gpsgps测量精度探讨_中华文本库
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收稿日期：
作者简介：，张孝军，男，长江水利委员会水文局汉江水文水资源勘测局，高级工程师。
GPS RTK 技术的测量精度探讨
（长江水利委员会汉江水文水资源勘测局，湖北丹江口442700）
摘要：GPS RTK 定位技术，
因其直观快捷、实时性强、点位误差不累积等优点在测绘生产中得到了普遍的使用，其误差由GPS 的定位误差与坐标转换误差组成。针对信号遮挡、流动站距基准站距离以及流动站与基准站两点的相对高差3种影响GPS 定位误差的因素，做了大量的比测与深入的探讨，得出了GPS RTK 定位精度受信号遮挡的影响较大；流动站距基站距离的影响与距离成正比；流动站与基准站的高差较小时，高差的变化对测量精度无明显影响的结论。关
词：GPS RTK 技术；测量精度；影响因素；比测分析；探讨中图分类号：P228.4文献标识码：A
GPS 定位技术给传统的工程测绘
（光学法）带来了彻底性的革命。它具有操作简便、定位精度高、不受天气与通视条件的限制等特点，受到了测绘行业的青睐。特别是GPS RTK （Real Time Kinematic ）
平面实时定位技术，因其操作快捷、直观、定位精度高、实时性强、自动化程度高、点位误差不累积等优点，从而具有3大优势：①实时掌握定位精度，操作方便快捷；②快速施测碎
部的地形与地貌，并能数字成图；③能事先输入设计点坐标，进行工程放样等。
RTK 定位技术的工作原理及其测量误差
RTK 定位技术是基于实时载波相位差分的实时动态定位技
术。在RTK 作业模式下，基准站除了采集卫星数据外，还要通过数据链将其观测值和站点坐标信息一起传送给流动站。流动站在采集卫星数据的同时，还要接收来自基准站的数据链，并在系统内对采集和接收的两组数据，进行实时载波相位差分的处理，得出定位结果。RTK 又可细分为修正法和差分法：修正法是将基准站的载波相位修正值发送给流动站；改正流动站接受到的载波相位，流动站再求解坐标，也称准RTK ；差分法是将基准
站采集到的载波相位，发送给流动站，再由流动站求差解算坐标，又称真正的RTK 。
2.2测量误差
RTK 的测量误差包括两个方面：①GPS 的定位误差，
它在实时测量时可以从手簿上看到，也会被记录在手簿内相应的LOG 文件中；②坐标转换带来的误差，
它主要由投影误差和已知点传递的误差组成，但已知点传递的误差影响较大。一般情况下，人们关注的主要是GPS 的定位误差。RTK 法实时提供的
流动站点在指定坐标系中的三维定位结果，其平面定位精度可达到1cm +1ppm ，高程定位精度达到20mm +2ppm 。
操作注意事项
正确地设置参数
开始测量之前，要在TSC1控制手簿中新建一个项目，根据
操作手册设置与测区相应的投影参数和椭球参数，建立对应的坐标系统。以汉江中游（北京54坐标系及37?带）为例，在投影菜单中输入以下参数。①类型：横轴墨卡托投影；②坐标北移：0.0m ；③坐标东移：m ；④原点纬度：0N ；⑤中央子午线：111E ；⑥比例因子：1.0；⑦长半轴：6378245；⑧扁率：298.3。设置完成以后，
要使参数都处于OFF 状态。3.2准确地求解坐标转换参数
GPS 采用的坐标为WGS 84坐标系统
（即1984年世界大地坐标系），而测量时使用的坐标是地方坐标系统，因此，必须先求出两坐标系统之间的转换参数。求转换参数的一般方法是：在测区内选取3个以上待使用（地方）坐标系的已知点（最好均匀分布在整个测区），采用静态同步观测，并将数据导入TGO 软件，在WGS 84坐标系统下进行基线解算和网平差，求出每个已知点精确的WGS 84坐标，采用点校正，求出转换参数。在测区范围较小，已知点较少且分布不均匀时，也可不求转换参数直接进行测量，缺点是控制范围不大，容易引起坐标转换误差。
3.3选择合适的基准站点
基准站的确定是进行RTK 测量的关键，所以在选择时，应注意以下3点：①避免选择无线电干扰强烈的地区；②基准站站点及数据链电台发射天线离地面必须具有一定的相对高度；③为了防止数据链丢失以及多路径效应的影响，
周围应无影响GPS 信号的反射物
（大面积水域、大型建筑物等）。测绘信息网ｗｗｗ．ｏｔｈｅｒｍａｐ．ｃｏｍ网友测绘人资料提供
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什么是GPS高度精度/水平精度 GPS高度精度 VDOP垂直（即高程）坐标的精度强弱度为高程的误差值,在三维坐标系中GPS还有测定高度的一维.高度精度也就是指所测高度的误差值.GPS的水平精度 水平精度也就是GPS卫星判定接收设备在水平面内的精确程度,精度在SA（Selective Availability,美国防部为减小GPS精确度而实施的一种措施）打开时,GPS的水平精度在100-50米之间,视接受到卫星信号的多少和强弱而定.若根据GPS的指示,说你已经到达,那么四周看看,应该在大约一个足球场大小的面积内发现你的目标的.现在SA已经被美国防部关闭,其精度能达到15米以内了.
