【国家计量标准(JJ)】 全球定位系统(GPS)接收机(测地型和导航型)校准规范

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中华人民共和国国家计量技术规范JJF1118-2004
全球定位系统（GPS）接收机
（测地型和导航型）校准规范
Calibration SpecificationforGlobalPositioning System (GPS) Receiver2004-06-08发布
2004-09-01实施
国家质量监督检验检疫总局发布JJF1118—2004
全球定位系统（GPS）接收机
（测地型和导航型）校准规范
Calibration Specification forGlobalPositioningSystem（GPS）ReceiverJJF 1118-—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2004年09月01日起施行。
归口单位：
主要起草单位：
参加起草单位：
全国几何量角度计量技术委员会中国地震局地震研究所
湖北省计量测试技术研究院
武汉大学CPS工程技术研究中心
本规范委托归口单位负责解释
本规范主要起草人：
付辉清
何幼平
参加起草人：
张志峰
陈建强
高振东
JJF1118—2004
（中国地震局地震研究所）
（中国地震局地震研究所）
（湖北省计量测试技术研究院）（中国地震局地震研究所）
（湖北省计量测试技术研究院）（湖北省计量测试技术研究院）（武汉大学GPS工程技术研究中心）1
引用文献
5计量特性
外观及各部件的相互作用
5.2数据后处理软件及功能
JJF 1118--2004
5.3测地型GPS接收机天线相位中心一致性5.4
测地型GPS接收机的测量误差
导航型CPS接收机的定位误差
6校准条件
6.1环境条件
6.2校准用标准器及其他设备
7校准项目和校准方法
7.1外观及各部件的相互作用
7.2数据后处理软件的功能
7.3测地型GPS接收机天线相位中心一致性7.4测地型GPS接收机的测量误差7.5导航型GPS接收机的定位误差8校准结果表达
9复校时间间隔
附录AWGS-84大地坐标系的有关说明附录B
测量型GPS接收机定位误差的测量不确定度分析附录C校准结果格式
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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：
JJF1001--1998通用计量术语及定义JJF1059一1999测量不确定度评定与表示GB/T18314一2001全球定位系统（GPS）测量规范GB/T18214.1一2001全球导航卫星系统（GNSS）第1部分：全球定位系统（GPS）接收设备性能标准、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［geometricaldilutionofprecision（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0.2m~24m范围内的标准长度。3.4RTD测量（realtimedifferential）实时伪距差分测量。
3.5RTK测量（realtimekinematic）实时动态测量。
3.6天线相位中心（antennaphasiccenter）天线相位中心（平均天线相位中心averageofantennaphasiccenter）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1984【world geodetic system1984（WGS-84)]由美国国防部在与WGS72相应的精密星历NSWC9Z-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1
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定位中解算的基线向量属于WGS~84大地坐标系（WGS84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人误差，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GPS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1mm。5.1.2锁定卫星能力不大于15min，RTK与RTD初始化时间不大于3min。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接收机天线相位中心一致性天线在不同方位下测定同一基线的变化值△d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（a+b×D），则GPS接收机测量结果标准差用式（1）计算：
=Va?+(b×D)
式中：g——标准差，mm；
a-—固定标准差，mm;
6——比例标准差，为1×10-‘；D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
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中、长距离测量的误差△d应符合下列要求：观测距离D≤5km时，△d,≤α
观测距离D>5km时，△d,≤2o
式中：Ad，Adz基线向量与已知长度值之差，mm；6
一GPS接收机标准差，mm。按公式（1）计算；5.4.2.2RTK与RTD坐标比对测试
RTK与RTD坐标比对测量误差△d,，△d应≤2o。△d,，△d，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
6.1.1CPS接收机校准场应选择在地质构造坚固稳定，利于长期保存，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，周围无强电磁信号干扰，点位环视高度角15°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
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长度范围D
200mm~24m
24m≤D<2000m
