GNSS天线相位中心模型更新对PPP的影响分析

目前,天线相位中心改正(PCC)模型由igs14.atx更新至igs20.atx,更新后的PCC模型会对精密单点定位的坐标参数估计产生影响。本文对比了更新前后的PCC模型,综合分析了四大全球卫星导航系统(GNSS)的在轨卫星和接收机天线的PCC模型,并选取了31个国际全球卫星导航系统服务组织(IGS)测站的观测数据进行精密单点定位数,通过点位偏差和点位精度来分析模型间差异对测站点位估计的影响。结果表明:在IGS框架和天线产品更新后,全球定位系统(GPS)、格洛纳斯系统和伽利略系统的点位偏差下降0.7、2.4和1 mm,北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)增加了0.3 mm;4个系统的点位精度与更新前相当,变化在1 mm内。多GNSS系统联合处理下定位效果有明显改善,点位偏差平均减少了约1.2 mm,点位精度提高了1.5 mm。除此之外,在IGS20框架下使用igs14.atx中的模型后,4个系统的定位性能受到不同程度的影响。

不同接收机天线相位中心改正模型对GPS/BDS精密定位的影响

针对国产不同品牌不同型号的地面接收机天线相位中心(antenna phase center,APC)模型及仪器厂商模型差异,本文分别采用相对定位及精密单点定位(precise single-point positioning,PPP)方法,分析了GPS/BDS高精度定位中基于不同APC改正模型引起的站点估计位置差异,获得了各不同天线APC改正模型对站点估计位置影响的平均差异值.试验结果表明:不同APC改正模型对站点定位精度的影响相当,对站点估计位置在平面方向影响较小,U方向影响较大;同一种类型的天线在不同实验区域造成的影响具有较好的一致性;同品牌天线对站点估计位置的影响有一定的相似性,尤其是同品牌系列产品其相位中心的影响更为接近.

基于几何约束的GNSS接收机天线相位中心偏差测量方法研究

分析了GNSS接收机天线相位中心与几何中心间的关系,提出了一种基于几何约束的GNSS接收机天线相位中心偏差的测量方法。通过2台或多台天线组合测量,利用天线几何中心在东北天坐标系下的已知坐标,仅需2个观测时段即可解算所有天线的相位中心水平偏差和相对垂直偏差。使用扼流圈天线进行不同观测时段长的相位中心稳定性分析实验;在不同天线组合、不同天线位置条件下,对相位中心偏差进行测量实验。实验结果表明:高精度的GNSS接收机天线相位中心偏差测量的观测时段长为24 h,天线的相位中心水平偏差重复性≤0.13 mm,相对垂直偏差重复性为0.67 mm。

不同接收机北斗天线相位中心改正模型定轨性能分析

为建立北斗精密定轨接收机天线相位中心改正(phase center correction, PCC)模型最优化策略,首先对GPS的IGb R3和IGb 14标定值进行比较,两组模型值差异较小,表明在未提供北斗接收机天线IGb 14标定值的情况下采用IGb R3标定值代替具有可行性。进一步,设计PCC赋0、GPS L1/L2频点改正值代替、IGb R3标定值代替3组接收机PCC模型分析其对北斗精密定轨的影响。结果表明,接收机天线相位中心偏差(phas center offset, PCO)对精密定轨影响较大,对于北斗三号精密轨道,采用IGb R3模型的结果最优,其平均轨道拟合精度为3.4 cm;使用GPS的L1/L2代替值次之。最新框架下北斗接收机精确PCC模型公布前,推荐采用IGb R3值用于北斗三号精密轨道解算。

分布式InSAR卫星的天线相位中心研究

从天线相位中心的定义出发,针对分布式干涉合成孔径雷达(InSAR)卫星基线获取过程中涉及到的“小型宽波束”全球导航卫星系统(GNSS)天线和“大型窄波束”SAR天线,首先,研究了两型天线的相位中心特性,之后,开展了天线相位中心对基线的影响分析,明确了分布式InSAR卫星相位中心的研究重点在于双星间天线相位中心准确度和稳定度的一致性控制;结合工程研制,最后,给出了两型天线相位中心不同的控制措施。文章的研究工作对分布式InSAR卫星系统的研制具有借鉴意义。