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GPS高度精度 VDOP垂直（即高程）坐标的精度强弱度为高程的误差值,在三维坐标系中GPS还有测定高度的一维.高度精度也就是指所测高度的误差值.GPS的水平精度 水平精度也就是GPS卫星判定接收设备在水平面内的精确程度,精度在SA（Selective Availability,美国防部为减小GPS精确度而实施的一种措施）打开时,GPS的水平精度在100-50米之间,视接受到卫星信号的多少和强弱而定.若根据GPS的指示,说你已经到达,那么四周看看,应该在大约一个足球场大小的面积内发现你的目标的.现在SA已经被美国防部关闭,其精度能达到15米以内了.
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请问根据GPS坐标点怎么计算面积？
东南点N39°52′48.073″，西北点N39°52′48.690″。此四点间面积多大？能否告知详细计算方法，E114°81′20.855″，西南点N39°52′47.276″，E114°18′19.045″，E114°18′17.809″已知四个GPS点，东北点N39°52′49.432″，E114°18′19.374″
我有更好的答案
一、GPS的概念GPS是美国研究、开发和维持的军民公用的全球定位和导航系统，它是由空间卫星、地面监控、和用户设备3大部分组成。GPS空间部分由21颗工作卫星和3颗在轨道上的备用卫星组成。工作卫星分布在六个轨道平面上，每个轨道面上有四颗卫星。卫星轨道面相对于地球赤道面的倾角为55度，各轨道平面升交点的赤经相差60度，在相邻轨道上卫星的升交距角相差30度。轨道平均高度约为20200km，卫星运行周期为11小时58分。同一观测点上每天出现的卫星分布图形相同，只是每天提前约4分钟。保证地球上任何地点都可以连续同步的观测到至少4颗卫星，从而构成全球定位系统。地面监控部分是通过5个地面站进行的，包括1个总监控站和4个分站。5个监控站主要是随时跟踪GPS卫星，修正卫星的轨道、时间以及它们的定位参数。用户部分指GPS接收系统，包括军用和民用两种。民用主要应用于气象、地矿、测绘、农林、水利、交通、海洋、城建等行业。二、 GPS的原理GPS的定位原理基于三角几何理论。一维测量可以确定一个球面，二维测量可以确定一个圆，三维测量可以确定2个点，四维测量可以确定一个点，所以GPS要想达到精确定位，最基本的要求是GPS接收系统至少收到4颗卫星的信息。GPS工作过程是GPS接受器通过天线接受卫星信号，并将信号分离成GPS 码和载体，然后GPS接受器将自己产生的复制码与接受码比较，并使其移动直到与接受码最大相关。当接受GPS卫星信号后，利用GPS卫星信号传输到GPS接受器的时间和光速的关系，GPS接受器自动计算出GPS卫星到GPS接受器之间的距离。由此可见，GPS定位的核心是时间的确定。GPS卫星上用的是原子钟，其误差达到百万分之一到亿分之一秒，即可保持3万年至7百万年内的误差不超过1秒。三、 GPS的误差影响GPS定位精度的主要因素有：可选择性（SA）、卫星位置误差、卫星时钟误差、接受器时钟误差、大气对流层等，其中SA造成的误差最大，2000年5月美国取消了SA政策，单机定位的精度得到极大提高。一般水平误差5米左右，垂直误差15米最左右。四、 GPS的坐标系统GPS接受器是以WGS84坐标系（经纬度坐标系）为根据而建立的。我国目前应用的1：5万的地形图属于1954年北京坐标系（BJ54）或1980年国家大地坐标系,通常我们叫它公里网坐标。但GPS接受器的已经预设了WGS84和公里网坐标之间进行坐标转换的公式，因此我们只要将必要的参数输入GPS接受器，即可自动转换。参数如下：LONGITUDE ORIGIN:（中央经线）E117°00.000′SCALE:（投影比例）1.0000000FALSE ′E′（东西偏差） mT FALSE ′N′（南北偏差）0.0 mT因为WGS84坐标系与公里网坐标系统之间通常有80-120米的差值，要获得较为精确的公里网坐标，还需要进行精确校正，各地区参数略有不相同，我们通常采用北京市的参数。参数如下：DX: 28 mT DY: -145 mT DZ: -77 mT DA: -108 mT DF: 0..0000005) mT五、 用已知坐标点校正GPS的误差1、用GPS去测量已知坐标点得到坐标XGPS和YGPS；2、计算两者的差值：△X=XGPS-X已知 △Y= YGPS-Y已知3、计算FALSE ′E′（东西偏差）和FALSE ′N′（南北偏差）东西偏差=500000-△X 南北偏差=0-△Y4、更改GPS 参数中的FALSE ′E′（东西偏差）和FALSE ′N′（南北偏差）要取得精确的坐标点，只能从测绘部门得到，但我们也可通过地理信息系统中的配准后的地形图中测得较为准确的公里网坐标点。关机或更换电池一般不会造成系参数的丢失，所以系统参数设定完成后，最好不要轻易改动，以免因误操作使参数改动，造成不必要的错误。另外，由于卫星信号波长的原因，一般情况下，在混凝土建筑物中，GPS很难收到信号，不能进行定位和导航操作。
两点之间都按直线闭合计算。
两点之间都按直线闭合计算。
不知道怎么算两点间的距离啊
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4种DGPS模块动态定位精度测试与分析
