GPS接收机天线相位中心的检测方法 ppt课件
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GPS测量原理及应用备课课件(最新)第七章：GPS测量误差分析
卫星钟差可通过下式得到改正：
ts a0 a1(t t0 ) a2 (t t0 )2
式中t0为一参考历元，系数a0、a1、a2分别表示钟在t0时刻 的钟差、钟速及钟速的变率。这些数值由卫星的地面控制 系统根据前一段时间的跟踪资料和GPS标准时推算出来， 并通过卫星的导航电文提供给用户。
经上述钟差改正后，各卫星钟之间的同步差可 保持在20ns以内，由此引起的等效距离偏差不超过 6m。卫星钟差或经改正后的残差，在相对定位中可 通过差分法在一次求差中得到消除。
相对定位：
利用两站的同步观测资料进行相对定位时，由于星历误 差对两站的影响具有很强的相关性，所以在求坐标差时，共 同的影响可自行消去，从而获得高精度的相对坐标。根据一 次观测的结果，可以导出星历误差对定位影响的估算式为：
由卫星星历误差所引起的基线误差
卫星星历误差
基线长
卫星至测站的距离
3）削弱星历误差的方法：
卫星钟差是GPS卫星上所安装的原子钟 的钟面时与GPS标准时间的误差。
卫星钟采用的是GPS 时，但尽管GPS卫星均设 有高精度的原子钟（铷钟和铯钟），它们与理想的 GPS时之间仍存在着难以避免的频率偏差或频率漂 移，也包含钟的随机误差。这些偏差总量在1ms以 内，由此引起的等效距离可达300km。
对流层延迟的90%是由大气中干 燥气体引起的，称为干分量；其 余10%是由水汽引起的，称为湿 分量。由于大气层中的水汽分布 在时间和空间上变化很大，其折 射误差很难准确预测，所以湿分 量成为限制对流层延迟改正精度 的主要因素。
◆对流层对信号的影响与信号的高度角有关， 在天顶方向，信号穿过对流层的路线最短，其 时延值约为2.3m，随着天顶距的增加，时延也 加大，在地面方向最大，约为20m。 这对于 GPS导航和低精度定位而言可以满足其精度要 求，所以此时可以不考虑该项误差。但对高、 中精度的定位测量而言，则必须顾及对流层误 差，尤其是它对垂直分量影响较大，如果对流 层天顶时延有1cm的误差，则将导致垂直分量 产生3cm的误差。
《GPS静态测量》课件
GPS在地面变形监测中的 应用
介绍GPS如何用于监测地表的变 形和地质灾害。
GPS在交通运输中的应用
研究GPS如何改进交通运输系统 的效率和安全性。
GPS未来发展
GPS未来发展方向
探讨GPS技术在技术、应用 和精度等方面的未来发展趋 势。
GPS与其他导航技术的 比较
对比GPS与其他导航技术的 优劣和适用性。
1
GPS接收机与天线
2
讲解GPS接收机和天线在静态测量中的
选择和使用。
3
GPS数据处理及结果评定
4
Байду номын сангаас
讨论GPS测量数据的处理方法和如何评 定测量结果的准确性。
GPS静态测量流程
详细介绍GPS静态测量的步骤和流程。
GPS底座和流动站测量方法
介绍GPS测量中底座和流动站的布设方 法和测量技术。
GPS静态测量实验
1 静态测量实验设计
介绍GPS静态测量实验的设计考虑和方法。
2 实验数据采集与处理
讲解GPS测量实验中如何采集和处理测量数 据。
3 数据分析结果展示
4 实验成果评价
展示分析GPS测量数据后得出的结果和结论。
评价GPS静态测量实验的成果和可行性。
GPS测量应用案例
GPS在地质测量中的应用
探索GPS如何在地质测量中提供 高精度定位和监测数据。
GPS在社会发展中的作 用
分析GPS对社会发展、经济 和科技的影响和作用。
《GPS静态测量》PPT课 件
在本次PPT课件中，我们将介绍GPS静态测量的基础原理、流程和实验，以 及其在地质测量、地面变形监测和交通运输等领域中的应用，还展望了GPS 未来的发展方向。
精品课程GPS原理及应用-第4章 GPS卫星定位原理ppt课件
GPS载波相位测量的基本原理
在某一时刻ti，卫星信号的相位等于本机振
