GPS接收机天线相位中心高的推算方法
天线相位中心位置的计算方法
天线 相 位 中心位 置 的计 算 方 法
张 重 阳 陈 旭
（ 中 国电子科 技 集 团第 ３ ８研 究 所 合 肥 ２ ３ ０ ０ ３ １ ）
【 摘要】 本文提 出 了一种 天 线相位 中心位 置 的 计 算方 法 ， 该 方 法基 于天 线远 场 幅 度 与 相 位 方 向 图 ，
ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ａｒ ｆ ｉｅ ｆ ｌ ｄ ｐｈ ａ ｓ ｅ ｐ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｎ ｉ ｓ ｉｒ ｆ ｓ ｔ ｌ ｙ ｓ ｅ ｔ ｕ ｐ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ａ ｌ ｄ ｅ ｒ ｉ ｖ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｏ ｆ ｆ ａ ｒ ｉｅ ｆ ｌ ｄ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ Ｓ Ｓ Ｄ ｏ ｎ
第４ ４卷 第 ２期 （ 总第 １ ７ ２期 ）
２ ０ １ ５年 ６月
火 控 雷 达 技术
Ｆｉ ｒ ｅ Ｃｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ Ｒａ ｄａ ｒ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖｏ １ ． ４ ４ Ｎ ｏ ． ２（ Ｓ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ １ ７ ２）
Ｊ ｕ ｎ ．２ ０ １ ５
关键词 ： 相 位 中心 ； 平 面近 场 ； 天线测量 ； 相 位 补偿
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｎ ８ ２ ０ ． １ ７
文献标志码 ： Ａ
文章 编 号 ： １ ０ ０ ８ － ８ １ ５ ２ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ２ — ０ ９ ０ ０ ６
Ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｏ ｆ Ｃａ ｌ ｃ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｎｇ Ａｎ ｔ ｅ ｎｎ ａ Ｐｈ ａ ｓ ｅ Ｃｅ ｎ ｔ ｅ ｒ Ｐｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ
ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ： ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ；ｐ ｌ ａ ｎｅ ｎ ｅ ａ ｒ ｉｅ ｆ ｌ ｄ； ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ；ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
(优选)接收机天线相位中心的检测方法.
研究背景
二
检测方法
三
实例计算
四
总结分析
（一）、研究背景
➢ GPS在测量中的应用十分广泛,其作业速度快、精度高、布点灵 活、可以全天候作业。
➢ 通常，我们是根据仪器厂家所提供的天线几何中心和所量测的 夭线高，将定位结果归算至标石中心的。
➢
GPS接收机天线相位中心偏差：是指GPS天线接收卫星信号的
电气中心与其厂家提供的位置（机械几何中心）之差。
（二）、检测方法
交换天线法
在使用旋转天线法的过程一并完成。 第一个测段中两个天线精确对中、整平,天线定向标志指北, 精确地量取天线高，观测一个时段(1.5 h)； 交换天线，精确对中、整平,天线定向标志指北,精确地量取 天线高，再观测一个时段； 分别解算二个时段基线值。
采用精密水准测量测定两天线抑径板之间的高差Δh=hB-hA。 测站A和B的大地高分别为HA和HB，天线高分别为hA和hB。