第 31 卷 第 1 期 华南农业大学学报 . 31, No. 1 Vol 2010 年 1 月 Journal of South China Agricultural University Jan. 20104 种 D GPS模块动态定位精度测试与分析张智刚 , 罗锡文 , 胡 炼 , 吴晓鹏(南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验室 ,华南农业大学 工程学院 ,广东 广州 510642)摘要 : 采用 RTK2 DGPS为参照 ,对 GARM I N GPS15L、 Ublox LEA 2 4S、 Gstar GS2 87 和 Gstar GS2 89m 2 J 共 4 种 DGPS模块 在单机模式 、 地面伪距差分模式和卫星差分 模 式 下的 动态 定位 精度进 行了 测试和 分析 . 结果 表明 : ( 1 ) 对于GARM I N GPS15L 和 Ublox LEA 2 4S,单机定位精度为米级 ,使用地面伪距差分定位可分别提高动态定位精度 20%和 87% ; ( 2 )总体上看 , DGPS模块的地面伪距差分定位精度优于卫星差分定位 , 卫星差分定位精度优于单机定位 ; (3)在视野狭窄地段 ,无论单机定位 、 伪距差分定位还是卫星差分定位 ,动态定位精度都受到一定影响 ,和视野开阔地段相比 ,精度明显下降 . 关键词 : GPS; 伪距 ; 动态定位 ; 测试 中图分类号 : S21911; TP242 文献标识码 : A 文章编号 : X (02 206Study on D ynam ic Position in g Prec ision of 4 K in ds D GPS M odulesZHANG Zhi2gang, LUO Xi2 wen, HU L ian, WU Xiao 2 peng( Key Laboratory of Key Technology on Agricultural M achine and Equipment,M inistry of Education, College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)Abstract: RTK2 DGPS was used as the reference to evaluate the dynam ic positioning p recision of GARM I N GPS15L , Ublox LEA 2 4S, Gstar GS2 87 and Gstar GS2 89m 2 J GPS modules . The test conclusion included: ( 1 ) The absolute positioning p recisions of GARM I N GPS15L and Ublox LEA 2 4S were m eter level, using p seudo range differential correction, the positioning p recision could be i m p roved by 20% and 87% , re2 ( 2 ) The ground p seudo range differential positioning p recision was better than M SAS satellite differential positioning,M SAS satellite differential positioning p recision was better than single module po 2 ( 3 ) The dynam ic positioning p recision would be effected remarkably by environment condition. Key words: GPS;
test GPS定位技术因其具有精度高 、 速度快 、 无需通 视、 操作简便 、 全球布网 、 全天候作业 、 三维坐标定 位、 精确授时测速等特点 , 在车辆导航 、 大地测量 、 精 细农业 、 资源调查等技术领域获得广泛应用 . 随着差 分 GPS定位技术的不断发展 , GPS 定位精度不断提 高 , RTK2 DGPS 的定位精度甚至可达厘米级 . 各 GPS 制造商顺 应这种 发展 趋势 , 推 出了 多 种 廉 价 差 分GPS芯片或者模块 , 使各种 GPS 技术集成应用更加便利 . 不同的 GPS技术应用领域或系统 ,对 GPS定位 精度有不同的要求 . 因此 , GPS定位精度成为各类相 关应用行业关注的焦点 , 随之而来的问题是如何有 效评估 GPS接收机 、 模块甚至芯片的定位精度 .GPS定位精度可分为静态定位精度和动态定位精度 2 种 ,相应的测试方法有所不同 . 静态定位精度 收稿日期 :
06 作者简介 : 张智刚 ( 1977 ―) ,男 ,讲师 ,博士 ; 通讯作者 : 罗锡文 ( 1945 ―) ,男 ,教授 ,硕士 , E2 mail: xwluo@ scau. edu. cn(
) ; 863 计划专题项目“ 基金项目 : 863 计划重大项目“ 农田作业机械智能导航控制技术与产品研发 ” 果树果 ( ) ; 广东省科技计划项目“ ( 10 2 摘机器人关键技术研究 ” 拖拉机辅助导航系统 ” 5) ; (
) 广东省自然科学基金“ 基于神经网络的轮式农业机械导航控制算法研究 ”?