荡器产生的基准相位：
；相同
时刻接收的GPS卫星信号的载波相位为
，那么
因此，信号传播距离为
由于卫星与地球间的相对运动，接收的
卫星信号的频率因多普勒频移而产生变化， 与基准信号频率不同。
将接收的卫星信号与产生的基准信号混频， 得到差频的中频信号，其相位值即为2个信号间 的相位差。因此通过测定该中频信号的相位便可 获得所需的相位差。
上式可以表示为
与伪距观测方程相同，测站与卫星之间的几
何距离也是坐标的非线性函数。同样，可取
测站坐标的近似值
，将其线性化后
有
将上式带入到
得线性化的载波相位观测方程为
机钟面时 收到卫星信号后产生的基准信
号相位为 。这时相应于历元t的相位观
测量 ，应当等于接收机基准信号相位
与卫星发射信号相位之差减去相应于初始
历元t0的相位差整周数
。即有
式中： 称为整周未知数〔或整周模糊 度）。
卫星钟和接收机钟0.0016HZ～0.016HZ。由于信号由
用距离交会的方法求解P点的三维坐标 〔x,y,z〕的观测方程为：
(j=1,2,3,4)
在GPS定位中，GPS卫星是高速运动 的卫星，其坐标值随时间在快速变化着。 需要实时地由GPS卫星信号测量出测站至 卫星之间的距离，实时地由卫星的导航电 文解算出卫星的坐标值，并进行测站点的 定位。
距离测量主要采用2种方法：一种方 法是测量GPS卫星发射的测距码信号达到 用户接收机的传播时间，即伪距测量；另 一种方法是测量具有载波多普勒频移的 GPS卫星载波信号与接收机产生的参考载 波信号之间的相位差，即载波相位测量。 通过对4颗或4颗以上的卫星同时进行伪距 或相位的测量，即可推算出接收机的三维 位置。采用伪距观测量定位速度相对较快， 而采用载波相位观测量定位精度相对较高。
检验.
GPS接收机检验 （2）测地型GPS接收机的测量误差
①短基线测量
②中、长距离测量
基线长度分类
超短基线 短基线 中、长基线
长度范围D
200mm～24m 24m≤D<2Km 2Km<D≤30Km
GPS接收机检验
（2）测地型GPS接收机的测量误差
①短基线测量
在GPS检定场的短基线上进行。按GPS仪器的 正确操作方法工作，调整基座使GPS接收机天线 严格整平居中，天线按约定统一指向正北方向， 天线高量取至1mm。每台GPS接收机必须保证 同步观测时间在1h以上。两台套的测试结果不得 少于3条边长。经随机软件解算出的基线与已知 基线值比较，其差值应小于GPS接收机的标称标 准差。
GPS接机设备各部件及其附件是 否齐全、完好，紧固部分是否松动与脱落， 使用手册及资料是否齐全等。另外，天线 底座的圆水准器和光学对中器，应在测试 前进行检验和校正，光学对中器的对中误 差小于lmm。
GPS接收机检验
一般性检视
通电检验
接收机通电后有关信号灯、按键、显示系统和 仪表的工作情况，以及自测试系统的工作情况， 当自测正常后，按操作步骤检验仪器的工作情况。 接收机锁定卫星能力不大于15min，RTK与RTD 初始化时间不大于3min。
GPS接收机检验 ②中、长距离测量 方法：已知长度比较测量 已知坐标比较测量 最短观测时间：
基线长度分类 D≤5km 5km＜D≤15km 15km＜D≤30km D＞30km
最短观测时间（h） 1.5 2.0 2.5 4.0
GPS接收机校准场要求： 应选择在地质构造坚固稳定； 利于长期保存； 交通方便； 便于使用的地方建设； 各点位应埋设成强制归心的观测墩，周围无强电磁 信号干扰，点位环视高度角15°以上应无障碍物； 校准场点位布设应含有超短距离、短距离和中长距 离，组成网形以便进行闭合差检验。
GPS卫星定位基本原理PPT课件
p1(Tp1 ) i (T i ) f (Tp1 T i )
于是由式（）可得
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(T
)
p1(Tp1) i (T i )
f
(Tp1
Ti)
f
•
i p1
第19页/共115页
(4.2.11)
