)的距離偏差；Mj

L1-P為L(zhǎng)1-P碼偽距測(cè)量的質(zhì)量指數(shù)，它表明多路徑誤差和接收機(jī)L1-P碼偽距測(cè)量誤差的大?。籑jL2-P為L(zhǎng)2-P碼偽距測(cè)量的質(zhì)量指數(shù)，它表明多路徑誤差和接收機(jī)L2-P碼偽距測(cè)量誤差的大小。

用P-L1載波和P-L2載波測(cè)得的偽距分別為

式中，AjL1為P-L1載波的整周模糊度偏差距離；AjL2為P-L2載波的整周模糊度偏差距離；mjP-L1為P-L1載波偽距測(cè)量的質(zhì)量指數(shù)，且知，mjP-L1<

若將式（1）和式（2）相減，且考慮到mjP-L1<

或?qū)懗?/p>

式（2）的兩個(gè)方程相減可得

式中，

α=IjL2/ IjL1=（fL1/ fL2）2

由式（4）知，

將式（5）代入式（3）可得

或?qū)懗?/p>

式（6）左邊的第二項(xiàng)，是GPS載波相位測(cè)量的整周模糊度偏差距離之差。用我們自己的DDKIN-OTF動(dòng)態(tài)載波相位測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟件多次解算的實(shí)踐表明，一般用10個(gè)時(shí)元的載波相位測(cè)量數(shù)據(jù)，即可固定整周模糊度之解，以致式（6）左邊的第二項(xiàng)可以忽略不計(jì)，故有

依式（6）的推導(dǎo)方法，可得

當(dāng)略去式（8）左邊的第二項(xiàng)時(shí)，則得

考慮到fL1＝1575.42MHz和fL2＝1227.60MHz，則知：α＝1.646944；故有

對(duì)四種最新的GPS雙頻接收機(jī)半小時(shí)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)解算表明，MjL1-P的均值分別為0.135m～6.326m；MjL2-P的均值分別為0.178m～8.675m。這些數(shù)值能夠較好地反映GPS雙頻接收機(jī)的性能優(yōu)劣；一般而言，MjL1-P和MjL2-P的均值越小，其接收機(jī)的作業(yè)性能就越好，也越能獲得較高而穩(wěn)定的GPS衛(wèi)星定位精度。這可供檢測(cè)GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)的基本性能參考。

三、檢測(cè)GNSS接收機(jī)基本性能的方法

衛(wèi)星信號(hào)在接收機(jī)內(nèi)部從一個(gè)電路到另一個(gè)電路的行進(jìn)中，必須占據(jù)一定的時(shí)間，這種由于電子電路所產(chǎn)生的時(shí)間延遲，叫做內(nèi)部時(shí)延。它的大小可以根據(jù)電路參數(shù)計(jì)算求得。如果內(nèi)時(shí)延是穩(wěn)定而不變動(dòng)的話(huà)，經(jīng)過(guò)內(nèi)時(shí)延改正后的站星距離，便不存在測(cè)量精度的損失。但是，由于波道時(shí)延的不穩(wěn)定性，中頻信號(hào)的相位抖動(dòng)和接收天線(xiàn)的相位中心漂移，不可能實(shí)現(xiàn)接收機(jī)內(nèi)時(shí)延的精確改正。為了監(jiān)控內(nèi)部時(shí)延的不穩(wěn)定性，需要定期地檢測(cè)GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)。

此外，現(xiàn)行的GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航定位，是基于被動(dòng)式測(cè)距原理；GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)只要測(cè)得用戶(hù)天線(xiàn)至GNSS衛(wèi)星的距離（簡(jiǎn)稱(chēng)為站星距離），即可按式（11）解算出用戶(hù)位置：

式中，Pj(t)為GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)測(cè)得的用戶(hù)在時(shí)元t至第j顆GNSS衛(wèi)星的距離；Xj(t),Yj(t),Zj(t)為第j顆GNSS衛(wèi)星在時(shí)元t的在軌位置；Xu(t),Yu(t),Zu(t)為用戶(hù)天線(xiàn)在時(shí)元t的在途位置；du(t)為GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)時(shí)鐘偏差等因素引起的站星距離偏差。

從式（11）可見(jiàn)，為了解算出用戶(hù)的三維位置，GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)至少要觀(guān)測(cè)四顆GNSS衛(wèi)星，而列出四個(gè)如上的方程式。由此可見(jiàn)，GNSS定位精度與用戶(hù)航行速度快慢無(wú)關(guān)，只取決于下列三大因素：