China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.http://www.cnki.net 第 1期 张智刚等 : DGPS模块动态定位精度测试与分析 103的测试与评估方法较为简单 , 如常用的圆概率误差 ( CEP )方法 、 距离均方根误差 ( DRM S) 方法 , 国内外 相关文献 [ 1 2 2 ]均有提及 ,许多 GPS制造商采用静态 定位精度指标表明其 GPS 接收机或模块的精度 . 但 是 ,大多数 GPS应用是在动态条件下进行的 ,静态定 位精度指标是否适用 , 动态定位精度能否满足 GPS 用户的应用需求 ,是 GPS模块选型面临的一个问题 . 国外学者对 GPS动态定位精度的测试方法进行过较 多研究 , 共同特点是以高精度 RTK2 DGPS 定位作为 参考 ,衡量其他 GPS接收机或模块的定位精度 . Han 等[3]m ( CEP ) ,不区分静态和动态应用条件 . 冷启动时间 34 s,温启动时间 33 s,热启动时间 315 s . GPS信号捕获灵敏度 - 144 dBW ; 跟踪灵敏度 - 158 dBW. 可通 过 串 口 输 出 NM EA 版 本 的 GPGGA ,GPGLL , GPGSA , GPGSV , GPRMC 和 GPVTG等信息 ,输出频率可达 4 Hz . 该模块也具有秒脉冲 PPS输出 功能 .1. 3 台湾 Gstar GS 2 87 模块台湾 Gstar GS2 87 是基于 SiRFstar Ⅲ 核心芯片 组的 20 通道 GPS 接收模块 , 支持的差分数据源包 括 : RTCM SC 2 104 ( 211 版 本 ) 、 WAAS、EGNOS 和M SAS . 冷启动时间 42 s, 温启动时间 38 s, 热启动时提出了 pass和 pass to pass 2 类精度指标 , 以评[4]价 GPS动态定位精度 . Taylor等对 GPS 动态定位的横向定位误差进行了傅立叶分析 , 认为其包含明 显的周期性成分 . 由于动态定位精度的测试与评估 方法较为复杂 ,国内对这方面的研究报道还比较少 . 本文以东方红 X 2 804 拖拉机为测试平台 , 采用RTK2 DGPS作为参照 ,对市场上常见的支持伪距差分间 1 s . 单机定位精度 10 m ( 2DRM S) ; WAAS 差分 GPS定位精度 7 m ( 2DRM S) ; RTCM 差分 GPS定位 精度 1 ～5 m. GPS信号跟踪灵敏度 - 159 dBm. 可通 过串口输出 NM EA 版本的 GPGGA、 GPGSA、GPGSV、 GPRMC、 GPVTG、 GPGLL 和 GPZDA 等信息 ,定位的 GARM I N GPS15L 模块 、 Ublox LEA 2 4S模块和 支持卫星差分定位 Gstar GS2 87 模块 、 Gstar GS2 89m 2 J 模块的动态定位精度进行了测 试 , 分析了 这 4 种DGPS定位模块的定位性能 , 为相关应用行业的 GPS输出频率为 1 Hz .1. 4 台湾 Gstar GS 2 89m 2J 模块台湾 Gstar GS2 89m 2 J 是基于 M TKM T3318F核心 芯片组的 32 通道 GPS接收模块 ,支持的差分数据源 包括 : RTCM SC 2 104 ( 211 版 本 ) 、 WAAS、 EGNOS 和M SAS . 冷启动时间 47 s, 温启动时间 37 s, 热启动时模块选型提供参考 .1 D GPS 模块简介1. 1 美国 GARM IN GPS15L 模块 GARM I N GPS15L 为 12 通道 GPS 接收模块 , 包间 1 s . 单机定位精度 10 m ( 3DRM S) ; WAAS 差分 GPS定位精度 7 m ( 2DRM S) ; RTCM 差分 GPS定位 精度 1 ～5 m. GPS信号跟踪灵敏度 - 157 dBm , 捕获 灵敏度 - 150 dBm. 可通过串口输出 NM EA 版本的 GPGGA、 GPGSA、 GPGSV、 GPRMC 和 GPVTG 等信息 ,输出频率为 1 Hz .括 RF / IF硬件和数字基带部分 , 均由 GARM I N 公司 设计和生产 . GARM I N GPS15L 支持的差分数据源包 括 : RTCM SC 2 104 ( 212 版本 ) 和 WAAS . 产品标称的 单机定位精度小于 15 m ( 95% ) , 差分定位精度小于 5 m ( 95% ) . 冷启动时间 45 s,温启动时间 15 s, 热启 动时间 2 s . GPS信号跟踪灵敏度为 - 165 dBW. 