基于整网估计的星间链路天线相位中心偏差在轨特性研究

星间链路(ISL)是我国北斗三号克服区域布站、实现高精度服务的关键,其天线相位中心偏差(PCO)在设备出厂时会依据质量、设计姿态进行地面标定,但在卫星发射、入轨及在轨阶段,燃料消耗、天线展开姿态等均会引起卫星质量与姿态的变化,这将导致在轨的PCO与地面标定值不一致,该变化量会作为误差引入到测量值,进而影响卫星轨道确定精度。因此,该文研究了在轨卫星的星间链路天线相位中心偏差标定方法,联合星间、星地观测,建立了基于整网估计的星间链路天线相位中心偏差在轨估计方法,并利用两周的实测数据进行对北斗三号所有中轨卫星(MEO)进行验证,同时结合卫星生产商、轨道面进行在轨特性的详细分析,最后验证了其对轨道确定精度的影响。结果表明,该文方法可有效估计在轨卫星星间链路天线相位中心偏差,并发现,卫星在轨后大部分卫星的星间链路天线相位中心偏差基本与地面一致,但C36,C37,C41,C42卫星在Z方向与地面标定值存在15 cm左右的偏差,C25,C26,C43,C44在Y轴上存在符号相反的现象,且数值上有10 cm左右的偏差,C25,C26卫星在Z方向上存在近30 cm的偏差,正确标定在轨卫星星间链路天线相位中心偏差后,相比地面标定产品,轨道精度可提升15%。

星载平面相控阵天线相位中心位姿标定方法

星载平面相控阵天线的相位中心是影响卫星成像质量的一个重要参数,针对平面相控阵天线的相位中心在卫星上的位姿标定问题,本文提出了一种标定平面相控阵天线相位中心位姿的方法。首先,建立了平面相控阵天线相位中心相对卫星主基准位姿传递的数学模型;其次,采用暗室测量系统对平面相控阵天线相位中心进行了标定,测得天线本体坐标系下的天线相位中心位置;最后,利用激光跟踪仪和经纬仪精测系统测出了天线相对卫星基准的位姿矩阵。基于本文提出的数学模型,获取了平面相控阵天线相位中心在卫星基准坐标系下的位置与姿态数据;同时,通过试验验证了平面相控阵天线紧固件的拧紧力矩,其对平面相控阵天线相位中心的影响可忽略。该方法对后续确定搭载平面相控阵天线的卫星相位中心工程验证,提供了参考。

基于不同参考框架的卫星/地面天线相位中心改正对精密单点定位的影响

天线相位中心改正是GNSS精密定位中的重要误差源,分析不同参考框架下的天线相位中心模型差异及其对事后静态定位位置参数估计的影响,有助于获得参考框架一致性的定位结果,提高定位可靠性。首先分析不同参考框架下卫星/地面天线相位中心改正差异,其次选取全球均匀分布的国际GNSS服务(IGS)核心站,计算基于不同参考框架的卫星/地面天线相位中心改正引起的站点估计位置差异。结果表明:不同参考框架下天线相位中心改正引起的站点坐标差异水平方向为毫米级,高程方向的影响可达厘米级,引起的站点位置差异平均值为7.1 mm;不同参考框架下的卫星天线相位中心改正对站点估计位置的影响大于地面天线相位中心改正;地面天线相位中心改正对站点的影响与天线类型相关,同一种天线类型在不同站点上的影响基本一致。