⊙ 站星距離的測(cè)量誤差。

⊙ 作為動(dòng)態(tài)已知點(diǎn)的GNSS衛(wèi)星的實(shí)時(shí)在軌位置誤差。

⊙ 所測(cè)四顆以上GNSS衛(wèi)星在空的幾何分布，即PDOP值。

從此可見(jiàn)，適時(shí)地檢測(cè)GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)的基本性能，是確保導(dǎo)航定位成果高精度的第一步；特別是對(duì)于新近購(gòu)得或研制的接收機(jī)，更有必要。GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)的基本性能檢測(cè)主要包括下列幾項(xiàng)：一是內(nèi)時(shí)延穩(wěn)定性的檢測(cè)；二是外部符合精度的測(cè)定；三是GNSS成果可靠性的鑒別。下面對(duì)接收機(jī)基本性能檢驗(yàn)分別予以簡(jiǎn)要論述。?

1. 零基線(xiàn)檢測(cè)法

零基線(xiàn)，源于用二臺(tái)接收機(jī)作相對(duì)定位所測(cè)定的兩付GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收天線(xiàn)之間的距離和相對(duì)位置。所謂零基線(xiàn)，是二個(gè)接收單元共用一副天線(xiàn)單元而測(cè)定的距離；其值應(yīng)為零。當(dāng)作零基線(xiàn)檢測(cè)時(shí)，僅用一副GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收天線(xiàn)接收在視衛(wèi)星信號(hào)，并通過(guò)一個(gè)信號(hào)分配器將所接到的GNSS導(dǎo)航信號(hào)分別送到各個(gè)接收單元（如圖2所示），進(jìn)而分別測(cè)定同一接收天線(xiàn)至各顆在視GNSS衛(wèi)星的距離；對(duì)兩個(gè)接收單元所觀(guān)測(cè)的GNSS數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合解算，可以求得零基線(xiàn)的長(zhǎng)度和相對(duì)點(diǎn)位。零基線(xiàn)檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是:

⊙ 能夠消除GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收天線(xiàn)相位中心漂移影響。

⊙ 能夠消除GNSS導(dǎo)航信號(hào)在大氣傳播的不良影響。

⊙ 能夠消除GNSS衛(wèi)星的星歷誤差。

⊙ 能夠消除多路徑效應(yīng)的不良影響。

圖2 零基線(xiàn)檢測(cè)框圖

也即，零基線(xiàn)測(cè)驗(yàn)的解算成果，消除了GNSS導(dǎo)航信號(hào)的傳播誤差、多路徑誤差、星歷誤差和天線(xiàn)相位中心不穩(wěn)定性影響，僅僅取決于接收機(jī)內(nèi)時(shí)延的大小及其不穩(wěn)定性。因此，零基線(xiàn)測(cè)驗(yàn)成果與其真值（△X＝△Y＝△Z＝0，D＝0）相比較，可以鑒別內(nèi)時(shí)延的相對(duì)值，多次檢測(cè)成果可以鑒別內(nèi)時(shí)延的穩(wěn)定與否。

表3 Trimble 4000SSI的零基線(xiàn)檢測(cè)成果

表3是我們于2001年4月和6月對(duì)3臺(tái)Trimble 4000SSI雙頻接收機(jī)作零基線(xiàn)檢測(cè)的實(shí)測(cè)成果。從表列數(shù)據(jù)可知，實(shí)際測(cè)定的零基線(xiàn)長(zhǎng)度與其真值（0mm）之差小于0.095mm；相對(duì)位置與其真值（△X＝△Y＝△Z＝0）之差也不超過(guò)±0.062mm。這說(shuō)明Trimble 4000SSI具有較小的相對(duì)內(nèi)時(shí)延。相隔50天后的零基線(xiàn)檢測(cè)成果也很近似，這表明Trimble 4000SSI的內(nèi)時(shí)延比較穩(wěn)定；因此，用Trimble4000SSI作導(dǎo)航定位測(cè)量能夠獲得穩(wěn)定可靠的實(shí)際精度。零基線(xiàn)檢測(cè)，不僅可以對(duì)同一型號(hào)的GPS信號(hào)接收機(jī)配對(duì)檢測(cè)，而且還可以用不同型號(hào)的GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)配對(duì)檢測(cè)。表4下半部分成果，是將Trimble GPS信號(hào)接收天線(xiàn)改換為AOA GPS信號(hào)接收天線(xiàn)，且用三臺(tái)3臺(tái)Trimble 4000SSI雙頻接收單元，共用一副AOA GPS信號(hào)接收天線(xiàn)；其零基線(xiàn)檢測(cè)成果表明，實(shí)際測(cè)定的零基線(xiàn)長(zhǎng)度與其真值之差，以及相對(duì)位置與及其真值之差，均不超過(guò)0.1mm；這表明，它們具有較高的外部符合精度。