模块 可通 过 串 口 输 出 NM EA 版 本 的 GPALM ,GPGGA , GPGLL , GPGSA , GPGSV , GPRMC, GPVTG等2 D GPS模块的动态定位精度测试方法2. 1 测试准备与数据采集 RTK2 DGPS 设 备 采 用 Trim ble 公 司 的 5700 型 GPS接收机系统 , 包括 GPS Zephyr 天线 、 基准站接T M信息 ,也可设置输出包括 GPS 载波相位数据的二进 制数据 ,输出频率最高为 1 Hz . 该模块还提供了秒脉 冲 PPS输出 , 精度为 ± 1 μs . GARM I N GPS15L 提供 了专用的配置指令完成初始位置 、 时间 、 秒脉冲状 态、 差分模式 、 NM EA 输出频率等参数设置 , 方便系 统集成应用 .1. 2 瑞士 Ublox L EA 2 4S模块收机 、 流动站接收机和 PDL 数传电台 . 该系统支持RTK2 DGPS定位 , 水平定位精度 2 cm + 1 ppm , 垂直定位精度 3 cm + 2 ppm ,输出频率可达 20 Hz,动态延 迟小于 20 m s . RTK2 DGPS设备的流动站接收机通过CDMA 无线上网卡接入广东省连续运行虚拟参考站系统 ( DGCORS ) , 获 取 VRS2 RTK 差 分 数 据 , 实 现RTK动态定位 , 为 DGPS 模块测试提供厘米级精度瑞士 Ublox LEA 2 4S为 16 通道 GPS接收模块 ,支 的参考数据 . RTK2 DGPS设备的基准站接收机设置输 持的差 分 数 据 源 包 括 : RTCM SC 2 104 ( 210 版 本 ) 、 出 RTCM 210 版本的伪距差分定位数据 ,通过技卓科 WAAS、 EGNOS和 M SAS . 产品标称的定位精度为 215 技 JZ877 数传模块 (串行接口和空中接口的数据传?
China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 104 华 南 农 业 大 学 学 报 第 31 卷 输速率 均 为 9 600 bp s ) 将 该 数 据 传 送 给 GARM I NGPS15L 和 Ublox LEA 2 4S, 实现伪距差分定位 . 基准完成数据采集 ,分别对应 GARM I N GPS15L 模块的单 机定 位 、 GARM I N GPS15L 模 块 的 伪 距 差 分 定 位 、Ublox LEA 2 4S 模块的单机定位 、 Ublox LEA 2 4S 模块站的基准点坐标由流动站接收机采用 VRS2 RTK 定 位方式精密测定 . Gstar GS2 87 和 Gstar GS2 89m 2 J直 接使用卫星差分方式获取差分数据实现动态定位 . 以东方红 X 2 804 拖拉机为运动载体 , 将 Trim ble 5700 型 GPS流动站接收机和 4 种 DGPS模块的天线安置 在拖拉机顶篷 , 4 种 DGPS模块均采用 GZXT2 ACZ型 介质天线 ,安置的相对位置关系见图 1 所示 . 测试地 点选择在华南农业大学六一区的某一路段 (图 2 ) ,水 泥路面 ,路段长度约为 600 m. 该路段西侧视野开阔 , 东侧高楼比邻 、 视野相对狭窄 . 地面自主差分基准站设 置在路段西侧 ,距离路段中心线约 10 m.的伪距差分定位 、 Gstar GS2 87 模块的卫星差分定位 和 Gstar GS2 89m 2 J 模块的卫星差分定位 . 测试过程 中 ,拖拉机的行进速度为 712 km / h.2. 2 测试数据处理方法 2. 2. 1 高斯 - 克吕格投影变换 为后续数据处理方便 ,将原始 W GS2 84 大地坐标系下的 GPS 定位数 据通过高斯 - 克吕格投影变换转换为平面坐标 . 转 换时 ,采用如下公式x =X +2 4 η η ) + 9 +4 [ 52 7]:l4l22l6N sinB cosB +524N sinB cos B ( 5 - t +2 432720N sinB cos B ( 61 - 58 t + t ) , l3( 1)5y = lN cosB +2 462N cos B ( 1 - t +η ) +2 2322l120N cos B ( 2)5( 5 - 18 t + t + 14 η - 58 η t ) + 500 000, a式中 , l = L - L 0 , L 为经度 , B 为纬度 , L0 为投影带中 央子午线经度 . 