手持GPS接受機(jī)定位精度研究和提高方法探析

1、手持gps接受機(jī)定位精度研究和提高方法探析【摘要】通過對(duì)手持gps接收機(jī)的定位原理和影 響因素入手，對(duì)其定位精度進(jìn)行了系統(tǒng)的分析研究，并在此 基礎(chǔ)上對(duì)提高定位精度的均值法進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明：1) 在一定程度上，連續(xù)觀測(cè)時(shí)間越長(zhǎng)，其定位精度越高；2) 均值法可以很好的提高定位精度。【關(guān)鍵詞】接收機(jī)定位精度均值法a hand-held gps receiver location accuracy analysis and improving methodzhang bo lin(the first tearn of coalfield berean of henan province xinzh

2、eng 451150 china)abstract： we studied the positioning precision through the positioning principle and influence factors of the handheld gps receiver, and on this basis we verfied the mean value method that is used to improve the positioning accuracy. the results show that： 1) to some extent, the con

3、tinuous observation time is longer, the higher positioning precision ； 2) the averaging method can well improve the positioning precision.key words： receiver positioning accuracy averagingmethod中圖分類號(hào)：p228. 4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a0前言全球定位系統(tǒng) (global positioning system)是美國(guó) 從上世紀(jì)70年代開始研制，歷時(shí)20年，耗資200億美元, 于1994年全面建成，具有在海、

4、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三 維導(dǎo)航與定位能力的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。目前已廣泛應(yīng)用 于社會(huì)各個(gè)方面，包括測(cè)量、導(dǎo)航、授時(shí)等，給我們的日常 生活帶來(lái)了方便。特別是在測(cè)量領(lǐng)域取代了 一些傳統(tǒng)的作業(yè) 方法，掀起了一場(chǎng)測(cè)量革命。由于其具有性能好、精度高、 應(yīng)用廣等特點(diǎn)1-3,隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，硬、軟 件的不斷完善，應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地?cái)U(kuò)展，目前已遍及國(guó) 民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門，并開始逐步深入人們的日常生活之中。在 測(cè)量工作中，手持gps接收機(jī)由于它的攜帶方便、輕巧靈動(dòng)、 定位迅速等優(yōu)點(diǎn)，深受歡迎。但同時(shí)由于精度較低又限制了 其更廣泛地應(yīng)用。本文著重分析了在野外測(cè)量工作中，手持 gps接收機(jī)的定位精度，并在此

5、基礎(chǔ)上驗(yàn)證了均值法的對(duì)于 提高定位精度的有效性。1手持gps的定位原理與影響因素分析1. 1手持gps接收機(jī)的定位原理手持gps定位原理大多是源于測(cè)量學(xué)中測(cè)距交匯定點(diǎn) 原理而來(lái)的，即接收機(jī)測(cè)出四顆以上衛(wèi)星與接收機(jī)的距離, 通過空間后方交匯算出接收機(jī)所在的位置。測(cè)距時(shí)采用偽距 測(cè)量的方法，所謂偽距就是由衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)到達(dá) gps接收機(jī)的傳播時(shí)間乘以光速所得出的測(cè)量距離，由于 衛(wèi)星鐘、接收機(jī)時(shí)鐘的誤差以及無(wú)線電信號(hào)經(jīng)過電離層和對(duì) 流層的延遲，實(shí)際測(cè)出距離與衛(wèi)星到接收機(jī)的幾何距離有 一定的差值，因此稱測(cè)出的距離為偽距。偽距測(cè)量一般采用 碼相關(guān)技術(shù)進(jìn)行，即gps衛(wèi)星依據(jù)自己的時(shí)鐘發(fā)出某一結(jié) 構(gòu)的

