JJF 1118-2004 全球定位系统(GPS)接收机(测地型和导航型)校准规范.pdf

1、ZTZTEZ 中华人民共和国国家计量技术规范JJF 1118-2004 全球定位系统(GPS)接收机(测地型和导航型)校准规范Calibration Specification for Global Positioning System (GPS) Receiver 2004 - 06 -08发布2004 - 09 -01实施国家质量监督检验检痊总局发布JJF 1118- 2004 全球定位系统(GPS)接收机(测地型和导航型)校准规范Calibration Specification for Global Positioning System (GPS) Receiver JJF 1118-

2、2004 本规范经国家质量监督检验检疫总局于2004年06月08日批准，并自24年09月01日起施行。归口单位:全国几何量角度计量技术委员会主要起草单位:中国地震局地震研究所湖北省计量测试技术研究院参加起草单位:武汉大学GPS工程技术研究中心本规范委托归口单位负责解释JJF 1118- 2004 本规范主要起草人:付辉清(中国地震局地震研究所)凌模(中国地震局地震研究所)何幼平(湖北省计量测试技术研究院)参加起草人:张志峰(中国地震局地震研究所)陈建强(湖北省计量测试技术研究院)周强(湖北省计量测试技术研究院)高振东(武汉大学GPS工程技术研究中心)JJF 1118-2004 目录1 范围(1

3、)2 引用文献(1 ) 3 术语(1) 4 概述(2)5 计量特性(约5.1 外观及各部件的相互作用(2)5.2 数据后处理软件及功能(约5.3 测地型GPS接收机天线相位中心一致性(2)5.4 测地型GPS接收机的测量误差(2)5.5 导航型GPS接收机的定位误差(约6 校准条件(3)6.1 环境条件(3)6.2 校准用标准器及其他设备(3)7 校准项目和校准方法(的7.1 外观及各部件的相互作用(创7.2 数据后处理软件的功能(的7.3 测地型GPS接收机天线相位中心一致性(川7.4 测地型GPS接收机的测量误差(的7.5 导航型GPS接收机的定位误差(引8 校准结果表达(5)9 复校时间

4、间隔(5)附录AWGS -84大地坐标系的有关说明(6)附录B测量型GPS接收机定位误差的测量不确定度分析(7)附录C校准结果格式(引JJF 1118- 2004 全球定位系统(GPS)接收机(测地型和导航型)校准规范1 范围本规范适用于各种准确度的测地型和导航型全球定位系统(GPS)接收机(以下简称GPS接收机)的校准。2 引用文献本规范引用下列文献:刀F1001-1998通用计量术语及定义刀F1059-1999测量不确定度评定与表示GB/T 18314-2001全球定位系统(GPS)测量规范GB/T 18214.1-2001全球导航卫星系统(GNSS)第1部分:全球定位系统(GPS) 接收

5、设备性能标准、测试方法和要求的测试结果使用本规范时，应注意使用上述引用文献的现行有效版本。3 术语3 . 1 观测时段(observationsession) 测站开始接收卫星信号到停止接收，连续观测的时间间隔称为观测时段，简称时段。3.2 几何精度因子geometricaldilution of precision (GDOP) 因用户和所选星座间的几何关系引起定位误差的放大因子。GDOP值越小，定位精度越高。3 . 3 超短基线(mini- baseline) 指标准值在O.2m-24m范围内的标准长度。3 .4 RTD测量(realtime differential) 实时伪距差分测量。

6、3.5 RTK测量(realtime kinematic) 实时动态测量。3.6 天线相位中心(antennaphasic center) 天线相位中心(平均天线相位中心averageof antenna phasic center)是指微波天线的电气中心。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。3 .7 世界大地坐标系1984world geodetic system 1984 (WGS - 84) 由美国国防部在与WGS72相应的精密星历NSWC- 9Z -2基础上，采用1980大地参考数和BIH1984.0系统定向所建立的一种地心坐标系。GPS卫星

