GNSS接收機檢測及其實驗分析

暢 毅，徐慶儒，劉洪喜，楊 榕，司海新，張浚顯

（1.中國石油集團東方公司裝備服務處長慶作業部，寧夏銀川750006；2.中國石油集團東方公司裝備服務處設備物資科，河北涿州072750）

GNSS接收機檢測及其實驗分析

暢 毅1，徐慶儒1，劉洪喜2，楊 榕1，司海新1，張浚顯1

（1.中國石油集團東方公司裝備服務處長慶作業部，寧夏銀川750006；2.中國石油集團東方公司裝備服務處設備物資科，河北涿州072750）

介紹了全球導航衛星定位接收機檢測的概念及其檢測方法，使用不同型號全球導航衛星定位接收機在長慶銀川短基線檢驗場進行了檢測，并對實驗數據結果進行了研究和分析，得出了全球導航衛星定位接收機經過長途搬遷或投入使用前必須進行檢測的結論。

全球導航衛星定位接收機；檢測；實驗分析

0 引 言

隨著全球定位系統（GPS）的技術升級以及GLONASS、Galileo及北斗導航系統的全面建設與聯合應用，用戶定位精度得到了顯著提高，如：精密單點定位（PPP）、網絡RTK（NRTK）等一些新技術的出現，精度已達到了厘米量級甚至優于1cm的量級，基本滿足了絕大部分用戶對精度的需求。尤其精密單點定位技術恰好集成了標準單點定位和差分定位的優點，它改變了以往只能使用雙差相位定位模式才能達到較高定位精度的現狀，是GNSS定位技術中繼RTK/網絡RTK技術后的又一次技術革命[1］。與之相比，決定用戶安全性能的導航定位接收機的檢測就變得更加突出[2］。

1 GNSS接收機檢測

GNSS系統的指標有四個參數：精度、連續性、有效性和完備性[3］。

GNSS系統由空間部分、地面控制部分及用戶部分三部分構成，導航衛星從發射信號、信號在介質中傳播到接收機接收信號的整個過程中均受到各種誤差的影響。根據誤差來源分為：衛星（空間部分：衛星、軌道等）偏差、信號傳播（地面控制部分，對衛星和軌道等進行控制和管理等）誤差和接收機（主要是接收并處理衛星信號，為用戶提供坐標、速度和時間等信息）誤差三類。對于大多數用戶而言，最關注的是與接收機有關的誤差，所以，GNSS接收機的檢測與測試對確保工程質量就顯得至關重要。

2 GNSS接收機檢測方法

GNSS接收機的檢測與測試一般可分為出貨檢驗、用戶委托檢定及用戶現場檢驗等環節。

2.1 出貨檢驗

出貨檢驗是指產品在出貨之前為保證出貨產品滿足客戶品質要求所進行的檢驗，檢驗一般依據GB/T 18214.1－2000idt IEC 1108－1：1996《全球導航衛星系統（GNSS）第1部分：全球導航衛星系統（GPS）接收機性能標準、測試方法和要求的測試結果》[4］等標準進行檢驗，經檢驗合格的產品才能予以放行出貨。出貨檢驗一般實行抽檢，出貨檢驗結果記錄有時根據客戶要求提供給客戶。

2.2 用戶委托檢定

用戶委托檢定是指用戶新購置的GPS接收機，以及當接收機天線受到強烈撞擊，或更新接收機部件后，或更新天線與接收機的匹配關系后的接收機，應由用戶按規定送交經國家相關部門授權、有相關資質的檢定部門按照CH 8016－95《全球定位系統（GPS）測量型接收機檢定規程》[5］及CH/T 8018－2009《全球導航衛星系統（GNSS）測量型接收機RTK檢定規程》[6］等標準進行的接收機系統內部噪聲水平測試（零基線測試方法、超短基線測試方法等）、天線相位中心穩定性測試（相對測定法、旋轉天線法）、GPS接收機野外作業性能及不同測程精度指標的測試、RTK測量精度、RTK測量重復性精度、RTK初始化時間及RTK初始化最大距離等的檢測與檢定工作。

2.3 用戶現場檢驗

用戶現場檢驗就是經檢定合格的設備到達用戶工區，為了避免因接收機天線受到強烈撞擊或因天線與接收機的匹配關系變更等原因引起的接收機性能及精度降低，造成的作業質量問題，在新工區使用前由用戶按照GT/T 18314－2009全球定位系統（GPS）測量規范[7］、CH/T 2009－2010全球定位系統實時動態測量（RTK）技術規范[8］及SY/T 5171－2011陸上石油物探測量規范[9］等標準、規范進行的儀器一致性檢驗與測試。

3 長慶探區GNSS接收機檢測分析

長慶探區GNSS接收機現場檢驗以往都是接收機到達作業現場，操作員利用現有的接收機隨機建立一條由多點組成的基線或一個由多點組成的網狀幾何圖形，再利用其對所有接收機進行測試或檢測，這樣的檢驗可能因為個別設備或附件出現問題，導致檢測結果失真，存在一定的作業質量風險。為了確保GNSS接收機檢測結果的真實有效性，確保地震勘探測量作業成果的正確性，作業部組織建立了“長慶銀川短基線檢驗場”，用于每年長慶探區的GNSS接收機的檢測工作。

3.1 長慶銀川短基線檢驗場簡介

長慶銀川短基線檢驗場有7個強制觀測墩（點）組成，如圖1所示，分別位于長慶物探處原辦公樓頂（YC01）及長慶作業部辦公樓頂（YC02－YC07），如圖2所示。該檢驗場最長邊（YC01－YC02）邊長為973.978 8m，最短邊（YC04－YC05）邊長只有5.923 2m，累計觀測時間達1 150h.

