GPS天线绝对相位中心偏移和变化对基线解算的影响

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1、2013年4月第4期城市道桥与防洪科技研究213GPS天线绝对相位中心偏移和变化对基线解算的影响陈兴权(浦东新区地名(测绘)管理办公室，上海2~135)摘要：该文首先介绍了天线相位中心偏移和变化的改正原理，以及天线相位中心校正的发展过程；然后通过麻省理工大学研制的GAMIT基线解算软件里天线相位中心改正模型研究绝对相位中心偏移和变化对基线解算的影响；最后通过算例分析其影响并给出高精度GPS基线解算的建议。关键词：天线相位中心；绝对相位中心；相位中心变化；相位中心偏移；基线解算；GAMIT中图分类号：P207文献标识码：A文章编号：10o9—7716(2013

2、)o4—0213—03这些改正在高精度GPS基线解算中是必须考虑0引言的。GPS由于其作业速度快、精度高、布点灵活、可以全天候作业等优点在测量领域中广泛应用。但GPS高程精度相对于水平精度约低23倍，主要由于对流层、电离层等因素影响。对于高精度GPS解算，天线中心变化和偏移也是重要影响因素，尤其是不同类型天线共同作业时，可能造成cm级甚至10cm的偏差，即使使用相同类型的天线也会有0．015×10的尺度误差。对于水平位置的影响，图1GPS接收机相位中心示意图由于天线相位中心偏差造成的误差也达mm级。天线相位中心校准指的是测定天线相位中心因此，这对于高精度GP

3、S基线解算中，如地面沉相对于其几何中心的偏移和变化量。目前天线相降、大型桥梁和建筑的施工监测、大坝变形监测位中心校准主要有三种方法：(1)相对相位中心校等，需要考虑天线相位中心的影响【l。准，相对校准首先是由NGS提出，该技术是在不考本文采用GAMIT基线解算软件内天线相位改虑参考天线相位中心偏差的影响下，将需校准的正模块对GPS天线绝对相位中心偏移和变化进行天线与参考天线放在有固定坐标的点上通过短基研究，并用实例分析其对基线解算的影响。线测量来实现的。(2)微波暗室校准，微波暗室校准1天线相位中心偏移和变化指在微波暗室的环境条件下，通过精密可控微波信号源测

4、量天线接收信号的强度分布来确定天线电由于天线本身的特性及机械加工等原因，使气中心，计算天线相位中心偏差。此方法需要的测GPS天线相位中心与其几何中心不重合。为了研定条件成本很高，一般仅国家实验室和天线制造厂究的方便，许多文献都将给定入射方向下天线接家才具备。(3)绝对相位中心校准，该技术是由德收信号的瞬时位置作为此方向的相位中心，并将国汉诺威大学和Geo++公司1998年提出的，在室其相对于几何中心的位置偏差分为偏移和变化两外实际观测条件下固定参考天线，利用高精度自部分。相位中心偏移指天线平均相位中心相对于动机器人通过旋转、倾斜校准天线来获得其绝对几何中心的

5、距离，而天线相位中心变化指天线瞬相位中心改正。时相位中心到平均相位中心的距离。其变化部分目前绝对相位中心校准是最好的校准方法，主要与信号的人射方向、强度，以及天线周围的磁其优势在于：场强度有关。外业测量时一般测地面标石中心到(1)天线整个半球的相位中心校准都能覆盖到；天线某个参考物理点的位置，在计算时需要将几(2)通过分析程序可以消除校准时多路径效应何中心的位置改化到地面标石中心，如图1所示。的影响；收稿日期：2013-01—10(3)考虑了低于l0。高度角的相位变化；作者简介：陈兴权(1982一)，男，江苏人，硕士研究生，助理工程师，从事测绘管理、测量标志

6、维护管理。(4)考虑了随方位角变化的相位中心变化；214科技研究城市道桥与防洪2013年4月第4期(5)在室外环境中使用真实的GPS信号进行对于卫星天线相位中心变化的改正，GAMIT校准。是通过线性插值实现的，公式如下：IGSCB(CentralBureau，中央局)于2006年1Of·incx≤l≤(+1)·incx{￡：(一DBLE(i．inc)／(DBLE((+1)．ine)一DBLE(i．incx))(2)月正式全面启用绝对相位中心改正模型来取代相tout=(1-t)·yl+￡。y2对相位中心改正模型，新的天线相位改正表(．atx其中，是卫星瞬时相位

7、中心的天顶角；t‘ncx文件)可以在IGS网站服务器上下载，如图2所示。表示插值步长，卫星天线相位中心变化的插值步长默认为1。；out表示卫星瞬时天线相位中心变化值。2．2天线相位中心偏移(PCO)改正天线相位中心偏移是固定的值，不同的天线对应不同的天线相位偏移改正值，在计算时可以调用ANTEX文件得到天线平均相位中心相对于天线参考点的偏移量．偏移量分北方向，东方向及垂直方向。在GAMIT计算中，将PCO的N、E、U三图2L1天线相位中心变化分布图个量分别改正到地面标石中心。Ll天线相位中心偏移改正公式如下(假设利用斜高计算)：2绝对相位中心改正模型loff

8、,etal~h=arp2pc』1．~h+raw_no