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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。目錄研究背景一檢測(cè)方法二實(shí)例計(jì)算三總結(jié)分析四（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，
2、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。（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。（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)
3、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。（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。（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
4、率,照此原理,便可測(cè)量出另一波段(L2)的相位中心。（二）、檢測(cè)方法室內(nèi)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是:①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；②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(mén)沒(méi)有這種設(shè)備，不適合野外檢測(cè)。（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（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，
5、選擇一超短基線，一般取1-10m。選擇PDOP≤5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（二）、檢測(cè)方法旋轉(zhuǎn)天線法（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(δx1,δy1),天線B的相位中心B1的坐標(biāo)為(δx2,δy2),則當(dāng)天線B順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°、180°、270
6、°后,B1分別轉(zhuǎn)到B2(-δy2,δx2)、B3(-δx2,-δy2)、B4(δy2,-δx2)的位置。Δx,Δy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（二）、檢測(cè)方法（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δx1,δy1,δx2,δy2,Δx,Δy誤差方程為V=BX+LX=(δx1,δy1,δx2,δy2,Δx,Δy)T系數(shù)陣B為（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
7、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。（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（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
8、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Δh=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（二）、檢測(cè)方法交換天線法（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)L