圖1 “長慶銀川短基線檢驗場”強制觀測墩點位分布圖（7個點位）

圖2 “長慶銀川短基線檢驗場”強制觀測墩點位分布圖（長慶作業部樓頂6個點位））

圖3 “長慶銀川短基線檢驗場”控制網圖

長慶銀川短基線檢驗場控制網則由14個觀測點組成，如圖3所示，最長邊（B001－D098）達215 911.224 8m，最短邊（YC04－YC05）只有5.923 2m，累計觀測時間超過1 600h.GNSS數據處理方法包括數據處理軟件及數據處理方案，由于采用數學模型的差異以及數據處理的具體策略及算法的不同，由不同的數據處理軟件所獲得的結果并不相同[10］，為了確保數據處理的準確性，該網數據全部采用TBC、LGO及GAMIT與Power ADJ科研版軟件分別進行基線處理與網平差，并相互進行了驗證。

通過GAMIT與Power ADJ軟件進行基線處理與網平差的數據分析可知，該網布設均勻，結構合理，觀測時間符合設計要求，采用網聯式觀測，獲得了精度很高的結果（如表1、表2所示）。最終求取YC01～YC07點的精確坐標及其21條基線長作為GNSS設備現場檢驗的基準。

表1 38組基線重復性精度統計

表2 點位精度中誤差區間個數統計（單位：個）

3.2 GNSS接收機檢測

2014年初長慶作業部對投入到長慶探區的80多臺GNSS接收機按項目組分別安排在圖1所示的“長慶銀川短基線檢驗場”進行了檢測，檢測分為靜態和RTK兩種方式：

3.2.1 靜態

每組7臺儀器（點）為一個同步觀測時段，全部為強制對中，每組同步觀測30min，觀測結束換另外一組儀器按同樣方法進行操作，觀測數據用隨機TBC或LGO軟件進行處理，獲取每臺儀器間的相鄰基線長并與標準基線長進行對比，檢測儀器及其附件的性能及精度。

3.2.2 RTK

將一臺儀器固定在YC01上作為基準站，另外的儀器均在YC02－YC07等6個點中任選1個點逐臺進行RTK測試，每點觀測并記錄3個歷元的數據，觀測數據用隨機TBC或LGO軟件進行處理，獲取每臺儀器的觀測坐標并與YC05點的標準坐標進行對比，檢測儀器及其附件RTK的性能及精度。

3.3 GNSS接收機檢測與測試結果分析

3.3.1 GNSS接收機靜態檢測與測試結果分析

GNSS接收機靜態檢測與測試結果是利用隨機TBC或LGO軟件處理獲取的，測量數據不可避免地帶有誤差，帶有誤差的觀測量是一個隨機變量。觀測得出的有限個觀測值構成一組子樣，因此觀測本身就是一種隨機抽樣[11］。分別選取幾種不同品牌、型號的儀器的檢測結果進行統計、分析。

表3 Trimble 5700靜態檢測結果比較（部分）

由表3，Trimble 5700儀器的檢測結果比較可見，架設在YC03點的編號0220312069的儀器有問題，凡是與該儀器有關系的基線長較差均超限，甚至導致該儀器架設的YC03點與0220268326架設的YC04點的基線解都無法解算，這可能是5700儀器老化，加之檢定后長途運輸撞擊所造成的。同時，0220268326架設的YC04點可能存在人為干擾問題，導致其與0220317836儀器架設的YC06點基線長較差也超限，其余基線長較差均小于10mm.

由圖4，Trimble R7儀器的檢測結果比較表可見，所有基線長較差基本上均小于5mm，最小為0.5mm，這說明Trimble R7儀器性能穩定，精度高，其雙星系統確保了定位精度的提高。

由圖5，Leica GS10儀器靜態檢測結果比較表可見，所有基線長較差基本上均小于5mm，最小為0.0mm，這說明Leica GS10儀器性能穩定，精度高，其雙星系統確保了定位精度的提高。

圖4 Trimble R7靜態檢測結果比較圖（部分）

圖5 Leica GS10靜態檢測結果比較圖（部分）

3.3.2 GNSS接收機RTK檢測與測試結果分析

GNSS接收機RTK檢測與測試結果也是利用隨機TBC或LGO軟件處理獲取的，下面分別選取幾種不同品牌、型號的儀器檢測結果分析如下：

圖6示出了以YC06點的標準坐標x＝3.827、y＝6.498、h＝6.925（為了保密，只取尾數進行比較分析，下同）與儀器編號分別為A、B、C、D、E、F、G、H、I、J等儀器檢測實測的坐標比較結果，可見，Trimble5700RTK檢測點位（X、Y、h）較差則都在0.01～0.08m，超出圖7、圖8所示的Trimble R7RTK及Leica GS10RTK儀器檢測精度的一個數量級，這與其為單星系統儀器精度低及接收機老化可能有關系。