接收机天线相位中心变化对PPP解算的影响研究

针对精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)解算过程中,接收机毫米级天线相位中心变化(Phase Center Variations,PCV)误差对PPP解算位置、时间及大气对流层参数的影响问题,采用PPP算法模型对国际全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)组织分析中心BRUX测站一周的实测数据进行实验,使用多系统自动精密定位软件(Multi-GNSS Automatic Precise Positioning software,MG-APP)研究毫米级PCV误差对PPP解算参数的影响。验证结果表明,毫米级PCV误差对高程定位误差影响较大,对水平方向定位误差的影响较小,对计算天顶对流层和接收机钟差参数会产生较大的系统性常偏误差。

接收机天线相位中心变化对GLONASS精密单点定位性能影响评估

研究接收机天线相位中心变化(PCV)对俄罗斯全球卫星导航系统(GLONASS)定位和对流层估计的影响分析。定位方面,分析接收机PCV改正与否对单GLONASS静态精密单点定位(PPP)三维坐标精度的影响,同时探讨将全球定位系统(GPS)和GLONASS系统对应的接收机PCV改正用于GLONASS PPP的定位研究的可行性与可用性。对流层估计方面,综合研究了在静态PPP和固定坐标PPP两种解算模式中接收机PCV改正对对流层延迟估计精度的影响。选取全球均匀分布的180个IGS站一个月(2017年4月份)的数据进行处理,结果表明,采用GPS或GLONASS系统对应的接收机PCV改正均可明显提升GLONASS PPP垂向坐标和对流层延迟估计精度。相比于采用GPS系统接收机PCV,GLONASS系统对应的接收机PCV改正对GLONASS PPP垂向坐标和对流层延迟估计精度有进一步的提升。

接收机端天线相位中心标定及其对北斗导航卫星精密定轨的影响

实现并给出了基于自动机器人的TRM57971.00/NONE和TRM59800.00/NONE两类天线在GPS L1和L2以及北斗B1I和B2I频点的相位中心改正,并将两者相位中心改正结果进行了比较和分析。在此基础上,利用2016年4月9日到2016年5月8日共30天配有以上两类天线的约31个IGS MGEX测站数据,在是否考虑接收机端北斗频点相位中心偏差以及偏差和变化的条件下确定了3类北斗卫星精密轨道。结果表明考虑接收机天线北斗频点相位中心改正能够有效改善北斗IGSO和MEO卫星重叠轨道差异,但是考虑相位中心偏差以及变化的轨道改善幅度与仅考虑相位中心偏差相当。具体而言,考虑接收机端北斗频点相位中心改正后北斗IGSO卫星轨道在切向、法向、径向的重叠轨道差异分别改善了63.1 mm、21.5 mm和6.7 mm;MEO卫星轨道重叠精度则在切向、径向和法向分别改善了217.1 mm、75.8 mm和23.3 mm。同时北斗单系统精密单点定位相对于单GPS系统精密单点定位结果在高程方向的一致性可以提高约10.0 mm。

BDS接收机天线相位中心标定

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)的影响不可忽略。目前,IGS发布的绝对天线相位模型文件中包含了GPS/GLONASS系统的标定值,但是没有发布北斗系统(BDS)的标定值。本文借助机械臂可以控制天线自由旋转,在数小时内实现全方位GNSS观测的特性,采用历元间差分的方法对接收机天线包括GPS L1/L2和BDSB1I/B2I/B3I等多个频点的PCO和PCV分别进行标定和拟合。标定结果表明,比较最小二乘估计的GPS PCO与IGS发布值,其STD和RMS在L1/L2上均小于1 mm;BDS PCO估计值的STD在B1I/B2I/B3I上分别为0.5、0.3、0.3 mm。利用球谐函数拟合的GPS PCV格网值与IGS发布值相比,其偏差在天顶距小于75°时均小于1.5 mm。BDS PCV拟合值范围均在-5~8 mm,且随天顶距变化曲线呈现波谷状。BDS PCV在低高度角处拟合值波动较大,随方位角变化曲线峰值-峰值最大达到了5.6 mm。