表4 混合配對(duì)的零基線(xiàn)測(cè)定成果

零基線(xiàn)檢測(cè)，不僅可以對(duì)同一型號(hào)的GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)配對(duì)檢測(cè)，而且還可以用不同型號(hào)的GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)配對(duì)檢測(cè)（如表4所示）。從表列數(shù)據(jù)可見(jiàn)，Ashtech LM-XII3和Trimble 4000SSE混合配對(duì)，而用AOA SNR-8000接收機(jī)的天線(xiàn)作零基線(xiàn)檢測(cè)，用載波L1測(cè)得的零基線(xiàn)長(zhǎng)度為0.4mm；用載波L2測(cè)得的零基線(xiàn)長(zhǎng)度為1.0mm。當(dāng)改用AshtechLM-XII3接收機(jī)的天線(xiàn)（用圓括號(hào)表示），而保持接收機(jī)的配對(duì)不變，用載波L1測(cè)得的零基線(xiàn)長(zhǎng)度仍為0.4mm，用載波L2測(cè)得的零基線(xiàn)長(zhǎng)度則為1.3mm。表4中三種接收機(jī)的零基線(xiàn)檢測(cè)表明，它們的相對(duì)內(nèi)時(shí)延是比較小的。?

2. 超短基線(xiàn)檢測(cè)法

超短基線(xiàn)檢測(cè)法，是筆者于1991年初春提出的，并經(jīng)過(guò)了多次生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)用；其目的是便于某些野外作業(yè)者，在GNSS測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)的基本性能檢測(cè)。從目前GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)的發(fā)展可見(jiàn)，GNSS天線(xiàn)單元與接收單元結(jié)合為一體的GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)已經(jīng)成為一個(gè)重要的發(fā)展機(jī)型，筆者稱(chēng)之為“一體機(jī)”。下文所述的超短基線(xiàn)檢測(cè)法，適應(yīng)于檢測(cè)GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)的“一體機(jī)”。超短基線(xiàn)檢測(cè)的基本思想如下述：

（1）在一個(gè)植被優(yōu)良和地勢(shì)開(kāi)闊的檢測(cè)場(chǎng)地上，依據(jù)被檢測(cè)的GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)的臺(tái)數(shù)，測(cè)設(shè)一個(gè)邊長(zhǎng)為幾米的幾何圖形（如三角形或四邊形），并用鋼卷尺精確地測(cè)定它們的實(shí)際長(zhǎng)度，以此作為檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)值。?

（2）將受檢GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)安設(shè)在檢測(cè)圖形的各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，進(jìn)而作多個(gè)時(shí)段的定位測(cè)量。圖3表示我們于2001年4月用超短基線(xiàn)構(gòu)成的三角形檢測(cè)三臺(tái)接收機(jī)之例；該檢測(cè)三角形的平均邊長(zhǎng)為8.036m。在第一時(shí)段，圖3中的A，B，C三個(gè)測(cè)站上分別安設(shè)8668，8511，8697號(hào)Trimble 4000SSI GPS信號(hào)接收機(jī)；后續(xù)時(shí)段，則按照全組合方式，以反時(shí)針?lè)较蛞苿?dòng)方式，安設(shè)三臺(tái)GPS信號(hào)接收機(jī)（如表5所示）。

圖3 檢驗(yàn)三角形

表5 各測(cè)站的4000SSI接收機(jī)安設(shè)順序（于2001年4月16日）

（3）處理和分析各接收機(jī)對(duì)的雙差定位成果（如表6所示）。在幾米長(zhǎng)的超短基線(xiàn)上作雙差定位測(cè)量時(shí)，既可不顧及對(duì)流層和電離層時(shí)延改正的殘差影響，又可消除星歷誤差和星鐘誤差，以及兩臺(tái)接收機(jī)的收鐘誤差。各站際雙差成果和基線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)值D0之差，便能較客觀(guān)地反映各接收機(jī)對(duì)的儀器誤差及其穩(wěn)定性。從表6數(shù)據(jù)可見(jiàn)，用三臺(tái)Trimble 4000SSI GPS信號(hào)接收機(jī)所測(cè)得的超短基線(xiàn)距離與其標(biāo)準(zhǔn)值之差，最大相差為4mm，最小相差僅為1mm。這說(shuō)明，受檢的三臺(tái)4000SSI雙頻接收機(jī)，既不存在明顯的儀器誤差之異，又在相對(duì)定位時(shí)具有較小的儀器誤差。但是，在作業(yè)過(guò)程中，應(yīng)該按照檢測(cè)時(shí)所用的接收機(jī)和外接天線(xiàn)配對(duì)，而不宜重新組合GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收天線(xiàn)和接收單元的配對(duì)。

