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GPS天线相位中心改正模型

2016-3-8 12:56:08      点击:

在一般yb亚博中使用几种不同厂家、不同型号的GPS接收机进行相对定位,如果能采用GPS天线相位中心模型,可以显著提高高程方向的精度。

 

GPS观测值量测的是GPS卫星天线相位中心至接收机天线相位中心之间的距离,而IGS的精密卫星轨道所给出的卫星位置是GPS卫星的质心,二者并不重合。另外,GPS卫星的天线相位中心随着卫星的位置、朝向的改变而改变。因此,必须对GPS卫星的天线相位中心进行改正。与GPS卫星的天线相位中心类似,GPS接收机的天线相位中心也必须施加改正。

IGS1998年开始使用相对天线相位中心模型,自200611月开始使用绝对相位中心模型。

 

1           GPS天线相位中心改正模型

天线相位中心改正包括:天线相位中心偏差PCOPhase Center Offset,和天线相位中心变化PCVPhase Center Variation。天线相位中心偏差指的是天线平均相位中心与天线参考点(Antenna reference point)之间的偏差[1]。而天线相位中心变化指的是天线平均相位中心与瞬时相位中心之间的变化,该变化量随着卫星的高度角、天线方位等而变化。对于高精度的GPS定位,不仅要考虑天线相位中心偏差、天线相位中心变化,还要考虑GPS接收机整流罩对天线相位中心的影响,以及不同频率天线相位中心的不统一等。

 

1.1   相对天线相位中心改正模型

IGS1998年开始使用相对天线相位中心模型IGS_01Relative Phase Center model)。对于GPS接收机,该模型以不带整流罩(Radomes)的AOAD/M_T天线为参照,假设该天线没有天线相位中心变化。其它的天线以该天线为参照,通过短基线同步观测进行改正。改正数的大小与高度角相关,但与接收机天线的方位角无关,且不考虑整流罩对天线相位中心的影响[2]

对于GPS卫星,该模型只考虑GPS卫星天线相位中心偏差,而不考虑天线相位中心变化。GPS卫星天线相位中心偏差的改正量按照同类卫星(block-specific)分类。

该模型假设参考天线没有天线相位中心变化并不严格,而且难于估计10度高度角以下的天线相位中心变化,当天线旋转或者倾斜的时候,模型的精度难以保证。而且,整流罩对天线相位中心的影响可以达到数cm

1.2   绝对天线相位中心改正模型

200611月开始,IGS使用绝对相位中心模型(IGSyy_wwww),来代替原来的相对天线相位中心模型。其中的yywwww表示模型发布的年份、周。绝对相位中心模型考虑了卫星天线相位中心变化,并考虑了接收机天线的方位角、整流罩的影响,其最大优点是观测结果较少受高度角的限制[3]

对于GPS接收机,该模型有基于无回音室(anechoic chamber)和自动机器人校准的两种方式。其中,自动机器人校准是在室外的实际观测环境中,通过旋转、倾斜校准天线,从而得到校准天线的绝对相位中心改正。其优势在于[4]

Ÿ   消除了参考天线的相位中心影响;

Ÿ   考虑了低于10度高度角的相位中心变化;

Ÿ   考虑了随方位角变化的相位中心变化;

Ÿ   考虑了校准时的多路径影响;

Ÿ   使用的是真实GPS 信号。

对于GPS卫星,是通过计算十多年的IGS观测数据,并对GFZTUM的计算结果取平均得到的。具体改正方法是:卫星天线相位中心Z方向偏移改正按照单个卫星(satellite-specific)分类,XY方向偏移改正按照同类卫星(block-specific)分类;天线相位中心变化改正按照同类卫星分类。

 

 我公司使用的仪器有:

拓普康Hiper+ 天线相位中心改正模型:

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     1.4            G                                       ANTEX VERSION / SYST
A                                                           PCV TYPE / REFANT  
This calibration extracted from composite ngs08.atx.  See   COMMENT           
the composite file ngs08.atx for more information.          COMMENT           
                                                            END OF HEADER      
                                                            START OF ANTENNA   
JPSLEGANT_E                                                 TYPE / SERIAL NO   
FIELD               NGS                      3    25-MAR-11 METH / BY / # / DATE
     0.0                                                    DAZI               
     0.0  80.0   5.0                                        ZEN1 / ZEN2 / DZEN 
     2                                                      # OF FREQUENCIES   
IGS08_1788                                                  SINEX CODE         
CONVERTED FROM RELATIVE NGS ANTENNA CALIBRATIONS            COMMENT            
   G01                                                      START OF FREQUENCY 
     -0.22      1.23     87.75                              NORTH / EAST / UP  
   NOAZI    0.00   -0.03    0.20    0.67    0.98    1.18    1.34    1.51    1.53    1.59    1.54    1.61    1.57    1.65    1.92    2.59    3.97
   G01                                                      END OF FREQUENCY   
   G02                                                      START OF FREQUENCY 
     -0.78      0.11     89.45                              NORTH / EAST / UP  
   NOAZI    0.00   -1.03   -1.61   -1.88   -1.89   -1.88   -1.79   -1.77   -1.91   -2.01   -2.05   -2.06   -1.83   -1.63   -1.33   -0.81   -0.05
   G02                                                      END OF FREQUENCY   
                                                            END OF ANTENNA   

 

华测X900天线相位中心改正模型:

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     1.4            G                                       ANTEX VERSION / SYST
A                                                           PCV TYPE / REFANT  
This calibration extracted from composite ngs08.atx.  See   COMMENT           
the composite file ngs08.atx for more information.          COMMENT           
                                                            END OF HEADER      
                                                            START OF ANTENNA   
CHCX900B        NONE                                        TYPE / SERIAL NO   
FIELD               NGS                      2    20-APR-12 METH / BY / # / DATE
     0.0                                                    DAZI               
     0.0  80.0   5.0                                        ZEN1 / ZEN2 / DZEN 
     2                                                      # OF FREQUENCIES   
NGSRA_1788                                                  SINEX CODE         
CONVERTED FROM RELATIVE NGS ANTENNA CALIBRATIONS            COMMENT            
   G01                                                      START OF FREQUENCY 
      2.48     -0.97     84.05                              NORTH / EAST / UP  
   NOAZI    0.00    0.17    0.40    0.57    0.48    0.28    0.04   -0.29   -0.57   -0.81   -1.06   -1.09   -1.23   -1.35   -1.38   -1.01   -0.23
   G01                                                      END OF FREQUENCY   
   G02                                                      START OF FREQUENCY 
      1.02     -2.09     96.05                              NORTH / EAST / UP  
   NOAZI    0.00   -0.83   -1.31   -1.68   -1.69   -1.78   -1.89   -1.97   -2.21   -2.41   -2.55   -2.66   -2.83   -2.93   -3.33   -3.81   -4.35
   G02                                                      END OF FREQUENCY      
                                                            END OF ANTENNA 

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