天线相位中心偏差变化及改正模型对精密单点定位精度的影响

利用精密单点定位程序对IGS站的实测数据进行计算,结果表明:平面方向,天线相位中心偏差和变化对精密单点定位精度影响较小;高程方向,天线相位中心偏差可造成厘米级的影响,天线相位中心变化的影响约5mm;相比相对天线相位中心改正模型,使用绝对相位改正模型具有更多优点,尤其用于高精度GPS授时其精度明显提高。

GNSS天线相位中心偏差与变化精确标定方法研究

综述了地面上天线相位中心偏差的标定方法和天线相位中心变化的归算方法及其优缺点,并研究了GNSS在轨卫星天线相位中心改正的估算策略,探讨了LEO GPS卫星天线相位中心变化的在轨标定,有利于我国导航系统天线相位中心偏差和变化的标定研究。

MIMO雷达等效相位中心误差分析

为便于MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)雷达在接收端相干处理多通道回波数据,该文首先基于相位中心近似来简化MIMO雷达信号模型。以产生等效相位中心误差为代价,将MIMO雷达的多收发阵列结构转化成为收发同置的单站形式。通过分析等效相位中心与收发阵元之间的几何关系,解析描述了等效相位中心误差。而后对等效相位中心误差进行了理论分析,推导出一些与误差校正有关的基本性质。针对收发阵元间距的不同取值范围,设计了相应的等效相位中心误差校正表示式。最后利用数值仿真实验完成了等效相位中心误差分析有效性的定量评估。

GPS天线相位中心改正及其影响分析

介绍了GPS天线相位中心改化原理,实现了天线相位中心改化算法。用GPAS软件进行实验数据解算,比较分析天线相位中心改正对静态基线解算结果的影响,实验结果表明天线高的影响必须改正,相位中心偏差(PCO)对定位结果有厘米级的影响,相位中心变化(PCV)的影响在毫米级。

GNSS接收机天线相位中心改正对高精度定位影响

阐述了GNSS接收机天线相位中心偏差(PCO)的产生原理及其改正模型,同时重点介绍了现阶段我国天线相位中心测定的基本原理及方法,并分析其优缺点,用算例分析了接收机天线相位中心改正对定位结果的影响,针对GNSS接收机天线的使用以及我国接收机天线相位中心的检测提出了一些思路和建议。

GPS天线相位中心变化精确检测试验研究

天线相位中心误差是高精度地壳形变监测中制约定位精度的重要误差源,天线相位中心改正已成为提高观测精度的有效手段。文中对基于精密测量机器人的GPS天线相位中心变化精确检测方法进行了试验研究,并对试验数据进行初步分析,得到的天线平面校正精度约为2mm,高程方向校正精度约为3mm。研究结果表明,天线相位中心的精确校正除了可以提高GPS测量定位精度之外,还可为中国自主北斗导航系统提供精确的天线相位中心校正参数,推动北斗导航系统在高精度地壳形变监测领域的应用。

GPS接收机天线相位中心变化对基线解的影响

GPS接收机天线相位中心变化与卫星信号的入射方向有关,因此相位中心变化对基线解的影响还与参加解算的卫星个数及卫星的几何分布有关。在考虑卫星几何分布情况下,首先研究了相位中心变化对单个点位坐标的影响,然后推导了相位中心变化引起的基线矢量的偏差计算公式。此计算公式综合考虑了各种引起天线相位中心变化的因素,如天线的类型、天线的安置误差、卫星的几何分布、卫星个数等。最后,给出了具体算例,并给出了减弱这种影响的方法。

天线相位中心暗室标定法远场条件研究

将有限测试距离引入的测相误差公式由一维辐射源拓展到二维口径辐射源。与传统相位方向图误差分析中只考虑单一方向上测相绝对误差的方法不同,提出全新的基于保证有限测试距离处不同方向相位差与远场相位差一致的有限测试距离相位中心测量误差分析方法。利用文献[6]的天线相位中心暗室测量方法,对有限距离引入的误差进行了数值分析,从而得到满足一定精度要求的远场测量条件。以实际天线相位中心标定例子说明了分析方法的正确性。