第四章 GPS定位的基本原理
式（）中的τ是在卫星钟和接收机钟同步的情况 下，卫星信号的传播时间。由于卫星信号的发射 历元是未知的，因此需要根据已知的观测历元tp1 （顾及对流层和电离层延迟改正）按下式计算信 号的传播时间：
第2页/共115页
第四章 GPS定位的基本原理
◆相对定位。确定同步跟踪相同的GPS信号的若干台 接收机之间的相对位置的方法。可以消除许多相同或 相近的误差，定位精度较高。但其缺点是外业组织实 施较为困难，数据处理更为烦琐。在大地测量、工程 测量、地壳形变监测等精密定位领域内得到广泛的应 用。
在绝对定位和相对定位中，又都包含静 态定位和动态定位两种方式。为缩短观测时 间，提供作业效率，近年来发展了一些快速 定位方法，如准动态相对定位法和快速静态 相对定位法等。
第9页/共115页
第四章 GPS定位的基本原理
◆根据载波相位观测观测得出的伪距 载波相位观测值：测量接收机接收到的、具有多
普勒频移的载波信号，与接收机产生的参考载波信号 之间的相位差。
载波的波长远小于码的波 长，在分辨率相同(1%)的情况 下，载波相位的观测精度远较 码相位的观测精度为高。对于 L1和L2载波，其波长分别为 0.19m和0.24m，则相应的观测 精度为1.9mm和2.4mm。
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c(
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trop
ion )
由式（）、（）和式（）可得
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Ti)
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•
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(4.2.11)
第四章 GPS定位的基本原理
式（）中的τ是在卫星钟和接收机钟同步的情况 下，卫星信号的传播时间。由于卫星信号的发射 历元是未知的，因此需要根据已知的观测历元tp1 （顾及对流层和电离层延迟改正）按下式计算信 号的传播时间：
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第四章 GPS定位的基本原理
◆相对定位。确定同步跟踪相同的GPS信号的若干台 接收机之间的相对位置的方法。可以消除许多相同或 相近的误差，定位精度较高。但其缺点是外业组织实 施较为困难，数据处理更为烦琐。在大地测量、工程 测量、地壳形变监测等精密定位领域内得到广泛的应 用。
在绝对定位和相对定位中，又都包含静 态定位和动态定位两种方式。为缩短观测时 间，提供作业效率，近年来发展了一些快速 定位方法，如准动态相对定位法和快速静态 相对定位法等。
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第四章 GPS定位的基本原理
◆根据载波相位观测观测得出的伪距 载波相位观测值：测量接收机接收到的、具有多
普勒频移的载波信号，与接收机产生的参考载波信号 之间的相位差。
载波的波长远小于码的波 长，在分辨率相同(1%)的情况 下，载波相位的观测精度远较 码相位的观测精度为高。对于 L1和L2载波，其波长分别为 0.19m和0.24m，则相应的观测 精度为1.9mm和2.4mm。
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由式（）、（）和式（）可得
基于GPS天线相位中心检定方法的研究
基于GPS天线相位中心检定方法的研究摘要：随着社会的进步，GPS技术得到了快速的发展，逐步影响到人们的生活。
GPS具有不仅速度快、精度高，而且具有布点灵活、可以全天候工作等优点。
天线相位中心误差在很大程度上影响到地壳形变监测定位，是影响精度的重要误差源。
