测量型GPS仪器比较

摘要：本论文以科学的方法对Trimble、Ashtech、南方测绘三个厂家GPS信号接收机和数据后处理软件进行比较。首先从GPS的发展历史和现状及其存在的问题进行分析研究，结合GPS系统和信号接收机的原理，对GPS结构等不同的方面进行分析比较，然后比较分析了各型号GPS的物理指标、精度指标和性能，并对各型号GPS对应的数据后处理软件进行了实验分析。最后是通过比较得出结论和对测量工程选用GPS仪器提供一些建议。

引言

对测量型GPS仪器的比较的目的就是比较测量型GPS仪器的基本原理，大体结构，特点及各种GPS之间的优缺点，从而更好的利GPS为我国的测绘事业服务。

1 GPS系统简介

全球定位系统（Global Positioning System - GPS）由空间星座部分、地面监控部分和用户接收设备三大部分组成。GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。

2 GPS接收机分类

GPS 分类：

1）按工作原理分为：码接收机、无码接收机、集成接收机。

2）按用途接收机可分为：测地型接收机、导航型接收机、定时型接收机。

3）按所用载波频率多少分为：单频接收机、双频接收机。

3 各厂家仪器技术指标及性能的比较

目前国外的GPS品牌主要有美国天宝、瑞士徕卡、日本拓普康、美国Ashtech；国内的GPS品牌主要有中海达、华测和南方测绘，下面对美国天宝、Ashtech、中国南方测绘几家公司及产品作一个简单的介绍和比较。

3.1各型号GPS精度比较

首先GPS的精度指标非常重要。现将几种型号GPS的精度指标表整理如下：

RTK水平精度为：±1cm+1ppm的仪器型号为：南方S82、s86、Trimble5700、Trimble5800，Z-Xtreme 的RTK水平精度为±1cm+2ppm。

RTK高程精度为：±2cm+1ppm的仪器型号为：南方S82、s86、Trimble5700、Trimble5800，Z-Xtreme 的RTK高程精度为±2cm+2ppm。

静态水平精度：南方S82、s86为±3mm+1ppm、Trimble5700、Trimble5800为 ±5mm+0.5ppm，Z-Xtreme为±5mm+1ppm。

静态高程精度：南方S82、s86、Trimble5700、Trimble5800都为 ±5mm+1ppm，Z-Xtreme为±10mm+1ppm。

4 各种GPS数据后处理软件介绍

实验目的：用三种不同的数据后处理软件处理同一台GPS接收机采集的数据，进行比较。

测量设置：数据采样间隔15s，高度角15°。天线高精确量取到天线相位中心。

实验方法：首先，采用2台美国Timble GPS 5700进行静态测量，将采集的数据文件转换成RENIX（Receiver Independent Exchang）格式文件，然后用3种厂家的数据处理软件，分别是Trimble 的Trimble Geomatics Office、Ashtech 的solutions和国产南方测绘 GPS 4.402对采集的数据进行处理。

数据采集：将2台Trimble GPS 5700 安置在标准基线两端，同时开机进行静态同步观测60min。（本实验数据是作者参与某一矿区GPS三等测量采集的数据）

数据处理：首先，将*.dat文件转换为REINX文件，然后用3种GPS后处理软件分别进行基线处理。数据处理时三种软件均采用相同的参数设置，数据处理过程中，不对数据进行干预处理。数据处理结果见表4-1：

从表4-1可以看出，3种GPS软件处理相同数据时基线解算值之间有一定差别，但基线的差值都在允许误差之内，静态测量精度基本满足Trimble 5700 静态测量的的标称精度±（5+0.5×10-6D）mm。由数据比较可以看出GPS后处理软件也是引入不确定度的来源之一，这通常是由GPS软件数学模型和算法不完全相同、不完善所致。

采用同样的方法，用Ashtech GPS 和南方测绘灵瑞S86采集静态数据，转换成REINX格式数据后用三种软件解算。

从组实验可以看出，不同GPS数据后处理软件性能和精度有一定差别，而且GPS软件能给测量结果带来一定的误差，是引入误差不确定度的来源之一。从实验的结果还能发现，进口GPS接收机采集的数据质量较好，软件精度高，国产GPS产业还要努力提高产品硬件性能，并完善数据后处理软件的功能，提高其精度水平。

表4-1 不同GPS软件处理Trimble 5700静态数据结果

5 结论

通过对上述各种仪器的比较，我们可以得以下结论：

1）从功能上来看，近几年各厂家所生产的GPS接收机功能逐渐强大，由原来的只能做静态测量到现在的实时动态差分测量（RTK）以及网络CORS测量系统，GPS的功能正逐步完善。

2）从设计角度来看，无论是外型设计还是软件设计，国外GPS厂家所生产的仪器，与国内公司所生产的仪器相比显得灵活，国产GPS还需进一步提高。

3）从系统软件上看，国外的数据后处理软件更加成熟，功能更加强大，解算精度更高，国产软件在这方面还有待改进。

4）在选用GPS仪器时：对于高精度的测量项目，需要选用精度高的测量仪器，如果经费充足，建议选购进口仪器，因为进口仪器精度高，稳定性好；对于一般的测量项目，可以选用国产的仪器，国产仪器精度能够满足大多数的测量任务，而且价格比较低，是一般测量单位首选仪器；在特殊的环境下，如在潮湿、风比较大的环境下测量，则需要选用防水和抗摔的仪器。总之，各种仪器有各自的优势，应结合实际情况选用仪器。