（二）、检测方法
旋转天线法
（二）、检测方法
旋转天线法
假设当2台天线都指北时天线A的相位中心A1(δx1,δy1), 天线B的相位中心B1的坐标为(δx2,δy2),则当天线B顺时针旋 转90°、180°、270°后,B1分别转到B2(-δy2,δx2)、B3(δx2,-δy2)、B4(δy2,-δx2)的位置。
天线相位中心垂直偏差如下：
（三）、实例计算
《CH 8016-1995全球定位系统（GPS）测量型接收机检定规 程》规定：
《JJF 1118-2004 全球定位系统(GPS)接收机校准规范》规 定：
各时段基线向量最大互差应小于GPS接收机的固定误差。
静态相对定位标称精度: 平面:±(5 mm+1 ppm) 高程:±(10mm+2 ppm)
gps测高原理
gps测高原理GPS测高原理引言：GPS（全球定位系统）是一种通过卫星定位的技术，广泛应用于导航、测绘、地理信息系统等领域。
除了可以确定位置的经纬度，GPS还可以用来测量高度。
本文将介绍GPS测高的原理，并探讨其应用。
一、GPS测高原理GPS测高主要依靠卫星信号的接收和计算来实现。
GPS接收机通过接收来自卫星的信号，计算出接收机与卫星之间的距离，并通过三角测量的方法确定接收机的高度。
1. 接收卫星信号GPS接收机通过天线接收卫星发射的信号。
每颗GPS卫星都会发射包含精确时间信息的信号，接收机通过接收多颗卫星的信号来计算位置和高度。
2. 计算距离接收机接收到卫星信号后，会通过测量信号的传播时间来计算接收机与卫星之间的距离。
由于信号的传播速度是已知的（光速），接收机可以根据接收到信号的时间差来计算距离。
3. 确定接收机高度通过接收多个卫星的信号，接收机可以获得多组距离数据。
利用三角测量的原理，接收机可以确定自身的高度。
三角测量的基本原理是，通过知道一个角度和对边的长度，就可以计算出其他两边的长度。
在GPS测高中，已知的是接收机与卫星的距离，可以通过计算得到高度。
二、GPS测高的精度和误差尽管GPS测高具有一定的精度，但也存在一些误差来源。
以下是常见的误差来源：1. 卫星精度误差：卫星的位置精度会影响到测量的精度，因为接收机计算高度时需要依赖卫星的位置信息。
2. 大气延迟误差：卫星信号在穿过大气层时会发生折射，导致信号传播时间增加。
这种延迟误差会对测量结果产生一定的影响。
3. 多路径误差：如果卫星信号在传播过程中反射、折射或散射，会导致接收机接收到多个信号源，从而产生多路径误差。
4. 接收机误差：接收机本身的误差也会对测量结果产生影响，这包括接收机的精度、稳定性等因素。
为了降低误差，GPS测高通常会采用差分GPS技术，即通过同时测量一个已知高程点和需要测量的点的距离差来消除误差。
三、GPS测高的应用GPS测高具有广泛的应用领域，以下是一些常见的应用场景：1. 地理测绘：GPS测高可以用于制作地图、测量地表高程、绘制等高线等。
GPS接收机天线相位中心高的推算方法
GPS接收机天线相位中心高的推算方法无论是现在流行的卫星定位测量，还是传统的全站仪测量，都需要量取仪器高，而这个高并非就是仪器到测量基准点的实际高，而是一个斜距。
GPS接收机的仪器高实际上就是天线相位中心沿铅垂线到基准点的距离，在实际工作中天线相位中心不能够直接标定出来，也无法直接量取。
文章通过理论推导出实际天线高的计算公式，从理论和实践两方面对公式进行了论证，分析了量取天线高的误差对实际天线高误差精度的影响。
标签：GPS接收机天线相位中心天线高误差传播1引言GPS接收机天线主要用来接收卫星信号，是GPS接收机的重要组成部分，GPS接收机天线的相位中心就是GPS定位的中心，而实际工作中，采用对中整平仪器，量取天线高，来计算出GPS接收机所架设测量控制点的坐。
这个过程中，由于没有办法用尺子直接量取从天线相位中心沿铅垂线到基准点的距，也就是无法直接量取实际天线高，量取的天线高实际上是控制点标识中心到GPS天线护圈中心（视仪器而定，此处以Trimble R8仪器为例）的斜距，不是真正意义上到天线相位中心的天线高，这个斜距需要经过改正计算才能得到真正意义上的天线高，那么GPS接收机的天线相位中心的高度到底是如何计算的呢？2 GPS实际天线高推算方法GPS接收机天线经过对中整平后，它的天线相位中心与测量控制点的连线与过天线相位中心的铅垂线是重合的，与GPS接收机天线相位中心所在的平面是垂直的，他们刚好构成了一个直角三角形，这时天线高的值实际上就是，从天线相位中心沿着铅垂线到测量控制点标识中心的距离，而用尺子量取的天线高是斜距，根据勾股定理，只要再知道GPS接收机天线的半径就可以计算出实际的天线高。