因此，天线相位中心校正已经是提高精度的高效手段，它的前提就是进行GPS天线相位中心测定。
本文基于GPS天线相位中心的验证原理，改进了验证过程，提出了一种新的GPS天线相位中心验证方法。
关键词：GPS天线；相位中心；检定方法引言根据天线相位中心检测原理，详细分析了天线相位中心的检测过程，通过理论推导，找出了GPS接收机检定天线相位中心方法的不足，提出了一种简单可行的解决方案。
在此基础上，改进了现场操作和现场数据处理的验证方法，并通过实验验证了改进的有效性。
目前，GPS接收机的检测主要依据JJF1118-2004（全球定位系统（GPS）接收机校准规范）。
1天线相位中心改进的原理1.1基本原则GPS天线相位中心偏差调整的验证分为现场数据采集和现场数据处理两部分。
野外数据采集过程简单、快速、可靠，但该领域的数据处理并没有提供准确、定量的数据求解方法，因此在野外数据采集中，根据旋转角度的特殊性和天线相位中心偏差的不变性，GPS接收机安装在超短基线或短基线处，通过多次观测收集数据。
由于天线相位中心偏差值不变，可以根据观测数据计算出所有基线的长度，然后利用余弦定理计算出每一个角度。
最后，根据角度恒等式给出了d的二次方程，精确求解了天线的相位中心偏差。
1.2数据收集和处理根据JJF1118-2004（全球定位系统（GPS）接收机校准规范）野外数据采集验证方法的规定先选2台GPS接收机正确安装在超短基线或短基线上，使天线定向标志指北，观测一个时段（1.5小时）；然后选择一个天线固定，另一个天线依次转动90°、180°和270°，每次持续观察一个时段，解算各时段的基线值，分析天线相位中心误差。
《GPS定位的观测量》课件
《GPS定位的观测量》 PPT课件
介绍GPS定位的观测量原理和应用，包括观测量分类、数据处理方法、科学研 究应用和技术发展趋势。
简介
GPS定位原理概述，了解卫星导航系统和接收器是如何工作的，并探讨GPS定位在实际应用中的作用。
GPS观测量
分类了解不同类ຫໍສະໝຸດ 的GPS观测量，包括伪距观测量和相位观测量。
2
发展现状和趋势
探讨GPS定位技术的当前发展现状和未来趋势，如定位精度和应用领域的扩展。
3
面临的挑战
分析GPS定位技术面临的挑战，如多路径效应和导航干扰。
总结
1 应用前景
展望GPS定位技术的广阔应用前景，如智能交通系统和位置服务。
2 未来发展方向
探索GPS定位技术的未来发展方向，如增强定位和室内定位技术。
伪距观测量
深入探讨伪距观测量的原理和使用。
相位观测量
详细介绍相位观测量的原理、特点和应用。
GPS观测数据的处理
流程
了解GPS观测数据的处理流程， 从接收机到基准站的数据处理 方法。
接收机数据处理方法
探索接收机级别的GPS观测数 据处理方法和技术。
基准站数据处理方法
详细介绍基准站级别的GPS观 测数据处理方法。
科学研究应用
地球物理学研究
探讨GPS定位在地球物理学研究 中的应用，如地震活动的监测。
大地测量学研究
发现GPS定位在大地测量学研究 中的应用，如边界测量和地形测 量。
遥感定位研究
深入了解遥感技术与GPS定位的 结合，如卫星图像处理和地物分 类。
GPS定位技术的发展趋势
1
发展历程
回顾GPS定位技术的发展历程，从导航系统的建立到现代的卫星导航技术。
介绍GPS定位的观测量原理和应用，包括观测量分类、数据处理方法、科学研 究应用和技术发展趋势。
简介
GPS定位原理概述，了解卫星导航系统和接收器是如何工作的，并探讨GPS定位在实际应用中的作用。
GPS观测量
分类了解不同类ຫໍສະໝຸດ 的GPS观测量，包括伪距观测量和相位观测量。
2
发展现状和趋势
探讨GPS定位技术的当前发展现状和未来趋势，如定位精度和应用领域的扩展。
3
面临的挑战
分析GPS定位技术面临的挑战，如多路径效应和导航干扰。
总结
1 应用前景
展望GPS定位技术的广阔应用前景，如智能交通系统和位置服务。
2 未来发展方向
探索GPS定位技术的未来发展方向，如增强定位和室内定位技术。
