RBN/DGPS定位系统精度试验及应用

　　1 引言

　　在 GPS 定位中,为了提高精度,通常采用差分定位技术。RBN/DGPS 是交通部在我国沿海区域利用原有的无线电指向标建立的一种差分全球定位系统,它为我国沿海区域免费提供 DGPS 改正数的 24 小时服务,用户只需使用一台集成信标接收机的 DGPS 接收机就可以进行差分定位。与常规的自主差分定位相比,无需建立基准站和数据链传送数据,因而差分实现过程简单,使用成本较低。本文结合作者为配合西湖水体流场现场测试而进行的船体定位与导航的实践,对 RBN/DGPS 进行了精度试验,并对实际应用中的一些具体的技术问题进行了介绍,希望能对 RBN/DGPS的普及应用有所裨益。

　　2 定位精度试验

　　在应用 RBN/DGPS 时,首先要求测区内的 RBN/DGPS 信号达到一定强度,能实现正常的差分定位。信号强度可以直接使用 RBN/DGPS 接收机进行检测。本次试验中作者使用的是 Trimble DSM212L 型亚米级 GPS/MSK集成接收机,对该接收机使用 TSIP TALKER软件进行设置,可以输出标准的 NMEA-0183信息。通过编写程序读取接收机输出的“$GPMSS”语句,就可以直接获取 RBN/DGPS 信号的场强和信噪比信息。

　　作者所在地杭州市位于北纬 30°14,东经120°08,与定海和大戢山信标台站距离较近,其中与定海信标台站距离约 188 公里,与大戢山信标台站距离约 205 公里。通过测试发现,在杭州地区接收到的定海台站与大戢山台站播发的 RBN/DGPS 信号场强均在 40v/m 左右,比较稳定;信噪比均略低于 10DB,有些波动。DSM 212L 接收机可以自动选择接收信噪比较高的台站的信号,所有时段均能正常进行差分定位。

　　根据差分 GPS 定位原理,定位精度与观测点与基准站之间的距离相关性较大,随着距离增大观测误差也会增大。为了检测 R B N / DGPS 在杭州本地的定位精度,作者在浙江大学校内第五教学楼前选择了一个周围比较开阔的控制点,分 5 个不同时段进行了观测试验,试验中每隔 1 秒记录一次定位数据,每次观测2个小时,然后将10个小时观测结果取平均值近似作为真值,计算了各个观测时段的平面位置中误差,计算结果见表 1：

　　从表 1 可以看出,RBN/DGPS 定位的平面位置中误差约为± 1 米左右,这远远优于GPS 单点定位的平面位置精度(>± 10 米),因而可以满足一些对定位精度要求较高的场合。3 RBN/DGPS 在西湖水体流场检测中的应用西湖水体流场现场测试中要求利用 GPS对水体流速流向测量船进行定位与导航,由于船只在水中移动的精度有限,所以要求 GPS 定位精度优于 2 米即可,从精度试验结果可以看出,RBN/DGPS 系统能够满足要求。

　　应用中首先将设计好的待检测点坐标存入待检测点坐标数据库,现场测试时将 GPS 接收机天线安置在船顶,根据计算得到的接收机天线当前坐标与待检测点坐标的坐标差指导测量船行驶到各个待检测点位置实施检测。DSM 212L 接收机带有标准的 RS232-C输出接口, 可以直接与笔记本电脑的串口连接。程序设计时首先读取接收机输出的“$GPGGA”和“$GPVTG”语句,获得测量船当前的坐标和航向等信息。由于接收机输出的坐标是 WGS-84 坐标系中的坐标,本次应用中采用独立坐标系坐标,因此需要进行坐标转换。对于高精度的测量系统,为了减少坐标转换中引入的误差,一般需要采用 7 参数坐标转换法,但对于 RBN/DGPS 系统,由于定位精度只能达到米级,所以也可以采用比较简便的平面坐标转换法将观测得到的 WGS-84 坐标直接转换到独立坐标系,这对坐标精度的影响可以忽略不计。转换时首先利用已知两点在两坐标系中的坐标求出转换参数,然后利用此参数就可以将现场测试中获得的 WGS-84 坐标实时转换为独立坐标系坐标。得到接收机天线实时的独立坐标系坐标后,与检测点坐标数据库中相应的检测点坐标进行比较,就可以判断测量船的航向偏离值和至待检测点的距离并在屏幕上显示出来,指导测量船航行。程序的主要流程如图 1: