GPS天线相位中心垂直向偏差变化规律的研究
GPS天线相位中心偏差三维检定研究
１ 检 定原 理
１ ０ｍｏ在基线两端点 上安 置 ＧＰ Ｓ接 收机 ， 天线严 格置 平 ， 将 选
分量 为 ；
择 Ｐ Ｏ ￣５ Ｄ Ｐ 所对应的时间段进行观测。相位中心一般是指平均
相位 中心 ， 瞬时 相位 中心是随时 间而 变化 的。为了求得稳定 的 而 平均相位 中心 ， 要求有 足够长的观测时间 ， 一般 一个 时段为 ２ｈ 。
急， 只要从现在起 ， 在经 济建 设 和环境建 设 上注意 城 乡之间形 成
市规 划 ，０ １２ （ ） １—３ ２０ ，５ １ ：２１ ．
Ｔ ｏ ｇ ｔａ ｏ ｔｍｏ ｉ ｇ ｂ ｇ ｔｅ ｎ ｏ ｃｔ ｈ ｕ ｈ ｂ ｕ ｖｎ ｉ ｒ ｅ ｉ ｔ ｉ ｙ
ＮＩ Ｈｕ ｎ ｑａ ｇ Ｌ ｎ ｉ Ｕ ａ － ｌｎ ＩＹａ －ｌ
｛ ＝ｓｘｓ （ ｍＯ—ｎ ｉ ｉ ｄ
ｓ ｉ ｎ ＋ ｏｓ ０
０ １２ … ， ’ ＇，
）
（ ）
Ａ与 Ｂ 分别是架设于２ 个基线点的Ｇ Ｓ Ｐ 天线。Ｏ 是天线 Ａ ＾
的几何 中心 ， Ｂ 天线 Ｂ的几 何 中心 。Ａ１ Ｏ 是 是天 线 Ａ 的相位 中 心， １ Ｂ 是天线 Ｂ的相位 中心 。实 际俯视 图见 图 １ 。
Ａｂｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａｃ ｒ ｉｇｔ ｕｒｎ ｖｎ ｉ ｅ ｔ ｉｙｉ ｎ ｔｕ ｔ ｎｏ ｉｙ ｔａ ｉ ｄ ｅｔ ｅｐ ｅ ｏ ｎ ｎｆｏ ｔｃ ｎ ｌｇ 、 ｎ ｓａ ｅ ｏ ｃ ｄｎ ｏｃ ｒｅ ｔ ｍｏ ｉｇｂｇｔ ｅｉ ｏｃ ｃ ｓｒ ｃｉ ｆ ｔ ，ｉ ｎ ｍａ ｖｒｓｔ ｔ ｈ ｎ ｍｅｏ ｒｍ ｅｈ ｏｏ ｙ ｌ ｄｃ ｐ 、 ｒ ｎ ｔ ｎｏ ｏ ｃ ｏｈ ａ
位 中心偏差进行实 际检定 。
GPS接收机天线相位中心偏差检测
GPS接收机天线相位中心偏差检测0 引言高精度GPS数据处理软件（如GAMIT软件）在设计时，已根据不同型号GPS接收机天线电气中心偏移改正参数进行设定，用户进行GPS数据处理，可根据所用天线类型进行选项设定，让软件自动进行相位中心偏心改正。
本文讨论的天线相位中心偏差检测，是在随机基线解算软件平台上不选择自动改正的情况下进行数据处理的，目的是在不进行自动改正的情况下，通过实测基线向量，计算天线相位中心的实际偏差量。
1 检定方法将2台接收机天线分别安置在微型网中间天线墩T1和另外任意的一个天线墩，如图1。
精确整平，并令天线指北定向标志指向正北，整个检测过程观测7个时段，每个时段观测1.5h。
第一个时段，两个天线指北定向标志都指向正北，观测1.5h；然后T1天线固定不动，T2天线依次顺时针旋转90°、180°、270°，观测3个时段；接着，T2天线指北定向标志指向正北不动，T1天线依次顺时针旋转90°、180°、270°，再观测3个时段；总共在T1—T2基线上观测了7个时段，求解出各时段基线值，进行天线相位中心偏差分析。
图1 微型网天线墩点位图如图2所示，○1是天线T1的几何中心，○2是天线T2的几何中心，P1是天线T1的相位中心，P2是天线T2的相位中心。
建立以下的右手坐标系统，设几何中心○1为坐标原点，○1与天线的指北定向标志的连线为X轴，以经过几何中心○1的垂线为Z轴，Y轴与X、Z轴构成右手坐标系，图2为坐标系统的俯视图。
设第一个时段2个天线指北定向标志都精确指北，该时段的天线T1相位中心设为P11（δx1，δy1），天线T2相位中心设为P21（δx2，δy2），当天线T2依次顺时针旋转90°、180°、270°后，P21分别转到P22（-δx2，δy2）、P23（-δx2，-δy2）、P24（δx2，-δy2）的位置。
GPS天线相位中心误差的检测与改正
GPS天线相位中心误差的检测与改正魏锦德;黄张裕;海美;朱华【期刊名称】《测绘科学技术学报》【年(卷),期】2012(29)6【摘要】GPS天线相位中心误差是影响GPS测量精度的一项重要误差源.因此,在进行高精度的GPS定位测量时,必须进行天线定向,并对天线相位中心进行必要的模型改正.介绍了采用规范中常规相对定位检测法,检测出天线相位中心偏差的水平分量与垂直分量,并分析了该方法存在的不足.针对该方法的不足,提出了一种改进的新检测方法.实例表明,新方法可以快速简便地检测出天线相位中心偏差的水平分量,并具有较高的精度和可靠性,适合野外对GPS天线的检测.%The GPS antenna phase center error is an important error sourse that affecting the precision of GPS. Consequently, in high-precision GPS location measurement, the antenna should be oriented and the model should be used to correct the antenna phase center. The relative detection method of specification was provided , which was used to detect the horizontal component and vertical component of antenna phase center offsets. The shortcomings of this method were analyzed. According to these shortcomings, a new method was put forward . The case proved the method had a high accuracy and reliability and it could be used to detect the horizontal component in the wild.【总页数】5页(P410-413,417)【作者】魏锦德;黄张裕;海美;朱华【作者单位】河海大学地球科学与工程学院,江苏南京210098;河海大学地球科学与工程学院,江苏南京210098;河海大学地球科学与工程学院,江苏南京210098;河海大学地球科学与工程学院,江苏南京210098【正文语种】中文【中图分类】P228【相关文献】1.天线相位中心改正模型对江西省GPS基准站基线解算的影响 [J], 张胜凯;左耀文;孔建;鄂栋臣2.天线相位中心改正对GPS精密单点定位的影响 [J], 张磊;兰孝奇;房成贺;张崇军3.GPS和BDS天线相位中心改正对基线结果的影响分析 [J], 王峥;周剑4.GPS高精度重复测量中的天线相位中心偏差检测及改正 [J], 王雄;王建华;胡亚轩;赵永年5.GPS天线相位中心偏差对GPS高程的影响及改正研究 [J], 高伟;晏磊;徐绍铨;姜玉祥因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
天线相位中心偏差对于GPS高程影响问题分析
天线相位中心偏差对于GPS高程影响问题分析李义先【摘要】GPS接收机天线相位中心与其几何中心不重合性构成了GPS接收机天线相位中心误差,如何减少相位中心偏移是天线设计和GPS数据处理中的重要问题。
本文在分析GPS接收机天线相位中心在垂直方向上偏差的检测原理的基础上,讨论GPS天线相位中心垂直分量偏差对GPS高程精度的影响,应用实例得出一些有益的结论。
%Phase offset of center antenna on GPS is caused by the difference GPS receiver antenna center and geometry centry.In designing center antenna and processing GPS data,method of reducing phase offset is very important.Based on the theory of detecting the phase offset of center antenna on GPS,this paper discusses the effect of phase offset on center antenna on GPS height,and some application examples draw some useful conclusions.【期刊名称】《北京测绘》【年(卷),期】2012(000)002【总页数】3页(P59-61)【关键词】GPS;相位偏差;中心天线;高程【作者】李义先【作者单位】安徽省地质测绘技术院,安徽合肥230022【正文语种】中文【中图分类】P228.4在GPS测量中，观测值都是以接收机天线的相位中心位置为准的，天线的相位中心与其几何中心在理论上应该保持一致，可是实际上天线的相位中心随着卫星信号输入的强度和方向不同而有所变化，即观测相位中心的瞬时位置与理论上的相位中心将有所不同，这种差别叫天线相位中心的位置偏差。
GPS天线相位中心垂直分量偏差检测
合 实验 。进行数据 处理后 ，利用 “ 交换天线法”分 别计 算出了各种组合 天线之 间的相位 中心垂 直分量偏 差的
差值 ， 进一 步分析 不同 Ｇ Ｐ Ｓ天线组合其相位 中心在垂 直方向上偏差之 差的一致性 变化 ， 再 简要 阐述 “ 高差法”
的思想 ；最后 ，对 开展 高精度 Ｇ Ｐ Ｓ高程测量工作提 出了一些建议 。
置为准的，而天线的相位中心与其几何中心在理论 示 。 上 应 保 持 一致 。但 由于种 种 原 因 ，如 天 线 制造 厂 家
的工 艺水平 、Ｇ Ｐ Ｓ 信 号 入射 方 向和 强度 的不 同，使 得 观 测 时 天 线相 位 中心 （ 瞬 时 位 置 ）与 几 何 中心 之 间 存 在 偏 差 ，该 偏 差就 称 为 天 线相 位 中心偏 差 。如 何
交换天线法 ”为主 。 型的建立较为困难 ，而另一个重要方面是接收机天 相位中心垂直分量偏差，尤以 “ 首先 对站 心直 角坐 标系 （ 也称 Ｎ Ｅ Ｕ 坐标 系 ）作 线 相位 中心 垂 直 分量 偏 差 。一 般 各种 接 收 机 型 号 的 每 类天 线 出厂 时 都给 定 了垂直 偏 差 的 标称 值 ， 然而 简单 阐述 ： Ｎ Ｅ Ｕ坐 标系是 一 种地 方空 间直角 系 ，它 的 Ｎ 其 标称 值 是 否 稳 定 ，这 就 需要 我 们 实 际测 定 求 出 相 坐标 原 点在一 个选 定 的测站 ０ 上 ，其北 向坐 标轴 （
— —
在 此坐 标 系下空 间两 点 Ｕ 坐标分 量 （ ｄ ｚ ）可 以
通过 Ｇ Ｐ Ｓ观 测， 然后 将 Ｗ Ｇ Ｓ － ８ ４坐 标 系下 的基线 三 分
量转换为站心坐标系下的基线 向量求得 ，如图 ２ 。
Ｚ
（ Ｈ ｌ Ｉ ＋ ｈ Ｉ＋ Ｌ Ｉ ）
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。
浅析GPS变形监测中垂直位移的精度
1
- 2. 2 - 5. 2 + 1. 0
2
- 2. 4 + 1. 8 - 1. 1
点
3 - 1. 8 - 3. 6 - 5. 1
名
4 - 3. 0 - 2. 6 - 3. 4
5
- 0. 7 + 0. 8 - 0. 4
6
- 3. 6 - 0. 6 - 1. 8
22
新疆有色金属
第2期
续表 3
时间
2006. 05 2006. 08 2006. 11
一致, 说明了在此实例中 GPS 大地高监测边坡变形
精度的可靠性, 而大地高测量精度 ? 1. 9 mm 也满足 了边坡变形监测技术规范的相应要求。由此可见, 在
此实例中 GPS 对垂直位移的监测是比较成功的。
5 提高 GPS 大地高观测精度的方法
提高 GPS 大地高观测精度的方法主要有以下几
种:
¥ 提高局部 GPS 网基线解算 的起算点坐标精
6
37. 567 - 0. 135 - 0. 140 - 0. 005
从表 1 中可以看出, 个别观测点的水准测量结 果与 GPS 观测结果存在较大差异, 其产生不符值的 原因主要是系统误差和量取仪器高误差。
4 GPS 在边坡变形监测中的实例分析