而实际工作中，仅仅根据勾股定理还不能直接得到天线高，还必须给计算出的天线高加一个常数，这也就是说天线相位中心所在的水平面与量取天线高标识面所在的水平面上并不重合，两个平面之间的距离就是应该加上的常数。
如图1所示，设量取天线高斜距为s，实际天线高为h，天线半径为r，常数为k，则实际天线高的计算公式为：式中的r可以通过查阅仪器说明书获得，而k的值仪器说明书则没有提供，这里可以通过数学统计参数估计的方，多次精确地量取天线高s和仪器自己计算出来的实际天线高h的值，来反算出k的值，从而得出完整的计算公式，也就确定了天线相位中心的位置。
天宝GPS天线高详细说明
天宝GPS天线高详细说明
1、天线量高量取点示意图
①护圈中心（常用量高位置）
②天线座底部（使用量高片时）
③延伸支杆（我们没有）
①量至护圈中心时：量取斜高的平方，减去天线半径（0.091）的平方，再开根号，再加上高差。
举例：天宝5800，实际量取斜高为1.425米，计算相位中心高度。
√1.4252−0.0912+0.0097=1.4318
②采用量高片量至天线座底部时：量取斜高的平方，减去量高片半径（0.130）的平方，再开根号，再加上高差。
举例：天宝R8，实际量取斜高为1.425米，计算相位中心高度。
√1.4252−0.1302+0.0649=1.4840
4、RINEX格式转换软件操作
打开后如果运行不了，请使用“右键”---以管理员身份运行。
5、LGO中天线量高示意图
在LGO中进行基线解算，需要的是相位中心高度，即上图中的“总垂直”高度。
①、通过我们自己计算后得到天线相位中心高度后，在RINEX软件高度改正中如果是选择APC改正到相位中心，导入的LGO中得到的为天线座底部高度（即上图中“垂直”高度），这时我们需要进行“天线定义”
②、另一种处理方式：通过我们自己计算后得到天线相位中心高度后，在RINEX 软件高度改正中如果是选择ARP改正到天线座底部（实际仍输入“天线相位中心高度”）。
这时导入到LGO中得到的仍为天线座底部高度（即上图中“垂直”高度），但实际高度是天线相位中心高度，所以这时就不用进行“天线定义”，垂直偏差为0，那么：
垂直高度+垂直偏差0=总垂直高度（即天线相位中心高度）
建议采用第二种处理方式，操作时更为简便，特别是在RINEX转换软件中少了一个选择步骤，不容易出错。
BDSGPS兼容接收机天线相位中心标定分析
浙江测绘2020年第4期I技术交流ichhjua ng BDS/GPS兼容接收机天线相位中心标定分析彭攀，朱艳军（宁波市阿拉图数字科技中心，宁波315042）摘要：目前,IGS发布最新的相位中心模型文件中给出了大部分测地型天线GPS/GLONASS等系统的改正值，但未发布BDS改正值。
本文利用旋转天线法对某BDS/GPS兼容接收机天线多个频点的天线相位中心偏差（PCO）和天线相位中心变化（PCV）进行了标定。
结果表明：L1/L2/B1/B2/B3等多个频点的PCO N、E方向均小于0.6mm,U方向存在较大的差异性,RMS值均小于0.7mm,U方向比N、E方向大，且GPS与BDS具有一致性;PCV随着高度角的增加存在先下降再上升再下降的趋势，在高度角为0时，能达到厘米量级。
在高度角大于60度时，除L1/B1夕卜，其它频点相位中心变化均小于2mm,L1/B2/B3等频点相位中心变化总体上介于L2/B1之间。
关键词：旋转天线法；BDS/GPS；相位中心偏差；相位中心变化1引言随着2020年5月第54颗北斗导航卫星完成在轨测试和入网评估工作，标志着我国北斗三代基本完成系统建设,BDS的应用必然会越来越广，多星座兼容接收机将会成为未来接收机产品的主流。
而在高精度GNSS定位中，接收机天线相位中心偏差（PCO）和天线相位中心变化（PCV）的影响就显得尤为重要z。
目前,IGS发布最新的相位中心模型文件中给出了大部分测地型天线GPS/GLONASS等系统的改正值，但未发布BDS改正值。