伪距观测量
深入探讨伪距观测量的原理和使用。
相位观测量
详细介绍相位观测量的原理、特点和应用。
GPS观测数据的处理
流程
了解GPS观测数据的处理流程， 从接收机到基准站的数据处理 方法。
接收机数据处理方法
探索接收机级别的GPS观测数 据处理方法和技术。
基准站数据处理方法
详细介绍基准站级别的GPS观 测数据处理方法。
科学研究应用
地球物理学研究
探讨GPS定位在地球物理学研究 中的应用，如地震活动的监测。
大地测量学研究
发现GPS定位在大地测量学研究 中的应用，如边界测量和地形测 量。
遥感定位研究
深入了解遥感技术与GPS定位的 结合，如卫星图像处理和地物分 类。
GPS定位技术的发展趋势
1
发展历程
回顾GPS定位技术的发展历程，从导航系统的建立到现代的卫星导航技术。
GPS测量的误差分析(共21张PPT)
m
•利用同步观测值求差：当观测站间的距离较近（小于20km）时，卫星信号到达不同观测站的路径相近，s通过同步求差，残差不超过
10-6。
数字分析表明，上述残差对GPS的影响最大可达70ns，对卫星钟速的影响可达，显然此影响对精密定位不能忽略。
在GPS定位中，除了上述各种误差外，卫星钟和接收机钟震荡器的随机误差、大气折射模型和卫星轨道摄动模型误差、地球潮汐以及
GPS测量的误差来源
§观测量的误差来源及其影响
1.误差的分类 GPS定位中，影响观测量精度的主要误差来源分为三类：
•与卫星有关的误差。
•与信号传播有关的误差。
•与接收设备有关的误差。
为了便于理解，通常均把各种误差的影响投影到站星距 离上，以相应的距离误差表示，称为等效距离误差。
测码伪距的等效距离误差/m
•引入相应的未知参数，在数据处理中联同其它未知参数一并求解。
卫星的轨道误差是当前GPS定位的重要误差来源之一。
W a （2）卫星轨道偏差（星历误差）：
（3）载波相位观测的整周未知数
m
f c f W ga (1R) 在狭义和广义相对论的综合影响下，卫星频率的变化为： 目前，通过导航电文所得的卫星轨道信息，相2应的位置误2差约200-40路设计。
•利用同步观测值求差：当观测站间的距离较近（小于20km）时，卫星信号到达不同观测站的路径相近，通过同步求差，残差不超过
不可避免地存在钟差和漂移，偏差总量约在 内，引起 1 ms 10-6。
在GPS定位中，除了上述各种误差外，卫星钟和接收机钟震荡器的随机误差、大气折射模型和卫星轨道摄动模型误差、地球潮汐以及
5.0-10.0 2.0 1.2 0.5 5.5-10.3
7.5 0.5 7.5
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GPS接收机天线相位中心的检测方法
旋转天线法
GPS接收机天线相位中心的检测方法
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。
因此，室内测量法特别适用于实验室检测和天线生产厂对 天线定标时的检测。
但由于微波天线测量设备复杂、昂贵，检定费用高、耗时 多，并且一般测绘部门没有这种设备，不适合野外检测。
GPS接收机天线相位中心的检测方法
2、室外测量法
1）旋转天线法
测量相位中心 的水平偏差
2）交换天线法
测量相位中心 的垂直偏差
GPS接收机天线相位中心的检测方法
旋转天线法
在进行天线相位中心偏差检定时，在天空视野开阔、无强电 磁场干扰和反射环境的地势平坦之处，选择一超短基线，一般取 1-10m。选择PDOP≤5所对应的时间段进行观测。
第一个测段中两个天线都指北，观测一个时段(1.5 h)。然后 固定一个天线A不动,另外一个天线B依次旋转90°、180°、270° 再测3个时段；之后,B不动,原固定不动的A天线依次旋转90°、 180°、270°，再测3个时段；求出各个时段的基线值。
GPS接收机天线相位中心的 检测方法
报告人：魏锦德
日期：2011年11月10日
关键字：GPS接收机；天线相位中心；检测方法
摘要