本例是 采用 GPS 定位技 术对某边坡进 行监测 ( 本文只讨论垂直位移) 。
mH 即体现了 GP S 边坡变形监测大地高的外符 合精度。
GP S 测量大地高的内符合精度由 2006 年 5 月
和 2006 年 11 月 2 期观测用 GAM IT / GL OBK 软件 计算所得 的大 地高 中误 差取 平均值 为 m = ? 1. 9
GPS高程传递中天线相位中心垂直偏差的改正
GPS高程传递中天线相位中心垂直偏差的改正黄纪晨【摘要】This paper builds on the previous scholars for the antenna phase center's search results, and clearly the advantages of methods. According to the practical application condition, the authors stress the importance of the vertical deviation of the antenna phase center stability in GPS height - measurement, and design the corresponding experiments. Integration of the stability experimental results and to improve the existing methods of antenna phase center corrections. The authors propose to pass the vertical deviation of the antenna phase center corrections and its application on small net- work observation of GPS height - measurement, through experiments make sure this method has a certain value.%建立在前辈学者对于天线相位中心偏差检验的研究成果上，明确现有检验方法的优缺点。
根据实际应用条件，作者强调了天线相位中心垂直偏差稳定性检验在GPS高程传递中的重要性，并设计了相应实验。
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GPS天线相位中心垂直向偏差变化规律的研究摘要:本文利用一种在野外检测GPS天线相位中心垂直向偏差的方法,通过两期(每期72小时不间断)的观测得到必要的观测数据,通过数据解算分析了GPS相位中心垂直向偏差的变化规律,给出了进行GPS高程测量时应采取的一些措施和建议。
关键词:GPS 天线相位中心垂直偏差
重庆地处我国西南,自然地理环境较为复杂,市域内地质灾害发生较为频繁,地质灾害监测工作日益重要而紧迫。
而GPS作为一种高效的测量技术手段,以测站点间无需通视、全天候观测、测量范围大等特点,被广泛应用于三峡库区的地质灾害监测工作。
GPS测量在水平方向上的精度较高,对短基线,GPS测量水平向精度可达亚毫米级。
而在垂直方向上,其精度较差。
其中,GPS天线相位中心垂直向偏差及其稳定性作为影响GPS高程测量精度水平的因素之一,其偏差影响最大可达到数厘米[1]。
对于精度要求较高的变形监测而言,不容忽视。
目前,GPS接收机天线相位中心稳定性的检测方法有两种。
一种是室内检测法,即在室内用微波天线测量设备测定,因设备复杂昂贵,一般GPS检测部门无此设备。
另一种方法是我国行业标准CH8016-95规定所采用的旋转天线法,即在野外GPS接收机基线检测场上,利用接收到的GPS卫星的信号,通过基线比对来测定,亦称基线测量相对测定法。
但这种方法只能有效地检测出天线相位中心偏差的水平分量,而
垂直偏差分量却不能精确测定出。
本文利用一种在野外检测(基线测量相对测定)[2]的方法,对两种型号的GPS天线进行两期(每期72小时不间断)观测得到观测数据,通过基线数据解算,分析出天线相位中心垂直向偏差变化规律,以给出解决垂直偏差的方法和建议。
