全球定位导航系统(GPS)在航空物探中的应用
(地质矿产部航空物探遥感中心，北京100083)
全球定位系统(GPS)是一种无线电导航系统，在美国已经成功开发了20多年。它将用于逐步取代目前使用的其他无线电导航系统，使全球导航真正实现。GPS系统已正式投入使用，可向全球用户提供高精度的三维位置、速度和时间信息，被视为20世纪重大技术突破之一。GPS技术的推广应用使航空地球物理调查受益匪浅。1987年，地质矿产部航空遥控中心引进了GPS接收机。GPS导航定位系统的应用不仅简化了航空物探测量设备，而且提高了导航定位精度和总测量精度，拓展了航空物探测量领域，大大提高了航空物探测量的生产效率。它已成为航空物探测量的首选导航定位手段。
1.不同导航定位方法的比较
导航和定位在航空地球物理勘测中的重要性是众所周知的。航空物探测量从地形图目视导航开始，逐步发展到地形图目视导航、仪器导航定位，如双曲线、多普勒(辅以摄影或录像)、响应导航定位系统等。有力地推动了航空物探的发展。地形图的目视、摄影和视频定位的精度取决于地形图、导航和测绘的精度。无线电导航定位系统主要利用电磁频谱中的中频、低频和甚低频带，有低频、远程和低精度，高频和近程和高精度。与GPS相比，这种系统受地形和控制区域的限制，设备庞大笨重，需要更多的人。无线电信号的接收和发射受环境影响较大，仪器故障较多，导航定位精度一般不高。表1列出了不同导航定位方法的定位精度对比。说明随着导航定位技术的进步，定位精度在不断提高。
表1不同导航定位方法定位精度对比
第二，全球卫星定位系统
全球定位系统(GPS)是由美国建立的，用于海上、陆地和空中设施的高精度导航和定位。GPS作为新一代卫星导航定位系统，不仅具有全球、全天候、连续的精密三维导航定位能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性。全球卫星导航定位系统的快速发展引起了各国的广泛关注。特别是近十年来，GPS技术在应用基础的研究、新应用领域的开发和软硬件的发展方面取得了长足的进步。
前苏联也有类似的系统，称为全球导航卫星系统(GLONASS)，现在被俄国接管。GLONASS和GPS的一个主要区别是，GLONASS使用频分多址技术来区分卫星信号，而GPS使用码分多址技术。GLONASS没有SA(选择性可用性)干扰，可以为民用用户提供精确定位。GPS有SA干扰，为民用用户提供100m的精度。目前，现有的双星座单频接收机可以充分利用上述空间技术，提高单频C/A码接收机的导航定位精度，组合星座的定位精度可以达到16m左右。
三、GPS在航空物探测量中的应用
GPS系统只为民用用户提供标准定位服务(SPS)，使用粗码(C/A码)定位精度可达14m。由于美国采用选择性可用性来降低民用GPS的定位精度，水平定位精度定为100m，垂直测量精度定为157m..