6、測(cè)距碼，該測(cè)距碼經(jīng)過時(shí)間的傳播到達(dá)接收機(jī)，接收 機(jī)在自己的時(shí)鐘控制下產(chǎn)生一組結(jié)構(gòu)完全相同的測(cè)距碼即 復(fù)制碼，并通過時(shí)延器使其延遲時(shí)間將這兩組測(cè)距碼進(jìn)行 相關(guān)處理，當(dāng)這兩組碼結(jié)構(gòu)上完全對(duì)齊為碼完全相關(guān)。但由 于測(cè)距碼在產(chǎn)生時(shí)會(huì)存在隨即誤差，并且信號(hào)經(jīng)過長(zhǎng)距離 傳輸也會(huì)產(chǎn)生變形誤差，所以碼完全相關(guān)即自相關(guān)系數(shù)為“1”的情況很難達(dá)到，只能在自相關(guān)系數(shù)為最大的情況下 確定偽距。手持gps每次開機(jī)求出最大自相關(guān)系數(shù)，進(jìn)行偽 距測(cè)量，但兩次開機(jī)求出的自相關(guān)系數(shù)有一定的差別，影 響定位精度。圖1手持gps接收機(jī)定位原理1.2影響手持gps接收機(jī)定位精度的因素4（1）衛(wèi)星數(shù)量。手持gps接收機(jī)接收的衛(wèi)星數(shù)量如

7、果 少于3顆衛(wèi)星，就無(wú)法定位。在一定程度上，接收的衛(wèi)星數(shù) 量越多，定位精度越高。(2)衛(wèi)星在天空的分布情況。如 果手持gps接收機(jī)接收的幾顆衛(wèi)星分布過于集中，則定位精 度不高。理論上，最好的衛(wèi)星分布是在整個(gè)天空視野中均勻 分布，但是若衛(wèi)星太過接近地平線，即衛(wèi)星太低，由于大氣 影響，反而會(huì)降低接收機(jī)的定位精度。另外，衛(wèi)星仰角越大, 衛(wèi)星信號(hào)就越強(qiáng)，輸出數(shù)據(jù)變化就較小；反之衛(wèi)星仰角越小, 衛(wèi)星信號(hào)就越弱，輸出數(shù)據(jù)變化就較大。(3) 觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)短。不同類型的手持gps接受機(jī)有不同 的定位穩(wěn)定時(shí)間。例如有的類型的手持gps接收機(jī)在lmin 內(nèi)就會(huì)定位，但輸出數(shù)據(jù)變化較大。因此應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí) 間至3m

8、in以上。(4) 干擾源。定位點(diǎn)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁電子波發(fā)射裝置 (如電視臺(tái)、變壓站、高壓線等)，以防止其影響gps信號(hào)接 收的質(zhì)量。(5) 環(huán)境。盡量選擇視野開闊的地方進(jìn)行定位，保證有 足夠數(shù)量的衛(wèi)星用于定位解算。當(dāng)工作環(huán)境周圍障礙物的高 度角小于15&ordm；時(shí)，衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)，輸出數(shù)據(jù)變化較??；反 之則變化較大。2手持gps接收機(jī)定位精度分析5-92. 1手機(jī)gps接收機(jī)定位穩(wěn)定性分析手持gps接收機(jī)定位穩(wěn)定性分析主要有觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)和內(nèi)符 合精度兩方面的內(nèi)容。所謂的觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)就是指需要多長(zhǎng)的時(shí) 間能得到一個(gè)點(diǎn)的精度較高且穩(wěn)定的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；而內(nèi)符合精 度就是指在不同的測(cè)量時(shí)間段測(cè)得的同一點(diǎn)的數(shù)

9、據(jù)結(jié)果的 相符程度5-7 o2. 1. 1觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)與定位穩(wěn)定性分析在試驗(yàn)中分別采用3臺(tái)手持gps接收機(jī)進(jìn)行了野外實(shí) 測(cè)，在同一點(diǎn)上每10s記錄一下觀測(cè)數(shù)據(jù)，具體的數(shù)據(jù)見表 1（測(cè)量結(jié)果保留到米）。表1手持gps接收機(jī)不同時(shí)長(zhǎng)的定位結(jié)果m從表1可以看出，當(dāng)接收機(jī)在一個(gè)點(diǎn)上連續(xù)觀測(cè)時(shí)間超 過4min時(shí)，3臺(tái)接收機(jī)所測(cè)定的x,y坐標(biāo)互差值最大值都在 1米以內(nèi)，測(cè)量結(jié)果基本上已經(jīng)達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)。但是由 0. omin時(shí)的數(shù)據(jù)可以看出，動(dòng)態(tài)觀測(cè)結(jié)果跳躍太大，穩(wěn)定性 較差。2. 1.2內(nèi)符合性精度分析要評(píng)價(jià)一臺(tái)儀器的可靠性主要從儀器的精度和儀器的 穩(wěn)定性兩方面入手，而儀器高精度的取得是建立在儀器具有 較好