1 检测原理
选择天空视野开阔、无强电磁干扰的观测环境,在相距几米距离的两点上(其中一点坐标已知且精度较高),安置两台GPS接收机(注意天线严格置平),选择三维定位图形强度因子所对应的时间段进行长时间观测GPS卫星,以相对定位。
由于两个测站相距很近,电离层延迟和对流层延迟所产生的误差以及其它GPS误差源的影响,可通过模型改正和差分方法而削弱[3],从而近似地认为在高程方向上仅存在天线相位中心误差。
2.3 数据采集计划列表
试验对甲、乙两种GPS接收机的不同组合进行两期每期72小时
的连续观测(部分时段出现失锁和接收机电池问题)。
两期观测仪器搭配及时间分布如表2、表3所示。
数据采集采用静态相对定位方法,天线指北,采样率为15秒。
在每次观测前和结束后,从墩面三个方向(相隔120度)用直尺量取GPS天线基座高(±1mm量测精度)。
3 数据处理结果分析
数据处理软件采用Trimble Geomatics Office 1.6,采用广播星历,利用载波相位双差固定解进行基线解算。
数据处理采用了L1载波,(L1+L2)窄巷13度、(L1+L2)窄巷18度三种方式。
解算结果比较分析如下。
3.1 第一期观测试验结果
第一期对同型号GPS接收机(甲1、甲2)进行观测,采用L1载波处理,并将24小时连续观测数据分成24个时段进行解算,分时段处理结果如图3所示。
由图3可知,天线相位中心垂直向偏差大部分低于4mm,少数时段偏差较大,如在观测当天第四个时段偏差达6mm。
采用24小时分时段处理结果后平均值是－0.80mm(4月19日),－0.31mm(4月20日)。
试验表明,采用“分时段处理再取均值”的方式可有效提高垂直向解算精度,精度水平可达亚毫米。
在实际解算过程中,利用6个时段的观测数据即可获得能够反应试验精度水平的结果,更长的观测时间不能进一步提高精度水平。
3.2 第二期观测试验结果
第二期对不同仪器型号的GPS接收机进行观测。
将24小时连续观测数据分成24个时段进行解算,并分别采用(L1+L2)窄巷13度、(L1+L2)窄巷18度两种方式解算。
3.2.1 (L1+L2)窄巷18度解算
解算结果如图4所示。
解算结果显示,最大偏差值为5月16日第3个观测时段,偏差值为46.5mm。
24小时分时段处理结果的平均值分别是36.8mm(5月14号),35.0mm(5月16号),35.2mm(5月17号),表明试验结果表明,不同仪器型号的天线相位中心在垂直方向的偏差较大,存在系统误差。
3.2.2 (L1+L2)窄巷13度解算
对第二期5月14日观测数据分24个时段,采用(L1+L2)窄巷13度限制高度角的方式进行处理,处理结果如图5所示。
分析比较5月14日使用窄巷(L1+L2)方式18度限制高度角和13
度限制高度角的解算结果发现:18度限制高度角解算结果要比13度稍大,两者偏差的差值在4mm以内。
但在卫星状况不是很好的情况下,使用了太大的高度角限制,会无解或者无固定解。
本次试验结果来看,对第二期数据采用不同的限制高度角,组合方式,得到的解之间的差值达8mm,在使用TGO处理数据的时候,可以视卫星的情形和所得精度的要求适当的使用高度角限制,以达到较好的解。
4 结语和建议
(1)对同一种仪器型号的GPS接收机及天线,天线相位中心垂直向偏差在mm级,通过24小时分时段处理再取均值的方式,可达到亚毫米精度。
对不同种仪器型号的GPS接收机及天线,天线相位中心p[1] Gerald L.Mader.GPS Antenna Calibration at the National Geodetic Survey[J].GPS Solutions,1999,3(1):50～58.
[2] 高玉平.GPS接收机天线相位中心偏差的检测[J].陕西天文台台刊,2001,24:121.
[3] 曾云,胡友健.GPS短基线测量的误差来源[J].城市勘测,2004.
[4] 徐绍铨,张华海,等.GPS测量原理及应用(修订版)[M].武汉大学出版社,2003,1.。