GPS接收機天線相位中心檢測方法

1、報告人：魏錦德日期：2011年11月10日GPSGPS接收機天線相位中心接收機天線相位中心的檢測方法的檢測方法關鍵字：關鍵字：GPS接收機；天線相位中心；檢測方法摘要摘要 在高精度測量中，GPS接收機天線相位中心偏差是不容忽視的。本文討論了采用室內測量法和室外測量法，并結合最小二乘原理，來確定天線相位中心在水平和垂直方向上的偏差。通過實例測量結果，做出相應的總結分析。目目 錄錄研究背景研究背景一檢測方法檢測方法二實例計算實例計算三總結分析總結分析四（一）、研究背景（一）、研究背景 GPSGPS在測量中的應用在測量中的應用十分廣泛,其作業(yè)速度快、精度高、布點靈活、可以全天候作業(yè)。 通常通常，我們

2、是根據儀器廠家所提供的天線幾何中心和所量測的夭線高，將定位結果歸算至標石中心的。 GPS GPS接收機天線相位中心偏差接收機天線相位中心偏差：是指GPS天線接收衛(wèi)星信號的電氣中心與其廠家提供的位置（機械幾何中心）之差。（一）、研究背景（一）、研究背景 天線相位中心偏差天線相位中心偏差的影響： 1）天線相位中心的垂直偏差，造成測站間相對高程偏差達mm級； 2）對于水平位置的影響,由天線相位中心偏差造成的誤差也達mm級。 天線相位中心偏差天線相位中心偏差受多種原因影響，如天線制造水平、GPS信號入射方向、信號強度、高度角等，因此它會隨時間而變化。 GPS測量過程中我們只能測出理論上的平均相位中心平

3、均相位中心。（二）、檢測方法（二）、檢測方法 衛(wèi)星導航接收天線相位中心偏差的測量方法可分為室內測量法和室外測量法。 1 1、室內測量法、室內測量法 室內測量法室內測量法，即用微波天線測量設備測定相位中心位置，必須在微波暗室里進行。 微波天線測量設備微波天線測量設備由轉臺、微波發(fā)射天線、微波接收機、方向繪圖儀和微波暗室等部分組成。（二）、檢測方法（二）、檢測方法 室內測量法工作原理： 如果天線相位中心與轉臺旋轉中心完全重合,那么在轉臺旋轉過程中天線相位中心的位置是恒定不變的,信號通道的信號與參考通道信號的相對相位值也是固定不變的,在繪出的直角坐標系相位方向圖中其相位曲線理論上是一條直線。（二）、

4、檢測方法（二）、檢測方法l為了測定天線相位中心的Y軸分量,應把天線繞其中心軸旋轉90。 l改變信號源的輸出頻率,照此原理,便可測量出另一波段(L2)的相位中心。 （二）、檢測方法（二）、檢測方法 室內測量的優(yōu)點是: 不受時間、室外環(huán)境的影響，測量重復性、復現(xiàn)性好； 測量準確度高。 因此，室內測量法特別適用于實驗室檢測和天線生產廠對天線定標時的檢測。 但由于微波天線測量設備復雜、昂貴，檢定費用高、耗時多，并且一般測繪部門沒有這種設備，不適合野外檢測。（二）、檢測方法（二）、檢測方法2）交換天線法）交換天線法測量相位中心的垂直偏差1）旋轉天線法）旋轉天線法測量相位中心的水平偏差2、室外測量法、室外

5、測量法（二）、檢測方法（二）、檢測方法 在進行天線相位中心偏差檢定時，在天空視野開闊、無強電磁場干擾和反射環(huán)境的地勢平坦之處，選擇一超短基線，一般取1-10m。選擇PDOP5所對應的時間段進行觀測。 第一個測段中兩個天線都指北，觀測一個時段(1.5 h)。然后固定一個天線A不動,另外一個天線B依次旋轉90、180、270再測3個時段；之后,B不動,原固定不動的A天線依次旋轉90、180、270，再測3個時段；求出各個時段的基線值。 u 旋轉天線法旋轉天線法（二）、檢測方法（二）、檢測方法 u 旋轉天線法旋轉天線法（二）、檢測方法（二）、檢測方法 假設當2臺天線都指北時天線A的相位中心A1(x1