7、星历是以WGS-84大地坐标系为根据建立的，GPS单点定位的坐标和相对JJF 1118-2004 定位中解算的基线向量属于WGS-84大地坐标系(WGS一84大地坐标系的有关说明见附录A)。为了避免坐标系之间变换而带入误差，本规范所有检测数据的比对均应使用WGS -84坐标。4 概述全球定位系统(GPS)主要由三大部分组成。即空间星座部分、地面监控部分和用户部分。全球定位系统(GPS)的空间星座部分和地面监控部分是用户应用该系统进行导航和定位的基础。用户只有通过用户设备(即GPS接收机)才能实现应用GPS进行测量和导航、定位的目的。GPS接收机一般由天线、接收机和控制器组成。主要任务是接收GP

8、S卫星发射的信号，以获得必要的导航和定位信息等观测数据，并经数据处理而完成测量和导航、定位的工作。GPS接收机按用途可分为测地型、导航型和时钟型。5 计量特性5.1 外观及各部件的相互作用5. 1. 1 天线、基座水准器应正确，光学对中器的对中误差小于lmm。5. 1.2 锁定卫星能力不大于15min，RTK与RTD初始化时间不大于3mn。5 . 2 数据后处理软件及功能5.2.1 软件应能正常安装、使用。5.2.2 数据后处理软件的功能应有:a)通讯与数据传输;b)预报与观测计划;c)静态定位与基线向量的解算;d)网平差与坐标转换;e) RTK或RTD解算。5.3 测地型GPS接收机天线相位

9、中心一致性天线在不同方位下测定同一基线的变化值6d应小于GPS接收机标称的固定误差。5 .4 测地型GPS接收机的测量误差5 .4.1 短基线测量短基线测量的测量误差应小于GPS接收机的标称标准差。GPS接收机标称标准差为(+bxD)，则GPS接收机测量结果标准差用式(1 ) 计算:= J a2 + ( b x D)2 、，tA ，E、式中:一一标准差，mm; r一固定标准差，mm; b一一比例标准差，为1x 10 -6; D一一所测距离，km (不足500m按500m计算)。2 5 .4.2 中、长基线测量5 .4.2.1 基线比对测试JJF 1118- 2004 中、长距离测量的误差b.d

10、应符合下列要求:观测距离D，三5km时，b.d)运观测距离D 5km时，b.d2:三2式中:b. d) , b.d2一一基线向量与已知长度值之差，mm; 一-GPS接收机标准差，mm。按公式(1)计算;5.4.2.2 RTK与RTD坐标比对测试RTK与RTD坐标比对测量误差b.dxb.dy应运2。b. dx b.dy为解算出的坐标与已知坐标之差，单位mm。5.5 导航型GPS接收机的定位误差标准点坐标和GPS接收机所测得的坐标应在同一坐标系下用直角坐标进行比较，其定位误差不大于GPS接收机出厂的标称值。6 校准条件6 .1 环境条件6. 1. 1 GPS接收机校准场应选择在地质构造坚固稳定，利

11、于长期保存，交通方便，便于使用的地方建设。6. 1.2 各点位应埋设成强制归心的观测墩，周围元强电磁信号干扰，点位环视高度角150以上应无障碍物。6. 1. 3 校准场点位布设应含有超短距离、短距离和中长距离，组成网形以便进行闭合差检验。6.2 校准用标准器及其他设备6.2.1 校准场标准长度的分类基线长度分类超短基线短基线中、长基线6.2.2 校准场各种基线的组成数量表1长度范围D200mm - 24m 24m主:;D 30km 4.0 观测数据用随机处理软件进行解算，所解得的基线向量与已知基线值之差作为校准结果。7 .4.2.2 已知坐标比较测量GPS接收机安放在标准检定场的已知坐标点上，

12、按测量规范规定进行观测。所解算出的坐标与已知坐标之差作为校准结果。7 . 5 导航型GPS接收机的定位误差在GPS校准场上进行。按仪器操作要求正确安置和操作仪器，记录测量数据，经解算GPS接收机所得点位坐标与标准点的坐标在间一坐标系下用直角坐标进行比较，定位误差由式(2)计算: =J (Xi - XO)2 + (兄一YO)2式中:一一定位误差，m; X一一测试数据X轴方向分量;Y;一一测试数据Y轴方向分量;XO一一标准点X轴方向分量;几一一标准点Y轴方向分量。8 校准结果表达经校准的GPS接收机，填发校准证书并给出校准结果及测量不确定度的值。9 复校时间间隔复校时间间隔由送校单位根据实际使用情