為了真實(shí)地反映GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)的基本性能，在作超短基線(xiàn)檢測(cè)時(shí)，應(yīng)充分注意下列幾點(diǎn)：

⊙ 各時(shí)段的持續(xù)時(shí)間應(yīng)該相同（一般采用60分鐘）。

⊙ 各時(shí)段的三維位置幾何精度因子（PDOP）的選擇，均應(yīng)小而相近似，致使各個(gè)PDOP對(duì)各接收機(jī)對(duì)的檢測(cè)成果具有相近似的影響。

表6 Trimble 4000SSI超短基線(xiàn)檢測(cè)三角形的檢測(cè)成果

⊙ 宜選取較大的衛(wèi)星高度截止角（如20°），以保持檢測(cè)過(guò)程中具有相近似的信噪比，并記錄后者，以備分析之用。

實(shí)際上，四臺(tái)接收機(jī)的超短基線(xiàn)檢測(cè)，還可以采用如圖4所示的檢測(cè)四邊形；其各邊長(zhǎng)度也應(yīng)設(shè)定在幾米，且應(yīng)精確測(cè)定它們的實(shí)際長(zhǎng)度，用作標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)作第一組檢測(cè)時(shí)，四臺(tái)接收機(jī)（R1，R2，R3，R4）分別安設(shè)在四個(gè)測(cè)站（A，B，C，B，見(jiàn)表7所示）上。當(dāng)作第二組檢測(cè)時(shí)，四臺(tái)接收機(jī)依順時(shí)針變換測(cè)站安設(shè)［如表7的R4(A)，R1(B)，R2(C)，R3(D)］；余類(lèi)推。采用四邊形檢測(cè)，可以計(jì)算出同步環(huán)路和異步環(huán)路的坐標(biāo)閉合差，及時(shí)評(píng)定GNSS數(shù)據(jù)質(zhì)量的優(yōu)劣，客觀(guān)地檢測(cè)GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)的基本性能。

圖4 檢測(cè)四邊形

表7 在四邊形上的組合檢測(cè)

四、結(jié)束語(yǔ)

GNSS導(dǎo)航信號(hào)在接收機(jī)內(nèi)部電路所產(chǎn)生的時(shí)間延遲是不穩(wěn)定的，難以予以精確改正，因此，為了監(jiān)控內(nèi)部時(shí)延的不穩(wěn)定性，需要定期地檢測(cè)GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)。依靠已知基線(xiàn)或已知邊長(zhǎng)的幾何圖形，能夠檢測(cè)GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)的外部符合精度；依據(jù)多時(shí)段觀(guān)測(cè)成果的互差，能夠鑒別GNSS成果的可靠性。零基線(xiàn)檢測(cè)法，是測(cè)定接收機(jī)內(nèi)時(shí)延大小及其穩(wěn)定性的有效途徑。超短基線(xiàn)檢測(cè)法，是在零基線(xiàn)檢測(cè)的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的；對(duì)于GNSS天線(xiàn)單元與接收單元結(jié)合為一體的GNSS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)，或者，在某些野外作業(yè)的條件下，一時(shí)難以制配信號(hào)分配器，就可改用超短基線(xiàn)檢測(cè)法；實(shí)踐證明，它具有零基線(xiàn)檢測(cè)法的同等作用。

圖5 用三星Galaxy Note 手機(jī)的GPS定位成果

值得一提的是，帶GPS導(dǎo)航定位功能的手機(jī)的基本性能檢測(cè)問(wèn)題有待實(shí)用解決。據(jù)筆者所知，具有GPS導(dǎo)航定位功能的三星Galaxy Note手機(jī)，是一種真正能夠獨(dú)立自主做GPS導(dǎo)航定位的手機(jī)，很受用戶(hù)贊賞。例如，2013年2月11日，胡克偉碩士利用該手機(jī)在武漢市公交車(chē)上測(cè)得如圖5所示的GPS動(dòng)態(tài)定位成果（手機(jī)顯示界面的截獲圖）；由此可見(jiàn)，兩次測(cè)量?jī)H相差40秒鐘，而它顯示的定位精度卻相差6m。因此，如何確認(rèn)它的真實(shí)精度，就需要對(duì)它予以實(shí)際檢測(cè)。對(duì)于這種GPS信號(hào)接收天線(xiàn)與跟蹤測(cè)量一體化的設(shè)備，檢測(cè)它們的測(cè)量精度等項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，雖然不能夠采用零基線(xiàn)檢測(cè)法，但是，能夠采用筆者提出的已知點(diǎn)位檢測(cè)法。

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