圖6 Trimble 5700RTK檢測結果比較圖（部分）

圖7 Trimble R7RTK檢測結果比較圖（部分）

圖8 Leica GS10RTK檢測結果比較圖（部分）

圖7、圖8分別示出了以YC05點的標準坐標x＝4.418、y＝0.969、h＝7.608（為了保密，只取尾數進行比較分析，下同）與儀器編號分別為a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ、Ⅻ等儀器檢測實測值進行比較的結果，可見，除Leica GS10儀器號為1596143（Ⅷ）的高程較差（h＝－0.142m）超限外，其它Trimble R7/R8/R10及Leica GS10RTK檢測點位（X、Y）較差基本都在0.01m內，高程較差（h）大多數也在0.01m內，這可能是該儀器檢定后長途運輸撞擊所造成的或存在人為干擾問題所致，經緊固主要板件后重新測試一切正常。

4 結束語

GNSS技術已經成為石油物探測量的重要方法和手段之一，性能完好、穩定及精度可靠的GNSS接收機是確保工作質量、工程質量的主要保障。通過上述檢測及數據處理結果對比分析可得出如下結論：

1）GNSS接收機在使用前必須進行現場檢測；

2）GNSS接收機經過長途搬運后必須進行現場檢測；

3）通過更換GNSS接收機主要部件等維修手段維修后的接收機必須進行現場檢測；

4）經過現場檢測，性能完好、穩定及精度可靠的GNSS接收機才能投入到工程項目中；

5）實際作業中要切實加強GNSS接收機的保養維護工作。

[1]李征航，張小紅.衛星導航定位新技術及高精度數據處理方法[M］.武漢：武漢大學出版社，2009.

[2]秘金鐘.GNSS完備性檢測理論與應用[M］.北京：測繪出版社，2012.

[3]劉經南，陳俊勇，張燕平，等.廣域差分GPS原理和方法[M］.北京：測繪出版社，1999.

[4]徐 剛，王達民，吳 燕，等.GB/T 18214.1－2000.全球導航衛星系統（GNSS）第1部分：全球導航衛星系統（GPS）接收機性能標準、測試方法和要求的測試結果[S］.北京：中國標準出版社，2001.

[5]李毓麟，過靜珺，程鵬飛，等.CH 8016－95.全球定位系統（GPS）測量型接收機檢定規程[S］.北京：測繪出版社，1995.

[6]翟清斌，張 銳，方愛平，等.CH/T 8018－2009.全球導航衛星系統（GNSS）測量型接收機RTK檢定規程[S］.北京：測繪出版社，2010.

[7]肖學年，岳建利，張 鵬，等.GB/T 18314－2009.全球定位系統（GPS）測量規范[S］.北京：中國標準出版社，2009.

[8]駱光飛，楊 洪，葛中華，等.CH/T 2009－2010.全球定位系統實時動態測量（RTK）技術規范[S］.北京：測繪出版社，2010.

[9]李秀山，易昌華，孫紹斌，等.SY/T 5171－2011.陸上石油物探測量規范[S］，北京：石油工業出版社，2011.

[10]李征航，黃勁松.GPS測量與數據處理[M］.2版.武漢：武漢大學出版社，2012.

[11]陶本藻.測量數據處理的統計理論和方法[M］.北京：測繪出版社，2007.

GNSS Receiver Monitoring and Its Experimental Analysis

CHANG YI1，XU Qingru1，LIU Hongxi2，YANG Rong1，SI Haixin1，ZHANG Junxian1
（1.Changqing Department of Work in Division of Equipment Service，BGP INC.，Yin′chuan 750006，China；2.Equipments and Supplies Section of Work in Division of Equipment Service，BGP INC.，Zhuo′zhou 072750，China）

The theory and methods of GNSS receiver monitoring are introduced.GNSS equipments of different models are tested in Changqing short baseline proving ground and the data is analyzed in this paper，and the experimental data is studied and analyzed.Then we proved that the GNSS equipments have to pass the integrity monitoring after a long distance transportation or before ever use.

GNSS receivers；monitoring；experimental and analysis

P228.4

A

1008－9268（2015）01－0086－05

10.13442/j.gnss.1008－9268.2015.01.020

暢 毅（1963－），男，甘肅鎮原人、高級工程師，主要從事全球衛星導航定位技術及其新技術在石油工程中應用等工作。

徐慶儒（1972－），男，甘肅會寧人、助理工程師，主要從事石油物探測量放樣及數據處理工作。

劉洪喜（1975－），男，遼寧瓦房店人，工程師，主要從事石油測量工程及其新技術應用等工作。

2014－01－13

聯系人：暢毅E－mail：chp＿2001＠163.com