13、况确定，建议为1年。(2) 5 JJF 1118-2制)4附录AWGS-84大地坐标系的有关说明A.1 地球椭球基本参数长半径=6378 137m 地球引力常数(含大气层)G M = 3 986 005 x 108 m 3 5 - 2 正常化二阶带谐系数C2.0= - 484 . 166 85 x 10-6 地球自转角速度=7 292 115 x 10 - 11 rad 5 - I A.2 主要几何和物理常数短半径b= 6356752.3142 m 扁率=11298.257 223 563 第一偏心率平方e2= O.6 694 379 990 13 第二偏心率平方e，2=0.006739496

14、742227 椭球正常重力位u0 = 62 636 860.849 7 m2 5 - 2 赤道正常重力加速度。=9.9703267714m5-2 A.3 WGS - 84 (G730)大地坐标系GM= 3986004.418 x 108m3 5-2，其他地球椭球基本参数及主要几何和物理常数同A.l，A.2规定。6 JJF 1118-2例4附录B测量型GPS接收机定位误差的测量不确定度分析测量型GPS接收机定位误差通过和已知边长比对测试予以确定。B.l 与已知基线比对数学模型式中:b.d-定位误差;D一-GPS接收机解算值;d一一一基线长度值。B.2 不确定度来源b. d = D - d 标准装

15、置误差引人的不确定度分量:u , GPS接收机安置误差引人的不确定度分量:U2 GPS接收机分辨力引人的不确定度分量:u3 因此u; (b.d) = c u + c;:+ciui 式中:cJ = C2 = c3 = 1 B. 3 标准不确定度的评定B.3 . 1 基线长度误差的不确定度分量U，(B.1 ) (B.2) 按GB/T18314-2001全球定位系统(GPS)测量规范要求，AA级基线长度误差(精度)用下式表示:= J 3 2 + (0.01 C x 10 - 6 ) 2 ( mm) 式中:C一一相邻点距离，mm。估计基线长度误差在土范围内按正态分布变化，故c 50000mm时，=3.

16、mm u , =/3 = 3. 00mm/3 = 1. OOmm 估计其相对不确定度为10%，故自由度， =50 B.3.2 GPS接收机安置误差的不确定度分量问GPS接收机安置采用强制归心孔，其安置误差可控制在土O.lmm范围内，安置误差按对称区间均匀分布，故问=O.lmm/疗=0.06mm 估计其相对不确定度为20%，则自由度2 = 12 B.3.3 GPS接收机分辨力的不确定度分量问GPS接收机分辨力为lmm，故3 = 0.29x = 0 . 29 x lmm = 0.29mm 7 JJF 1118- 2004 3 = 00 B .4 合成标准不确定度及有效自由度按式(B.2)计算:Uc

17、 (t:. d) = 5.，2 +0. 062 +0.292 = l.04mm 依韦尔奇一萨特思韦特公式计算:eff = 57 B.5 扩展不确定度取置信概率为9913毛，k99 = t99 (57) = 2.68 U99 = k99 X Uc (t:. d) = 2.68 x 1.04 = 2.8mm 8 附录C序号2 3 4 5 JJF 1118- 2004 校准结果格式校准结果主要校准项目外观及各部件相互作用数据后处理软件及功能测地型GPS接收机天线相位中心一致性测地型GPS接收机的测量误差导航型GPS接收机的定位误差校准结果9 -10ON-叫田间v嗣同同中华人民共和国国家计量技术规范全球定位系统(GPS)接收机(测地型和导航型)校准规范JJF 1118-2004 国家质量监督检验检瘟总局发布中国计量出版社出版北京和平里面街甲2号邮政编码刚刚3电话(010)64275衍。E-mail 北京市油鑫印刷厂印刷新华书店北京发行所发行版权所有不得翻印9峰880 mm x 1230 mm 16开本印张1字数13千字2佣4年8月第1版2004年8月第1次印刷印数1-2000统一书号155026- 1806 定价:14.元