卯酉圈曲率半径 N =21 - e sin B2 222,椭球第一偏心率 e = 2 9 - 9 , 辅助变量 t = tanB , 辅助变 量 η = e′ cosB , 椭球第二偏心率 e′ =a / b - 1, a、 b分别为参考椭球的长 、 短半径 , 扁率 9 = ( a - b ) / a, X 为赤道至纬度为 B 的平行圈的子午线弧长 , 其计算 公式为 :图 1 GPS天线的相对位置Fig . 1 The relative position of GPS antennasX = c0( 1 + e′ co s B ∫2 2B- 3 /2) dB ,式中 , c为极曲率半径 . 本文使用投影坐标系的主要参数包括 : ( 1 ) 投影 (3 方式 : Gauss2K ( 2 ) 中央经线 :
° 度带 ) ; ( 3 ) 水平偏移量 : 500 ( 4 ) 地理坐标系 : GCS_W GS _1984; ( 5 ) 大地参 照系 : D _W GS _1984;( 6 )参 考 椭 球 体 : W GS _ 1984; ( 7 ) 椭 球 长 轴 : 6 378 ; ( 8 )椭球扁率 : 0 7. 21212 DGPS模块定位数据换算 4 种 DGPS 模块的天线和 RTK2GPS 接收机的天线之间存在固定的 相对距离误差 . 利用图 1 所示的天线位置关系 , 可将图 2 动态测试环境Fig . 2 The dynam ic testing condition4 种 DGPS模块的原始定位结果换算到 RTK2 DGPS接收机天线的位置 , 以消除相对距离误差对定位精 度测试的影响 . 换算过程需要拖拉机的实时航向角 度数据 , 可利用 RTK2 DGPS 的定位点进行航向角度 解算 . 设 Trim ble 5700 当前定位点坐标为 ( xk , yk ) , 则 拖拉机当前航向角度 θ k 可用下式计算 :http://www.cnki.net 当拖拉机行进在预定路段时 , 采用 W indow s操 作系统的超级终端软件对各 DGPS 模块和 Trim ble5700 接收机输出的 NM EA 2 0183 原始数据进行实时采集和保存 . 考虑到笔记本的串行接口有限 , 分 6 次?
China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第 1期 张智刚等 : DGPS模块动态定位精度测试与分析 105θ π, 180 / k = a tan [ ( yk - yk - N ) / ( xk - xk - N ) ] ×( 3)立 DGPS模块和 RTK2 DGPS接收机的测量定位点之 间的一一对应关系 . 设待评估 DGPS模块在 i时刻的 测量定位点为 Pi ( xi , yi ) , 参照用 RTK2 DGPS接收机 的测量定位点为 Pi0 ( xi0 , yi0 ) ,则 i时刻 DGPS模块定 位点的测量误差 Ei 为 :( 4) ( 5) Ei = ( xi - xi0 )2 2 + ( yi - yi0 ) .式中 , N 为常数 . 考虑到 Trim ble 5700 接收机的输出 频率为 20 Hz, 这里 N 取 20. 具体的换算公式如下 : α) , xck = xrk - L cos (θ k + α) . yck = yrk - L sin (θ k +( 6)以测量误差 Ei 为统计变量 , 对其最大值 、 最小 值、 平均值和标准差等指标进行统计 , 可为 DGPS模 块的性能评估提供参考 . 原始 DGPS测试数据采用自制的 M atlab 程序进 行处理 、 解算 、 统计和绘图 .其中 , ( xrk , yrk ) 为 DGPS模块换算前的 k 时刻定 位坐标 , ( xck , yck ) 为 DGPS模块换算后的 k 时刻定位 坐标 , L 为相应 DGPS模块天线和 RTK2 DGPS接收机 天线之 间 的 距 离 (图 1 ) , GARM I N GPS15L、 UbloxLEA 2 4S、 Gstar GS2 87 和 Gstar GS2 89m 2 J 对应的 α分别为 0、 180、 270 和 90.21213 动态定位误差解算与统计 由于各 GPS模块3 测试结果与分析6 次数据采样的试验结果见图 3, 解算得到的定和 Trim ble 5700 接收机输出频率不同 , 以 NMEA0183GPGGA 数据串的 UTC 时间作为数据同步的依据 ,建位误差曲线见图 4.图 3 GPS模块定位数据与 RTK对比Fig . 3 Comparing of positioning data from GPS modules and RTK?