6、,y1),天線B的相位中心B1的坐標為(x2,y2),則當天線B順時針旋轉90、180、270后,B1分別轉到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差,dxi,dyi分別是第i基線測量的x坐標差與y坐標差。u 旋轉天線法旋轉天線法（二）、檢測方法（二）、檢測方法 （二）、檢測方法（二）、檢測方法 數學模型與未知數解算下面采用最小二乘法解算未知數。觀測量為dxi,dyi(i=1,2,7)未知數為x1,y1,x2,y2,x,y誤差方程為V=BX+LX=(x1,y1,x2,y2,x,y)T系數陣B為 （二）、檢測方法（二）、檢測方法

7、 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簡單的VB程序,計算時只要輸入各條基線的數值再按計算按鈕就可以得到計算結果。（二）、檢測方法（二）、檢測方法 地面標石到瞬時相位中心的高度改化H分為3部分: H = h1 + h2 + h3 h1是地面標石到天線參考點ARP之間的高度； h2是天線參考點到平均相位中心的偏移PCO； h3是瞬時相位中心相對于平均相位中心的相位中心變化PCV。 u 交換天線法交換天線法（二）、檢測方法（二）、檢測方法 在使用旋轉天線法的過程一并完成。 第一個測段中兩個天線精確對中、整平,天線定向標志指北,精確地量取天線高，觀測一個時段(1.5 h)；

8、交換天線，精確對中、整平,天線定向標志指北,精確地量取天線高，再觀測一個時段； 分別解算二個時段基線值。 采用精密水準測量測定兩天線抑徑板之間的高差h=hB-hA。 測站A和B的大地高分別為HA和HB，天線高分別為hA和hB。 u 交換天線法交換天線法（二）、檢測方法（二）、檢測方法 u 交換天線法交換天線法 （二）、檢測方法（二）、檢測方法 第一時段：第二時段： 相減得： 對于雙頻GPS接收機而言，由于L1和L2載波的相位中心是不一致的，因此，必須對L1、L2載波的相位觀測值分別求解。 u 交換天線法交換天線法（三）、實例計算（三）、實例計算 按照以上所述的方法測量了7條基線,結果如表2。表

9、2所列的是空間基線dx,dy,dz,下面把它們轉化為平面坐標系下的基線。 （三）、實例計算（三）、實例計算 因為這是一條超短基線,所以可以用一種簡單而有效的方法。如圖所示,假設弧EF只有1 m長,它是如此之短以至可以把它當作一條直線,則: 其中, a為長半軸,e是第一偏心率,取WGS-84橢球)=206 265從而表2的基線化為平面坐標差見表3。 （三）、實例計算（三）、實例計算 （三）、實例計算（三）、實例計算 天線相位中心垂直偏差如下：（三）、實例計算（三）、實例計算 CH 8016-1995全球定位系統(tǒng)（GPS）測量型接收機檢定規(guī)程規(guī)定： JJF 1118-2004 全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機校準規(guī)范規(guī)定： 各時段基線向量最大互差應小于各時段基線向量最大互差應小于GPSGPS接收機的固定誤差。接收機的固定誤差。 靜態(tài)相對定位標稱精度靜態(tài)相對定位標稱精度: : 平面:(5 mm+1 ppm) 高程:(10mm+2 ppm)（四）、總結分析（四）、總結分析在精密測量中，按照測繪行業(yè)標準，對接收機進行天線相位中心偏差檢定是必不可少的。本文利用幾何關系和最小二乘法檢測和計算天線相位中心偏差，