Time-differenced Carrier Phase velocity measurement method and accuracy evaluation based on GNSS real-time data stream
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摘要: 为了满足地质灾害实时高精度监测应用需求，对常规全球卫星导航系统(GNSS)载波相位差分测速事后处理软件进行改进，增加了实时数据流接收和实时解码国际海运事业无线电技术委员会(RTCM)的功能，实现了真正的GNSS载波相位差分测速. 利用静态站和振动台模拟正弦波振动实验的GNSS数据，评估改进后GNSS实时测速程序的精度. 静态模拟动态的测速精度误差均方根(RMS)优于5 mm/s；振动台动态实验解算结果与振动台输出真值的互差RMS为10.4 mm/s. 说明本实验的实时GNSS测速程序在静态实时测速条件下的测速精度可达到mm/s级，在实时动态条件下测速精度仍能达到cm/s级.Abstract: In order to meet the real-time and accurate monitoring and early warning of geological disasters, and in view of the fact that the traditional GNSS carrier phase difference speed measurement mainly adopts the post-event simulation real-time processing mode, the post-event GNSS carrier phase difference speed measurement program is improved. Added the function of real-time data stream reception and real-time decoding of the RTCM to meet the needs of real-time speed measurement. Use the static station experiment and the shaking table to simulate the sine wave vibration experiment to evaluate the accuracy of the improved GNSS real-time speed measurement program. The root mean square (RMS) of the error in NEU directions in the static experiment is better than 5 mm/s; the RMS difference between the calculated speed in NEU directions and the true value in the dynamic experiment is 10.4 mm/s. It shows that the speed measurement accuracy of the real-time GNSS speed measurement program in this experiment can reach millimeter level under static real-time speed measurement conditions, and the speed measurement accuracy can still reach centimeter level under real-time dynamic conditions.
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表 1 RTCM3.2版本电文框架结构
名称 长度/bit 介绍 引导字 8 11010011 保留字段 6 未定义(设为000000) 消息长度 10 以比特为单位的消息 可变长度消息 长度可变 0~1 023 byte CRC校验 24 CRC-24Q检校结果 
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表 2 RTCM 3.2版本MSM消息用途及长度计算
消息类型 数据字段 用途 MSM1 伪距 常规和改进的高精度差分GNSS(DGNSS) MSM2 载波 常规RTK模式 MSM3 伪距+载波 MSM4 伪距+载波+信噪比 MSM5 伪距+载波+
多普勒+信噪比以标准与接收机无关的交换格式(RINEX)保存观测值 MSM6 伪距+载波+
信噪比(高精度)扩展的高精度RTK模式，实时网络数据流 MSM7 伪距+载波+多普勒+
信噪比(高精度)扩展高精度模式，传输完整RINEX格式观测值
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表 4 测站位置信息
测站 纬度/(°) 经度/(°) 高程/m ALGO 45.959 −78.071 202 MAC1 −54.499 158.936 −7 CEDU −31.867 133.810 145 NRC1 45.454 −75.624 83 FRDN 38.921 −77.066 59
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表 5 所有测站测速结果的RMS
测站 VE/mm·s−1 VN/mm·s−1 VU/mm·s−1 ALGO 1.603 2.135 1.378 MAC1 3.232 4.588 2.382 CEDU 4.421 2.437 2.793 NRC1 2.451 2.825 1.774 FRDN 1.896 2.180 1.204
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图(6) / 表(5)
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