GPS接收機(jī)天線相位中心的檢測(cè)方法PPT課件

.,1,報(bào)告人：魏錦德日期：2011年11月10日,GPS接收機(jī)天線相位中心的檢測(cè)方法,.,2,關(guān)鍵字：GPS接收機(jī)；天線相位中心；檢測(cè)方法摘要在高精度測(cè)量中，GPS接收機(jī)天線相位中心偏差是不容忽視的。本文討論了采用室內(nèi)測(cè)量法和室外測(cè)量法，并結(jié)合最小二乘原理，來(lái)確定天線相位中心在水平和垂直方向上的偏差。通過(guò)實(shí)例測(cè)量結(jié)果，做出相應(yīng)的總結(jié)分析。,.,3,目錄,.,4,（一）、研究背景,GPS在測(cè)量中的應(yīng)用十分廣泛,其作業(yè)速度快、精度高、布點(diǎn)靈活、可以全天候作業(yè)。通常，我們是根據(jù)儀器廠家所提供的天線幾何中心和所量測(cè)的夭線高，將定位結(jié)果歸算至標(biāo)石中心的。GPS接收機(jī)天線相位中心偏差：是指GPS天線接收衛(wèi)星信號(hào)的電氣中心與其廠家提供的位置（機(jī)械幾何中心）之差。,.,5,（一）、研究背景,天線相位中心偏差的影響：1）天線相位中心的垂直偏差，造成測(cè)站間相對(duì)高程偏差達(dá)mm級(jí)；2）對(duì)于水平位置的影響,由天線相位中心偏差造成的誤差也達(dá)mm級(jí)。天線相位中心偏差受多種原因影響，如天線制造水平、GPS信號(hào)入射方向、信號(hào)強(qiáng)度、高度角等，因此它會(huì)隨時(shí)間而變化。GPS測(cè)量過(guò)程中我們只能測(cè)出理論上的平均相位中心。,.,6,（二）、檢測(cè)方法,衛(wèi)星導(dǎo)航接收天線相位中心偏差的測(cè)量方法可分為室內(nèi)測(cè)量法和室外測(cè)量法。1、室內(nèi)測(cè)量法室內(nèi)測(cè)量法，即用微波天線測(cè)量設(shè)備測(cè)定相位中心位置，必須在微波暗室里進(jìn)行。微波天線測(cè)量設(shè)備由轉(zhuǎn)臺(tái)、微波發(fā)射天線、微波接收機(jī)、方向繪圖儀和微波暗室等部分組成。,.,7,（二）、檢測(cè)方法,室內(nèi)測(cè)量法工作原理：如果天線相位中心與轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心完全重合,那么在轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中天線相位中心的位置是恒定不變的,信號(hào)通道的信號(hào)與參考通道信號(hào)的相對(duì)相位值也是固定不變的,在繪出的直角坐標(biāo)系相位方向圖中其相位曲線理論上是一條直線。,.,8,（二）、檢測(cè)方法,為了測(cè)定天線相位中心的Y軸分量,應(yīng)把天線繞其中心軸旋轉(zhuǎn)90。改變信號(hào)源的輸出頻率,照此原理,便可測(cè)量出另一波段(L2)的相位中心。,.,9,（二）、檢測(cè)方法,室內(nèi)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是:不受時(shí)間、室外環(huán)境的影響，測(cè)量重復(fù)性、復(fù)現(xiàn)性好；測(cè)量準(zhǔn)確度高。因此，室內(nèi)測(cè)量法特別適用于實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)和天線生產(chǎn)廠對(duì)天線定標(biāo)時(shí)的檢測(cè)。但由于微波天線測(cè)量設(shè)備復(fù)雜、昂貴，檢定費(fèi)用高、耗時(shí)多，并且一般測(cè)繪部門沒(méi)有這種設(shè)備，不適合野外檢測(cè)。,.,10,（二）、檢測(cè)方法,2）交換天線法測(cè)量相位中心的垂直偏差,1）旋轉(zhuǎn)天線法測(cè)量相位中心的水平偏差,2、室外測(cè)量法,.,11,（二）、檢測(cè)方法,在進(jìn)行天線相位中心偏差檢定時(shí)，在天空視野開(kāi)闊、無(wú)強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾和反射環(huán)境的地勢(shì)平坦之處，選擇一超短基線，一般取1-10m。選擇PDOP5所對(duì)應(yīng)的時(shí)間段進(jìn)行觀測(cè)。