提高GPS手持機觀測數據精度的方法探討

馮國海 王有福

（1商丘工學院 土木工程學院， 河南 商丘 476000；2河南五建建設集團有限公司， 河南 鄭州 450000）

提高GPS手持機觀測數據精度的方法探討

馮國海1王有福2

（1商丘工學院 土木工程學院， 河南 商丘 476000；2河南五建建設集團有限公司， 河南 鄭州 450000）

GPS手持機具有攜帶方便、操作簡單、價格低廉等優點，在野外測量中應用廣泛，但也存在測量精度不高、易受外界條件干擾等缺點。本文提出了一種提高測量精度的數據處理方法，并作了實驗驗證。

1 前言

GPS手持機攜帶方便、價格低廉，在野外測量中應用廣泛，但也存在測量精度不高等缺點。GPS手持機獲取的是WGS-84坐標，如需轉換到當地坐標，則還需要經過坐標系統的轉換。如何解決GPS手持機觀測精度不高的問題一直是研究的重點。針對GPS手持機觀測精度不高的問題，本文提出了一種提高測量精度的數據處理方法：已知點坐標校正法。并作了實驗驗證。

2 已知點坐標校正法

在一個較小范圍內，為了更便捷的獲得GPS手持機的校正參數，可以忽略不同坐標系間的長半軸差與扁率差，并用二維高斯平面直角坐標間的轉換替代三維空間直角坐標間的轉換，這時只需計算兩個校正參數(dx、dy)即可。先將GPS手持機的屏幕顯示坐標設置為WGS-84下的高斯平面坐標形式，然后在工作測區中找到一個已知點，用GPS手持機測定已知點的坐標，計算出已知值與觀測值的差值dx、dy，作為測區測量坐標的內業改正值。當然如果測區內有若干個已知點，可以取改正值的平均值作為改正參數。這種方法簡捷方便，也能滿足一定精度要求。

3 不同時段對觀測數據的影響

我們在使用手持機的過程中，發現不同時段對同一點的觀測數據變動較大，用某一時段的觀測值計算出來的改正參數對其他時段的觀測值的修正效果不太好。下表 1為同一點位在不同時段的觀測數據對比，為了更簡明的說明問題，僅取y坐標觀測數據作對比。

表1 同一點位不同時段的觀測數據

從表中可以看出，時段一的y坐標改正值的均值為84.11m，時段內改正值間的最大差值為0.99m，時段二的y坐標改正值的均值為86.18m，時段內改正值間的最大差值為0.99m。兩時段間的各點改正值的均值之差達到了2.07m。時段內的各點改正值之差則在1m之內。

之所以出現這種情況，與GPS手持機的偽距測量原理有關。GPS偽距測量采用碼相關技術，GPS衛星依據自己的時鐘發出某一結構的測距碼，接收機產生一組結構相同的復制碼，并通過時延器對這兩組碼進行相關處理，當這兩組碼結構上完全對齊時為碼完全相關，這時自相關系數為1。但是，由于測距碼存在隨機誤差和傳播變形誤差，自相關系數為 1的情況很難達到，只能在自相關系數最大的時候確定偽距。GPS手持機每次開機求得的最大自相關系數常會有一定差別，這影響到定位精度，導致同一點在不同時段的觀測值差別較大。

4 實驗驗證

為了驗證本文提出的基于同一觀測時段內已知點二維高斯平面直角坐標改正值進行觀測數據修正的方法，用 Geo XT GPS手持機使用這種方法，在測區已知點上進行了驗證測量與數據分析。實驗數據見表2和表3。

表2 x坐標觀測數據

從表2可以看出，改正值Δx的均值為130.61m，最大較差為1.42m，也就是用其中的任何一點的 x坐標改正值來修正其他點，修正結果與真實值的誤差都在1.42m以內。并且各點的改正值Δx大體上呈現遞減的趨勢，也就是說與已知點間隔時間越短，修正效果會越好；用一個已知點修正的話，將其放在中間時刻對整體的修正效果較好。用中間時刻點0612的x坐標改正值來修正其他點，修正結果與真實值的最大誤差為0.92m，最小誤差為0.1m，平均誤差僅為為0.45m，可以說修正效果是很好的。

表2 y坐標觀測數據

從表3可以看出，改正值Δy的均值為86.48m，最大較差為1.46m。y坐標的改正值Δy在整體單調性上并不明顯，但用中間時刻點0612的y坐標改正值來修正其他點，同樣能取得不錯的效果。其他點的修正結果與真實值的最大誤差為1.01m，最小誤差為0.01m，平均誤差僅為0.43m。

5 結論

（1）基于同一觀測時段內已知點二維高斯平面直角坐標改正值的觀測數據修正方法簡單、高效，也能滿足一定精度要求。

（2）使用這種方法，要注意根據衛星可見性預報選擇良好的觀測時段。與已知點時間間隔越短，修正效果越好。

[1]李克昭.GNSS定位原理[M].北京：煤炭工業出版社,2014.

[2]黨亞民.全球導航衛星系統原理與應用[M].北京：測繪出版社,2007.

[3]張勤.GPS測量原理及應用[M].北京：科學出版社,2005

[4]黨亞民.全球導航衛星系統原理與應用[M].北京：測繪出版社,2007.

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1007-6344（2017）09-0308-01

第一作者：馮國海（1982.07-） ，男 ，河南開封，工程師，研究方向：施工管理

第二作者：王有福（1980.11-），男，甘肅省武威市涼州區，助工，研究方向：工程測繪。