在高精度测量中，GPS接收机天线相位中心偏差是不容忽视 的。本文讨论了采用室内测量法和室外测量法，并结合最小二乘 原理，来确定天线相位中心在水平和垂直方向上的偏差。通过实 例测量结果，做出相应的总结分析。
GPS接收机天线相位中心的检测方法
一
研究背景
二
检测方法
三
实例计算
四
总结分析
GPS接收机天线相位中心的检测方法
➢ 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
GPS接收机天线相位中心的检测方法
组成法方程
解出X,并求出精度。
依照以上所述原理编制了一个简单的VB程序,计算时只要输入 各条基线的数值再按计算按钮就可以得到计算结果。
GPS接收机天线相位中心的检测方法
交换天线法
地面标石到瞬时相位中心的高度改化H分为3部分: H = h1 + h2 + h3
h1是地面标石到天线参考点ARP之间的高度； h2是天线参考点到平均相位中心的偏移PCO； h3是瞬时相位中心相对于平均相位中心的相位中心变化PCV。
GPS接收机天线相位中心的检测方法
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。
向绘图仪和微波暗室等部分组成。
GPS接收机天线相位中心的检测方法
➢ 室内测量法工作原理：
如果天线相位中心与转台旋转中心完全重合,那么在转台 旋转过程中天线相位中心的位置是恒定不变的,信号通道的信 号与参考通道信号的相对相位值也是固定不变的,在绘出的直 角坐标系相位方向图中其相位曲线理论上是一条直线。
Δx,Δy分别是基线几何中心的坐标差,dxi,dyi分别是第i 基线测量的x坐标差与y坐标差。
GPS接收机天线相位中心的检测方法
GPS接收机天线相位中心的检测方法
数学模型与未知数解算 下面采用最小二乘法解算未知数。 观测量为dxi,dyi(i=1,2,…,7) 未知数为δx1,δy1,δx2,δy2,Δx,Δy 误差方程为V=BX+L X=(δx1,δy1,δx2,δy2,Δx,Δy)T 系数阵B为
GPS接收机天线相位中心的检测方法
交换天线法
GPS接收机天线相位中心的检测方法
交换天线法
第一时段： 第二时段：
相减得：
对于双频GPS接收机而言，由于L1和L2载波的相位中心是 不一致的，因此，必须对L1、L2载波的相位观测值分别求解。
GPS接收机天线相位中心的检测方法
按照以上所述的方法测量了7条基线,结果如表2。表2所列 的是空间基线dx,dy,dz,下面把它们转化为平面坐标系下的基 线。
GPS接收机天线相位中心的检测方法
为了测定天线相位中心的Y轴分量, 应把天线绕其中心轴旋转90°。
改变信号源的输出频率,照此原理, 便可测量出另一波段(L2)的相位中心。
GPS接收机天线相位中心的检测方法
➢ 室内测量的优点是: ①不受时间、室外环境的影响，测量重复性、复现性好； ②测量准确度高。
GPS接收机天线相位中心的检测方法
因为这是一条超短基线,所以可以用一种简单而有效的方 法。如图所示,假设弧EF只有1 m长,它是如此之短以至可以把它 当作一条直线,则:
其中, a为长半轴,e是第一偏心率,取WGS-84椭球)ρ=206 265″从而表2的基线化为平面坐标差见表3。
电气中心与其厂家提供的位置（机械几何中心）之差。
GPS接收机天线相位中心的检测方法
天线相位中心偏差的影响： 1）天线相位中心的垂直偏差，造成测站间相对高程偏差达mm级； 2）对于水平位置的影响,由天线相位中心偏差造成误差也达mm 级。
天线相位中心偏差受多种原因影响，如天线制造水平、GPS信 号入射方向、信号强度、高度角等，因此它会随时间而变化。
GPS测量过程中我们只能测出理论上的平均相位中心。
GPS接收机天线相位中心的检测方法
➢ 卫星导航接收天线相位中心偏差的测量方法可分为室内测 量法和室外测量法。
1、室内测量法
室内测量法，即用微波天线测量设备测定相位中心位置， 必须在微波暗室里进行。
➢
微波天线测量设备由转台、微波发射天线、微波接收机、方