在航空物探中，GPS导航定位系统显著提高了航迹定位精度、测线密度和测量整体精度。与其他导航定位系统相比，简化了设备和人员，提高了生产效率。利用这些技术，远程中心首次完成了塔里木盆地东部的高精度航磁勘探。表2列出了在SA干扰下在野外工作区域测得的静态GPS数据。对于1: 5万等中小型航空物探测量，精度能满足航磁规范要求。
表2 TANS-11 GPS外业工区静态观测数据
第四，事后差分GPS在航空物探中的应用。
事后差分GPS系统的定位精度可以满足任何比例尺航空物探测量的定位要求，且经济、易操作，但不能保证实时导航精度。
为寻找金伯利岩管道而在山东省枣庄工区进行的航磁调查应加密至大比例尺飞行，部分地区的线距为100米。在对测区地形和差分GPS测量进行综合分析后，发现由于无法建立地面数据通信链路，无法采用实时差分GPS方法，因此决定采用事后差分GPS，其定位精度能够满足大规模勘探的要求，并保证大规模测量网的密度。而且，事后差分设备简单，易于安装，与实时差分相比，生产成本更低。1995年7月至11年7月，采用差分GPS方法对动力滑翔机进行导航定位，进行磁测作业，共完成32次飞行，17000线公里。航磁测量总精度为1:25000、1.75 nt、1: 1.49nT，投产前对事后差分GPS进行了短距离和长距离静态测试，验证其定位精度和控制范围(表3、表4)。生产期间进行了差分GPS与单GPS的静态对比试验(表5)和差分GPS与单GPS的简单动态试验(图1)。受技术条件限制，测试方法比较简单。飞机沿着机场上空的水泥跑道，以30米的超低空直线来回飞行。在飞行过程中，测试人员观察了飞机的偏航。试验表明，与单GPS相比，微分后的飞行轨迹与实际飞行一致，收敛性好，定位精度明显提高。飞机保持在规定航向飞行，左右偏差小于5 m。
表3近距离已知点差分GPS测试
表4长距离差分GPS测试(115.8km)
表5单GPS与差分GPS静态对比试验
图1差分GPS与单GPS动态试飞轨迹对比
动词 （verb的缩写）双星座GPS在航空物探中的应用
GLONASS星座在三个轨道平面上有24颗卫星，并已投入运行。同时，一种新的双星座接收机(GPS+GLONASS)也已投入使用。中心组织相关技术人员对新产品进行了详细的调研、分析和测试，认为双星座GPS+GLONASS接收机能够无差别地满足大范围航空物探测量的导航定位要求。购买前，我们对3S公司的GNSS300组合接收机和Astek公司的GG24组合接收机进行了性能和技术指标的对比测试，包括长期静态测试、车载动态测试和飞机上的电磁干扰测试(图2、图3、图4)。经过对测试数据的分析和观察，决定选用Astek公司的GG24组合接收器，首次用于大型航空物探，成功实现了150m线距的高精度航磁勘探。磁测总精度为1.84nT，测网密度为150 m 18.2 m，导航定位精度满足设计要求，获得了高质量的基础数据，得到了业主的高度评价，认为是世界一流水平。
图2 GG24单颗GPS卫星静态数据离散分布图
图3 GG24单颗GLONASS卫星静态数据离散分布
图4 GG24组合卫星静态数据离散分布
不及物动词结论和建议
全球卫星导航定位系统(GPS)应用于航空地球物理勘探已有十余年，在不同地区、不同线距、不同任务下取得了显著成效。
1的应用与推广。GPS技术提高了航空物探技术在沙漠、海洋等地区开展调查的能力，加快了土地调查的进程。
2.双星座GPS接收机的引入和使用，弥补了单个GPS导航精度低、不能用于大范围飞行作业的不足，满足了100m线距航空物探的导航定位要求，实现了真正的大范围、高精度航空物探，为替代地面工作准备了技术条件。
3.GPS在航空物探测量中的应用应视具体要求而定。总结多年经验，我们提出以下建议供参考。对于500米以上的行距测量，使用单个GPS(TANS-II)；对于100~250m ~ 250m的线路测距，采用双星座导航定位系统(GG-24)，提供优于20m的水平精度和30m的高度精度。在未来的航空物探中，尽可能使用双星座导航定位系统，可以减少定位带来的误差，便于将来在同一区域工作时在飞行线距离内加密测量，降低飞行成本。需要高精度定位测量时，可采用事后差分。当需要高精度导航定位测量时，可以采用差分信标或同步通信卫星实现实时导航定位，但成本较高。
全球导航定位技术在我国航空物探领域的成功应用，凝聚了广大技术人员的智慧和心血。本文GPS静态数据由李标芳教授提供，野外各工区静态数据根据相关报道整理上报，在此表示衷心感谢！
全球定位系统在航空物探测量中的应用
董·
(航空物探遥感中心，北京100083)
摘要
自卫星导航全球定位系统(GPS)问世以来，先后采用了单GPS、后差GPS和双星座组合GPS技术，这些技术的应用和推广提高了导航定位的精度和测量的总体精度，有助于航空物探技术的整体提高，拓展了航空物探的调查领域，大大提高了航空物探的工作效率。