The calibration of GPS receivers applying the calibration bases

Abstract

Till now there are no written standards and other legal documents for the calibration of GPS receivers. Self-calibration procedures are used for calibration of some types of instrument. GPS receivers are tuned to receive a high frequency satellite signals of carrying frequency of high accuracy (Δf / f ≈ 10^–14). The frequency generated by quartz generator in the GPS receiver slightly differs from the satellite frequency due to Doppler effect and the accuracy of the instrument, that is approximately of (Δf/ f ≈ 10^–8). For the purpose of most accurate measurements the time and frequency correction procedures are applied in instrument and/or during the measuring data processing. The paper deals with the problem of calibration of the GPS receivers in the field at determining the corrections after the coordinates measurement by these receivers and applying a high accuracy measurements of the calibration basis. The calibration basis is measured at various sequence combinations. Measurements by GPS receivers are performed using double phase difference. The results of measurements are processed by least-square method applying substituting the parameters and relative parametric equations. The corrections of the results of measurement by GPS receiver of coordinates of points are calculated. The formulae for an evaluation of the corrected covariation matrix of the coordinate values are derived.

Article in Lithuanian.

GPS imtuvų kalibravimas taikant kalibravimo bazes

Santrauka. GPS imtuvų kalibravimo standartų bei normatyvinių aktų ar instrukcijų nėra sudaryta. Tam tikra prasme galima teigti, kad GPS imtuvai kalibruojasi patys. GPS imtuvų, priimančių siunčiamus GPS palydovų didelio tikslumo nešlio dažnių virpesius (Δf/f ≈ 10^–14), generatoriai (sintezatoriai) pagal tuos virpesius sukuria tokio pat dažnio virpesius. Taip vyksta todėl, kad GPS imtuvų kvarcinių generatorių sukurtų virpesių dažnių tikslumas nėra didelis (maždaug Δf / f ≈ 10^–8), o priimtų iš GPS palydovų virpesių dažnis yra pasikeitęs dėl Doplerio efekto. Taigi GPS imtuvuose sukuriamų virpesių dažnis yra maždaug toks pat kaip ir priimtų iš palydovo signalų. Kadangi tokia procedūra dar neužtikrina šimtaprocentinio dažnių sutapdinimo, tai signalų parametrų matavimo rezultatų apdorojimo procedūrose nustatomos GPS imtuvo generatoriaus virpesių dažnio (bei laikrodžio eigos) pataisos. Straipsnyje nagrinėjamas GPS imtuvų kalibravimas, nustatant imtuvais išmatuotų koordinačių prieaugių pataisas, taikant didelio tikslumo kalibravimo bazių matavimo rezultatus. Kalibravimo bazių atkarpos matuojamos įvairiomis kombinacijomis. Matavimai GPS imtuvais atliekami taikant fazių dvigubųjų skirtumų modelį. Matavimų rezultatai apdorojami mažiausiųjų kvadratų metodu, taikant parametrus ir sąlygines parametrines lygtis. Apdorojimo procedūromis apskaičiuojamos taškų koordinačių prieaugių, išmatuotų GPS imtuvais, pataisos. Gautos formulės koordinačių prieaugių išlygintųjų reikšmių kovariacijų matricai įvertinti. 

Prasminiai žodžiai: GPS, kalibravimo bazė, koordinačių prieaugių pataisos, kovariacija.

First published online: 03 Aug 2012

Keyword : GPS, calibration base, coordinate increment corrections, covariance