第一個(gè)測(cè)段中兩個(gè)天線都指北，觀測(cè)一個(gè)時(shí)段(1.5h)。然后固定一個(gè)天線A不動(dòng),另外一個(gè)天線B依次旋轉(zhuǎn)90、180、270再測(cè)3個(gè)時(shí)段；之后,B不動(dòng),原固定不動(dòng)的A天線依次旋轉(zhuǎn)90、180、270，再測(cè)3個(gè)時(shí)段；求出各個(gè)時(shí)段的基線值。,旋轉(zhuǎn)天線法,.,12,（二）、檢測(cè)方法,旋轉(zhuǎn)天線法,.,13,（二）、檢測(cè)方法,假設(shè)當(dāng)2臺(tái)天線都指北時(shí)天線A的相位中心A1(x1,y1),天線B的相位中心B1的坐標(biāo)為(x2,y2),則當(dāng)天線B順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90、180、270后,B1分別轉(zhuǎn)到B2(-y2,x2)、B3(-x2,-y2)、B4(y2,-x2)的位置。x,y分別是基線幾何中心的坐標(biāo)差,dxi,dyi分別是第i基線測(cè)量的x坐標(biāo)差與y坐標(biāo)差。,旋轉(zhuǎn)天線法,.,14,（二）、檢測(cè)方法,.,15,（二）、檢測(cè)方法,數(shù)學(xué)模型與未知數(shù)解算下面采用最小二乘法解算未知數(shù)。觀測(cè)量為dxi,dyi(i=1,2,7)未知數(shù)為x1,y1,x2,y2,x,y誤差方程為V=BX+LX=(x1,y1,x2,y2,x,y)T系數(shù)陣B為,.,16,（二）、檢測(cè)方法,組成法方程解出X,并求出精度。依照以上所述原理編制了一個(gè)簡(jiǎn)單的VB程序,計(jì)算時(shí)只要輸入各條基線的數(shù)值再按計(jì)算按鈕就可以得到計(jì)算結(jié)果。,.,17,（二）、檢測(cè)方法,地面標(biāo)石到瞬時(shí)相位中心的高度改化H分為3部分:H=h1+h2+h3h1是地面標(biāo)石到天線參考點(diǎn)ARP之間的高度；h2是天線參考點(diǎn)到平均相位中心的偏移PCO；h3是瞬時(shí)相位中心相對(duì)于平均相位中心的相位中心變化PCV。,交換天線法,.,18,（二）、檢測(cè)方法,在使用旋轉(zhuǎn)天線法的過(guò)程一并完成。第一個(gè)測(cè)段中兩個(gè)天線精確對(duì)中、整平,天線定向標(biāo)志指北,精確地量取天線高，觀測(cè)一個(gè)時(shí)段(1.5h)；交換天線，精確對(duì)中、整平,天線定向標(biāo)志指北,精確地量取天線高，再觀測(cè)一個(gè)時(shí)段；分別解算二個(gè)時(shí)段基線值。采用精密水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)定兩天線抑徑板之間的高差h=hB-hA。測(cè)站A和B的大地高分別為HA和HB，天線高分別為hA和hB。,交換天線法,.,19,（二）、檢測(cè)方法,交換天線法,.,20,（二）、檢測(cè)方法,第一時(shí)段：第二時(shí)段：相減得：對(duì)于雙頻GPS接收機(jī)而言，由于L1和L2載波的相位中心是不一致的，因此，必須對(duì)L1、L2載波的相位觀測(cè)值分別求解。,交換天線法,.,21,（三）、實(shí)例計(jì)算,按照以上所述的方法測(cè)量了7條基線,結(jié)果如表2。表2所列的是空間基線dx,dy,dz,下面把它們轉(zhuǎn)化為平面坐標(biāo)系下的基線。,.,22,（三）、實(shí)例計(jì)算,因?yàn)檫@是一條超短基線,所以可以用一種簡(jiǎn)單而有效的方法。如圖所示,假設(shè)弧EF只有1m長(zhǎng),它是如此之短以至可以把它當(dāng)作一條直線,則:其中,a為長(zhǎng)半軸,e是第一偏心率,取WGS-84橢球)=206265從而表2的基線化為平面坐標(biāo)差見(jiàn)表3。,.,23,（三）、實(shí)例計(jì)算,.,24,（三）、實(shí)例計(jì)算,天線相位中心垂直偏差如下：,.,25,（三）、實(shí)例計(jì)算,CH8016-1995全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量型接收機(jī)檢定規(guī)程規(guī)定：JJF1118-2004全球定位系統(tǒng)(GPS)