China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.http://www.cnki.net 106 华 南 农 业 大 学 学 报 第 31 卷 图 4 GPS模块定位误差Fig . 4 GPS modules positioning error 从图 3a、 3c 中看出 , GARM I N GPS15L 和 UbloxLEA 2 4S单机定位时 , 和 RTK 定位相比 , 均出现了明GPS15L 差分定位时 , 在整个测试过程中 , 最大误差达到 515 m ,稳定定位时 ,误差在 2 m 左右波动 ,定位 精度较单机时高 ; Ublox LEA 2 4S差分定位时 , 在整个 测试过程中 ,最大定位误差为 2 m ,稳定定位时 ,误差 保持在 015 m 以内 . 无论单机还是差分定位 , 最大定 位误差均出现在测试路段东侧 , 与该路段的视野开 阔程度有关 ,路段东侧有高大楼房 , 而西侧则完全视 野开阔 . 这表明 , GPS信号遮挡对单机和差分定位的 性能均会产生一定影响 . 从图 3e ～ f 中看出 , GstarGS2 87 和 Gstar GS2 89m 2 J 卫星差分定位时 , 和 RTK显且较为恒定的横向误差 ; 从总体趋势看 , GARM I NGPS15L 和 Ublox LEA 2 4S单机定位时都可以较好地复现拖拉机运动轨迹 . 从图 3b、 3d 中看出 , GARM I NGPS15L 和 Ublox LEA 2 4S 采用伪距差分定位时 , 和 RTK定位相比 ,定位轨迹基本吻合 ,表明伪距差分定位方式可较好地消除单机动态定位时出现的横向误 差 ,定位精度得到了提高 . 从图 4a、 4c 看出 , GARM I NGPS15L 单机定位时 ,定位误差在整个测试过程中呈现缓慢增大趋势 , 最大达到 5 Ublox LEA 2 4S单机 定位时 ,定位误差在整个测试过程中呈现缓慢减小 趋势 , 最大为 1115 m. 从图 4b、 4d 中看出 , GARM I N定位相比 ,仍存在明显的横向误差 , 且这种误差呈现 波动性 . 从图 4e 中看出 , Gstar GS2 87 在卫星差分定 位时 ,最大误差为 518m , 稳定定位时 , 定位误差可保http://www.cnki.net?
China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第 1期 张智刚等 : DGPS模块动态定位精度测试与分析 107持在 2 m 左右 . 从图 4f中看出 , Gstar GS2 89m 2 J 在卫 星差分定位时 ,最大误差为 8 m ,稳定定位时 ,定位误 差可保持在 3 m 左右 . 最大定位误差均出现在测试 路段东侧 . 从整体上看 ,伪距差分定位性能优于卫星 差分 . 根据 WAAS、 EGNOS和 M SAS卫星差分信号源 在世界上的覆盖范围 , 可判断出此时测试的卫星差 分信号源来自日本的 M SAS . 依据 GPS 差分定位原 理 ,基准站和流动站之间的基线距离对差分效果会 有显著影响 . 本次测试中 , 伪距差分基准站距离测试 路段的最近距离为 10 m ,最远距离不超过 600 m ,基 线距离远小于卫星差分 , 因此本次测试的伪距差分 定位性能优于卫星差分 . 对获得的每组动态定位误差进行统计 , 结果见 表 1. 从表 1 可以看出 : ( 1 ) D GPS 模块的单机定位 精度为 米 级 ; ( 2 ) 对 于 GARM I N GPS15L 和 U bloxLEA 2 4S,伪距 差 分 定 位 相 对 单 机 定 位 , 定 位 精 度4 结论使用本文提出的动态定位精度测定方法 , 可以 对 DGPS模块在单机模式 、 地面伪距差分模式和卫星 差分模式下的定位精度进行测试和分析 . 本次测试的地面伪距差分定位精度优于卫星差 分 ,卫星差分定位精度优于单机定位 . 对于 GARM I NGPS15L 和 Ublox LEA 2 4S,伪距差分定位相对单机定位 ,定位精度可分别提高 20%和 87%. 在视野狭窄地段 ,无论单机定位 、 伪距差分定位 还是卫星差分定位 ,动态定位精度都受到一定影响 , 和视野开阔地段相比 ,精度明显下降 .参考文献 :[1] 庄卫东 ,刘振东 , 王熙 . GPS数据处理及其单点定位精度研究 [ J ]. 黑龙江八一农垦大学学报 , 2003, 15 ( 2 ) :51 2 53. [2] 刘基余 . GPS卫星导航的精度 、 误差与偏差 [ J ]. 