摘要：本論文以科學的方法對Trimble、Ashtech、南方測繪三個廠家GPS信號接收機和數(shù)據(jù)后處理軟件進行比較。首先從GPS的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀及其存在的問題進行分析研究，結(jié)合GPS系統(tǒng)和信號接收機的原理，對GPS結(jié)構(gòu)等不同的方面進行分析比較，然后比較分析了各型號GPS的物理指標、精度指標和性能，并對各型號GPS對應的數(shù)據(jù)后處理軟件進行了實驗分析。最后是通過比較得出結(jié)論和對測量工程選用GPS儀器提供一些建議。

引言

對測量型GPS儀器的比較的目的就是比較測量型GPS儀器的基本原理，大體結(jié)構(gòu)，特點及各種GPS之間的優(yōu)缺點，從而更好的利GPS為我國的測繪事業(yè)服務。

1 GPS系統(tǒng)簡介

全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System - GPS）由空間星座部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收設備三大部分組成。GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點的位置。

2 GPS接收機分類

GPS 分類：

1）按工作原理分為：碼接收機、無碼接收機、集成接收機。

2）按用途接收機可分為：測地型接收機、導航型接收機、定時型接收機。

3）按所用載波頻率多少分為：單頻接收機、雙頻接收機。

3 各廠家儀器技術(shù)指標及性能的比較

目前國外的GPS品牌主要有美國天寶、瑞士徠卡、日本拓普康、美國Ashtech；國內(nèi)的GPS品牌主要有中海達、華測和南方測繪，下面對美國天寶、Ashtech、中國南方測繪幾家公司及產(chǎn)品作一個簡單的介紹和比較。

3.1各型號GPS精度比較

首先GPS的精度指標非常重要。現(xiàn)將幾種型號GPS的精度指標表整理如下：

RTK水平精度為：±1cm+1ppm的儀器型號為：南方S82、s86、Trimble5700、Trimble5800，Z-Xtreme 的RTK水平精度為±1cm+2ppm。

RTK高程精度為：±2cm+1ppm的儀器型號為：南方S82、s86、Trimble5700、Trimble5800，Z-Xtreme 的RTK高程精度為±2cm+2ppm。

靜態(tài)水平精度：南方S82、s86為±3mm+1ppm、Trimble5700、Trimble5800為 ±5mm+0.5ppm，Z-Xtreme為±5mm+1ppm。

靜態(tài)高程精度：南方S82、s86、Trimble5700、Trimble5800都為 ±5mm+1ppm，Z-Xtreme為±10mm+1ppm。

4 各種GPS數(shù)據(jù)后處理軟件介紹

實驗目的：用三種不同的數(shù)據(jù)后處理軟件處理同一臺GPS接收機采集的數(shù)據(jù)，進行比較。

測量設置：數(shù)據(jù)采樣間隔15s，高度角15°。天線高精確量取到天線相位中心。

實驗方法：首先，采用2臺美國Timble GPS 5700進行靜態(tài)測量，將采集的數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成RENIX（Receiver Independent Exchang）格式文件，然后用3種廠家的數(shù)據(jù)處理軟件，分別是Trimble 的Trimble Geomatics Office、Ashtech 的solutions和國產(chǎn)南方測繪 GPS 4.402對采集的數(shù)據(jù)進行處理。

數(shù)據(jù)采集：將2臺Trimble GPS 5700 安置在標準基線兩端，同時開機進行靜態(tài)同步觀測60min。（本實驗數(shù)據(jù)是作者參與某一礦區(qū)GPS三等測量采集的數(shù)據(jù)）

數(shù)據(jù)處理：首先，將*.dat文件轉(zhuǎn)換為REINX文件，然后用3種GPS后處理軟件分別進行基線處理。數(shù)據(jù)處理時三種軟件均采用相同的參數(shù)設置，數(shù)據(jù)處理過程中，不對數(shù)據(jù)進行干預處理。數(shù)據(jù)處理結(jié)果見表4-1：

從表4-1可以看出，3種GPS軟件處理相同數(shù)據(jù)時基線解算值之間有一定差別，但基線的差值都在允許誤差之內(nèi)，靜態(tài)測量精度基本滿足Trimble 5700 靜態(tài)測量的的標稱精度±（5+0.5×10-6D）mm。由數(shù)據(jù)比較可以看出GPS后處理軟件也是引入不確定度的來源之一，這通常是由GPS軟件數(shù)學模型和算法不完全相同、不完善所致。

采用同樣的方法，用Ashtech GPS 和南方測繪靈瑞S86采集靜態(tài)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成REINX格式數(shù)據(jù)后用三種軟件解算。

從組實驗可以看出，不同GPS數(shù)據(jù)后處理軟件性能和精度有一定差別，而且GPS軟件能給測量結(jié)果帶來一定的誤差，是引入誤差不確定度的來源之一。從實驗的結(jié)果還能發(fā)現(xiàn)，進口GPS接收機采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，軟件精度高，國產(chǎn)GPS產(chǎn)業(yè)還要努力提高產(chǎn)品硬件性能，并完善數(shù)據(jù)后處理軟件的功能，提高其精度水平。

表4-1 不同GPS軟件處理Trimble 5700靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)果

5 結(jié)論

通過對上述各種儀器的比較，我們可以得以下結(jié)論：

1）從功能上來看，近幾年各廠家所生產(chǎn)的GPS接收機功能逐漸強大，由原來的只能做靜態(tài)測量到現(xiàn)在的實時動態(tài)差分測量（RTK）以及網(wǎng)絡CORS測量系統(tǒng)，GPS的功能正逐步完善。

2）從設計角度來看，無論是外型設計還是軟件設計，國外GPS廠家所生產(chǎn)的儀器，與國內(nèi)公司所生產(chǎn)的儀器相比顯得靈活，國產(chǎn)GPS還需進一步提高。

3）從系統(tǒng)軟件上看，國外的數(shù)據(jù)后處理軟件更加成熟，功能更加強大，解算精度更高，國產(chǎn)軟件在這方面還有待改進。

4）在選用GPS儀器時：對于高精度的測量項目，需要選用精度高的測量儀器，如果經(jīng)費充足，建議選購進口儀器，因為進口儀器精度高，穩(wěn)定性好；對于一般的測量項目，可以選用國產(chǎn)的儀器，國產(chǎn)儀器精度能夠滿足大多數(shù)的測量任務，而且價格比較低，是一般測量單位首選儀器；在特殊的環(huán)境下，如在潮濕、風比較大的環(huán)境下測量，則需要選用防水和抗摔的儀器。總之，各種儀器有各自的優(yōu)勢，應結(jié)合實際情況選用儀器。