10、的穩(wěn)定性之上的，因此研究?jī)x器的穩(wěn)定性具有十分重要 的意義。本實(shí)驗(yàn)通過在不同的時(shí)間段重復(fù)觀測(cè)來(lái)研究手持機(jī) 的穩(wěn)定性。通過對(duì)比衛(wèi)星可見性預(yù)報(bào)，選擇了衛(wèi)星信號(hào)比較 好的兩個(gè)時(shí)間段：上午10： 30和下午3點(diǎn)，重復(fù)觀測(cè)相同的 點(diǎn)位。觀測(cè)數(shù)據(jù)見表2.表2各個(gè)點(diǎn)位各個(gè)時(shí)長(zhǎng)坐標(biāo)差m由于兩次觀測(cè)的環(huán)境基本一致，所以釆用同精度雙次觀 測(cè)列差值來(lái)求得觀測(cè)值中誤差，公式見式1所示。(1)為同一個(gè)量?jī)纱斡^測(cè)值的差，這里為相同觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)的不 同觀測(cè)時(shí)段的觀測(cè)值較差。為雙次觀測(cè)的個(gè)數(shù)，這里為較差的個(gè)數(shù)。實(shí)時(shí)定位的穩(wěn)定度值為：=±42. 8m；5min的定位穩(wěn)定度值為：=±9. 8m；lomin的定位穩(wěn)定

11、度值為：二±7. 9m。由此可以得出，在一定程度上，手持gps接收機(jī)定位時(shí) 長(zhǎng)越長(zhǎng)穩(wěn)定性越好。2. 2手持gps接收機(jī)絕對(duì)定位精度分析手持gps接收機(jī)絕對(duì)定位的精度分析是指觀測(cè)結(jié)果與其 真實(shí)位置的符合程度。為了準(zhǔn)確的衡量其精度，將北京54 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為gps采用的wgs-84坐標(biāo)。由于相對(duì)于手持gps 接收機(jī)的定位誤差而言，真實(shí)坐標(biāo)的點(diǎn)位誤差影響很小，可 以忽略不計(jì)。根據(jù)式2可以求得不同觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)的手持gps接收機(jī)絕對(duì)定位精度，各個(gè)時(shí)長(zhǎng)的絕對(duì)定位精度見表3所示。(2)表3外符合精度m表3表明，實(shí)時(shí)定位相對(duì)于絕對(duì)定位而言，精度較低。 觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)在3. omin以上者定位精度相當(dāng)。3均值法提高

12、定位精度由于偶然誤差的分布規(guī)律符合正態(tài)分布，其分布圖像呈 現(xiàn)對(duì)稱性，其理論均值為零。所以采用均值法從理論上講可 以很好的提高觀測(cè)精度的可靠性。利用手持gps接收機(jī)在3 個(gè)已知點(diǎn)上進(jìn)行觀測(cè)，數(shù)據(jù)采集間隔為20s,觀測(cè)時(shí)間不少于 10mino測(cè)得的3個(gè)點(diǎn)的觀測(cè)平均值如表4所示。表4各個(gè)點(diǎn)位的觀測(cè)平均值m4結(jié)論(1) 在使用手持gps接收機(jī)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，首先得進(jìn)行儀 器穩(wěn)定性分析，由已知點(diǎn)求出其系統(tǒng)誤差。這樣在測(cè)量時(shí)才 能有可靠的精度。(2) 定位時(shí)長(zhǎng)應(yīng)在r5min以上才能保證有穩(wěn)定的觀測(cè)結(jié) 果。實(shí)時(shí)定位的穩(wěn)定度在40m以上，而5min的定位穩(wěn)定度 在10m以內(nèi)。(3) 均值法可以很好的提高定位精度。5參考文獻(xiàn)1 程新文，陳性義手持式gps定位精度研究j.測(cè)繪 通報(bào),2004(09):20-22.2 張麗娜，楊志強(qiáng)等.手持式gps定位誤差的研究j. 工程地球物理學(xué)報(bào),2006 (06): 478-483.3 王克曉，李鳳友等手持gps定位精度與誤差的研究 j.全球定位系統(tǒng),2011 (6): 83-91.4 夏廣嶺，王美英.手持gps接收機(jī)定位精度提高方法 及應(yīng)用j工程勘察,2008 (6): 54-56.5 王曉明，高平.提高手持gps定位精度的方法研究j. 寧夏工程技術(shù),2009(8):338-340