基于BDS的B1/B2频率和GPS的L1/L2频率较为接近这一特性,BDS的天线相位中心改正通常采用GPS的公布值来近似代替，但是B3频率的天线相位中心改正尚无论证。
因此,有必要对BDS进行天线相位中心标定。
本文采用旋转天线法网对某国产BDS/GPS 兼容接收机天线（下简称待测天线）GPS的L1/L2和BDS的B1/B2/B3等多个频点的相位中心进行了标定，并对多个频点的PCO与PCV进行了对比分析。
gnss数据解算天线高量取方式
gnss数据解算天线高量取方式GNSS（全球导航卫星系统）是一种利用卫星信号进行导航和定位的技术。
在GNSS数据解算中，天线高量取是其中一个重要的环节，它用于确定接收天线的高度，以便进行精确的位置计算和导航。
本文将介绍几种常见的天线高量取方式，并分析它们的优缺点。
一、天线相位中心法天线相位中心法是一种常用的天线高量取方式。
它通过测量接收天线的相位中心与接收机天线相位中心之间的距离差，来确定天线的高度。
这种方法需要使用高精度的测距仪器，可以获得相对较高的精度。
但是，它对仪器的要求较高，操作相对复杂，而且需要较长的时间进行测量。
二、天线相位顶点法天线相位顶点法是另一种常用的天线高量取方式。
它通过测量接收天线的相位顶点与接收机天线相位顶点之间的距离差，来确定天线的高度。
相比于天线相位中心法，天线相位顶点法在仪器要求和操作上更加简单，测量时间也相对较短。
然而，该方法对于天线相位顶点的判断有一定的误差，可能会影响测量结果的准确性。
三、天线相位斜率法天线相位斜率法是一种较为精确的天线高量取方式。
它通过测量接收天线的相位斜率与接收机天线相位斜率之间的差异，来确定天线的高度。
相比于前两种方法，天线相位斜率法对仪器的要求更高，需要使用高精度的测距仪器和精密的相位测量设备。
然而，这种方法可以获得较为准确的天线高度信息，适用于精密的导航和定位应用。
四、天线相位差分法天线相位差分法是一种基于相位差分的天线高量取方式。
它通过测量接收天线与参考天线之间的相位差异，来确定天线的高度。
这种方法可以消除大气和电离层的影响，获得更加准确的高度信息。
然而，天线相位差分法对于接收天线和参考天线之间的距离要求较高，而且需要进行较为复杂的数据处理，因此操作相对复杂。
天线高量取在GNSS数据解算中起着重要的作用。
不同的天线高量取方式有各自的优缺点，可以根据具体的应用需求选择合适的方法。
在实际应用中，除了天线高量取，还需要考虑其他因素对定位精度的影响，如大气和电离层的影响等。
GPS天线相位中心的确定及其消除偏差方法
Ｇ Ｓ接 收 机 的 等 效 相 位 中心 就 不 会 随 点 ， 于 每 一 颗 卫 星 信 号 而 言 ， 关 解 调 点 是 测 量 的参 考 点 （ 起 算 真 正 定 在 天 线 的 表 面 中 心 上 ． Ｐ 对 相 或 ＤＯ 这 Ｐ 点 ） 此 看来 Ｇ Ｓ接 收 机 的 相 位 中 心 不在 天线 上 ， 体 在 哪 ？分 析 如 Ｐ Ｐ值 发 生 变 化 ， 将 有 利 于 提 高 Ｇ Ｓ接 收 机 的 测 量 精 度 。 扣 除 机 。如 Ｐ 具 内时 延 的方 法 是 ： 于 某 种 型 号 的 Ｇ Ｓ接 收 机 ， 用 固定 型号 和 固定 对 Ｐ 使 下：
显 Ｇ Ｓ接 收 机 的 相 位 中心 ．也 就 是 通 常 所 说 的 Ｇ Ｓ接 收 机 的 电 气 效 相 位 中心 大 致 可 确 定 在 天 线 平 面 位 置 的 下方 。 具 体 在 那 里 ， 然 决 Ｐ Ｐ 卫 中心 ， 它是 一 台 测量 仪 的基 准 点 ， 究 Ｇ Ｓ接 收 机 的 相 位 中 心 的 变 化 定 于 机 内时 延 的 大 小 和 卫 星 在 空 间 的分 布情 况 。 星在 空 间 的分 布 与 研 Ｐ Ｇ Ｓ接 收 机 中反 映 出 来 的精 度 衰 减 因 子 Ｐ Ｏ Ｐ Ｄ Ｐ值 有 一 定 关 系 ，Ｄ Ｐ ＯＰ 规律 ， 提高测量精度的重要环节。 是
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Ｓ ＩＮ Ｅ＆Ｔ Ｃ ＮＯ Ｏ Ｆ ＭＡ Ｉ ＣＥ Ｃ Ｅ Ｈ Ｌ ＧＹＩ ＯＲ ＴＯＮ Ｎ
２０ ０ ８年
第 ４期
Ｇ Ｓ 线 位中 确 及 除偏 方 Ｐ 天 相 心的 定 其消 差 法
孔 祥旗 李 冠男 （ 中国人 民解放 军 ９ ９ １部 队 ９ ２４ ５分 队 辽 宁 葫芦 岛 １ ５ ０ ） ２ ０ １