导航 , 1998 ( 4 ) : 32 2 35. [ 3 ] HAN S, ZHANG Q , NOH H , et al . A dynam ic perfor mance evaluation method for DGPS receivers under linear parrllel2可分别提高精度 20%和 87% ; ( 3 ) 伪距差分定位优 于卫 星 差 分 定 位 , 卫 星 差 分 定 位 精 度 优 于 单 机 定位 .表 1 定位误差的统计结果Tab. 1 The sta tistica l result of the position in g error mtracking app lications [ J ]. Transactions of the ASAE, 2004, 47 ( 1 ) : 321 2 329. [ 4 ] TAYLOR R K, SCHROCK M D , BLOOM F IELD J, et al . Dynam ic testing of GPS receivers [ J ]. Transactions of the ASAE, 2004, 47 ( 4 ) : 5. [5] 詹舒波 ,张其善 . GPS/电子地图的坐标转换算法和实现 [ J ]. 北京航空航天大学学报 , ) : 530 2 535. [6] 罗德安 ,廖丽琼 . 一种车载 GPS系统坐标转换公式及其测试模块GARM I N GPS15L定位模式 单机 伪距差分最大 误差4. 97 5. 49 11. 48 2. 08 5. 72 8. 01最小 误差0. 18 1. 07 3. 71 0. 16 1. 51 1. 02平均 误差3. 06 2. 45 6. 51 0. 79 2. 44 3. 38标准差1. 17 0. 92 2. 64 0. 62 1. 17 1. 12Ublox LEA 2 4S Gstar GS2 87 Gstar GS2 89m 2 J单机 伪距差分 卫星差分 卫星差分应用 [ J ]. 西南交通大学学报 , 2001, 36 ( 4 ) : 365 2 369.[7] 冯宝红 , 王 庆 , 万 德钧 . GPS 车载导 航中 的坐标 转 换 [ J ]. 中国惯性技术学报 , ) : 29 2 34.【 责任编辑 周志红 】?
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b) 四个定位模块获取到的定位信息通过通信协议分别给到中控设备,中控设备;中控 ...d) 使用普通手机或其它 GPS 设备测试,验证该定位系统提供定位信号的能力和精度...(2)观测时间短,动态的 GPS 定位需要的大约几秒的...GPS 网的精度标准 A B C D E 天津城建大学 ...≥4 ≥240 ≥2 ≥60 ≥1.6 ≥45 ≥1.6 ≥40 ...为了探求动态 GPS(RTK)测量的精度,我分析和研究了...(0.1～50)×10-6D 和(0.1～3)×10-6 D。...定位精度测试证明,在参考站间距约为 70 km,流动站...又称实 时动态定位技术,能够实时提供指定坐标系的三维坐标成果,在测程 20km ...参数测得 1、2、3、4、5 各点的坐 标与高程,并与已知 D 级 GPS 成果...GPS动态测量_建筑/土木_工程科技_专业资料。选填,简要...在指定坐 标系中的三维定位结果,并达到厘米级精度...D=4.24×( + )(4.3.2) 式中 I1 和 I2 分别...为了探求动态 GPS(RTK)测量的精度,我分析和研究了...(0.1～50) ×10-6D 和(0.1～3)×10-6 D...定位精度测试证明,在参考站间距约为 70 km,流动站...4.美国国防部制 图局(DMA)于 1984 年发展了一种...D、等距圆锥投影 3.在进行 GPS―RTK 实时动态定位...测区内仅有两个 已知点, ( C )定位测量的精度...综合测试试卷 D 卷答案题号 得分 一二三四五 总...7. 动态定位是用 GPS 信号 -1- 导航 型、测地...GPS 定位精度同卫星与测站构成的 的卫星数和接收机...天线高的量测及记录 D.在外业观测手簿中记录每一...A.动态定位.相对定位.实时定位 B.静态定位.相对...GPS 系统相对定位精度可达毫米级。 Y.对 N.错 ...分析,并通过实验研究验证了 POS 系统定位精度的测试...POS 定姿定位误差主要包括两部分:GPS 动态定位误差;...四、实验方法 1、控制网的建立 控制点选取在空旷通...
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