淺談GPS接收機設備檢測驗收技術的推廣應用

【摘 要】全球定位系統（GPS）具有在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位能力的衛星導航與定位系統，而對GPS接收機設備檢測驗收是測繪生產的基礎，是GPS測量順利完成的重要保證。本文以常規GPS接收機設備為例，介紹了GPS接收機設備檢測驗收技術的推廣應用。

【關鍵詞】GPS接收機；檢測驗收技術；推廣應用

1 GPS接收機的原理及檢測的目的

GPS是Globle Position System（全球定位系統）的簡稱。它是由美國投資建成的一套導航定位系統。該系統具有全能性、全球性、全天候、連續性和實時性的功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標、速度和時間。目前，GPS技術在國內外各行各業都得到了不同程度的應用，在大地控制測量、精密工程測量及變形監測、線路勘測及隧道貫通、海洋、氣象及其它領域都得到應用。

GPS接收機檢測的目的是了解儀器性能、工作特性及其可能達到的精度水平。它是制定GPS作業計劃的依據，也是GPS定位測量順利完成的重要保證。

2 GPS接收機的檢測項目與檢定周期

對于新購置的和修理后的GPS接收機的檢定項目有：接收機系統檢視、接收機通電檢驗、內部噪聲水平測試、接收機天線相位中心穩定性測試、接收機野外作業性能及不同測程精度指標的測試、接收機頻標穩定性和數據質量的評價、接收機高低溫性能測試、GPS接收機附件檢驗、數據后處理軟件驗收和測試、接收綜合性能的評價。

對于使用中的GPS接收機的定期檢定項目有：接收機系統檢視、接收機通電檢驗、內部噪聲水平測試、接收機頻標穩定性和數據質量的評價、GPS接收機附件檢驗。

3 GPS接收機檢測的內容

3.1 GPS 接收機的檢測

GPS 接收機檢視項目：GPS接收機及天線外觀是否良好，型號是否正確，主機與配件是否齊全；需固緊的部件是否松動和脫落；設備使用手冊和后處理軟件手冊是否齊全；后處理軟盤數是否齊全。

GPS 接收機通電檢驗：GPS接收機與電源正確連接后，看電源信號燈工作是否正常；按鍵和顯示系統工作是否正常；利用自測試命令檢測儀器工作是否正常；檢驗接收機鎖定衛星時間的快慢，接受信號的信噪比及信號失鎖情況。

GPS接收機實測檢驗項目：GPS接收機內部噪聲水平的測試；接收機天線相位中心穩定性測試；接收機野外作業性能及不同測程精度指標的測試；接收機頻標穩定性檢驗和數據質量的評價；接收機高低溫性能測試。

3.2 GPS接收機附件檢驗項目

電池、電纜和充電機的檢驗：電池電容量的檢驗；電纜型號及接頭是否配套和完好；充電機功能是否完好。

天線連接件及天線高量尺的檢驗：天線與基座連接件是否完好及配套；基座光學對中器的檢驗；天線或基座圓水準器的檢驗；天線高量尺是否完好及尺長精度。

數據轉錄設備及軟件：GPS接收機數據傳輸接口配件及軟件是否齊全，數據傳輸性能是否完好。

4 GPS接收機檢驗的方法和技術要求

4.1 接收機系統內部噪聲水平測試

該測試可根據具體情況采用以下二種方法之一進行。并盡可能采用零基線測試方法。

零基線測試方法：用零基線測試比對時，對1.5小時觀測值，基線分量及長度應在1mm以內，接收機內部噪聲水平應滿足廠商指標。

超短基線測試方法：用超短基線測試時，對1.5小時觀測值，基線分量與地面測量值之差應小于儀器固定誤差，接收機內部噪聲水平應滿足廠商指標。

4.2 天線相位中心穩定性測試

天線相位中心穩定性測試是測定天線相位中心與廠家提供的天線相位中心位置之差，可以采用下述方法之一進行。

相對測定法：天線在不同方位下測定的基線變化應小于2倍固定誤差。

旋轉天線法：較為嚴格測定相位中心的方法為“旋轉天線法”，該法需要在專門的微波暗室內利用固定的微波反射源測定天線相位方向圖，從而確定天線平均相位中心，以及天線相位中心隨衛星高度和方位變化的規律。

天線相位中心的偏差應小于儀器固定誤差。

4.3 GPS接收機頻標穩定性檢驗和數據質量的評價

GPS接收機頻標的穩定性，對觀測數據的質量有著重大的影響，主要表現為觀測值殘差大小和噪聲水平，小周跳，特別是半周周跳出現的頻率。它是考核接收機性能和譴責的可達到的精度水平的一個重要的指標。對于高精度GPS測量和地球動力學研究方面的應用，頻標穩定性及其對觀測值噪聲的影響分析將具有給為重要的意義。

考核的主要指標為：數據的噪聲水平；周跳出現的頻率；低仰角情況下，數據質量的變化；低仰角情況下，多路徑效應的影響。檢驗的方法是：通過對較長觀測時間段、不同測程的觀測數據的結果作殘差統計分析，以確定數據的平均噪聲水平，周跳出現的頻率，以及低仰角條件下觀測數據質量的變化和多路徑效應的影響。在沒有專門的標準測試軟件之前，暫時可用高精度GPS分析軟件做此項工作。

4.4 GPS接收機高低溫性能的測試

此項測試可以在野外不同氣候條件下進行，亦可以在專用的高低溫實驗箱中進行。在高低溫實驗箱中測試時，其溫度均勻度應≤±2℃，其波動度應≤±0.5℃。在高溫為+30℃及低溫-10℃之間進行接收機內噪聲水平測試。

5 結論

通過對GPS接收機設備檢測驗收，使得我們更進一步了解儀器的性能、工作特性以及儀器可能達到的精度水平。可以更好地制定GPS作業計劃，使GPS測量順利完成。

參考文獻：

[1]Elliott D Kaplan GPS接收機原理及應用[M].北京：電子工業出版社，2002.

[2]曹志剛，錢亞生.現代通信原理[M].北京：清華大學出版社，1992.