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GPS接收机天线相位中心高的推算方法
无论是现在流行的卫星定位测量，还是传统的全站仪测量，都需要量取仪器高，而这个高并非就是仪器到测量基准点的实际高，而是一个斜距。
GPS接收机的仪器高实际上就是天线相位中心沿铅垂线到基准点的距离，在实际工作中天线相位中心不能够直接标定出来，也无法直接量取。
文章通过理论推导出实际天线高的计算公式，从理论和实践两方面对公式进行了论证，分析了量取天线高的误差对实际天线高误差精度的影响。
标签：GPS接收机天线相位中心天线高误差传播
1引言
GPS接收机天线主要用来接收卫星信号，是GPS接收机的重要组成部分，GPS接收机天线的相位中心就是GPS定位的中心，而实际工作中，采用对中整平仪器，量取天线高，来计算出GPS接收机所架设测量控制点的坐。
这个过程中，由于没有办法用尺子直接量取从天线相位中心沿铅垂线到基准点的距，也就是无法直接量取实际天线高，量取的天线高实际上是控制点标识中心到GPS天线护圈中心（视仪器而定，此处以Trimble R8仪器为例）的斜距，不是真正意义上到天线相位中心的天线高，这个斜距需要经过改正计算才能得到真正意义上的天线高，那么GPS接收机的天线相位中心的高度到底是如何计算的呢？
2 GPS实际天线高推算方法
GPS接收机天线经过对中整平后，它的天线相位中心与测量控制点的连线与过天线相位中心的铅垂线是重合的，与GPS接收机天线相位中心所在的平面是垂直的，他们刚好构成了一个直角三角形，这时天线高的值实际上就是，从天线相位中心沿着铅垂线到测量控制点标识中心的距离，而用尺子量取的天线高是斜距，根据勾股定理，只要再知道GPS接收机天线的半径就可以计算出实际的天线高。
而实际工作中，仅仅根据勾股定理还不能直接得到天线高，还必须给计算出的天线高加一个常数，这也就是说天线相位中心所在的水平面与量取天线高标识面所在的水平面上并不重合，两个平面之间的距离就是应该加上的常数。
如图1所示，设量取天线高斜距为s，实际天线高为h，天线半径为r，常数为k，则实际天线高的计算公式为：
式中的r可以通过查阅仪器说明书获得，而k的值仪器说明书则没有提供，这里可以通过数学统计参数估计的方，多次精确地量取天线高s和仪器自己计算出来的实际天线高h的值，来反算出k的值，从而得出完整的计算公式，也就确定了天线相位中心的位置。
3 GPS天线高推算方法验证
以Trimble R8型号仪器为例，对上述公式进行验证。
验证前先精确的量取GPS天线高s，然后根据上述公式和仪器提供的与量取天线高相对应的实际天线相位中心高h，再在说明书里查阅了上述各类型仪器的天线线圈的半径r，最后利用EXCEL表格单变量求解，反算出了Trimble R8型号仪器k的值为0.010，这样整个公式的未知参数就计算出来了。
表格1为随机采用了5次施工作业记录，对上述公式进行验证。
可以发现用该公式计算所得的天线相位中心高，保留三位小数精确到毫米后，结果与仪器计算的天线相位中心高完全一致，从而从实践上也证明了该公式的正确性。
4量取天线高的误差对实际天线高误差的影响分析
由于实际天线高是通过计算间接得到的，其结果必定会受到观测误差的影，现在我们来分析一下，量取天线高的误差对实际天线高误差的影响。
根据误差传播定律分析如下：
由实际天线高的计算公式，可知r和k为常数，s为变量，这是一个非线性函数，先对h关于s进行微分得：，即：，最后利用误差传播定得：最终可得实际天线高误差：，式中为量取天线高的误差。
以表1中Trimble R8仪器为例，当量取的天线高为m时，根据上式计算得出实际天线高为m（为保留三位小数后的结果）。
即当天线高量取值为1.632m，量取误差为0.002m时，计算得出的实际天线高为m，量取误差导致的实际天线高误差为0.002m。
5结束语
随着中国北斗导航系统已具备在亚太地区提供服务能力，并于2012年年底正式提供服，该文章有助于技术人员正确理解仪器实际天线高的计算方法，可广泛的用来分析全站仪、北斗等各类型GPS接收机的天线高的计算方法，还可以验证作业人员输入进仪器的天线高是否正确，具有一定的现实意义。
参考文献
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