2000m6.2.2.1超短基线可由4个以上观测墩组成，观测墩面在同一高程平面上。6.2.2.2短基线的长度可在2000m内任意选取，但不得少于6段距离。6.2.2.3中、长基线分10km，15km，20km，25km，30km等长度，可与超短基线、短基线的点相关连组成网，所组成各种长度不少于2段。6.2.3校准场各种距离的标准（偏）差6.2.3.1超短基线标准【偏］差不得大于1mm3
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6.2.3.2短基线和中、长基线标准［偏］差（a+6×D）应满足表2的要求：表2
基线分类
短基线
中、长基线
固定误差a/mm
6.2.4动态校准和定位准确度校准用小网比例误差系数b
在能满足GPS仪器观测条件的任意场地上，建立10~15个地面点（无须强制对中点），点位之间距离在几十米至数百米范围分布，用高准确度全站仪进行距离和坐标的确定。标准【偏］差按上述指标控制。7校准项目和校准方法
在使用CPS仪器进行测量时，应按仪器操作要求和CPS测量规范（GB/T18314-2002）的要求进行工作。一般情况下将仪器的采样率设置为15”、高度角设置为15°。当开机工作后，应记录开机时间，观察仪器的显示，检视仪器的工作状况。正常锁住卫星的时间不大于15min。RTK和RTD初始化时间不大于3min。7.1外观及各部件的相互作用
目测及试验。
7.2数据后处理软件的功能
通过自测及实例计算进行检验。7.3测地型GPS接收机天线相位中心一致性（天线任意指向）用相对定位法检定天线相位中心一致性时，在超短基线或短基线上先将GPS接收机、天线按CB/18314要求正确安置，按统一约定的方向指向北，观测个时段。然后固定一个天线，其余天线依次转动90°，180°，270°，各观测一个时段。分别求出各时段基线向量，最大值与最小值之差应小于GPS接收机的标称固定标准差。7.4测地型GPS接收机的测量误差在GPS校准场上进行，分短基线测量和中、长基线测量。7.4.1短基线测量
在GPS检定场的短基线上进行。：按GPS.仪器的正确操作方法工作，调整基座使GPS接收机天线严格整平居中，天线按约定统一指向正北方向，天线高量取至1mm。每台GPS接收机必须保证同步观测时间在1h以上，两台套的测试结果不得少于3条边长。经随机软件解算出的基线与已知基线值比较，其差值应小于GPS接收机的标称标准差。若GPS接收机标称值为（a+bXD）则CPS接收机测量误差的最大允许误差按式（1）计算。
7.4.2中、长距离测量
7.4.2.1已知长度比较测量
在已知中、长距离上按静态测量模式进行观测，最短观测时间见表3。4
基线长度分类
D≤5km
5km15kmD>30km
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最短观测时间（h）
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。
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，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同一坐标系下用直角坐标进行比较，定位误差由式（2）计算：
8=(X - X)+ (Y, -Y.)2
式中：一定位误差，m;
X：测试数据X轴方向分量；
Y,--—测试数据Y轴方向分量;
X-标准点 X轴方向分量；
Yo——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况确定，建议为1年。(2)
附录A
A.1地球椭球基本参数
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WGS84大地坐标系的有关说明
长半径a=6378137m
地球引力常数（含大气层）GM=3986005×10°m2·s-2正常化二阶带谐系数C2.0=-484.16685×10-6地球自转角速度w=7292115×10-1rads-1A.2主要几何和物理常数
短半径6=6356752.3142m
扁率α=1/298.257223563
第一偏心率平方e2=0.00669437999013第二偏心率平方e2=0.006739496742227椭球正常重力位U。=62636860.8497m2·s-2赤道正常重力加速度。=9.9703267714ms-2A.3WGS-84（G730）大地坐标系GM=3986004.418×10°m·s-2，其他地球椭球基本参数及主要几何和物理常数同A.1，A.2规定。6
附录B
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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.1与已知基线比对数学模型
Ad=D-d
式中：Ad——定位误差；
D-CPS接收机解算值;
d基线长度值。
B.2不确定度来源
标准装置误差引入的不确定度分量：u，GPS接收机安置误差引入的不确定度分量：2GPS接收机分辨力引人的不确定度分量：u3因此
u(Ad)=ci+cz+3
式中： C = C2 = C3 =1wwW.bzxz.Net
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(B.1)
按GB/T18314一2001《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：
=3 +(0.01c×10-6)(mm)
式中：c-相邻点距离，mm。
估计基线长度误差在±。范围内按正态分布变化，故c<50000mm时，g=3.00mm
u,=c/3=3.00mm/3=1.00mm
估计其相对不确定度为10%，故自由度 = 50
B.3.2GPS接收机安置误差的不确定度分量u2GPS接收机安置采用强制归心孔，其安置误差可控制在±0.1mm范围内，安置误差按对称区间均勾分布，故
uz = 0.1mm//3 = 0.06mm
估计其相对不确定度为20%，则自由度2 = 12
B.3.3GPS接收机分辨力的不确定度分量u3GPS接收机分辨力为1mm，故
us = 0.290, = 0.29 × 1mm = 0.29mm7
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